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随着CMOS器件尺寸的不断缩小,功耗问题和器件可靠性问题变得日益严重,逐渐成为制约集成电路发展的瓶颈。在65nm以下节点的CMOS器件中,负偏压温度不可靠性(NBTI)和随机电报噪声(RTN)是最主要的可靠性问题。本论文针对小尺寸pMOSFET器件中的NBTI退化和RTN噪声展开研究。研究了NBT加速应力条件下,RTN对器件阈值电压和NBTI寿命预测带来的影响；指出了器件参数平均法和TVF法在处理NBTI退化数据中噪声成分存在的不足,提出了一阶差分法处理退化数据中噪声成分的新方法；在此基础上,进一步建立了小尺寸pMOSFET器件的NBTI寿命预测模型并进行了寿命预测。本论文的主要成果如下：1)利用3DTCAD仿真,研究了位于界面附近的多个氧化层陷阱电荷对器件性能的影响；模拟了氧化层陷阱在不同栅压、不同器件特征尺寸和栅氧厚度条件下引起的器件参数漂移趋势,计算了阈值电压漂移随氧化层陷阱位置和数量的变化。2)测量了小尺寸pMOSFET器件在NBT加速条件下阈值电压随时间的退化。利用不同信号处理方法将Vth的准静态成分和噪声成分分离。研究发现,传统的器件平均法严重低估了NBTI退化,而TVF法分离得到的噪声成分,其栅压温度特性与RTN物理机制均存在较大差距。本论文提出的一阶差分法在分离Vth准静态成分和噪声成分更为合理准确,提取的噪声成分与RTN噪声的物理机制相符合,表现出很好的电压应力特性和温度弱相关特性。该方法为小尺寸器件中的噪声分析提供了准确的数据处理方法。利用提出的一阶差分法进一步成功预测了NBTI寿命。