GB/T 45720-2025 半导体器件 栅介质层的时间相关介电击穿(TDDB)试验

ICS3108001

CCSL.55.

中华人民共和国国家标准

GB/T45720—2025/IEC623742007

:

半导体器件栅介质层的时间相关

介电击穿TDDB试验

()

Semiconductordevices—TimedeendentdielectricbreakdownTDDB

p()

testforgatedielectricfilms

IEC623742007IDT

(:,)

2025-05-30发布2025-09-01实施

国家市场监督管理总局发布

国家标准化管理委员会

GB/T45720—2025/IEC623742007

:

目次

前言

…………………………Ⅲ

范围

1………………………1

规范性引用文件

2…………………………1

术语和定义

3………………1

试验设备

4…………………3

试验样品

5…………………3

通则

5.1…………………3

测试结构电容器结构

5.2()……………3

面积

5.3…………………3

步骤

6………………………4

概述

6.1…………………4

预测试

6.2………………4

试验条件

6.3……………5

判据

6.4…………………5

寿命时间估算

7……………7

概述

7.1…………………7

加速模型

7.2……………8

寿命时间估算步骤

7.3…………………10

寿命时间与栅氧面积的关系

8……………12

附录资料性补充确定试验条件和数据分析

A()………13

参考文献

……………………16

Ⅰ

GB/T45720—2025/IEC623742007

:

前言

本文件按照标准化工作导则第部分标准化文件的结构和起草规则的规定

GB/T1.1—2020《1:》

起草

。

本文本件等同采用半导体器件栅介质层的时间相关介电击穿试验

IEC62374:2007《(TDDB)》。

本文件增加了规范性引用文件一章

“”。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任

。。

本文件由中华人民共和国工业和信息化部提出

。

本文件由全国半导体器件标准化技术委员会归口

(SAC/TC78)。

本文件起草单位工业和信息化部电子第五研究所吉林华微电子股份有限公司安徽长麦智能科

:、、

技有限公司中国科学院半导体研究所广东汇芯半导体有限公司贵州振华风光半导体股份有限公

、、、

司河北北芯半导体科技有限公司东莞赛诺高德蚀刻科技有限公司中芯国际集成电路制造上海有

、、、()

限公司中国电子科技集团公司第十三研究所深圳市森美协尔科技有限公司

、、。

本文件主要起草人陈义强来萍高汭蔡荣敢冯宇翔王力纬董显山肖庆中陈媛常江

:、、、、、、、、、、

刘岳阳刘岗岗裴选张亮旗冯军宏迟雷夏自金刘世文

、、、、、、、。

Ⅲ

GB/T45720—2025/IEC623742007

:

半导体器件栅介质层的时间相关

介电击穿TDDB试验

()

1范围

本文件描述了半导体器件栅介质层的时间相关介电击穿试验方法以及失效的产品

(TDDB)TDDB

寿命时间估算方法

。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件

。

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件

。

31

.

栅氧电场强度oxideelectricfieldstrength

()()

E

ox

栅氧电压除以栅氧厚度见公式

,(1)。

注

:

E=Vt

oxox/ox…………(1)

式中

:

E栅氧电场强度单位为兆伏每厘米

ox———,(MV/cm);

V栅氧电压

ox———;

t栅氧厚度

ox———。

t应通过统一的有据可查的方法扫描电子显微镜透射电子显微镜或电容电压分析的物理

ox、((SEM)、(TEM)-(CV)

测量方法进行测定需要指出的是施加的电压不一定是栅氧上的电压超薄栅氧由于存在量子限域效应和栅电极耗

)。,。

尽效应栅氧电压会比施加的电压要低

,。

测量t的方法或规定测量方法的标准在数据报告中进行引用

ox。

32

.

栅氧泄漏电流gateoxideleakagecurrent

I

g

在绝缘栅场效应晶体管的栅极引出端流动的泄漏电流

。

注栅极泄漏电流通常使用字母符号I

:“g”。

33

.

初始栅氧泄漏电流initialgateoxideleakagecurrent

I

g0

在施加应力电压或应力电场之前施加工作电压时在绝缘栅氧的栅极引出端中的泄漏电流

,。

34

.

限制电流compliancecurrent

I

comp

电压驱动设备的最大电流

。

1

GB/T45720—2025/IEC623742007

:

注能为特定的试验设置合适的I值

:comp。

35

.

测量的栅氧泄漏电流measuredgateoxideleakagecurrent

I

meas

在预测试或恒定电压应力试验中测量的栅极泄漏电流

(constantvoltagestress,CVS)。

36

.

应力产生的栅氧泄漏电流stress-inducedleakageoxidecurrent

I

SILC

在V条件下测量的应力产生的泄漏电流

SILC(stress-inducedleakagecurrent,SILC)。

注如果使用应力中断方法检测是否发生击穿则在恒定电压应力试验期间测量该值并与判据进行比较

:,。

37

.

工作栅氧泄漏电流usegateoxideleakagecurrent

I

use

在正常工作电压下通过栅氧的测量电流典型值

。

38

.

应力栅氧泄漏电流stressgateoxideleakagecurrent

I

stress

在试验期间测量的栅氧电流

CVS。

39

.

前一次测量的栅氧泄漏电流previouslymeasuredgateoxideleakagecurrent

I

previous

在试验条件下测量的前一次栅氧电流值

CVS。

310

.

击穿时间breakdowntime

t

bd

应力电压施加到栅氧直到栅氧失效的应力时间总和

。

注在试验中为测量和判断是否发生击穿施加的应力电压会反复中断见图

:CVS,,(1)。

311

.

间隔时间intervaltime

t

int

应力中断前的持续时间在每次应力中断期间测量I以检测是否发生击穿

,SILC。

注见图

:3。

312

.

栅氧厚度gateoxidethickness

t

ox

栅氧的物理厚度

。

313

.

等待时间waittime

t

wait

每次应力中断到开始测量I之间的时间见图

SILC(3)。

2

GB/T45720—2025/IEC623742007

:

314

.

应力产生的泄漏电流SILC电压SILCvoltage

()

V

SILC

I的测量电压

SILC。

315

.

应力电压stressvoltage

V

stress

恒定电压应力试验期间施加的电压

(CVS)。

316

.

工作电压usevoltage

V

use

在预测试期间施加的以确定器件可用性的电压

,。

注此电压通常是电源电压或该工艺节点的工作电压

:。

4试验设备

试验能用于封装级试验和晶圆级试验封装级试验使用温箱在晶圆级试验的情况下则应

TDDB。,,

使用带有加热板或加热台的探针台另外需要有测量仪器以检测是否达到失效判据与栅氧厚度器

。,,(、

件结构和面积有关

)。

5试验样品

51通则

.

试验样品宜具有以下测试结构和面积

TDDB。

52测试结构电容器结构

.()

测试样品具有由栅极介电薄膜和硅衬底上的栅电极组成的电容器结构

。

针对试验目的能选择电容器或场效应晶体管结构能改变面积和几何形状

,(FET),。

结构优于电容器结构因为应力试验宜在工作模式下进行此时沟道处于反型区推荐

FET,,FET。

使用不同面积的有源区不同周长的隔离区边缘和栅极边缘的多种测试结构进行试验以测量面积效应

,,

并确定面积与周长的影响

。

测试结构的引线应尽可能短以使引线电阻最小防止电压下降

,。

推荐至少使用三个不同面积的器件以便可以计算面积效应面积范围能跨越两个数量级这对获

,。,

取威布尔分布形状参数很重要

。

53面积

.

在具有较大介电面积的薄栅氧t的情况下由于隧穿电流的影响I比率变得太大击穿

(ox<5nm),,g,

变得更软且有噪声导致无法准确测量介电击穿所以面积应足够小以便能够测量击穿后与击穿前

“”,。,

的I比率

g。

薄栅氧的典型面积为-112-32在某些情况下电流噪声判据是有效的

1×10cm~1×10cm。,“”。

当存在大隧穿电流时宜采用小面积的电容器结构来检测软击穿

,