工艺偏差下PMOS器件的负偏置温度不稳定效应分布特性

当器件特征尺寸进入纳米级，负偏置温度不稳定性（NBTI）效应和工艺偏差都会导致p 型金属氧化层半导体（PMOS）器件性能和可靠性的下降.基于反应-扩散（R-D）模型，本文分析了工艺偏差对NBTI效应的影响；在此基础上将氧化层厚度误差和初始阈值电压误差引入到R-D模型中，提出了在工艺偏差下PMOS器件的NBTI效应统计模型.基于65 nm工艺，首先蒙特卡罗仿真表明在工艺偏差和NBTI效应共同作用下， PMOS器件阈值电压虽然会随着应力时间增大而沿着负方向增加，但是阈值电压的匹配性却随着时间推移而变好；其次验证本文提出的统计模型准确性，以R-D模型为参考，在104 s应力时间内， PMOS器件阈值电压退化量平均值和均方差的最大相对误差分别为0.058%和0.91%；最后将此模型应用到电流舵型数模转换器中，仿真结果显示在工艺偏差和NBTI效应共同作用下，数模转换器的增益误差会随着应力时间的推移而增大，而线性误差会逐渐减小.