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随着器件尺寸及栅氧厚度的不断缩小,NBTI效应已经成为影响MOS器件可靠性的重要因素。有报道表明,在0.18?m工艺技术后,NBTI效应引起的器件寿命退化比热载流子(HC, Hot carrier)效应更为严重,NBTI效应将最终限制器件的寿命。在经历了较深入的器件级NBTI失效机理和工艺改进研究后,电路级NBTI退化研究和考虑NBTI效应的电路可靠性设计已成为新的研究热点。本文基于上海华虹NEC提供的0.18?mCMOS工艺测试样品,对动态NBTI效应以及其对数字电路的影响进行了深入的研究。通过动态NBTI效应的研究发现,在应力前后器件的特性参数发生了漂移,并且在相同有效应力时间和相同应力设置的作用下,动态应力引起的阈值电压漂移量ΔVth和静态应力一样遵循时间指数的关系,但是阈值电压漂移量ΔVth明显地要小于静态应力条件下的漂移量。实验结果也表明,在低频条件(小于100KHz)下,频率对于NBTI效应的影响比较小,而NBTI寿命会随着占空比的减小而增加。在此基础上,基于静态NBTI效应模型以及R-D模型推导出了动态NBTI效应的模型,并和实验数据进行了比较,得到了很好的吻合,可以用这个模型来预测器件的寿命。在对动态应力条件下NBTI效应的研究基础上,进一步研究NBTI效应对于数字电路的影响。本论文通过电路仿真软件HSPICE对0.18?m工艺的数字电路基本逻辑单元和环形振荡器进行仿真分析,发现电路的延迟时间变化比器件的阈值电压退化要小,而且在相同输入的情况下,NBTI效应对不同的逻辑门的影响程度不同。当阈值电压漂移20mV时,或非门的延迟时间增加到4.17%,而与非门的延迟变化最小2.29%。对于环形振荡器,在NBTI应力作用下,延迟时间和振荡频率的退化会随着电源电压的减小而增大。