[发明专利]正偏压温度不稳定性的恢复电路和恢复方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种正偏压温度不稳定性的恢复电路和恢复方法。

背景技术

随着半导体集成电路的集成度越来越高，对晶体管性能的要求也日益增高，因此，对于晶体管可靠性的要求随之提高。在CMOS工艺中，在对于PMOS晶体管的可靠性进行评价时，负偏压温度不稳定性（Negative Bias Temperature Instability，NBTI）是一个主要的评价因素。负偏压温度不稳定性是指PMOS晶体管在负偏置栅极电压和高温的作用下，PMOS晶体管的栅氧化层与衬底之间的界面处的氢硅键断裂，形成界面缺陷电荷，从而造成PMOS晶体管的阈值电压和饱和漏极电流发生漂移的现象。但是对于NMOS晶体管的可靠性进行评价时，由于正偏压温度不稳定性（Positive Bias Temperature Instability，PBTI）并不明显，不是一个主要的评价因素。

更多关于对负偏压温度不稳定性和正偏压温度不稳定性的检测电路请参考专利号为US7642864B2的美国专利文献。

但随着集成电路的设计节点的不断减小，利用高K/金属栅极堆叠结构来取代传统的SiO₂/多晶硅栅堆叠结构已成为微电子技术发展的主要方向。高K/金属栅极堆叠结构的性能会受到多种电荷缺陷的影响，其中间隙氧原子和带正电的氧空穴对阈值电压不稳定性的影响很大，他们容易捕获高K栅介质层和Si中的电子从而产生快速充放电现象。请参考图1，为SiO₂、HfO₂和HfSiO材料制成的栅介质层对应的NMOS晶体管因为正偏压温度不稳定性所造成的阈值电压偏移值的比较图。从图中可以很明显的看到，采用SiO₂作为栅介质层材料不容易导致阈值电压发生偏移，而采用HfO₂和HfSiO等高K介质材料作为栅介质层材料更容易导致阈值电压发生偏移，利用高K/金属栅极堆叠结构的NMOS晶体管更容易受到正偏压温度不稳定性的影响。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种正偏压温度不稳定性的恢复电路和恢复方法，可以用于缓解NMOS晶体管的PBTI特性。

为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种正偏压温度不稳定性的恢复电路，包括：

待恢复NMOS晶体管和恢复单元，所述待恢复NMOS晶体管的栅极与恢复单元相连接，所述恢复单元包括：

信号输入端，用于输入第一电压或第二电压，所述第一电压控制待恢复NMOS晶体管处于恢复状态，所述第二电压控制待恢复NMOS晶体管处于工作状态；

信号输出端，所述恢复单元通过信号输出端与待恢复NMOS晶体管的栅极相连接，通过所述信号输出端控制所述待恢复NMOS晶体管是否处于恢复状态；

开关晶体管，用于控制所述信号输出端的电压；

第一电阻和第二电阻，用于调节施加在待恢复NMOS晶体管的栅极上的电压；

第一电压端，用于提供第一工作电压，所述第一工作电压为负电压；

第二电压端，用于提供第二工作电压；

其中，所述开关晶体管的栅极与信号输入端相连接，所述开关晶体管的漏极与第一电压端相连接，所述开关晶体管的衬底与第二电压端相连接，所述开关晶体管的源极与第二电阻的一端相连接，所述第二电阻的另一端与信号输出端相连接，所述第一电阻的一端与信号输入端相连接，所述第一电阻的另一端与信号输出端相连接。

可选的，所述待恢复NMOS晶体管为NMOS增强型晶体管，所述NMOS增强型晶体管的衬底和源极与接地端相连接，所述NMOS增强型晶体管的漏极与第三电压端相连接，所述第三电压端用于提供第三工作电压，所述开关晶体管为PMOS增强型晶体管，所述第三工作电压、第二工作电压和第二电压的电压值相等，都为内核电压值，所述第一电压的电压值为零电压，所述第一工作电压的电压值为负的内核电压值或负的I/O电压值。

可选的，所述待恢复NMOS晶体管为NMOS耗尽型晶体管，所述NMOS耗尽型晶体管的源极与接地端相连接，所述NMOS增强型晶体管的漏极和衬底与第三电压端相连接，所述第三电压端用于提供第三工作电压，所述开关晶体管为PMOS增强型晶体管，所述第三工作电压、第二工作电压和第二电压的电压值相等，都为内核电压值，所述第一电压的电压值为零电压，所述第一工作电压的电压值为负的内核电压值或负的I/O电压值。