Fundamentele en praktische aspecten van poortoxide-afbraak in VLSI-technologieën

Tijdafhankelijke diëlektrische afbraak is een betrouwbaarheidsprobleem dat in het verleden door veel onderzoeksgroepen enorm veel aandacht heeft gekregen. Ook in imec bestaat er een solide expertise op het gebied van modellen en statistieken van TDDB. In het afgelopen decennium verdween het probleem van de academische radar - vooral in FEOL - omdat het niet als het meest stringente betrouwbaarheidsprobleem werd beschouwd. De focus verschoof naar BEOL, waar de intermetale diëlektrische dikte en de lijnafstand werden gereduceerd tot het punt dat TDDB een aanzienlijk probleem werd. Typische BEOL TDDB-problemen hebben betrekking op de diëlektrische kwaliteit en ruwheid van de rand van de lijn, waardoor lokale veldversterking wordt veroorzaakt. In recente technologieën is TDDB echter teruggekeerd als een FEOL-betrouwbaarheidsprobleem. De poortstapel in moderne technologieën is zorgvuldig afgestemd voor een optimale werking. Verschillende metalen poorten worden gecombineerd met een diëlektrische stapel bestaande uit verschillende high-k componenten. Dipool-inducerende implantaten en defectgloeien worden gebruikt om de werkfunctie te optimaliseren, terwijl tegelijkertijd de impact van ladingopvang wordt geminimaliseerd die instabiliteit van de bias-temperatuur (BTI) veroorzaakt. Hoewel deze zorgvuldige optimalisatie gunstig was voor de werking en enkele betrouwbaarheidsproblemen, verminderde het ook de doorslagsterkte van de gate-stack, waardoor TDDB terugkwam als een betrouwbaarheidsprobleem.