MOS器件的发展及各项技术的分析与介绍

　　随着集成电路工艺制程技术的不断发展，为了提高集成电路的集成度，同时提升器件的工作速度和降低它的功耗，MOS器件的特征尺寸不断缩小，MOS器件面临一系列的挑战。例如短沟道效应（Short Channel Effect - SCE），热载流子注入效应（Hot Carrier Inject - HCI）和栅氧化层漏电等问题。为了克服这些挑战，半导体业界不断开发出一系列的先进工艺技术，例如多晶硅栅、源漏离子注入自对准、LDD离子注入、polycide、Salicide、SRD、应变硅和HKMG技术。另外，晶体管也从MOSFET演变为FD-SOI、Bulk FinFET和SOI FinFET。

　　1.1铝栅MOS管

　　MOS诞生之初，栅极材料采用金属导体材料铝，因为铝具有非常低的电阻，它不会与氧化物发生反应，并且它的稳定性非常好。栅介质材料采用SiO2，因为SiO2可以与硅衬底形成非常理想的Si-SiO2界面。如图1.13（a）所示，是最初铝栅的MOS管结构图。

　　1.2多晶硅栅MOS管

　　随着MOS器件的特征尺寸不断缩小，铝栅与源漏扩散区的套刻不准问题变得越来越严重，源漏与栅重叠设计导致，源漏与栅之间的寄生电容越来越严重，半导体业界利用多晶硅栅代替铝栅。多晶硅栅具有三方面的优点：第一个优点是不但多晶硅与硅工艺兼容，而且多晶硅可以耐高温退火，高温退火是离子注入的要求；第二个优点是多晶硅栅是在源漏离子注入之前形成的，源漏离子注入时，多晶硅栅可以作为遮蔽层，所以离子只会注入多晶硅栅两侧，所以源漏扩散区与多晶硅栅是自对准的；第三个优点是可以通过掺杂N型和P型杂质来改变其功函数，从而调节器件的阈值电压。因为MOS器件的阈值电压由衬底材料和栅材料功函数的差异决定的，多晶硅很好地解决了CMOS技术中的NMOS和PMOS阈值电压的调节问题。如图1.13（b）所示，是多晶硅栅的MOS管结构图。