最後更新:2026年10月8日測試・可靠度可靠度・劣化機制中國大陸:经时介质击穿

TDDB(時間相依介電崩潰)是什麼

Time-Dependent Dielectric Breakdown

TDDB(時間相依介電崩潰)是對閘極絕緣膜持續施加電場時,經過一段時間後突然失去絕緣性而崩潰的可靠度劣化現象。它是決定電晶體壽命的代表性失效模式,在閘極絕緣膜持續薄化的先進節點中越趨嚴重,因此透過導入High-k材料及管理運作電壓來因應。

目錄5 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關企業
  4. 相關用語
  5. 比較文章

定義與原理

TDDB(Time-Dependent Dielectric Breakdown:時間相依介電崩潰)是對閘極絕緣膜(閘極氧化層或High-k膜)持續施加電場時,經過一段時間後突然失去絕緣性而崩潰的可靠度劣化現象。它是決定電晶體壽命的代表性失效模式,在閘極絕緣膜持續薄化的先進節點中特別重要。

其機制以下列模型說明:電場應力使絕緣膜中逐漸產生並累積缺陷(陷阱),當這些缺陷連成一條導電路徑(滲流路徑,percolation path)的瞬間便發生崩潰。崩潰分為漏電流緩慢增加的軟崩潰(soft breakdown),以及絕緣性急遽喪失的硬崩潰(hard breakdown)。

隨著微縮使等效氧化層厚度(EOT)變薄,即使電壓相同電場也會增強,確保TDDB壽命變得更加困難。導入High-k/金屬閘極,也有兼顧降低EOT與確保可靠度的目的。由於到崩潰為止的時間有變異,會以韋伯(Weibull)統計評估壽命分布。

評估是以施加高於實際使用之電壓與溫度的加速測試進行,再外插出實際運作條件下的壽命。它與NBTI及熱載子注入並列為主要劣化因素,與閘極堆疊(gate-stack)、EOT及可靠度測試設備密切相關。搭配nbti條目閱讀,便能理解閘極絕緣膜可靠度的全貌。

TDDB(時間相依介電崩潰)的常見問題

TDDB為什麼是「時間相依」?
因為電場持續施加於絕緣膜時,膜中會一點一點累積缺陷(陷阱),當這些缺陷相連形成導電路徑(滲流路徑)的瞬間就會崩潰。特徵是不會立即損壞,而是經過一定時間後突然損壞。
TDDB如何評估?
以高於實際使用的電壓與高溫進行加速測試,將到崩潰為止的時間分布以韋伯分布等進行統計處理,再外插至實際使用條件以推估壽命。由於閘極面積越大、含有弱點的機率越高,也要考慮面積相依性。
TDDB的對策有哪些?
導入物理膜厚可比SiO₂更厚的High-k材料(HfO₂)以緩和電場、降低運作電壓,以及改善成膜製程以減少膜中缺陷。抑制電漿製程中的充電損傷也很重要。

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