简述摩尔定律的内涵，半导体工艺和mos管栅电极发展

戈登·摩尔在1965年说：“成本最低的元件的复杂性在以大致每年翻一番的速度递增。可以预见这一速度在短期内肯定还会继续下去，甚至会以更快的速度增长。虽然从长期来看增长速度还不能完全确定，但我们有理由认为至少在最近的10年内它会保持这种几乎不变的增长态势。这就意味着到1975年，成本最低的每个集成电路中元件的数目将达到65000个。”（参见《数字集成电路设计》）

当摩尔在1965年提出这个定律的时候，他一定没有想到他当时所提出的摩尔定律到五十多年后的今天依然成立，并且越来越被世人所了解。

让我们对摩尔定律进一步的阐释和理解：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。

这一定律揭示了信息技术进步的速度。尽管这种趋势已经持续了超过半个世纪，摩尔定律仍被认为是观测或推测，而不是一个物理或自然法。预计定律将持续到至少2025年。

我们可以以摩尔定律的出现为转折点，从那时起，半导体的工艺的进步和发展走上了快车道。半导体器件和工艺的发展日新月异。随着摩尔定律的发展，芯片的尺寸越来越小，晶体管的尺寸越来越小。所以和晶体管尺寸所匹配的半导体加工工艺也随之不断的变化。反过来也可以说正是加工工艺的进步，推动了摩尔定律的发展和晶体管尺寸的缩小。

我们以半导体晶体管的电极（MOSFET栅电极）制作的工艺为例，来展示随着摩尔定律发展，半导体工艺的变化和进展。最早的MOSFET的栅电极所用的材料是金属铝，随着mos管电极尺寸的缩小，和sio2化学气象沉积技术的进步。渐渐的科学家发现用多晶硅制作的栅电极具有很多很好的特性。多晶硅制作电极的原理是：重掺杂下的多晶硅和半导体之间会形成欧姆接触进行导电。

多晶硅的优秀的特性如下：

• 多晶硅作为一种半导体材料，它的一些价带的性质，比如说费米能级和功函数很容易通过掺杂的手段进行改变。而金属材料的功函数却不那么容易改变。

• 二氧化硅和硅的晶胞都是金刚石结构，晶向相同。所以二氧化硅和硅接触时接触面的缺陷相对而言是比较少的。

• 多晶硅的熔点比较高。

随着摩尔定律的发展，晶体管的尺寸逐渐的缩小。而本来十分热门而且具有很多的优越性的多晶硅逐渐显露出来了它的缺点。

在集成电路进入深亚微米工艺后，出现了与多晶硅栅和薄栅氧化物有关的诸多问题，,如栅耗尽、 高阻栅、 沟道区内的硼渗透、栅氧化隧道漏泄等等,很有必要采用金属栅和高k栅材料。

为了使得集成电路的性能进一步的提高，用金属做的电极又重新回到了半导体工艺的舞台上。我们使用了一些融点比较高的金属材料如：钨（Tungsten）、钛（Titanium）、钴（Cobalt）或是镍（Nickel）被用来和多晶硅制成合金。这类混合材料通常称为金属硅化物（silicide）。

合金电极有着一些优势：多晶硅导电性是不如金属的，这限制了信号传递的速度。加上了金属硅化物的多晶硅栅极有著比较好的导电特性，而且又能够耐受高温制程。此外因为金属硅化物的位置是在栅极表面，离通道区较远，所以也不会对MOSFET的临界电压造成太大影响。

随着半导体工艺的进步和发展，相信会导致摩尔定律进一步的延续。将集成电路的面积减小，功耗降低，成本下降。使得电子产品和设备越来越先进离不开我们的努力。

参考文献：

• https://www.baidu.com/s?tn=80035161_2_dg&wd=%E6%81%8B%E6%83%85%E8%AF%97

• 半导体材料    荣荧