我国集成电路产业近年来发展迅猛，尤其人工智能(AI)领域正逐步跻身世界前列。于此同时，数据也显示中国已成为全球半导体设备市场的重要力量。在复杂多变的国际形势下，推进集成电路国产化既是机遇也面临诸多挑战，其中ESD（Electro-Static discharge，静电放电）失效就是一块“难啃的骨头”。

       ESD本质上是一种电荷快速转移的现象。虽然与生活中常见的静电类似，但两者电压等级和作用时间差异显著：生活中静电往往高达数千伏，而集成电路内部十几伏的ESD电压就足以在纳秒级时间内对芯片造成永久性损伤。据行业统计，约37%的集成电路失效可归因于ESD或相关过电应力（EOS），使其成为影响产品可靠性的关键因素。

（ESD/EOS约占IC失效的37%）

从ESD失效模式（表现形式）来看，分为突发性完全失效和潜在性损伤，前者约占10%。突发性完全失效表现为器件参数在瞬间发生严重漂移，功能完全丧失且通常不可恢复，常伴有肉眼可见的外部损伤（如冒烟、烧焦）。潜在性失效是指器件遭受一次或多次轻微的ESD损伤，参数可能出现轻微漂移，但功能暂时正常，一旦积累到一定程度，最终可能可演变为突发性完全失效，具有较大的隐蔽性和危害性。

（各器件ESD失效图）

从ESD失效机理（内在原因）来看，大致分为过电压场致失效（电失效）和过电流热致失效（热失效）。其中，过电压场致失效和过电热致失效通常导致突发性完全失效，同时也可能导致潜在性失效；而过电压和过电流通常导致潜在性失效。

过电压场致失效是由于施加在器件上的电压超过其绝缘介质所能承受的临界电场强度，ESD防护电路未起到保护作用，ESD高压导致氧化层被击穿，形成永久性导电通道，介质丧失绝缘能力。 通常发生在MOS器件（如MESFET），造成栅极（G）与源极（S）或漏极（D）间短路等现象。最终使器件彻底失效，失去控制能力。

过电流热致失效是由于在短时间内流经器件的电流太大，产生焦耳热。如果热量无法及时散逸，导致局部温度急剧升高（热点），会引起器材熔融（如铝-硅合金钉穿透PN结）或介质层（如SiO₂）击穿等。通常发生在双极型器件、肖特基二极管或含PN结的MOS电路。会造成热点处材料熔融、金属互连线（铝条）烧断或介质层热击穿，表现为PN结短路、开路或介质失效等。

过电压场致失效和过电流热致失效这两大机理造成的ESD失效，贯穿集成电路产业链，严重威胁产品可靠性。其后果不仅仅是降低生产良率、影响产品性能，更可能引发设备故障甚至造成重大的财产损失和安全事故。因此，攻克ESD防护难题至关重要且刻不容缓。

随着摩尔定律的持续演进，集成电路集成度每18个月翻一番，晶体管特征尺寸不断微缩。高端芯片的栅氧化层厚度已小于2纳米，这使得器件对ESD损伤更加敏感，对ESD防护设计提出了前所未有的苛刻要求。传统的通用型ESD防护方案已难以满足先进工艺节点的需求。定制化、高鲁棒性的ESD可靠性设计正日益成为各大集成电路制造商提升产品竞争力和可靠性的必由之路。