Phénomène où un isolant soumis en continu à une tension finit par claquer même en dessous de sa tension de claquage. Sert à évaluer la durée de vie des oxydes de grille, etc.
Nom japonais: TDDB(経時絶縁破壊)
« TDDB (claquage diélectrique dépendant du temps) » apparaît dans 7 questions d'entraînement réparties sur 4 thèmes, dont Fiabilité, Procédés d'interconnexion, MOSFET.
Domaine: Fiabilité
Le claquage diélectrique dépendant du temps (TDDB) est une défaillance par usure. Un champ trop faible pour claquer immédiatement un isolant fait tout de même circuler des porteurs à travers lui, et avec le temps ceux-ci créent des défauts (pièges) dans le film. Les défauts s'accumulent à des positions aléatoires jusqu'à ce qu'une chaîne d'entre eux relie les deux électrodes ; le courant s'emballe alors et le film claque. Un film plus mince nécessite moins de défauts pour compléter un tel chemin et subit aussi un champ plus élevé à tension donnée ; la miniaturisation rend donc le TDDB plus difficile à maîtriser. Le claquage court-circuite la grille avec le canal et détruit le transistor.
Un SiO2 thermique de haute qualité claque instantanément vers 10 MV/cm ; un film de 10 nm cède donc vers 10 V et un film de 2 nm à quelques volts seulement. Pour tenir l'objectif habituel de dix ans de durée de vie, les composants sont conçus pour fonctionner à quelques MV/cm ou moins. Dans les oxydes de grille très minces, la fuite par effet tunnel peut devenir le problème limitant avant le claquage. Entre interconnexions, environ 0,7 V sur un espacement d'une dizaine de nanomètres produit déjà des champs de plusieurs centaines de kV/cm, suffisants pour compter sur des années.
Dans les conditions d'utilisation, le TDDB prend des années ; des structures de test sont donc soumises à une tension et une température élevées jusqu'à défaillance en quelques heures à quelques semaines. Les temps jusqu'à défaillance sont ajustés statistiquement, couramment par une distribution de Weibull, puis extrapolés au champ d'utilisation. Le modèle E (durée de vie ∝ exp(−γE)) et le modèle 1/E (durée de vie ∝ exp(G/E)) peuvent différer de plusieurs ordres de grandeur après une longue extrapolation ; le modèle E prédit des durées de vie plus courtes à faible champ et est souvent retenu comme option prudente. Des modèles en loi de puissance de la tension ont aussi été proposés pour les films ultraminces, et le meilleur ajustement dépend du diélectrique et de la plage de champ.
Le TDDB de grille concerne le diélectrique de grille du transistor. Le TDDB BEOL (back-end-of-line) concerne l'isolant entre fils voisins et prend de l'importance à mesure que l'espacement diminue : les films à faible k sont moins robustes que l'oxyde, les ions cuivre peuvent migrer dans le diélectrique et les interfaces après CMP sont souvent fragiles, tandis qu'un désalignement des vias réduit localement l'espacement. Le TDDB diffère des dommages par ESD (décharge électrostatique), qui sont une surcharge instantanée, de la NBTI (instabilité en température sous polarisation négative), qui décale la tension de seuil sans claquer le film, et de l'électromigration, qui est un transport d'atomes dans les lignes métalliques.
Réponse : A. TDDB entre interconnexions (BEOL TDDB)
Lorsque l'espacement entre interconnexions descend à une dizaine de nm, même une tension d'environ 0,7 V produit dans l'isolant un champ intense de plusieurs centaines de kV/cm ou plus, et une utilisation prolongée risque de provoquer un claquage. Les films low-k en particulier ont une tenue diélectrique inférieure à celle des oxydes classiques, et la diffusion d'ions Cu et les dommages d'interface après CMP y contribuent. Le TDDB entre interconnexions est donc un critère important de fiabilité des interconnexions, et les endroits où un décalage de via réduit localement l'espacement sont strictement contrôlés.
Réponse : C. Un phénomène où l'application continue d'un champ électrique sur l'isolant de grille provoque son claquage au bout d'un certain temps
Le TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) est le phénomène par lequel, même sous un champ insuffisant pour provoquer une destruction immédiate, une application prolongée crée progressivement des défauts dans l'isolant ; le claquage survient lorsque ces défauts se relient et forment un pont entre les électrodes. Plus l'isolant de grille est mince, plus le champ est intense : c'est un critère de fiabilité important. Il pose aussi problème dans les films Low-k entre interconnexions. Le déplacement des atomes des interconnexions relève de l'électromigration, la fatigue des brasures des défaillances par cyclage thermique.
La tension de claquage décrit une défaillance immédiate quand le champ dépasse la rigidité de l'isolant, environ 10 MV/cm pour un bon SiO2. Le TDDB est une défaillance survenant après une longue durée sous un champ plus faible, causée par l'accumulation progressive de défauts.
À la tension de fonctionnement, les défaillances prendraient des années. Une tension et une température plus élevées les font survenir en quelques heures à quelques semaines, et un modèle d'accélération en tension extrapole le résultat aux conditions d'utilisation.
Ce sont deux façons d'extrapoler la durée de vie en fonction du champ : exponentielle en E ou exponentielle en 1/E. À faible champ, le modèle E prédit des durées de vie bien plus courtes ; il est donc généralement considéré comme le choix prudent.
Le TDDB entre interconnexions est donc un critère important de fiabilité des interconnexions, et les endroits où un décalage de via réduit localement l'espacement sont strictement contrôlés.
Comment appelle-t-on le claquage diélectrique dépendant du …Le TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) est le phénomène par lequel, même sous un champ insuffisant pour provoquer une destruction immédiate, une application prolongée crée progressivement des défauts dans l'isolant ; le claquage survient lorsque ces défauts se relient et forment un pont entre les électrodes.
Quelle description du TDDB (claquage diélectrique dépendant…À la tension réelle d'utilisation, les défaillances TDDB mettent des années à survenir.
Pourquoi l'évaluation de la durée de vie TDDB applique-t-el…Le TDDB, dégradation sous tension prolongée même dans les limites nominales, est aussi un enjeu de fiabilité.
Quelle destruction peut survenir si l’on applique entre gri…Cependant, même sous un champ plus faible, une application prolongée crée progressivement des défauts menant au claquage (claquage diélectrique dépendant du temps, TDDB) ; les dispositifs réels fonctionnent donc à quelques MV/cm au plus pour tenir 10 ans.
Quel est l’ordre de grandeur du champ de claquage d’un oxyd…ESD (décharge électrostatique) CMP Via Électromigration MOSFET de puissance HBM NBTI HAST (essai de stress hautement accéléré) Courbe en baignoire Erreur logicielle (soft error)