0 引言

    近年來，CMOS技術(shù)不斷發(fā)展至納米級先進工藝，帶來的可靠性問題也越來越突出，眾多老化效應(yīng)，例如偏置溫度不穩(wěn)定性(Bias Temperatrure Instability，BTI)、熱載流子注入(Hot Carrier Injection，HCI)，成為提高超大規(guī)模集成(Very Large Scale Integrated，VLSI)電路可靠性的主要挑戰(zhàn)^[1-3]。BTI效應(yīng)是由于在氧化層界面的不飽和Si鍵在H2退火過程中形成Si-H鍵。當器件的柵極給到足夠的電壓產(chǎn)生持續(xù)的電場應(yīng)力時(對于NMOS是高電平-VDD，對于PMOS是低電平-VSS)，這些Si-H鍵很容易斷裂，H原子變成游離態(tài)并留下陷阱。隨著更高的電壓和更高的溫度，陷阱態(tài)的生成速度加快，導(dǎo)致閾值電壓(Vth)增加、漏端電流(Ids)減少以及溝道中電子遷移率下降^[4-5]。在先進工藝中，負柵極偏置(Negative Bias Temperatrure Instability，NBTI)的PMOS會產(chǎn)生比正柵極偏置(Positive Bias Temperatrure Instability，PBTI)的NMOS更嚴重的衰退。HCI效應(yīng)通常發(fā)生在數(shù)字電路中信號轉(zhuǎn)換時，器件源漏極和柵極施加高電壓時，溝道中具有源極指向漏極的高橫向電場，溝道中的空穴在橫向電場加速下，會與晶格碰撞發(fā)生散射或電離，部分載流子能在垂直于界面方向獲得足夠的能量而幸運地注入到柵氧化層中形成界面態(tài)或被陷阱捕獲，極少部分會到達柵極形成柵電流，在小尺寸器件中，溝道中的高能載流子注入造成器件損傷是熱載流子效應(yīng)導(dǎo)致器件性能退化的主要原因。這些注入載流子影響器件的Vth和跨導(dǎo)(Gm)，導(dǎo)致Ids的衰退^[6]。考慮到老化效應(yīng)的影響，電路設(shè)計人員通常會在時序路徑上加上一定時序減免值以保證電路能在經(jīng)歷老化后也可以在不同條件和特定頻率下工作^[7]。

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作者信息：

陳  寒，宋存彪，吳韋忠

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