很薄的氧化层在达到本征击穿电场强度之前，会由于隧 穿效应使一些电子越过二氧化硅势垒，形成穿越氧化层 的隧穿电流。特别是氧化层中存在的缺陷增加了电荷穿 越氧化层的途径。同时，电荷穿越氧化层会造成氧化层 损伤。陷阱对电荷的俘获引起氧化层磨损(wear out)已 经成为影响MOS器件可靠性的一个重要问题。 这种施加在栅氧化层上的电场低于其本征击穿场强并未 引起本征击穿，但经历一定时间后栅氧化层仍发生的击 穿，叫时变击穿TDDB。栅氧化层TDDB现象是由于施 加电应力过程中缺陷在氧化层内部产生并积聚的缘故。 栅氧化层TDDB是威胁MOS器件和系统的寿命和长期 工作可靠性的主要失效机制
• 很薄的氧化层在达到本征击穿电场强度之前，会由于隧 穿效应使一些电子越过二氧化硅势垒，形成穿越氧化层 的隧穿电流。特别是氧化层中存在的缺陷增加了电荷穿 越氧化层的途径。同时，电荷穿越氧化层会造成氧化层 损伤。陷阱对电荷的俘获引起氧化层磨损(wear out)已 经成为影响MOS器件可靠性的一个重要问题。 • 这种施加在栅氧化层上的电场低于其本征击穿场强并未 引起本征击穿，但经历一定时间后栅氧化层仍发生的击 穿，叫时变击穿TDDB。栅氧化层 TDDB 现象是由于施 加电应力过程中缺陷在氧化层内部产生并积聚的缘故。 栅氧化层 TDDB 是威胁 MOS 器件和系统的寿命和长期 工作可靠性的主要失效机制
栅氧化层的击穿过程可以分为两个阶段。第一阶段是 损伤建立阶段即在电应力作用下氧化层内部及$ /SO2界面上不断产生缺陷并形成缺陷（陷阱、电荷 )的积累。积累的缺陷（陷阱、电荷）浓度达到一定 程度后栅氧化层漏电流急剧增大转入第二阶段即在热 、电正反馈作用下氧化层迅速击穿。由于第二阶段过 程很快因此栅氧化层寿命由第一阶段中的损伤建立时 间决定
• 栅氧化层的击穿过程可以分为两个阶段。第一阶段是 损伤建立阶段即在电应力作用下氧化层内部及Si /SiO2界面上不断产生缺陷并形成缺陷（陷阱、电荷 ）的积累。积累的缺陷（陷阱、电荷）浓度达到一定 程度后栅氧化层漏电流急剧增大转入第二阶段即在热 、电正反馈作用下氧化层迅速击穿。由于第二阶段过 程很快因此栅氧化层寿命由第一阶段中的损伤建立时 间决定
过去认为栅氧的TDDB主要是Na+等玷污引 起的，经过不断努力，采用各种有效防止Na+玷 污措施，现已做到基本上无Na+玷污MOS电容 经温度一偏压的BT处理后，可动电荷在 1×100个/cm2以下，处理前后C-V曲线已无移 动，以及采用二步（或三步）HCI氧化法，使Si SO2界面处，从微观上平整无凹凸接触，以减 少界面处场强，这种栅氧的击穿场强基本在 10 MV/cm以上，但仍发生TDDB,所以栅氧的 TDDB是VLSI中的一个重要的可靠性问题。 28
过去认为栅氧的TDDB主要是Na +等玷污引 起的，经过不断努力，采用各种有效防止Na +玷 污措施，现已做到基本上无Na +玷污(MOS电容 经温度一偏压的B-T处理后，可动电荷在 1×10 10个/cm2以下，处理前后C-V曲线已无移 动)，以及采用二步(或三步)HCl氧化法，使Si- SiO2界面处，从微观上平整无凹凸接触，以减 少界面处场强，这种栅氧的击穿场强基本在 10MV/cm以上，但仍发生TDDB，所以栅氧的 TDDB是VLSI中的一个重要的可靠性问题。 28
电子元器件的失效规律 (Veilbull2分布) m-1 失效率)满足威布尔分布： m 7 m<1,早期失效期； m=1,偶发失效期； 早期失效 耗损失效 m>1,损耗失效期。 Wear in Wear out II 偶然失效 Random 般电子元器件的失效率与时间的关系（浴盆曲线） 29
一般电子元器件的失效率与时间的关系(浴盆曲线) 电子元器件的失效规律（Weilbull分布） 29 失效率λ满足威布尔分布： 1 m m t m<1，早期失效期； m=1，偶发失效期； m>1，损耗失效期
第I区（早期失效阶段）：失效率高，失效率随 时间的增加而下降；由一种或几种具有一定普遍性的原 因（如设计、制造中的缺陷）所造成，对不同品种、不同 工艺的器件，这一阶段的延续时间和失效比例是不同的。 减少该阶段失效的办法：严格工艺操作、半成品和成品 的检验，合理筛选。 第II区（偶然失效阶段）：失效率低，近似为一 常数，是器件的良好使用阶段，失效是由多种而又不太 严重的偶然因素引起的。是产品最佳的工作阶段。 第III区（耗损失效阶段）：失效率明显上升， 大部分器件相继失效，失效是由带全局性的原因（老化、 磨损、耗损、疲劳等)造成的。 器件的设计、制造应尽快使其进入低失效率的 偶然失效期，以推迟耗损期的到来。 30
第I区(早期失效阶段)：失效率高，失效率随 时间的增加而下降；由一种或几种具有一定普遍性的原 因(如设计、制造中的缺陷)所造成，对不同品种、不同 工艺的器件，这一阶段的延续时间和失效比例是不同的。 减少该阶段失效的办法：严格工艺操作、半成品和成品 的检验，合理筛选。 第II区(偶然失效阶段)：失效率低，近似为一 常数，是器件的良好使用阶段，失效是由多种而又不太 严重的偶然因素引起的。是产品最佳的工作阶段。 第III区(耗损失效阶段)：失效率明显上升， 大部分器件相继失效，失效是由带全局性的原因(老化、 磨损、耗损、疲劳等)造成的。 器件的设计、制造应尽快使其进入低失效率的 偶然失效期，以推迟耗损期的到来。 30