[发明专利]正偏压温度不稳定性的恢复装置和恢复方法

说明书

本发明提供一种正偏压温度不稳定性的恢复装置和恢复方法，所述恢复装置包括目标NMOS管和恢复单元。其中，所述恢复单元在所述目标NMOS管处于工作状态时闲置，并且在所述目标NMOS管处于闲置状态时为所述目标NMOS管的源极和漏极加正向偏压。本发明所提供的正偏压温度不稳定性的恢复装置可以在不影响NMOS管正常工作的情况下进行正偏压温度不稳定性的恢复，并且可以大大增强NMOS管的正偏压温度不稳定性的恢复效果。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种正偏压温度不稳定性(PositiveBias Temperature Instability)的恢复装置和恢复方法。

背景技术

在高k金属栅极(HKMG)工艺中，NMOS晶体管的正偏压温度不稳定性(PBTI)是一项不可忽视的评估项目。与传统的多晶硅栅-氧化硅工艺相比，高k金属栅极中NMOS晶体管的PBTI效应变得较严重。

图1示出了不同栅介质层的NMOS晶体管因为PBTI所造成的阈值电压偏移的比较图。如图1所示，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。

现有的克服PBTI的方法一般是为NMOS管的栅极施加零电压或负偏置电压。图2示出了在一定温度下进行的PMOS负偏压温度不稳定性(Negative Bias TemperatureInstability,NBTI)和NMOS PBTI的测量结果。由图2可知，界面态电荷对于PBTI的影响可以忽略,NMOS的阈值电压偏移主要是由电子捕获引起的，在施加零栅压后,阈值电压逐渐恢复并达到饱和值。然而，其恢复效果欠佳。

发明内容

针对现有技术的不足，一方面，本发明提供一种正偏压温度不稳定性的恢复装置，所述恢复装置包括目标NMOS管和恢复单元。其中，所述恢复单元在所述目标NMOS管处于工作状态时闲置，并且在所述目标NMOS管处于闲置状态时为所述目标NMOS管的源极和漏极加正向偏压。

在本发明的一个实施例中，所述恢复单元在所述目标NMOS管处于闲置状态时被自动触发。

在本发明的一个实施例中，所述恢复单元包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一反相器以及第二反相器。其中，所述第一PMOS管的栅极连接输入信号、源极连接第一供应电压、漏极连接所述第一反相器的输入端；所述第二PMOS管的栅极连接所述输入信号、源极连接第二供应电压、漏极连接所述第二反相器的输入端；所述目标NMOS管的栅极连接所述输入信号、漏极连接所述第一反相器的输出端、源极连接所述第二反相器的输出端。

在本发明的一个实施例中，所述恢复单元还包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻连接在所述第一反相器和所述目标NMOS管的漏极之间，所述第二电阻连接在所述第二反相器和所述目标NMOS管的源极之间。

在本发明的一个实施例中，所述第一电阻和第二电阻阻值相等。

在本发明的一个实施例中，所述第一电阻和第二电阻均为可变电阻，且阻值范围为1E3～1E8欧姆。

在本发明的一个实施例中，所述第一供应电压和所述第二供应电压相等。

在本发明的一个实施例中，所述第一PMOS管和所述第二PMOS管为集成电路输入输出接口区的晶体管。

在本发明的一个实施例中，所述目标NMOS管为集成电路内核(Core)区的晶体管。

另一方面，本发明还提供一种正偏压温度不稳定性的恢复方法，所述恢复方法包括：在目标NMOS管处于闲置状态时为所述目标NMOS管的源极和漏极加正向偏压。