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隨著半導體工藝節(jié)點的不斷微縮，集成電路（IC）的特征尺寸已邁入納米時代，這使得芯片對靜電放電（ESD）的敏感度達到了前所未有的高度。在眾多ESD模型中，電荷器件模型（Charged Device Model, CDM）因其獨特的放電機制和極快的瞬態(tài)特性，正逐漸成為先進工藝芯片失效的“頭號殺手”。對于從事芯片設計、制造、封裝和可靠性測試的工程師而言，深入理解CDM的失效機理及其在先進工藝中的挑戰(zhàn)，是確保產品可靠性的關鍵。

CDM：先進工藝下的主要威脅

傳統(tǒng)的ESD模型，如人體模型（Human Body Model, HBM），主要模擬人手接觸芯片引腳時的放電過程，其電流上升時間通常在數納秒（ns）量級。然而，CDM模擬的是芯片在自動化處理過程中，因摩擦或感應帶電后，其引腳或芯片主體意外接觸到接地導體時發(fā)生的放電事件。

CDM事件的顯著特征在于其極短的電流上升時間和極高的瞬態(tài)峰值電流。在典型的CDM測試中，電流上升時間可以短至200皮秒（ps）甚至更低，峰值電流可達數安培（A）。這種超快的瞬態(tài)放電，使得ESD能量在極短的時間內集中釋放，對芯片內部結構造成毀滅性打擊。

    為什么現在MM模型逐漸被淘汰，不再作為強制性的ESD認證要求。主要是因為它導致的芯片失效機制與人體模型（HBM）高度冗余，且在嚴格的靜電防護區(qū)域（EPA）內，MM所模擬的“未接地機器”場景缺乏真實的物理對應性。

失效機理：柵氧擊穿與局部熱熔

在先進的CMOS工藝中，為了提高器件性能，柵極氧化層（Gate Oxide）的厚度被不斷減薄，已達到原子層級。這使得柵氧成為CDM事件中最脆弱的環(huán)節(jié)。

1、柵氧擊穿（Gate Oxide Breakdown）: CDM放電的超快上升時間意味著極高的dV/dt，這導致瞬態(tài)電壓尖峰直接施加在薄柵氧化層上。由于柵氧的介電強度有限，高電場強度會迅速導致隧道電流（Tunneling Current）或雪崩擊穿（Avalanche Breakdown），在柵氧中形成永久性的導電通路，即硬擊穿。在失效分析中，這通常表現為柵氧層上的微小熔融點或燒毀痕跡。

2、局部熱熔（Localized Thermal Damage）: 盡管CDM放電的持續(xù)時間極短，但其高瞬態(tài)峰值電流會在放電路徑上產生極高的電流密度。根據焦耳定律，這種高密度電流會在極小的區(qū)域內產生巨大的瞬時熱量，導致金屬互連線、多晶硅或擴散區(qū)發(fā)生局部熔毀（Melting）或蒸發(fā)（Vaporization）。在失效分析中，這可能表現為金屬走線的“燒斷”或接觸孔（Contact/Via）的熔融。

綜上所述，電荷器件模型（CDM）靜電放電以其超快的瞬態(tài)特性和極高的電流密度，對先進工藝集成電路構成了嚴峻的可靠性挑戰(zhàn)。無論是導致核心電路的柵氧擊穿，還是造成防護結構中的局部金屬熔毀，CDM的損傷往往是隱蔽且致命的。