TDDB击穿特性评估薄介质层质量

与时间相关电介质击穿(TDDB)测量是评估厚度小于20nm薄栅介质层质量的重要方法.氧化层击穿前,隧穿电子和空穴在氧化层中或界面附近产生陷阱、界面态,当陷阱密度超过临界平均值 _bd时,发生击穿.击穿电量Q_bd值表征了介质层的质量.Q_bd值及其失效统计分布与测试电流密度、电场强度、温度及氧化层面积等有定量关系.TDDB的早期失效分布可以反映工艺引入的缺陷.TDDB可以直接评估氧化、氮化、清洗、刻蚀等工艺对厚度小于10nm的栅介质质量的影响.它是硅片级评估可靠性和预测EEPROM擦写次数的重要方法.     

薄SiO2层击穿特性与临界陷阱密度

薄栅氧化层的退化、击穿与氧化层中和界面陷阱的产生相关.本文研究了在恒电流TDDB(Time-Dependent Dielectric Breakdown) 应力条件下8.9nm薄氧化层的电学特性退化、击穿情况.研究表明,电子在穿越SiO₂晶格时与晶格相互作用产生陷阱,当陷阱密度达到某一临界密度N_bd时,氧化层就击穿.N_bd可以用来表征氧化层的质量,与测试电流密度无关.击穿电量Q_bd随测试电流密度增大而减小可用陷阱产生速率的增长解释.临界陷阱密度N_bd随测试MOS电容面积增大而减小,这与统计理论相符.统计分析表明,对于所研究的薄氧化层,可看作由面积为2.56×10^-14cm²的"元胞"构成,当个别"元胞"中陷阱数目达到13个时,电子可通过陷阱直接隧穿,"元胞"内电流突然增大,产生大量焦耳热,形成欧姆通道,氧化层击穿.