集成电路制造技术简史
商务宴请如何点菜集成电路的历史从1958年TI的第一颗Flip-Flop电路开始，那时候只有两个晶体管组成一个反相器而已。发展至今已有十亿个晶体管的CPU了，而这些都不得不来自于半导体制造业的技术推进得以持续scalable。
半导体能够变成现实主要是它能够实现“0”和“1”的二进制转换，而在硬件上就是从真空二极管(Vacuum Tube)开始的。大概在第二次世界大战的时候，电子计算机开始投入适用主要用于通信密码破译，但是这些晶体管的性能会很快退化增加Trouble shooting的时间，间接阻碍了半导体行业的发展。
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直到1947年，贝尔实验室的三位前辈其中一位是William Shockley他们发明了点接触的Ge晶体管，然后1950年，Shockley又发明了第一个BJT。这些和真空二极管比起来，可靠性和功耗以及尺寸都得到了很搭提高。尤其是BJT是三端晶体管可以当作电控开关(electrical switch)，其中一个端子就可以作为控制端。1958年，TI的Jack Kilby在Silicon上做出了两个BJT，开启了“Silicon Age”。早期的电路都是用BJT做的，从BJT的原理可以直到，BJT是靠电流驱动的(Ba加电流)，而Ice又是双载流子器件，所以它除了驱动电流大之外，还有个问题就是静态漏电也大，所以如果你的电路非常庞大你的漏电功耗损失将无法接收，所以限制了它的适用。
再到1963年，仙童公司(Fairchild)公司发明了NMOS和PMOS对称互补器件组成的CMOS电路，这就是现在我们耳熟能详的CMOS技术。由于它的控制极Gate是靠栅极跨过Gate Dielectric电场耦合实现的，所以没有控制电流产生的静态功耗，所以理论静态功耗可以到“0” (当然实际上还是有Gate leakage)。实际上早期IC都是只用NMOS+BJT实现电路的，而没有用PMOS，因为那个时候没有Twin Well技术。直到1980年代CPU的晶体管已经到了几千个了，而这时候的功耗已经无法接收了，才不得不走入CMOS (Twin Well)时代。
接下来的年代就一直沿着1965年诞生的摩尔定律循规蹈矩的scaling了，带来速度、密度、性能的一次次提升。一路从Bulk-Si走到32nm走不下去了，才开始从Planar走向3D FinFET以及SOI技术。
1、MOSFET器件：
MOSFET来自Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Trasistor，Metal就是Gate栅极作为控制极的，而Oxide是栅氧作为场效应感应反型沟道的，Semiconductor自然就是衬底沟道的硅了，而Field Effect自然就是说它的工作原理了，它的控制极是靠栅极电压通过栅极氧化层感应产生反型沟道实现源漏导通，从而实现“0”和“1”的转换。
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a、MOS结构
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MOSFET是四端结构，分别是栅极、源极、漏极、和衬底(Body)。结构上面的栅极是低电阻的材料形成，他与衬底的沟道之间还要有个薄的栅氧化层。一般情况，源漏极是和衬底以及沟道相反的掺杂类型（比如NMOS的源漏是N-Type，而衬底和沟道就是P-type），所以源漏极之间因为各自的PN节就关闭了。但是当栅极加电压(NMOS加正电压，PMOS加
负电压)，通过栅极氧化层感应一个电场加在了沟道表面，所以衬底的少数载流子就被吸附到沟道表面累积并反型，最后变得和源漏极掺杂一样了，从而实现了源漏极导通。一般栅极的开启电压(Vt)会收到栅极与衬底的功函数以及栅氧的厚度/质量，还有衬底的掺杂浓度共同决定的。
b、为什么用Poly作为栅极材料
最原始MOSFET发明的时候用的栅极材料是金属铝，这就是为什么叫MOS，而不是POS了，哈哈。
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后来才发展到Poly了。主要是由于Metal Gate都是“Gate Last”制程，先做Source/Drain然后用铝做栅极gate，但是这样的问题是栅极和源漏必须要有一定的overlap确保栅极和源漏必须是链接起来的(一般2.5um的铝栅MOSFET的源漏Overlap是0.5um)。但是这样的overlay电容(Cgs/Cgd)导致了总米勒电容的增加电路速度的降低等。
要解决栅极与源漏overlay电容的问题，就必须要用自对准的源漏，先做Gate然后用Gate做mask打Source/Drain的implant实现自对准，这就是“Gate-First”工艺。
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但是“Gate-First”制程也有自身的问题，因为源漏极掺杂必须要经过800C以上的高温才能激活。而如果沿用原始的铝栅，则无法承受800C的高温(纯铝的熔点是660C，AlSiCu合金的熔点<500c)。所以才有了poly作为“gate-first”制程的栅极材料，但是poly的电阻很高，所以后来有了doped>500c)。所以才有了poly作为“gate-first”制程的栅极材料，但是poly的电阻
很高，所以后来有了doped>
也有说栅极材料换成poly的原因是功函数，Metal的功函数太高，使得Vt可以达到3~5V，这在以前的MOSFET可以接收，但是到submicron时代肯定不能接受了，所以可以用Poly通过doping来调节功函数进而调整Vt。
4g网络c、MOSFET的工作原理
MOSFET的关键在于栅极，它控制着器件源漏的关闭和开启，所以它如同水龙头的开关。以NMOS为例(源漏为N-type，沟道和衬底是P-type)，当栅极加正电压则衬底耦合感应出少数载流子到沟道表面直到沟道表面反型，使源漏连通起来。整个过程中源漏的N-type与衬底的P-type这两个PN结必须零偏或反偏(Source和Body接地，Drain接正电压)，所以他属于PN结隔离型器件。
2、Scaling Side Effect: Small dimention Effect
引用《微机电系统基础》的一段话(Page-9)，“不是所有的东西小型化之后性能都会变好，有些物理效应当尺寸变小之后性能反而变差。因为有些对于宏观范围器件可以忽略的物理效应在微观尺寸突然变得很突出，这就是比例尺定律。比如跳蚤可以跳过自身高度的几十倍，而大象却做不到”。
