Gefahren durch statische Elektrizität in Reinräumen
1. Elektrostatische Coulomb-Kraft
Under the action of electrostatic Coulomb force, adsorbed dust and dirt cause increased leakage or short circuits in components, damaging performance and significantly reducing yield and reliability. For example, when the dust particle size is >100 μm, die Breite des Aluminiumdrahts beträgt etwa 100 μm und die Dicke des Oxidfilms beträgt 50 μm, das Produkt wird höchstwahrscheinlich verschrottet. Mit feineren Drahtdurchmessern und dünneren Oxidschichten können nun selbst sehr kleine Staubpartikel Bauteile beschädigen. Dies geschieht häufig bei Prozessen wie Ätzen, Reinigen, Fotolithografie, Punktschweißen und Verpacken.
2. Elektrostatische Entladung (ESD)
(1) Der isolierende Oxidfilm der Komponenten wird zerstört und die Leitungen zwischen den Drähten werden verbrannt oder geschmolzen. Wenn ein menschlicher Körper eine statische Ladung von 10 kV (100 PF) trägt und einen Gerätestift berührt, kommt es zu einer ESD. Der momentane Impulsentladungsstrom zur Erde kann einen Spitzenwert von 20 A (10–100 s) erreichen. Dies ist verheerend und beschädigt nicht nur SiO2-Bauelemente mit hoher -Dichte und feinem{10}Durchmesser-Dünnfilmen wie Lsi und Vlsi, sondern auch allgemeine ICs und MOS-Bauelemente. Im Allgemeinen beträgt die Spannungsfestigkeit des isolierenden Gate-SiO2-Films des Geräts E=(5-10) × 10⁶ V/cm. Wenn die SiO2-Filmdicke 1000 beträgt, führt das Anlegen einer statischen Spannung von 50–100 V oder mehr an den Eingangspin des Geräts zu einem Ausfall. Es kommt sehr häufig vor, dass ein menschlicher Körper statische Elektrizität von mehr als 50 V oder 100 V trägt.
(2) Verursacht Lärm und elektromagnetische Störungen
ESD-induzierte EMI weist scharfe Spitzen und starke Signale auf, die mehreren Volt Energie in einem Stromkreis entsprechen. Der starke Lärm mit Frequenzen von mehreren MHz oder sogar Hunderten von MHz kann Komponenten beschädigen, Fehlfunktionen von Geräten und Sensoren verursachen und sogar zum Absturz von Geräten führen. ESD-induzierte EMI können auch fehlerhafte Signaleingaben oder Latch-Up-Phänomene verursachen. Wenn beispielsweise in einem Reinraum die EMI-Abschirmung eines Wafers auf einem Stahlwagen platziert wird, wird die ESD vom Wafer über Induktivität auf den Wagen übertragen. Da die Räder isoliert sind, kann die Ausbreitung elektromagnetischer Störungen zum Absturz der Wafer-Bearbeitungsmaschine führen.
(3) Stromschlag für den menschlichen Körper
ESD Kugel zur statischen Entladung des menschlichen Körpers
Wenn ESD am menschlichen Körper oder ESD am menschlichen Körper den Stromschlaggrenzstrom des menschlichen Körpers um mehr als 5 mA überschreitet, verspüren die Menschen verschiedene schädliche Empfindungen, die zu emotionalem Stress und Bedienfehlern beim Personal führen.
Trotz erheblicher Bemühungen wirken sich Probleme mit statischer Elektrizität in Reinräumen für Halbleiter, Flachbildschirme, Optoelektronik usw. immer noch auf die Produktionssicherheit und Produktleistung, Herstellungskosten und -effizienz sowie Produktqualität und -zuverlässigkeit aus. Ausländische Industrieexperten schätzen, dass der durchschnittliche jährliche Produktverlust aufgrund statischer Elektrizität in den Vereinigten Staaten 8-33 % beträgt, und einige schätzen, dass der jährliche Schaden, der der Elektronikindustrie in den Vereinigten Staaten durch statische Elektrizität verursacht wird, 10 Milliarden US-Dollar erreicht. In den 1980er Jahren analysierte Japan verschrottete elektronische Produkte und stellte fest, dass ein Drittel der Verluste durch ESD verursacht wurden. Die Halbleiter-, LCD-Flachbildschirm- und optoelektronische Industrie meines Landes hat erst relativ spät begonnen, aber Gefahren durch elektrostatische Entladung (ESD) treten immer noch häufig auf, was zu niedrigen Ertragsraten führt. In Banken, Wertpapierfirmen, vertraulichen Datenbanken, Überwachungszentren, Energieverteilungsräumen und anderen ähnlichen Einrichtungen kann ESD leicht zu Störungen und Datenverlusten führen, was zu noch ernsteren Situationen führt.