0 引言

    近年来，CMOS技术不断发展至纳米级先进工艺，带来的可靠性问题也越来越突出，众多老化效应，例如偏置温度不稳定性(Bias Temperatrure Instability，BTI)、热载流子注入(Hot Carrier Injection，HCI)，成为提高超大规模集成(Very Large Scale Integrated，VLSI)电路可靠性的主要挑战^[1-3]。BTI效应是由于在氧化层界面的不饱和Si键在H2退火过程中形成Si-H键。当器件的栅极给到足够的电压产生持续的电场应力时(对于NMOS是高电平-VDD，对于PMOS是低电平-VSS)，这些Si-H键很容易断裂，H原子变成游离态并留下陷阱。随着更高的电压和更高的温度，陷阱态的生成速度加快，导致阈值电压(Vth)增加、漏端电流(Ids)减少以及沟道中电子迁移率下降^[4-5]。在先进工艺中，负栅极偏置(Negative Bias Temperatrure Instability，NBTI)的PMOS会产生比正栅极偏置(Positive Bias Temperatrure Instability，PBTI)的NMOS更严重的衰退。HCI效应通常发生在数字电路中信号转换时，器件源漏极和栅极施加高电压时，沟道中具有源极指向漏极的高横向电场，沟道中的空穴在横向电场加速下，会与晶格碰撞发生散射或电离，部分载流子能在垂直于界面方向获得足够的能量而幸运地注入到栅氧化层中形成界面态或被陷阱捕获，极少部分会到达栅极形成栅电流，在小尺寸器件中，沟道中的高能载流子注入造成器件损伤是热载流子效应导致器件性能退化的主要原因。这些注入载流子影响器件的Vth和跨导(Gm)，导致Ids的衰退^[6]。考虑到老化效应的影响，电路设计人员通常会在时序路径上加上一定时序减免值以保证电路能在经历老化后也可以在不同条件和特定频率下工作^[7]。

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作者信息：

陈  寒，宋存彪，吴韦忠

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