La ruptura del óxido de compuerta dependiente del tiempo (o ruptura dieléctrica dependiente del tiempo , TDDB ) es un tipo de envejecimiento del transistor , un mecanismo de falla en los MOSFET , cuando el óxido de compuerta se rompe como resultado de la aplicación prolongada de un campo eléctrico relativamente bajo (a diferencia de la ruptura inmediata, que es causada por un campo eléctrico fuerte). La ruptura es causada por la formación de una ruta conductora a través del óxido de compuerta hasta el sustrato debido a la corriente de tunelización de electrones , cuando los MOSFET se operan cerca o más allá de sus voltajes operativos especificados.
La generación de defectos en el dieléctrico es un proceso estocástico . Hay dos modos de ruptura, intrínseco y extrínseco. La ruptura intrínseca es causada por la generación de defectos inducida por estrés eléctrico. La ruptura extrínseca es causada por defectos inducidos por el proceso de fabricación. Para circuitos integrados, el tiempo de ruptura depende del espesor del dieléctrico (óxido de compuerta) y también del tipo de material, que depende del nodo del proceso de fabricación . Los productos de generaciones anteriores con espesor de óxido de compuerta > 4 nm se basan en SiO2 y los nodos de proceso avanzados con óxido de compuerta < 4 nm se basan en materiales dieléctricos de alta k . Hay diferentes modelos de ruptura y el espesor del óxido de compuerta determina la validez del modelo. El modelo E, el modelo 1/E y el modelo exponencial de ley de potencia son modelos comunes que representan el comportamiento de ruptura.
Los tipos de fallas de los componentes de circuitos integrados (CI) siguen la clásica curva de bañera . Existe una mortalidad infantil, que es una tasa de falla decreciente, generalmente debido a defectos de fabricación. Una tasa de falla constante baja que es de naturaleza aleatoria. Las fallas por desgaste son fallas en aumento debido al envejecimiento de los mecanismos de degradación de semiconductores. La TDDB es uno de los mecanismos de falla por desgaste intrínseco. El desempeño de los componentes de CI se puede evaluar para los mecanismos de desgaste de semiconductores, incluida la TDDB, para cualquier condición de operación dada. Los modelos de falla mencionados anteriormente se podrían utilizar para predecir el tiempo de falla del componente debido a la ruptura dieléctrica dependiente del tiempo (TDDB).
La prueba más utilizada para la investigación del comportamiento de TDDB es la de "estrés constante". [1] Las pruebas de estrés constante se pueden aplicar en forma de estrés de voltaje constante (CVS) o estrés de corriente constante. En el primero, se aplica un voltaje (que a menudo es inferior al voltaje de ruptura del óxido) a la compuerta, mientras se monitorea su corriente de fuga. El tiempo que tardará el óxido en romperse bajo este voltaje constante aplicado se denomina tiempo hasta el fallo. Luego, la prueba se repite varias veces para obtener una distribución del tiempo hasta el fallo. [1] Estas distribuciones se utilizan para crear gráficos de confiabilidad y predecir el comportamiento de TDDB del óxido a otros voltajes.