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。