La ruptura del óxido de la puerta dependiente del tiempo (o ruptura dieléctrica dependiente del tiempo , TDDB ) es un tipo de envejecimiento del transistor , un mecanismo de falla en los MOSFET , cuando el óxido de la puerta se descompone como resultado de la aplicación prolongada de un campo eléctrico relativamente bajo (como opuesto a la avería inmediata, que es causada por un fuerte campo eléctrico). La ruptura es causada por la formación de una ruta conductora a través del óxido de la puerta al sustrato debido a la corriente de túnel de electrones , cuando los MOSFET se operan cerca o más allá de sus voltajes operativos especificados.
Modelos
La generación de defectos en el dieléctrico es un proceso estocástico . Hay dos modos de descomposición, intrínseco y extrínseco. La ruptura intrínseca es causada por la generación de defectos inducidos por estrés eléctrico. La rotura extrínseca es causada por defectos inducidos por el proceso de fabricación. Para los circuitos integrados, el tiempo de avería depende del espesor del dieléctrico (óxido de puerta) y también del tipo de material, que depende del nodo del proceso de fabricación . Los productos de generaciones anteriores con un espesor de óxido de puerta> 4 nm se basan en SiO2 y los nodos de proceso avanzados con óxido de puerta <4 nm se basan en materiales dieléctricos de alto k . Existen diferentes modelos de descomposición y el espesor del óxido de la puerta determina la validez del modelo. El modelo E, el modelo 1 / E y el modelo exponencial de la ley de potencia son modelos comunes que describen el comportamiento de ruptura.
Los tipos de fallas para los componentes del circuito integrado (IC) siguen la curva clásica de la bañera . Existe la mortalidad infantil, que está disminuyendo la tasa de fallas generalmente debido a defectos de fabricación. Una tasa de falla constante baja que es de naturaleza aleatoria. Las fallas por desgaste son fallas crecientes debido al envejecimiento de los mecanismos de degradación de los semiconductores. TDDB es uno de los mecanismos intrínsecos de falla por desgaste. El rendimiento de los componentes de CI se puede evaluar en busca de mecanismos de desgaste de semiconductores, incluida TDDB, para cualquier condición de funcionamiento determinada. Los modelos de ruptura mencionados anteriormente podrían usarse para predecir el tiempo de falla del componente debido a la ruptura dieléctrica dependiente del tiempo (TDDB).
Método de prueba
La prueba más comúnmente utilizada para la investigación del comportamiento de TDDB es "estrés constante". [1] Las pruebas de tensión constante se pueden aplicar en forma de tensión de tensión constante (CVS) o tensión de corriente constante. En el primero, se aplica un voltaje (que a menudo es más bajo que el voltaje de ruptura del óxido) a la puerta, mientras se monitorea su corriente de fuga. El tiempo que tardará el óxido en romperse bajo este voltaje aplicado constante se denomina tiempo de falla. Luego, la prueba se repite varias veces para obtener una distribución del tiempo de falla. [1] Estas distribuciones se utilizan para crear gráficos de confiabilidad y para predecir el comportamiento TDDB del óxido a otros voltajes.
Ver también
Referencias
- ^ a b Elhami Khorasani, Arash; Griswold, Mark; Alford, TL (2014). "Una medición de detección rápida de $ I {-} V $ para la evaluación de TDDB de dieléctricos inter-metálicos ultra gruesos". Cartas de dispositivos electrónicos IEEE . 35 (1): 117-119. doi : 10.1109 / LED.2013.2290538 . ISSN 0741-3106 .