[发明专利]一种抑制负偏压高温不稳定性的动态基体偏压系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路设计，特别是涉及一种藉由使用动态基体偏压，以提升P通道金属氧化物半导体晶体管的元件效能与负偏压高温不稳定性的可靠度的抑制负偏压高温不稳定性的动态基体偏压系统及方法。

背景技术

对于深次微米互补金氧半导体而言，尤其是P通道金属氧化物半导体晶体管，负偏压高温不稳定性(Negative Bias Temperature Instability；NBTI)是影响元件可靠度的一项重要因素。一般认为，负偏压高温不稳定性的劣化是由界面陷阱所产生，而界面陷阱即为不饱和的硅悬键。而反应-扩散模型为其中一个能完善解释负偏压高温不稳定性的物理模型。此模型提出界面陷阱的产生是由于Si-SiO₂界面上的空穴所引起的电化学反应。在初期时，劣化反应速率是可控制的，然而经过一段时间后，此现象转变为扩散限制。另外，负偏压高温不稳定性是由空穴陷阱机制引起临界电压发生偏移所造成的现象，其中空穴陷阱机制是指空穴困住于陷阱状态之中。

负偏压高温不稳定性一直与深次微米互补金氧半导体的发展有关，但是由于以往操作于低电场下，因此负偏压高温不稳定性被视为不具有很大的影响性。然而，由于目前工艺尺寸的持续微缩，导致多个影响因素彼此相互加乘，进而使得负偏压高温不稳定性成为考量深次微米晶体管的可靠度中最重要的关键因素。其中，因尺寸规格的微缩所引发的一些工艺趋势，包含引入氮化氧化层(用以降低p+多晶硅p型金氧半场效晶体管中的硼离子穿透效应)、栅极氧化层电场的加强及操作温度的提高，都使得负偏压高温不稳定性的重要性更加突显。

由此可见，上述现有的深次微米互补金氧半导体的元件可靠度受到负偏压高温不稳定性的影响，使其在使用上，存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改善。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的抑制负偏压高温不稳定性的动态基体偏压系统及方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的深次微米互补金氧半导体的元件可靠度受到负偏压高温不稳定性的影响，而提供一种新的抑制负偏压高温不稳定性的动态基体偏压系统及方法，所要解决的技术问题是使其能够抑制P通道金属氧化物半导体晶体管中的负偏压高温不稳定性，进而改善与提升电路效能，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种抑制负偏压高温不稳定性的动态基体偏压系统，其至少包含：一P通道金属氧化物半导体晶体管，具有一源极连接至一电源；以及一电压控制电路，配置以输出一第一电压位准与一第二电压位准，该第一电压位准与该第二电压位准相异，且该第一电压位准低于该电源电压，其中当该P通道金属氧化物半导体晶体管开启时，该第一电压位准将施加于该P通道金属氧化物半导体晶体管的一基体，而当该P通道金属氧化物半导体晶体管关闭时，该第二电压位准将施加于该P通道金属氧化物半导体晶体管的该基体。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的一种抑制负偏压高温不稳定性的动态基体偏压系统，其中所述的电压控制电路连接至该电源。

前述的一种抑制负偏压高温不稳定性的动态基体偏压系统，其中所述的第二电压位准等于该电源电压。

前述的一种抑制负偏压高温不稳定性的动态基体偏压系统，其中所述的第二电压位准高于该电源电压。

前述的一种抑制负偏压高温不稳定性的动态基体偏压系统，其中所述的第一电压位准为该电源电压的二分之一。

前述的一种抑制负偏压高温不稳定性的动态基体偏压系统，其中所述的第二电压位准为该电源电压的一又二分之一。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种抑制负偏压高温不稳定性的动态基体偏压系统，其至少包含：一P通道金属氧化物半导体晶体管，具有一源极连接至一电源；以及一电压控制电路，配置以输出一第一电压位准与一第二电压位准，该第一电压位准与该第二电压位准相异，且该第一电压位准低于该电源电压，该第二电压位准等于该电源电压，其中当该P通道金属氧化物半导体晶体管开启时，该第一电压位准将施加于该P通道金属氧化物半导体晶体管的一基体，当该P通道金属氧化物半导体晶体管关闭时，该第二电压位准将施加于该P通道金属氧化物半导体晶体管的该基体，且该电压控制电路连接至该电源。