Verschijnsel waarbij een isolatielaag waarop voortdurend spanning staat uiteindelijk doorslaat, ook bij een spanning lager dan de doorslagspanning. Wordt gebruikt om de levensduur van onder meer gate-oxide te beoordelen.
Japanse benaming: TDDB(経時絶縁破壊)
“TDDB (time-dependent dielectric breakdown)” komt voor in 7 oefenvragen uit 4 onderwerpen, bijv. Betrouwbaarheid, MOSFET, Oxidatie en diffusie.
Vakgebied: Betrouwbaarheid
Time-dependent dielectric breakdown (TDDB) is een slijtagefalen. Een veld dat te zwak is om een isolator meteen te laten doorslaan, drijft er toch ladingsdragers doorheen, en die creëren in de loop van de tijd defecten (traps) in de laag. De defecten stapelen zich op willekeurige posities op tot een keten ervan de twee elektroden overbrugt, waarna de stroom op hol slaat en de laag doorslaat. Een dunnere laag heeft minder defecten nodig om zo'n pad te voltooien en ervaart bij een gegeven spanning ook een hoger veld, dus schaalverkleining maakt TDDB lastiger te beheersen. Doorslag sluit de gate kort met het kanaal en vernietigt de transistor.
Thermisch SiO2 van hoge kwaliteit slaat direct door bij ongeveer 10 MV/cm, dus een laag van 10 nm faalt bij ongeveer 10 V en een laag van 2 nm al bij enkele volts. Om het gebruikelijke levensduurdoel van tien jaar te halen, worden componenten ontworpen om te werken bij enkele MV/cm of minder. Bij zeer dunne gateoxiden kan tunnellekstroom eerder het beperkende probleem worden dan doorslag. Tussen interconnects levert ongeveer 0,7 V over een tussenafstand van ruim tien nanometer al velden van honderden kV/cm op, genoeg om over jaren van belang te zijn.
Bij gebruiksomstandigheden duurt TDDB jaren, dus teststructuren worden belast bij verhoogde spanning en temperatuur tot ze binnen uren tot weken falen. De tijden tot falen worden statistisch gefit, gewoonlijk met een weibullverdeling, en geëxtrapoleerd naar het veld bij gebruik. Het E-model (levensduur ∝ exp(−γE)) en het 1/E-model (levensduur ∝ exp(G/E)) kunnen na een lange extrapolatie ordes van grootte verschillen; het E-model voorspelt kortere levensduren bij lage velden en wordt vaak als conservatieve optie gekozen. Voor ultradunne lagen zijn ook spanningsmodellen met een machtswet voorgesteld, en welk model het best past, hangt af van het diëlektricum en het veldbereik.
Gate-TDDB betreft het gatediëlektricum van de transistor. BEOL-TDDB (back-end-of-line) betreft de isolator tussen naburige draden en wordt belangrijker naarmate de tussenafstand krimpt: low-k-lagen zijn minder robuust dan oxide, koperionen kunnen het diëlektricum in migreren en grensvlakken na CMP zijn vaak zwak, terwijl misalignment van via's de tussenafstand plaatselijk verkleint. TDDB verschilt van schade door ESD (elektrostatische ontlading), wat een ogenblikkelijke overbelasting is, van NBTI (negative-bias temperature instability), dat de drempelspanning verschuift in plaats van de laag te laten doorslaan, en van elektromigratie, het transport van atomen in metaallijnen.
Antwoord: C. Een verschijnsel waarbij, als voortdurend een elektrisch veld op de gate-isolator wordt aangelegd, na verloop van tijd doorslag optreedt
TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) is het verschijnsel dat zelfs bij een veldsterkte waarbij het niet direct kapotgaat, bij langdurige belasting geleidelijk defecten in de isolerende laag ontstaan, en dat doorslag optreedt op het moment dat de defecten aaneengesloten tussen de elektroden een brug vormen. Hoe dunner de gate-isolator, hoe sterker het veld, dus het is een belangrijk betrouwbaarheidsitem. Het is ook een probleem bij low-k-lagen tussen bedrading. Verplaatsing van bedradingsatomen is elektromigratie en vermoeiing van soldeer is een defect door temperatuurcycli.
Antwoord: A. Om storingen te versnellen en de levensduur in korte tijd te schatten
Bij de werkelijke gebruiksspanning duurt het jaren voordat storingen door TDDB optreden. Bij een hoge spanning en hoge temperatuur treden storingen na enkele uren tot weken op, en uit die resultaten en een model voor de spanningsafhankelijkheid wordt de levensduur onder werkelijke gebruiksomstandigheden geschat. Omdat de extrapolatieafstand groot is, kan de voorspelling door de modelkeuze ordes van grootte verschillen, dus de keuze van een geschikt versnellingsmodel is belangrijk. Direct bevestigen dat het bij gebruiksspanning niet kapotgaat is qua tijd onmogelijk.
De doorslagspanning beschrijft direct falen wanneer het veld de sterkte van de isolator overschrijdt, ongeveer 10 MV/cm voor goed SiO2. TDDB is falen na lange tijd bij een lager veld, veroorzaakt door geleidelijke opbouw van defecten.
Bij de bedrijfsspanning zou falen jaren duren. Een hogere spanning en temperatuur laten het binnen uren tot weken gebeuren, en een model voor spanningsversnelling extrapoleert het resultaat terug naar de gebruiksomstandigheden.
Het zijn twee manieren om de levensduur als functie van het veld te extrapoleren: exponentieel in E of exponentieel in 1/E. Bij lage velden voorspelt het E-model veel kortere levensduren, dus het wordt meestal als de conservatieve keuze beschouwd.
TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) is het verschijnsel dat zelfs bij een veldsterkte waarbij het niet direct kapotgaat, bij langdurige belasting geleidelijk defecten in de isolerende laag ontstaan, en dat doorslag optreedt op het moment dat de defecten aaneengesloten tussen de elektroden een brug vormen.
Welke uitspraak over TDDB (time dependent dielectric breakd…Bij de werkelijke gebruiksspanning duurt het jaren voordat storingen door TDDB optreden.
Wat is de juiste reden dat bij levensduurbeoordeling van TD…Ook degradatie door langdurige spanning binnen de nominale waarde, TDDB, is een betrouwbaarheidskwestie.
Welke vorm van doorslag kan optreden wanneer tussen gate en…Ook bij een lager veld ontstaan echter bij langdurig aanleggen geleidelijk defecten die tot doorslag leiden (tijdsafhankelijke diëlektrische doorslag, TDDB), dus in echte componenten wordt het veld op enkele MV/cm of minder gehouden om 10 jaar mee te gaan.
Welke richtwaarde voor de doorslagveldsterkte van goede the…Daarom is TDDB tussen bedradingen een belangrijk beoordelingspunt voor de betrouwbaarheid van bedrading, en plaatsen waar de afstand lokaal kleiner wordt door een positiefout van het via worden streng beheerd.
Hoe heet de tijdsafhankelijke doorslag van de isolatiefilm …Numerieke apertuur (NA) ESD (elektrostatische ontlading) Elektromigratie Vermogens-MOSFET (power MOSFET) CMP Via HBM (high bandwidth memory) NBTI HAST (highly accelerated stress test) Arrheniusmodel