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面向存储芯片的先进工艺中栅极工程从多晶硅到金属栅极的功函数调控.docx

资料介绍

面向存储芯片的先进工艺中栅极工程从多晶硅到金属栅极的功函数调控

——从多晶硅栅极到高K金属栅极的阈值电压控制技术

引言

栅极工程是存储芯片先进工艺中控制晶体管阈值电压的关键技术。在DRAMNAND闪存的外围电路中,晶体管需要不同的阈值电压以满足不同功能模块的需求——感测放大器需要低阈值电压以提高速度,行解码器需要高阈值电压以降低漏电流。从传统的多晶硅栅极到高K金属栅极(HKMG),栅极工程经历了从掺杂控制到功函数控制的演进。本文系统分析面向存储芯片的先进工艺中栅极工程技术,从多晶硅到金属栅极的功函数调控方案。

栅极工程的基本原理

阈值电压控制

晶体管的阈值电压由以下因素决定:

1. 栅极功函数:栅极材料与硅的功函数差,影响阈值电压的偏移量。

2. 栅氧化层厚度:栅氧化层的厚度影响栅极对沟道的控制能力。

3. 沟道掺杂:沟道的掺杂浓度影响阈值电压,掺杂浓度越高,阈值电压越高。

多晶硅栅极

多晶硅栅极是传统CMOS工艺中的栅极材料:

1. N+多晶硅N型掺杂的多晶硅,功函数约4.1eV,适合NMOS的栅极。

2. P+多晶硅P型掺杂的多晶硅,功函数约5.2eV,适合PMOS的栅极。

3. 多晶硅耗尽:多晶硅栅极在偏置下发生耗尽,增加等效氧化层厚度,降低栅极控制能力。


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