在器件尺寸缩小到超深亚微米及纳米尺度后,热载流子效应仍然是CMOS电路退化乃至失效的重要因素。本文对超深亚微米NMOSFET中热载流子效应的退化机理及其对器件特性的影响进行了深入的研究。首先介绍了超深亚微米NMOSFET中热载流子效应的基本物理机制和低工作电压下的碰撞电离机制。研究了NMOSFET的I-V特性和静态参数在热载流子应力作用下的退化,重点研究了器件退化的饱和效应。接着对最坏情况热载流子应力条件进行了研究,测量了三组不同栅氧化层厚度的NMOSFET的衬底电流特性,发现在沟道长度L等于0.09μm,栅氧化层厚度t_ox为1.24nm器件中,最大衬底电流对应的栅压从V_gs≈1/2V_ds变为V_gs=V_ds。研究表明短沟薄栅氧器件在沟道热载流子应力下的器件寿命比在漏雪崩热载流子应力下的器件寿命要短,这与通常认为的漏雪崩热载流子应力下器件退化最严重的理论不一致,对造成这种现象的原因进行了理论解释。最后,对NMOSFET中界面陷阱辅助隧穿漏端泄漏电流(I_TAT)的退化机制和特性进行了研究。分析了界面陷阱和氧化层陷阱电荷对I_TAT的影响。热载流子应力实验结果表明I_TAT的退化特性与器件栅氧化层厚度t_ox有关。对于薄栅氧(t_ox=3.84nm)NMOSFET,I_TAT的退化主要是由界面陷阱的产生引起的;对于厚栅氧(t_ox=7.64nm)NMOSFET,I_TAT的退化明显呈两个阶段,界面陷阱的产生导致第一阶段为幂律退化率,氧化层陷阱电荷的产生导致第二阶段为加速的退化率。