1、 NORME INTERNATIONALECEIIECINTERNATIONAL STANDARD 62374Premire ditionFirst edition2007-03Dispositifs semiconducteurs Essai de rupture dilectrique en fonction du temps (TDDB) pour films dilectriques de grille Semiconductor devices Time dependent dielectric breakdown (TDDB) test for gate dielectric fi
2、lms Numro de rfrence Reference number CEI/IEC 62374:2007 Numrotation des publications Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI sont numrotes partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 devient la CEI 60034-1. Editions consolides Les versions consolides de certaines publications de la CEI incor
3、porant les amendements sont disponibles. Par exemple, les numros ddition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent respectivement la publication de base, la publication de base incorporant lamendement 1, et la publication de base incorporant les amendements 1 et 2. Informations supplmentaires sur les publications d
4、e la CEI Le contenu technique des publications de la CEI est constamment revu par la CEI afin quil reflte ltat actuel de la technique. Des renseignements relatifs cette publication, y compris sa validit, sont dispo-nibles dans le Catalogue des publications de la CEI (voir ci-dessous) en plus des nou
5、velles ditions, amendements et corrigenda. Des informations sur les sujets ltude et lavancement des travaux entrepris par le comit dtudes qui a labor cette publication, ainsi que la liste des publications parues, sont galement disponibles par lintermdiaire de: Site web de la CEI (www.iec.ch) Catalog
6、ue des publications de la CEI Le catalogue en ligne sur le site web de la CEI (www.iec.ch/searchpub) vous permet de faire des recherches en utilisant de nombreux critres, comprenant des recherches textuelles, par comit dtudes ou date de publication. Des informations en ligne sont galement disponible
7、s sur les nouvelles publications, les publications remplaces ou retires, ainsi que sur les corrigenda. IEC Just Published Ce rsum des dernires publications parues (www.iec.ch/online_news/justpub) est aussi dispo-nible par courrier lectronique. Veuillez prendre contact avec le Service client (voir ci
8、-dessous) pour plus dinformations. Service clients Si vous avez des questions au sujet de cette publication ou avez besoin de renseignements supplmentaires, prenez contact avec le Service clients: Email: custserviec.ch Tl: +41 22 919 02 11 Fax: +41 22 919 03 00 Publication numbering As from 1 Januar
9、y 1997 all IEC publications are issued with a designation in the 60000 series. For example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1. Consolidated editions The IEC is now publishing consolidated versions of its publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to the
10、 base publication, the base publication incorporating amendment 1 and the base publication incorporating amendments 1 and 2. Further information on IEC publications The technical content of IEC publications is kept under constant review by the IEC, thus ensuring that the content reflects current tec
11、hnology. Information relating to this publication, including its validity, is available in the IEC Catalogue of publications (see below) in addition to new editions, amendments and corrigenda. Information on the subjects under consideration and work in progress undertaken by the technical committee
12、which has prepared this publication, as well as the list of publications issued, is also available from the following: IEC Web Site (www.iec.ch) Catalogue of IEC publications The on-line catalogue on the IEC web site (www.iec.ch/searchpub) enables you to search by a variety of criteria including tex
13、t searches, technical committees and date of publication. On-line information is also available on recently issued publications, withdrawn and replaced publications, as well as corrigenda. IEC Just Published This summary of recently issued publications (www.iec.ch/online_news/justpub) is also availa
14、ble by email. Please contact the Customer Service Centre (see below) for further information. Customer Service Centre If you have any questions regarding this publication or need further assistance, please contact the Customer Service Centre: Email: custserviec.ch Tel: +41 22 919 02 11 Fax: +41 22 9
15、19 03 00 . NORME INTERNATIONALECEIIECINTERNATIONAL STANDARD 62374Premire ditionFirst edition2007-03Dispositifs semiconducteurs Essai de rupture dilectrique en fonction du temps (TDDB) pour films dilectriques de grille Semiconductor devices Time dependent dielectric breakdown (TDDB) test for gate die
16、lectric films Pour prix, voir catalogue en vigueur For price, see current catalogue IEC 2007 Droits de reproduction rservs Copyright - all rights reserved Aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque forme que ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique,
17、y compris la photocopie et les microfilms, sans laccord crit de lditeur. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher. International Electrotechn
18、ical Commission, 3, rue de Varemb, PO Box 131, CH-1211 Geneva 20, SwitzerlandTelephone: +41 22 919 02 11 Telefax: +41 22 919 03 00 E-mail: inmailiec.ch Web: www.iec.ch CODE PRIX PRICE CODE S Commission Electrotechnique InternationaleInternational Electrotechnical Commission 2 62374 CEI:2007 SOMMAIRE
19、 AVANT-PROPOS4 1 Domaine dapplication 8 2 Termes et dfinitions 8 3 Matriel dessai 12 4 Echantillons dessai12 4.1 Gnralits12 4.2 Structure dessai: structure de condensateur.12 4.3 Surface .14 5 Procdures.14 5.1 Gnralits14 5.2 Essai pralable .18 5.3 Conditions dessai .18 5.4 Critres .18 6 Estimation d
20、e dure de vie .24 6.1 Gnralits24 6.2 Modle dacclration .24 6.3 Procdure de lestimation de la dure de vie .28 7 Dpendance de la dure de vie par rapport la surface de loxyde de grille.34 Annex A (informative) Condition dessai de dtermination supplmentaire et analyse des donnes .36 Bibliographie.42 Fig
21、ure 1 Organigramme dessai de mthode de contrainte de tension constante16 Figure 2 Exemple type dapplication de la mthode de variance pour la dtection du claquage.22 Figure 3 Diagramme de temps reprsentant la mise en oeuvre de la technique dinterruption de contrainte pour contrler la modification de
22、SILC (tinitdoit tre 5 nm) le courant tunnel a un effet ngligeable, de sorte que la limite suprieure de la surface peut stendre de 1 x 10-3cm2 1 x 10-1cm2. 5 Procdures 5.1 Gnralits Cette section explique la procdure dessai. La Figure 1 illustre une procdure de contrainte par la mthode de tension cons
23、tante. 62374 IEC:2007 15 It is recommended that at least three device areas be used so proper area scaling can be achieved. The area range can span over two orders of magnitude. It is important to get the Weibull Shape parameter. 4.3 Area In the case of thin gate oxides (tox5 nm) the tunnelling curr
24、ent has a negligible effect, so the area upper limit can be extended from 1 x 10-3cm2 to 1 x 10-1cm2. 5 Procedures 5.1 General In this section the test procedure is explained. Figure 1 shows a procedure for the constant voltage stress method. 16 62374 CEI:2007 ESSAI PRALABLE Appliquer la tension de
25、fonctionnementMesure du courant de grille (Imeas) Imeas critre dfiniRejeter la valeur initiale Oui Nont = 0Appliquer la tension de containte (Vstress) Enregistrer le temps de claquage (tbd) OuiNont tmax?Arrter lessai OuiNont = t + tinterMesure du courant de grille (Imeas) Imeas critre dfiniIEC 114/0
26、7 Figure 1 Organigramme dessai de mthode de contrainte de tension constante 62374 IEC:2007 17 Pre-TEST Apply operating voltage Gate current measurement (Imeas) Imeas defined criterion Reject initial failure Yes Not = 0Apply stress voltage (Vstress)Record breakdown time (tbd) YesNot tmax?Stop testYes
27、Not = t + tinterGate current measurement (Imeas) Imeas defined criterionIEC 114/07 Figure 1 Test flow diagram of constant voltage stress method 18 62374 CEI:2007 5.2 Essai pralable Lessai pralable est ralis pour lidentification des chantillons dfectueux initiaux. Le courant de grille est mesur la te
28、nsion dutilisation applique. Si le courant mesur est plus grand que le critre dfini, alors cet chantillon est rejet en tant quchantillon dfectueux initial. Si la rpartition des dfauts est ncessaire, lessai CVS sans essai pralable peut tre efficace. Dans ce cas, lessai pralable peut tre ignor. 5.3 Co
29、nditions dessai 5.3.1 Gnralits Les conditions dessai suivantes sont recommandes pour lessai TDDB. Il convient de choisir le nombre dchantillons pour fournir le niveau de confiance ncessaire pour lapplication. 5.3.2 Champ lectrique Vstressdoit tre dcid par un essai exprimental pour obtenir les donnes
30、 de dure de vie TDDB en un temps raisonnable. Il est prfrable de choisir au moins 3 champs lectriques pour lestimation du facteur dacclration du champ. 5.3.3 Temprature Il est prfrable de choisir au moins 3 tempratures. Il convient que la temprature de jonction dutilisation se situe dans la plage de
31、 temprature dessai pour lestimation du facteur dacclration de temprature (nergie dactivation). 5.4 Critres Choisir lun des critres de dfaillance suivants pour indiquer la dfaillance du dispositif: a) Igdpasse la valeur de dfaillance. b) Si spcifi Ig dpasse la valeur de dfaillance. c) Si spcifi Ig/Ig
32、0 dpasse la valeur de dfaillance. Valeur de dfaillance: valeur Igou Ig, Ig/Ig0qui provoque la dfaillance du circuit cible. Il convient que les conditions de mesure (temprature, champ lectrique) pour le jugement dacceptation soient tablies aux conditions dutilisation ou aux conditions de contrainte.
33、Il convient dtablir le courant de grille ou le dcalage du courant de grille pour dfaillance en prenant en considration le courant initial, la rsolution de mesure et les spcifications de produits. Si la valeur de dfaillance nest pas spcifie, utiliser les mthodes d) f) ci-dessous. d) Augmentation du c
34、ourant doxyde de fuite de grille mesur Pour des oxydes plus pais (tox 5nm ) ou pour des structures dessai de petite surface, loxyde connat souvent une dfaillance par une augmentation soudaine (10X) du courant de contrainte doxyde mesur. Imeas 10 X Iprevious. Si cette condition est remplie lessai est
35、 termin. Cette valeur daugmentation de 10X est une valeur recommande. Cette valeur pourrait varier entre 2-10X car les vnements de claquages durs rels dpendent de la surface du condensateur, de son paisseur, de sa structure ou du processus. e) Augmentation en bruit en courant Lors dun vnement de cla
36、quage mou, le bruit de mesure augmente. Cette augmentation de bruit peut tre dtecte en analysant les donnes de mesure du courant en utilisant les techniques de variance. Cette description dessai part de lhypothse que le bruit du systme dessai a dj t dtermin. 62374 IEC:2007 19 5.2 Pre-test The pre-te
37、st is performed for identifying initial failed samples. The gate current is measured at the applied use voltage. If the measured current is larger than the defined criterion, then that sample is rejected as an initial failed sample. When obtaining the defective distribution is necessary, the CVS tes
38、t without pre-test may be effective. In this case the pre-test can be omitted. 5.3 Test conditions 5.3.1 General The following test condition is recommended for the TDDB test. The sample size should be selected to provide the necessary confidence level for the application. 5.3.2 Electric field Vstre
39、ssshall be decided by a trial test to get the TDDB lifetime data in a reasonable time. It is preferable to select at least 3 electric fields for estimating the field acceleration factor. 5.3.3 Temperature It is preferable to select at least 3 temperatures. The use-junction temperature should be in t
40、he test temperature range for estimating the temperature acceleration factor (activation energy). 5.4 Criteria Select one of the following failure criteria to indicate device failure: a) Igexceeds the failure value. b) If specified Igexceeds the failure value. c) If specified Ig/Ig0exceeds the failu
41、re value. Failure value : Igor Ig, Ig/Ig0value that makes the target circuit fail. The measurement condition (temperature, electric field) for the pass judgment should be set up at use conditions or stress conditions. The gate current or the gate current shift for failure should be established in co
42、nsideration of the initial current, the measurement resolution, and the products specifications. If the failure value is not specified, use the methods d) to f) below. d) Increase in measured gate leakage oxide current For thicker oxides (tox 5 nm ) or for small area test structures the oxide often
43、fails by a sudden increase (10X) in measured oxide stress current. Imeas 10 X Iprevious. If this condition is met the test is terminated. The value of 10X increase is a recommended value. This value could range between 2-10X for actual hard breakdown events depend on the capacitor area, thickness, s
44、tructure, or process. e) Increase in current noise At a soft-breakdown event the measurement noise increases. This increase in noise can be detected by analysing the current measurement data using variance techniques. This test description assumes that the test system noise has already been determin
45、ed. 20 62374 CEI:2007 Dans cet essai, six valeurs de courant conscutives de Imeas(i) Imeas(i+5) sont enregistres et le bruit en courant (Imeas)2est calcul partir de ces valeurs comme suit: 45)()()(251meas512meas2meas=iiiiiIiII (2) La valeur finale (Imeas)2est essentiellement lestimateur de la varian
46、ce dchantillon de cinq valeurs Imeas. Le bruit en courant est calcul en continu en ajoutant une nouvelle valeur de courant et en supprimant la premire valeur du jeu de six points (cest-dire un jeu dchantillons glissants: Imeas(i+1) Imeas(i+5). Si le bruit en courant augmente de 500X sur la valeur de
47、 la ligne de base pour cinq calculs supplmentaires au moins, alors le dispositif est dfini comme ayant une dfaillance. Les calculs supplmentaires effectus aprs la dtection du claquage assurent que laugmentation du bruit est maintenue et non le rsultat dune fluctuation alatoire ou dune augmentation d
48、u bruit transitoire. Lessai est alors termin. Cette valeur daugmentation de 500X est une valeur recommande. Cette valeur pourrait varier entre 200X et 500X pour les vnements de claquages mous rels dpendant de la surface du condensateur, de son paisseur, de sa structure ou du processus. Il peut tre souhaitable de compenser le ralentissement des valeurs daugmentation de Imeaspendant la contrainte en raison du courant
