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金属栅极功函数调谐型Multi
资料介绍
技术背景与发展需求
随着CMOS工艺节点进入深亚微米阶段，传统多晶硅栅极工艺面临严重的多晶硅耗尽效应和硼穿透问题，使得阈值电压(Vth)控制难度大幅提升，漏电流显著增加，无法满足高性能、低功耗集成电路的设计需求。金属栅极工艺的引入，从根本上解决了多晶硅耗尽问题，同时为通过调节金属栅极功函数实现多阈值电压(Multi-Vth)提供了可能。Multi-Vth技术通过在同一芯片上集成不同阈值电压的晶体管，高Vth器件用于低泄漏路径，低Vth器件用于关键性能路径，能够在性能满足要求的前提下有效降低芯片整体静态功耗，已经成为先进逻辑工艺中必不可少的技术模块。
金属栅极功函数调谐的基本原理
功函数与阈值电压的关系
MOS晶体管的阈值电压公式可以表示为：
其中是金属栅极与半导体衬底之间的功函数差，直接决定了平带电压的大小，对阈值电压起到核心调制作用。对于nMOS晶体管，降低金属栅极功函数可以获得更低的阈值电压；对于pMOS晶体管，提高金属栅极功函数可以获得更低的阈值电压。通过改变金属栅极材料组成或微观结构调节功函数，就可以在同一工艺中获得不同的Vth，实现Multi-Vth。
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