Abbildung: Extrapolation der Lebensdauer bei
für 
-Degradation aus
Gleichspannungsstreß mit 
und 
,
für Substratstrommaximum.
Die Messung der Lebensdauer des 
-Kanal-Transistors wird
bei erhöhtem Gleichspannungsstreß (
bis )
bei Gate-Source-Spannung für Substratstrommaximum oder
bis zum Erreichen eines der beiden Kriterien
-Degradation oder 
Threshold-Spannungsveränderung
durchgeführt. Die Rückextrapolation auf die Nennbetriebsspannung
erfolgt nach dem von Takeda et al. [Tak83c]
gefundenen, empirischen
Zusammenhang zwischen zu erwartender Lebensdauer 
und
Substratstrommaximum 
nach
mit 
und 
als Kenngrößen der jeweiligen Technologie.
In Abb. 6.15 ergibt
diese Extrapolation für die optimierten LDD-Parameter genau
die geforderte Mindestlebensdauer des Transistors von
Jahren.
Der Proportionalitätsfaktor ist
unter anderem stark von der Drain-Struktur, besonders aber von der
Qualität des Gate-Oxids abhängig und kann durchaus den Bereich
von zwei Zehnerpotenzen überstreichen [Hu85].
Der Exponent des Substratstroms hingegen wird in der Literatur
als unabhängig von technologischen und strukturellen Einflüssen
beschrieben, allein der genaue Wert streut über die verschiedenen
empirischen Untersuchungen: Bei Takeda et al. [Tak83b],
[Tak83d] wird der Exponent mit 
bis 
angebenen,
Hu et al. [Hu85] finden bei 
die beste
Übereinstimmung mit ihren Meßserien.
Jedenfalls wird die Motivation zur Substratstromreduktion klar, wenn
aus Gleichung 6.1
aus der Halbierung des Substratstroms etwa eine Verzehnfachung
der Lebensdauer folgt.
In [Hu85] wird in den Zusammenhang zwischen Lebensdauer und
Substratstrom auch der Drainstrom 
und das Lebensdauerkriterium
der Threshold-Spannungsverschiebung 
mit einbezogen:
Die empirischen Lebensdauerformeln geraten allerdings speziell bei der LDD-Optimierung (wie z.B. in [Hän91] angemerkt) an ihre Gültigkeitsgrenze. Bei der Variation der LDD-Implantationsdosis ändert sich die Lokalisierung der Lawinengenerationszone grundsätzlich von tief im Silizium und innerhalb der Gate-Überdeckung bei hohen LDD-Dosen zu einer Position an der Grenzfläche und außerhalb der Gate-Kante. Alle Messungen bescheinigen letzterer Kombination eine größere degradierende Wirkung als alleine aufgrund der Substratstromrelation vorhergesagt wird.
Abbildung: Gemessene Lebensdauer bei
über der LDD-Implantationsdosis für
und bei Substratstrommaximum.
Für die optimierte LDD-Struktur korrespondiert der
Positionswechsel der Lawinengenerationszone mit dem Wechsel
der Gate-Source-Spannung des Substratstrommaximums von 
hin zur Begrenzung bei .
Diese Aussage wird von den Lebensdauermessungen in Abb. 6.16
nach oben beschriebener Methode für die beiden Gate-Source-Spannungen
durch die beiden gegenläufigen Charakteristiken verdeutlicht. Nur
bei einer LDD-Implantationsdosis im Bereich
von 
bis 
beträgt
die extrapolierte gemessene Lebensdauer in beiden Beanspruchungsfällen
mindestens die geforderten Jahre. Diese Aussage über den optimalen
LDD-Dosisbereich stimmt genau
mit den Simulationen zur Substratstromminimierung überein.
