【摘 要】
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在现代CMOS技术中，纳米尺度pMOS器件的NBTI问题已经成为工业生产中影响电路性能的一个重要问题。当CMOS工艺技术进入到超深亚微米技术代以后，氮氧硅(SiON)替代传统的SiO作为栅
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在现代CMOS技术中，纳米尺度pMOS器件的NBTI问题已经成为工业生产中影响电路性能的一个重要问题。当CMOS工艺技术进入到超深亚微米技术代以后，氮氧硅(SiO<,x>N<,y>)替代传统的SiO<,2>作为栅介质得到广泛应用。本论文研究了实际电路中，纳米尺度SiO<,x>N<,y>栅介质pMOS器件中主要的可靠性问题之一：在负偏置电压和温度应力下引起的阈值电压不稳定性(NBTI)效应以及在动态及源/漏偏置作用下的NBTI特性，取得了如下研究成果：
1)系统研究了采用90nm CMOS工艺技术和改进的等离子体氮化技术(DPN)制备的超薄氮氧硅栅pMOS器件，在动态应力下的NBTI(DNBTI)特性，研究表明：由于在动态应力下存在恢复效应，与静态NBTI相比，在相同有效应力时间下，动态应力引起的阈值电压漂移量低于静态应力引起的阈值电压漂移；DNBTI效应的主要物理起源是氮氧硅栅介质层和衬底界面处Si-H键断裂引起的缺陷态的产生和复合；
2)在动态应力作用下，研究显示，氮氧硅栅介质pMOS器件中存在所谓的“疲劳”效应，即：单位周期有效应力时间越长，恢复效应越弱；基于氢在介质层中的弥散输运，提出一种改进的反应-扩散模型很好解释了这种“疲劳”效应。有关“疲劳”效应和相关的物理模型，在国际上尚未见报道；
3)研究了源/漏偏置对NBTI效应的影响，观察到了随器件沟道尺度减小源/漏偏置增强的反常NBTI效应，借助蒙特卡罗模拟方法，提出并验证了“活力”(Energetic)空穴诱导的Si-H键断裂反应引起增强的NBTI效应的新机制，该机制在国际上尚未见报道。
本论文所获得的研究结果对深化NBTI物理机制的理解，建立精确预测和评估实际电路中器件寿命，寻找提高微电子器件可靠性的有效方法，提供了有意义的理论基础。
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