CDM(Charged-Device Model,充电器件模型)导致的芯片失效,核心机理是“芯片自身带电→某一引脚瞬间接地→内部电荷在纳秒级时间内形成极高峰值电流→敏感结构被击穿”。常见失效原因可归纳为三大类:
介质击穿(Gate-oxide rupture)
极短的 CDM 放电上升沿(<1 ns)在栅氧两端产生瞬时几百伏甚至上千伏的压差,超过介质的时变击穿(TDDB)阈值后,局部发生熔融丝穿孔,形成永久漏电点 。结区/接触尖峰(Junction damage & contact spiking)
高峰值电流在浅 PN 结处引发雪崩-二次击穿→热失控→硅熔融(>1415 °C),同时铝/铜接触柱熔化后跨越结区,造成电阻性短路或“软”反向特性 。金属互连熔断
局部绝热升温使铝/铜互连线或通孔熔化,形成开路;或使金属迁移到衬底/场氧,造成漏电通道 。
此外,随着工艺微缩,栅氧厚度 <2 nm、互连线宽度 <40 nm,芯片对 CDM 的阈值电压已降至 200 V 以下,而自动化产线中塑料导轨、贴片头与封装摩擦很容易让器件带上 500–1500 V 电荷,进一步放大了失效风险 。