MOSFET 器件中的 NBTI 和 HCI 效应：对可靠性的影响

随着集成电路技术的快速发展，MOSFET 的特征尺寸也在不断减小。但是，尽管 MOS 器件在按比例缩小，其工作电压并未按比例缩小，因此 MOS 器件在沟道和氧化层处的电场增加显著，以至于以前小到可以忽略不计的薄栅氧化层效应和短沟道效应变得越来越明显了。当集成电路研究进入到超深亚微米阶段时，上述效应会变得无法忽视。

目前，器件可靠性问题的研究主要有晶体管可靠性、器件工艺可靠性、互连可靠性以及静电损伤和闩锁。其中能引起晶体管可靠性问题的效应主要包括负偏压温度不稳定性效应 (NBTI)，栅氧化层经时击穿效应 (TDDB)，热载流子注入 (HCI) 等。虽然比起其他引起器件退化的效应，在早期人们没有太多关注 HCI 和 NBTI 效应，但随着器件尺寸缩小，器件的工作电压没有随之等比例降低，使得栅氧化层处的电场变大，NBTI 在器件退化上的影响显著增强，这引起了人们广泛的关注。

NBTI 效应对器件的影响主要体现在 PMOS 器件上，会使漏电流和跨导降低，同时阈值电压绝对值增大。HCI 效应和 NBTI 效应共同作用于器件，产生了耦合效应，加快了晶体管的退化。NBTI 和 HCI 效应在退化机理上不尽相同，但是对器件性能影响上大同小异，并且有着相似的物理原因：它们都是在应力作用下产生氧化层陷阱、氧化层陷阱电荷、界面陷阱、界面陷阱电荷或者它们中的几者的组合。NBTI 和 HCI 综合效应对 MOS 器件的性能和可靠性有严重的影响。