NBTI效应是指pMOSFET在高温和负栅压下出现的电学参数漂移现象。NBTI效应被认为是限制0.13μm以下CMOS器件寿命的关键可靠性问题。　　 本论文研究了深亚微米CMOS技术中pMOS器件的NBTI效应。主要工作如下：　　 （1）传统NBTI测量中NBTI恢复效应的研究　　 NBTI引起的器件电学参数漂移在应力撤去后会部分地恢复，因而传统测量过程中的恢复效应引起了学术界的关注和争论。由于传统NBTI测量在工业界和器件退化研究中的广泛应用，研究测量中的恢复效应具有重要意义。本文提出了一种表征传统测量中NBTI恢复效应的方法，利用这种方法对各种传统测量引起的恢复效应进行了比较；并指出，栅电压而非延迟时间，对测量过程中的恢复起决定性作用；本文进一步讨论了测量中恢复的物理机制，论证了测量中的恢复主要是由于氧化层正电荷的中性化。本文提出了V型测量序列的表征方法，用于表征工艺对界面态和氧化层正电荷的影响。本文还指出了两个以往被忽视的测量中的恢复影响测量结果的实例。　　 （2）NBTI引起的IdVg滞回效应的研究　　 本文报道了NBTI应力诱生的IdVg滞回效应对亚阈值斜率以及中带电压提取的重要影响，并对滞回效应进行了研究。提出了一种表征滞回效应的方法，研究了滞回效应的基本特性，并研究了滞回效应的物理机制，认为NBTI应力诱生的氧化层正电荷在测量中的逐渐中性化导致了IdVg滞回效应。本文还报道了氧化层工艺对滞回现象的影响。　　 （3）NBTI应力诱生的固定缺陷的研究　　 本文进行了长达两年的恢复实验，证明了NBTI应力诱生的固定缺陷的存在，同时证明恢复电压对NBTI固定部分的影响是永久性的。本文指出，在DC和动态NBTI应力下，固定缺陷满足积累效应，与等效应力时间有关，而相同等效应力时间下，AC应力产生的固定缺陷的密度小于DC应力。本文讨论了固定缺陷在各个恢复电压下的物理机制，提出了一个解释氧化层正电荷固定部分与恢复电压关系的物理模型，并讨论了氧化层氮浓度对NBTI固定部分的影响。本文指出，+1.0V恢复电压下不能恢复的固定缺陷，与经典NBTI理论所描述的氢相关的正电荷有关。　　 （4）NBTI与栅应力电压关系的不连续性以及NBTI诱生的电子陷阱　　 本文报道了NBTI退化与栅应力电压关系的中断现象，并研究了其物理机制。由于空穴陷阱和界面态无法解释上述现象，本文提出了电子陷阱俘获模型以解释上述现象。并指出电子隧穿电流由于影响电子陷阱的俘获，会影响NBTI与栅应力电压的关系。本文通过统计实验论证了上述不连续性在各个工艺条件下的广泛存在。本文指出，以上现象对NBTI的寿命预测具有重要影响。　　 （5）NBTI与器件沟长的关系的研究　　 本文在验证了亚阈值斜率表征方法对短沟器件的适用性的基础上，研究了界面态和氧化层正电荷在NBTI退化与器件沟长关系中的作用。指出源漏附近区域界面态产生过程的增强是造成硼LDD器件中NBTI退化随沟长减小而升高的主要原因。本文提出了沟长关系因子的表征方法，提取了氧化层正电荷和界面态与沟长的关系，并对其机制给出了解释。本文还研究了氧化层氮浓度对NBTI与沟长的关系的影响。　　 本文中实验数据主要来自65nm CMOS技术的样品，所研究的课题在兼顾理论创新的同时注重工业应用。部分方法和结论直接在中芯国际公司的NBTI可靠性改进工程中得到应用。