1、Dezember 2010DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 11DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS
2、 31.080.30!$jxk“1718572www.din.deDDIN EN 62416Halbleiterbauelemente Hot-Carrier-Prfverfahren fr MOS-Transistoren(IEC 62416:2010);Deutsche Fassung EN 62416:2010Semiconductor devices Hot carrier test on MOS transistors (IEC 62416:2010);German version EN 62416:2010Dispositifs semi-conducteurs Essaidepo
3、rteurchaudsurlestransistorsMOS(CEI 62416:2010);Version allemande EN 62416:2010Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 12 SeitenB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 DIN EN 62416:2010-12 2 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn
4、 fr die von CENELEC am 2010-06-01 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2010-12-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 62416:2007-08. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Info
5、rmationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom TC 47 Semiconductor devices“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (maintenance result date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unte
6、r http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 EUROPISCHE NORM
7、 EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 62416 Juni 2010 ICS 31.080 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Hot-Carrier-Prfverfahren fr MOS-Transistoren (IEC 62416:2010) Semiconductor devices Hot carrier test on MOS transistors (IEC 62416:2010) Dispositifs semi-conducteurs Essai de porteur chaud sur les
8、 transistors MOS(CEI 62416:2010) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2010-06-01 angenommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer national
9、en Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch).
10、 Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechn
11、ischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien,
12、 der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2010 CENELEC
13、 Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62416:2010 DB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 DIN EN 62416:2010-12 EN 62416:2010 Vorwort Der Text des Schriftstcks 47/20
14、41/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 62416, ausgearbeitet von dem IEC TC 47 Semiconductor devices“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2010-06-01 als EN 62416 angenommen. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrech
15、te berhren knnen. CEN und CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung be
16、rnommen werden muss (dop): 2011-03-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2013-06-01 Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62416:2010 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. 2 B55EB
17、1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 DIN EN 62416:2010-12 EN 62416:2010 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsbereich.4 2 Akronyme und Symbole .4 3 Teststrukturen 5 4 Beanspruchungsdauer .5 5 Beanspruchungsbedingungen .5 6 Stichprobenumfang 6 7 Umgebungstemperatur.6 8 Ausfall
18、- und Fehlerkriterien 6 9 Lebensdauer-Schtzverfahren.7 9.1 Gleichstrom-Beschleunigungsmodell (DC-Modell) 7 9.2 Schtzung ber Wechselstrom-Modell (AC-Modell) 8 10 Festlegungen zur Lebensdauer .8 11 Prfaufzeichnungen .9 Literaturhinweise 10 3 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand
19、 2010-12 DIN EN 62416:2010-12 EN 62416:2010 1 Anwendungsbereich In diesem Dokument ist ein Prfverfahren auf heie“ Ladungstrger (Hot-Carrier) auf Waferniveau fr NMOS- und PMOS-Transistoren festgelegt. Das Prfverfahren wurde erarbeitet, um zu ermitteln, inwiefern die Einzeltransistoren eines bestimmte
20、n (C)MOS-Prozesses der geforderten Hot-Carrier-Lebensdauer entsprechen. 2 Akronyme und Symbole In diesem Dokument werden die folgenden Akronyme und Symbole verwendet. MOS Metall-Oxid-Halbleiter (MOS; en: metal oxide semiconductor) NMOS n-Kanal-MOS-Halbleiter PMOS p-Kanal-MOS-Halbleiter (C)MOS Komple
21、mentr-MOS-Halbleiter L m Lnge des Polysilizium-Gates eines MOS-Transistors W m Breite des Polysilizium-Gates eines MOS-Transistors Lnominalm nach den Entwurfsregeln eines Prozesses zugelassener kleinster Wert von L Wnominalm nach den Entwurfsregeln eines Prozesses zugelassener kleinster Wert von W U
22、gsV Gate-Source-Spannung eines MOS-Transistors UdsV Drain-Source-Spannung eines MOS-Transistors UbsV Bulk(Backgate)-Source-Spannung eines MOS-Transistors IdsA Drain-Source-Strom eines MOS-Transistors IbA Substratstrom eines MOS-Transistors IgnA Gatestrom eines MOS-Transistors Ugs, stressV Ugs-Spannu
23、ngswert whrend der Hot-Carrier-Prfbeanspruchung Uds, stressV Uds-Spannungswert whrend der Hot-Carrier-Prfbeanspruchung Uds, use_maxV hchster zugelassener Uds-Wert nach den Entwurfsregeln eines Prozesses und im Entwurfshandbuch festgelegt Uds, breakdownV Uds-Wert, bei welchem die Strme beim (Lawinen-
24、)Durchbruch (Avalanche) oder Durchgriff (Punch-Through) bestimmt werden, definiert als Spannung Uds, bei welcher Ids= 1,5 Ids(bei Uds, use_max) und Ugs= Uds, use_maxUtV Schwellspannung eines MOS-Transistors, definiert als Spannung Ugs, bei welcher Ids= 0,01 W/ L in A Andere (allgemein vereinbarte) D
25、efinitionen von Utsind erlaubt, solange sie eindeutig angegeben werden. gmA/V Steilheit (Transkonduktanz) eines MOS-Transistors gm, maxA/V hchste Steilheit (Transkonduktanz) eines MOS-Transistors 4 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 DIN EN 62416:2010-12 EN 62416:201
26、0 Ids, satA gesttigter Drain-Source-Strom bei Ugs= Uds= Uds, use_max Ids, sat_forwardwird gemessen, wenn Source und Drain whrend der Beanspruchung gleiche Polaritt haben; Ids,sat_reversewird gemessen, wenn Source und Drain whrend der Beanspruchung unterschiedliche Polaritt haben. L(MOST) Lnge eines
27、quadratischen MOS-Transistors (L = W) gm, max(MOST) gm, maxeines quadratischen MOS-Transistors (L = W) s Lebensdauer eines MOS-Transistors Leffm effektive elektrische Kanallnge eines MOS-Transistors; Bestimmung von Leffbei gegebener Lnge L unter Verwendung von gm, maxfr einen groen quadratischen ()“
28、 MOS-Transistor und wenn W = L Lnominal 3 Teststrukturen Zur Beurteilung einer neuen Technologie hinsichtlich der Gefhrdung mit einer Hot-Carrier-Degradation werden sogenannte Nominaltransistoren (L = Lnominal) empfohlen. Es werden folgende Gate-Lngen empfoh-len, wenn die Lebensdauerschtzung als Fun
29、ktion der Lnge L erforderlich ist (siehe 9.1): L = 1,0 Lnominal, L = 1,5 Lnominal, L = 2,0 Lnominalund L = 5,0 Lnominal, jeweils mit L = W. Gate und Source der jeweiligen Transistoren drfen kombiniert werden, um die Anzahl der fr diese Teststrukturen erforderlichen Bondanschlsse zu reduzieren. blich
30、e Werte fr W sind 10 m fr Lnominal 1 m und 20 m fr Lnominal 1 m. Ein Transistor mit schmaler Breite (z. B. W = Lnominal) kann verwendet werden, um das Vorhandensein von potentiellen Schmalkanal-Effekten“ (narrow-width effects) zu untersuchen. Der Nominaltransistor muss in unterschiedlichen Orientier
31、ungen auf dem Wafer positioniert werden (d. h. ein Nominaltransistor mit seinem Gate parallel zur Wafer-Flat und der andere mit seinem Gate im rechten Winkel zur Flat), wenn asymmetrische Effekte infolge der Ionenimplantation erwartet werden. 4 Beanspruchungsdauer blich sind 40 000 s (eine Nacht) un
32、d in einigen Fllen kleiner Spannungen (low-voltages) 200 000 s (ein Wochenende); die Messzeitpunkte sollten in logarithmischen Abstnden (mindestens drei je Dekade) gewhlt werden. Die Beanspruchungsdauern sollten so gewhlt werden, dass die Degradation mindestens grer 20 %, bezogen auf den Hchstwert d
33、es gewhlten Ausfallkriteriums, betrgt (siehe Abschnitt 8). 5 Beanspruchungsbedingungen Mindestens drei unterschiedliche Prfbeanspruchungen Uds, stress, wobei Uds, stress_max Uds, breakdownund Ubs= 0 V. NMOS-Transistoren werden bei maximalem Substratstrom beansprucht. Den maximalen Substratstrom erhl
34、t man im Allgemeinen ungefhr bei ds, stressgs, stress0,5 V2UU = (1) 5 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 DIN EN 62416:2010-12 EN 62416:2010 Falls das fr eine bestimmte Technologie nicht zutrifft, sollte der entsprechende Wert von Ugs, stressmit Hilfe von Messungen d
35、es Substratstroms ermittelt werden. Bei Transistoren in Deep-Submicron-Technologie darf die Degradation im Worst-Case-Fall den Hchstwert des Substratstroms nicht berschreiten, und es wird deshalb empfohlen, die Worst-Case-Bedingungen zu berprfen. PMOS-Transistoren werden bei maximalem Gatestrom bean
36、sprucht. Den maximalen Gatestrom erhlt man im Allgemeinen ungefhr bei Ugs, stress= Ut 1,0 V (2) (d. h., Ugs= 1,8 V, falls Ut = 0,8 V). Falls das fr eine bestimmte Technologie nicht zutrifft, sollte der entsprechende Wert von Ugs, stressdurch Messungen des Gatestroms ermittelt werden. Fr eine genaue
37、Bestimmung der Lebensdauer wird empfohlen, dass die Ausfallkriterien whrend der Beanspruchung berschritten werden. Das kann erreicht werden, indem ein hoher Wert von Udsgewhlt wird. Ein sinnvoller Anfangswert ist Uds= 0,9 Uds, breakdown. Falls das nicht mglich ist, wird empfohlen, mindestens ber zwe
38、i Dekaden Messdaten zu ermitteln und diese auf das Ausfallkriterium zu extrapolieren. 6 Stichprobenumfang Der Stichprobenumfang ist nicht vorgeschrieben. Zu kleine Stichprobenumfnge resultieren in zu kurzen Lebensdauern infolge der Forderung eines 60-%-Konfidenzniveaus fr die Schtzung. Es wird empfo
39、hlen, mindestens drei Spannungsbeanspruchungswerte Udsund vier unterschiedliche Verhlt-nisse von W/L zu verwenden. Beispielsweise betrgt die resultierende Anzahl der Mess- und Datenpunkte 3 (Uds) 4 (Transistoren) 2 (Lose) = 24 Datenpunkte. 7 Umgebungstemperatur Raumtemperatur, konstant gehalten inne
40、rhalb von 3 C. 8 Ausfall- und Fehlerkriterien Ausfallkriterien mssen fr eine oder mehrere der folgenden Kenngren festgelegt werden: gm, max, Ut, Ids, sat_forward, Ids, sat,_reverse, Ids, lin. Empfohlene Kriterien sind wie folgt: | gm, max/ gm, max| = 10 % bei Uds= 0,1 V oder |Ut| = 0,02 Udd, maxmit
41、einem Kleinstwert von 100 mV bei Uds= 0,1 V oder |Ids, sat/ Ids, sat|forward= 10 % oder |Ids, sat/ Ids, sat|reverse= 10 % oder |Ids, lin/ Ids, lin|forward= 10 %. NMOS-Transistoren zeigen blicherweise eine Reduzierung bei gmund Ids, satund eine Vergrerung in |Ut|. 6 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F0
42、9DCEB7EE8CD9NormCD - Stand 2010-12 DIN EN 62416:2010-12 EN 62416:2010 PMOS-Transistoren zeigen blicherweise eine Vergrerung bei gmund Ids, satund eine Reduzierung in |Ut|. Die Lebensdauer kann mit Hilfe von Interpolation bzw. Extrapolation der Daten ermittelt werden. Allerdings wird empfohlen, Daten
43、 nicht zu bercksichtigen, wenn die Drift bei gm oder Ids, sat oder Ut den 20-%-Wert bezogen auf das Ausfallkriterium nicht berschreitet bzw. wenn die Daten ber mehr als eine Zeitdekade extrapoliert werden mssen, um die Ausfallkriterien zu erreichen. 9 Lebensdauer-Schtzverfahren 9.1 Gleichstrom-Besch
44、leunigungsmodell (DC-Modell) 9.1.1 Allgemeines Es gibt zwei unterschiedliche Lebensdauer-Schtzverfahren. Beim Verfahren 1 wird die Abhngigkeit der Lebensdauer vom Drainstrom genutzt und erfordert nur einen Nominaltransistor. Beim Verfahren 2 wird die Abhngigkeit der Lebensdauer von der Gatelnge genutzt und erfordert Teststrukturen mit unterschiedlichen Lngen L. Verfahren 2 wird verwendet, wenn die Abhngigkeit der Lebensdauer von der Kanallnge gefordert wird. 9.1.2 Verfahren 1: Schtzung ber den Drainstrom Fr NMOS-Transistoren w
