19世紀(jì)，物理學(xué)家阿米西曾在義大利佛羅倫斯的實(shí)驗(yàn)室里，把一滴液體加在標(biāo)本上方，藉此改善顯微鏡的成像品質(zhì)。100多年后，現(xiàn)在全球的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)采納阿米西的創(chuàng)新技術(shù),把晶片浸在淺薄的液體層中，制造出的電路線寬，可望媲美病毒大小。

20世紀(jì)40年代，約翰·巴丁和沃爾特·布拉頓在貝爾實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研發(fā),研發(fā)晶體管的過程中將鎢絲電極移到金粒的旁邊，加上負(fù)電壓，而在金粒上加了正電壓，突然間，在輸出端出現(xiàn)了和輸入端變化相反的信號，他們將此器件命名為Transistor—晶體管，從此人類步入了飛速發(fā)展的電子時(shí)代。

半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展至今，離不開很多優(yōu)秀的領(lǐng)路人，他們靠自己的智慧生產(chǎn)了一個(gè)個(gè)里程碑事件，他們依靠自己的力量在所熱愛的行業(yè)中發(fā)光發(fā)熱，用100%熱情與投入吸引著一代又一代的熱血青年加入半導(dǎo)體這個(gè)有意思的行業(yè)，今天我們一起盤點(diǎn)下集成電路發(fā)展史上的十大里程碑事件!

閃光時(shí)刻：1947年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的巴丁(J.Bardeen)、布拉頓（W. Brattain）、肖克萊（W.Shockley）三人發(fā)明了晶體管，獲得了1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

發(fā)生背景： 1947年，約翰·巴丁和沃爾特·布拉頓在貝爾實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研發(fā),研發(fā)晶體管的過程中將鎢絲電極移到金粒的旁邊，加上負(fù)電壓，而在金粒上加了正電壓，突然間，在輸出端出現(xiàn)了和輸入端變化相反的信號。初步測試的結(jié)果顯示：電壓放大倍數(shù)為2，上限頻率可達(dá)1萬Hz。此后的幾天，他們把試驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，測得的功率增益為大于18。他們將此器件命名為Transistor—晶體管。從此人類步入了飛速發(fā)展的電子時(shí)代。這是微電子技術(shù)發(fā)展歷程中第一個(gè)里程碑。

世界上第一顆鍺點(diǎn)接觸式晶體管誕生兩年之后，肖克利首次提出了晶體管理論。1953年，出現(xiàn)了鍺合金晶體管。1954年1月，貝爾實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家MorrisTanenbaum利用摩根·斯巴克斯和戈登·蒂爾的生長界面成分變化技術(shù)，成功制造了第一個(gè)硅晶體管。

誕生意義： 晶體管徹底改變了電子領(lǐng)域，為更小，更便宜的收音機(jī)，計(jì)算器和計(jì)算機(jī)等鋪平了道路，第一個(gè)晶體管和MOSFET被列在電子領(lǐng)域的IEEE里程碑列表中，MOSFET是現(xiàn)代電子設(shè)備的基本組成部分，在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中無處不在。在1960年至2018年期間，估計(jì)總共制造了13億個(gè)MOSFET（至少占所有晶體管的99.9％），使MOSFET成為歷史上制造最廣泛的器件。 大多數(shù)晶體管是由非常純的硅制成的，有些是由鍺制成的，但有時(shí)會(huì)使用某些其他半導(dǎo)體材料。在場效應(yīng)晶體管中，晶體管可以僅具有一種電荷載流子，或者在雙極結(jié)型晶體管器件中可以具有兩種電荷載流子。與真空管相比，晶體管通常更小并且需要更少的功率來工作。某些真空管在非常高的工作頻率或高工作電壓下比晶體管具有優(yōu)勢。多家制造商已將許多類型的晶體管制成標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)格。

閃光時(shí)刻：

1958年，德州儀器的杰克·基爾比（Jack Kilby，被譽(yù)為“集成電路之父”）展示了第一款集成電路。他于2000年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

誕生背景：

20世紀(jì)50年代，晶體管已得到了一定的發(fā)展。人們已經(jīng)可以用硅做出分立的電阻、電容、二極管和三極管。彼時(shí)，在德州儀器的工程師Jack Kilby認(rèn)為，既然能用單一材料硅制作這些分立器件，就能把這些器件做在一起。所以，1958年9月12日，JackKilby借助已有的幾種鍺器件，把金屬蒸鍍在鍺管的“發(fā)射極”和“基極”上，再用蝕刻技術(shù)做成接觸點(diǎn)，然后連接起來，制成了世界上第一塊集成電路。

盡管該裝置相當(dāng)粗略，但是當(dāng)Jack Kilby按下開關(guān)，示波器顯示屏上卻赫然出現(xiàn)了不間斷的正弦波形。試驗(yàn)證明他的發(fā)明成功了，他徹底解決了此前一直懸而未決的問題。Jack Kilby在1976年發(fā)表的文章《集成電路的誕生》中寫道：“細(xì)想之后，我發(fā)現(xiàn)我們真正需要的其實(shí)就是半導(dǎo)體，具體來說，就是電阻器和電容器（無源元件）可以采用與有源元件（晶體管）相同的材料制造。我還意識(shí)到，既然所有元件都可以用同一塊材料制造，那么這些元件也可以先在同一塊材料上就地制造，再相互連接，最終形成完整的電路。

但是，Jack Kilby的發(fā)明是混合集成電路（Hybrid IC），而不是單片集成電路（monolithic IC）芯片，Kilby的IC具有外部電線連接，這使其難以批量生產(chǎn)。

在Jack Kilby的發(fā)明半年后，羅伯特·諾伊斯（Noyce）在仙童半導(dǎo)體公司發(fā)明了第一個(gè)真正的單片式IC芯片，是一種新的集成電路，比Kilby的實(shí)現(xiàn)更實(shí)用。諾伊斯的設(shè)計(jì)是由硅制成的，而Kilby的芯片是由鍺制成的。Noyce的單片IC將所有組件放在硅芯片上，并用銅線連接它們，Noyce的單片IC是使用平面工藝制造的，該工藝由他的同事Jean Hoerni在1959年初開發(fā)。現(xiàn)代IC芯片基于Noyce的單片IC，而不是Kilby的混合IC。

誕生意義：

集成電路的發(fā)明是應(yīng)用需求和技術(shù)發(fā)展及創(chuàng)新思想共同作用的結(jié)果，開啟了以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)迅猛發(fā)展的新篇章。

閃光時(shí)刻：

平面加工工藝（光刻）的發(fā)明（1957年）和摩爾定律的提出（1965年）誕生背景：1957年，美國DOF實(shí)驗(yàn)室首先將光刻技術(shù)引入到半導(dǎo)體技術(shù)中，為集成電路技術(shù)和產(chǎn)業(yè)按照摩爾定律發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。仙童公司的Noyce 將光刻技術(shù)，巧妙利用起來，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)晶體管和集成電路圖形結(jié)構(gòu)，由此導(dǎo)致了平面工藝的誕生。 光刻技術(shù)是集成電路制造中利用光學(xué)-化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)、物理刻蝕方法，將電路圖形傳遞到單晶表面或介質(zhì)層上，形成有效圖形窗口或功能圖形的工藝技術(shù)。從1960年開始，光刻法被用于在Si上制作大量的微小晶體管，當(dāng)時(shí)分辨力為5μm，如今除可見光光刻之外，更出現(xiàn)了X射線和荷電粒子刻畫等更高分辨率方法，光刻是集成電路制造過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前國內(nèi)自主研發(fā)芯片的困境便主要來源于高質(zhì)量光刻設(shè)備的缺乏。

1959年7月，Noyce研究出一種二氧化硅的擴(kuò)散技術(shù)和pn結(jié)的隔離技術(shù)，并創(chuàng)造性地在氧化膜上制作出精細(xì)的鋁膜連線，使元件和導(dǎo)線合成一體，從而為半導(dǎo)體集成電路的平面制作工藝、為工業(yè)大批量生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。與Kilby在鍺晶片上研制集成電路不同，Noyce 直接盯住硅-地球上含量最豐富的元素之一，商業(yè)化價(jià)值更大，成本更低。自此大量的半導(dǎo)件被制造并商用，風(fēng)險(xiǎn)投資開始出現(xiàn)，半導(dǎo)體初創(chuàng)公司涌現(xiàn)，數(shù)量更多、功能更強(qiáng)、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的集成電路被發(fā)明。 1965年4月19日，《電子學(xué)》雜志(Electronics Magazine)第114頁發(fā)表了摩爾(時(shí)任仙童半導(dǎo)體公司工程師)撰寫的文章〈讓集成電路填滿更多的組件〉，文中預(yù)言半導(dǎo)體芯片上集成的晶體管和電阻數(shù)量將每年增加一倍。 1975年，摩爾在IEEE國際電子組件大會(huì)上提交了一篇論文，根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況對摩爾定律進(jìn)行了修正，把"每年增加一倍"改為"每兩年增加一倍"，而普遍流行的說法是"每18個(gè)月增加一倍"。但1997年9月，摩爾在接受一次采訪時(shí)聲明，他從來沒有說過"每18個(gè)月增加一倍"，而且SEMATECH路線圖跟隨24個(gè)月的周期。 大抵而言，若在相同面積的晶圓下生產(chǎn)同樣規(guī)格的IC，隨著制程技術(shù)的進(jìn)步，每隔一年半，IC產(chǎn)出量就可增加一倍，換算為成本，即每隔一年半成本可降低五成，平均每年成本可降低三成多。就摩爾定律延伸，IC技術(shù)每隔一年半推進(jìn)一個(gè)世代。

誕生意義：

光刻技術(shù)的發(fā)明，為集成電路技術(shù)和產(chǎn)業(yè)按照摩爾定律發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)晶體管和集成電路圖形結(jié)構(gòu)，由此導(dǎo)致了平面工藝的誕生。

摩爾定律是簡單評估半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)展的經(jīng)驗(yàn)法則，其重要的意義在于長期而言，IC制程技術(shù)是以一直線的方式向前推展，使得IC產(chǎn)品能持續(xù)降低成本，提升性能，增加功能。

閃光時(shí)刻：

1960年，MOSFET器件發(fā)明；1963年，COMS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）技術(shù)被提出；1966年，美國RCA公司研制出CMOS集成電路。誕生背景： 1955年，Carl Froschand Lincoln Derrick偶然覆蓋的硅的表面的晶片有一層二氧化硅，氧化層阻止了某些摻雜劑進(jìn)入硅晶片，同時(shí)允許其他摻雜劑，從而發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體表面氧化的鈍化作用。他們的進(jìn)一步工作證明了如何在氧化物層中蝕刻小開口以將摻雜劑擴(kuò)散到硅晶片的選定區(qū)域中。1957年，他們發(fā)表了一篇研究論文，他們開發(fā)的技術(shù)被稱為氧化物擴(kuò)散掩膜，稍后將在制造中使用MOSFET器件。

貝爾實(shí)驗(yàn)室的Mohamed M. Atalla于1950年代后期處理表面狀態(tài)問題。他認(rèn)為，在干凈的硅晶片上生長非常薄的高質(zhì)量熱生長的SiO2，將中和表面狀態(tài)，足以制成實(shí)用的場效應(yīng)晶體管。 1960年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的Kahng和Atalla制備出了第一支MOS場效應(yīng)晶體管（MOSFET）；1963年，任職于仙童公司白程師F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技術(shù)，由低功來高效率的CMOS替代了傳統(tǒng)的TTL（Transistor-to-Transi Logic，晶體管-晶體管邏輯）電路。如今，95％以上的集成電芯片都是基于CMOS工藝，可以說沒有CMOS，就沒有之后整集成電路的發(fā)展。 早期的CMOS元件雖然功耗比常見的TTL電路要低，但為工作速度較慢，所以大多數(shù)應(yīng)用CMOS的場合都和降低功耗、延長電池使用時(shí)間有關(guān)，例如電子表。不過經(jīng)過長期的研究與良，如今的CMOS元件無論在可集成的面積、工作速度、功耗，還是在制造的成本上看，都比當(dāng)時(shí)另外一種主流的半導(dǎo)體制程BJT （Bipolar Junction Transistor，雙極結(jié)型晶體管）有優(yōu)勢，很多在BJT無法實(shí)現(xiàn)或是成本太高的設(shè)計(jì)，利用CMOS皆可迎刃而解。誕生意義：

MOSFET的發(fā)展引發(fā)了電子技術(shù)領(lǐng)域的一場革命，稱為MOS革命或MOSFET革命，為早期半導(dǎo)體行業(yè)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)增長提供了動(dòng)力。 從1960年代后期開始，MOSFET的影響在商業(yè)上變得很重要。這導(dǎo)致了電子行業(yè)的一場革命，此后幾乎以各種方式影響了日常生活。MOSFET的發(fā)明被認(rèn)為是現(xiàn)代電子技術(shù)的誕生，并且是微型計(jì)算機(jī)革命的核心。 CMOS集成電路因?yàn)榫哂泄牡驮措娙俗杩垢摺⒃肼暼菹薷摺?a target="_blank">電源電壓范圍寬、輸出電壓幅度與電源電壓接近、對容限遲和躍遷時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)所以發(fā)展極為迅速 CMOS集成電路的問世開創(chuàng)了微功耗電子學(xué)的先河，為如今的大規(guī)模集成電路發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，具有里程碑意義。

閃光時(shí)刻：

1967年，DRAM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）發(fā)明；1971年，全球第一款微處理器4004由Intel公司推出。誕生背景：1966年，Dennard提除了DRAM的想法，當(dāng)時(shí)他的MOS項(xiàng)目非常有希望，但相當(dāng)復(fù)雜，因?yàn)槊恳槐忍氐男畔⑿枰褂昧鶄€(gè)晶體。于是，他利用業(yè)余時(shí)間研究自己的新想法，并且最終找到了通過存取晶體管將電荷寫入電容，然后通過同一個(gè)晶體管讀出的替代方法。1967年，Dennard 和IBM公司針對他的“單晶體管動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器”（DRAM）申請了專利。在一塊芯片上集成的元件數(shù)超過10萬個(gè)，或門電路數(shù)超過萬門的集成電路，稱為超大規(guī)模集成電路。1988年，16M DRAM問世，在1c㎡大小的硅片上集成有3500萬個(gè)晶體管，標(biāo)志著進(jìn)入超大規(guī)模集成電路（VLSI）階段。超大規(guī)模集成電路研制成功，是微電子技術(shù)的一次飛躍，大大推動(dòng)了電子技術(shù)的進(jìn)步從而帶動(dòng)了軍事技術(shù)和民用技術(shù)的發(fā)展。

20世紀(jì)60年代隨著集成電路的發(fā)明和應(yīng)用，一場制造輕便桌面計(jì)算器的競賽揭開了帷幕。那時(shí)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的研究者已普遍意識(shí)到，用新的MOS技術(shù)來創(chuàng)建一個(gè)包含多種功能的芯片在理論上是可行的。短短幾年后，Intel公司便于1971年成功地研制出實(shí)際上第一款微處理器4004，由2300個(gè)晶體管構(gòu)成了一款包括運(yùn)算器、控制器在內(nèi)的可編程序運(yùn)算芯片。使得微處理器成為繼晶體管、集成電路后的又一重大發(fā)明。可以說，中央處理單元的發(fā)明與應(yīng)用改變了整個(gè)世界的科技發(fā)展，掀起了一場新的技術(shù)革命。

誕生意義：DRAM的簡單性、低成本和低功耗與第一款低成本微處理器相結(jié)合開啟了小型個(gè)人電腦的時(shí)代。Intel 4004微處理器是世界上第一款商用計(jì)算機(jī)微處理器，它是“一件劃時(shí)代的作品”。它在單片內(nèi)集成了2250個(gè)晶體管，晶體管之間的距離是10μm，能夠處理4bit的數(shù)據(jù)，每秒運(yùn)算6萬次，運(yùn)行的頻率為108kHz，成本不到100美元。Intel公司的首席執(zhí)行官戈登·摩爾將4004稱為“人類歷史上最具革新性的產(chǎn)品之一”。

閃光時(shí)刻：

銅互連技術(shù)的發(fā)明

誕生背景： 集成電路最初用鋁作為導(dǎo)體，二氧化硅作為絕緣體（電介質(zhì)），構(gòu)建一個(gè)互連層，來將多個(gè)器件連接在一起。整個(gè)互連的過程由鋁沉積在晶圓表面開始，隨后通過選擇性刻蝕形成布線圖案，沉積氧化物絕緣體，并利用化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝將粗糙的表面變得平坦。

20世紀(jì) 80 年代后期，隨著器件特征尺寸繼續(xù)縮小，越來越薄的鋁線無法實(shí)現(xiàn)所需的速度和電性能，因此需要一種性能更優(yōu)的導(dǎo)電材料，以適應(yīng)繼續(xù)縮小的器件尺寸，同時(shí)保持芯片制造商預(yù)期的成本效益。多年來，該行業(yè)的發(fā)展大致遵循摩爾定律，即晶體管密度每 18 個(gè)月翻一倍。然而，由于鋁互連的電性能局限性，芯片的微縮將無法繼續(xù)進(jìn)行，業(yè)內(nèi)人士便開始尋找可替代材料。 人們首先想到的是銅，它具有更低的電阻率，且可實(shí)現(xiàn)更快的器件速度。此外，銅并不像鋁那樣容易發(fā)生電遷移，所以具有更高的可靠性。電遷移中，電流推動(dòng)導(dǎo)線中的金屬原子，會(huì)導(dǎo)致電阻增加，最終造成電路故障。然而，使用等離子（帶電氣體）工藝刻蝕銅的方法并不可行。由于銅不容易形成揮發(fā)性化合物，因此，通過干法刻蝕并不能輕松地將其從晶片表面除去。芯片若要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步微縮，亟需一種合適的新導(dǎo)體，或截然不同的圖形化工藝，或兩者的組合。 業(yè)內(nèi)一直在研究其它導(dǎo)體材料，相較之下，銅的電氣特性使其成為最佳選擇。工程師開始考慮使用鑲嵌工藝，即借鑒大馬士革的珠寶行業(yè)，先在基底金屬上刻蝕圖案，再將貴金屬嵌入圖案之中。該工藝?yán)@過刻蝕銅的難題，先沉積和刻蝕電介質(zhì)材料，形成由溝槽和孔洞組成的圖案（即鑲嵌金屬的模具）。然后，僅將金屬填充到圖案中，而不是在整個(gè)晶圓表面沉積金屬膜。

閃光時(shí)刻：

浸入式光刻技術(shù)的發(fā)明

誕生背景： 在浸入式光刻技術(shù)之前，繼436nm、365nm、248nm之后，采用的是193nm干式光刻技術(shù)，但在65 納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)上遇到了困難，試驗(yàn)了很多技術(shù)（如157nm干式光刻技術(shù)等）但都無法很好的突破這一難題。等到2002年底浸入式技術(shù)迅速成為光刻技術(shù)中的新寵，而此前業(yè)界并沒有認(rèn)為浸入式技術(shù)有如此大的功效。此技術(shù)在原來的193nm干式光刻技術(shù)平臺(tái)之上，因?yàn)榇朔N技術(shù)的原理清晰及配合現(xiàn)有的光刻技術(shù)變動(dòng)不大，獲得了人們的極大贊賞。 浸沒式光刻技術(shù)需要在光刻機(jī)投影物鏡最后一個(gè)透鏡的下表面與硅片上的光刻膠之間充滿高折射率的液體。圖 l 為傳統(tǒng)光刻和浸沒式光刻的對比示意圖。投影物鏡的數(shù)值孔徑：NA=nsinθ

圖1 傳統(tǒng)光刻和浸沒式光刻示意圖 其中，n為投影物鏡與硅片之間介質(zhì)的折射率，θ為光線最大入射角。在最大入射角相同的情況下，浸沒式光刻系統(tǒng)的數(shù)值孔徑比傳統(tǒng)光刻系統(tǒng)增大了n倍。而從傅里葉光學(xué)的角度, 數(shù)值孔徑扮演著空間頻率低通濾波器閾值的角色。注人高折射率的浸沒液體可以使更高空間頻率的光波人射到光刻膠上, 因此成像分辨率得以提高。 如今，EUV技術(shù)慢慢開始替代了一部分的浸沒式光刻，EUV技術(shù)以波長為10-14納米的極紫外光作為光源的光刻技術(shù)。具體為采用波長為13.4nm 的紫外線。極紫外線就是指需要通過通電激發(fā)紫外線管的K極然后放射出紫外線。EUV光刻采用波長為10-14納米的極紫外光作為光源，可使曝光波長一下子降到13.5nm，它能夠把光刻技術(shù)擴(kuò)展到32nm以下的特征尺寸。 EUV光刻所能提供的高分辨率已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。光刻機(jī)供應(yīng)商已經(jīng)分別實(shí)現(xiàn)了20nm和14nm節(jié)點(diǎn)的SRAM的曝光，并與193i曝光的結(jié)果做了對比。顯然，即使是使用研發(fā)機(jī)臺(tái)，EUV曝光的分辨率也遠(yuǎn)好于193i。14nm節(jié)點(diǎn)圖形的曝光聚焦深度能到達(dá)250nm以上。

閃光時(shí)刻：多晶硅柵／high-k基MOS管和金屬柵／high-k基MOS管發(fā)明誕生背景： 由于Si-SiO2良好的界面特性以及SiO2薄膜的優(yōu)異性能，純硅基MOS器件具有優(yōu)異的界面性能和熱穩(wěn)定性，并且致密的SiO2薄膜能夠阻止更多的氧氣和水分子進(jìn)入柵介質(zhì)層。此外，多晶硅與襯底硅的功函數(shù)差值較小，有利于降低器件的閾值電壓，從而提高器件開關(guān)速度。 然而，當(dāng)特征長度降至65nm節(jié)點(diǎn)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)短溝道效應(yīng)，顯著增大器件的功耗。為了控制短溝道效應(yīng)，更小尺寸器件要求進(jìn)一步提高柵電極電容。這能夠通過不斷減小柵氧厚度而實(shí)現(xiàn)，但隨之而來的是柵電極漏電流的提升。當(dāng)二氧化硅作為柵電極絕緣層且氧化層厚度低于5.0nm時(shí)，漏電流就變得無法忍受了。

解決上述問題的方法就是使用高介電常數(shù)絕緣材料取代二氧化硅，采用這種材料可以在不增加電學(xué)厚度的前提下允許增加絕緣層厚度，進(jìn)而能夠降低漏電流。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，基于鉿（Hf）的high-k絕緣材料取代二氧化硅作為柵電極的絕緣層。high-k介質(zhì)的引入能在一定程度上緩解SiO2厚度減小引起的隧穿效應(yīng)，進(jìn)而減小泄漏電流，降低器件功耗。然而，當(dāng)特征長度降至45nm節(jié)點(diǎn)時(shí)，多晶硅／high-k基MOS器件出現(xiàn)嚴(yán)重的多晶硅耗盡效應(yīng)。多晶硅的高電阻率也嚴(yán)重影響了MOS器件的高頻特性。 此外，在早期的高介電常數(shù)材料的研發(fā)中就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了high-k介質(zhì)與多晶硅柵電極不匹配的問題。這一問題不僅會(huì)導(dǎo)致在高介電材料與多晶硅材料的界面上產(chǎn)生大量的缺陷，還會(huì)降低器件的電子遷移率。后一問題是由于電荷散射而引起的，這也是將這兩種材料結(jié)合在一起的固有表現(xiàn)。因此，金屬柵替代了多晶硅柵，被用于納米晶體管和先進(jìn)晶體管結(jié)構(gòu)。 金屬柵極是為了和high-k柵介質(zhì)材料兼容而提出的。一方面，金屬作為良導(dǎo)體，不會(huì)產(chǎn)生耗盡層，有效地消除了多晶硅耗盡效應(yīng)，同時(shí)也使金屬柵極無需通過摻雜提高導(dǎo)電性：另一方面，與多晶硅柵極相比，金屬柵極材料自由電子濃度遠(yuǎn)大于反型層載流子濃度，使得金屬柵極能夠有效抑制high-k介質(zhì)低能光學(xué)聲子與溝道載流子耦合，從而降低聲子散射，提高載流子遷移率。

閃光時(shí)刻：浮柵（Floating Gate）存儲(chǔ)器件發(fā)明誕生背景： 伴隨著整個(gè)半導(dǎo)體微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，存儲(chǔ)器也在以驚人的速度發(fā)展。以動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DRAM)為例，每個(gè)功能元件的尺寸不斷減小，價(jià)格不斷下降，每個(gè)存儲(chǔ)單元工作所需的電子數(shù)目也越來越少。DRAM中的電容如果不能提供足夠多的電子給放大器，整個(gè)存儲(chǔ)器將被噪聲所淹沒，將不能保證信息存儲(chǔ)的可靠性。 當(dāng)每個(gè)存儲(chǔ)單元的電子數(shù)目因集成度的提高變得越來越小時(shí)，存儲(chǔ)器中的MOS場效應(yīng)晶體管將逐漸變得不定，而使整個(gè)存儲(chǔ)器的可靠性難以得到保證。 單電子存儲(chǔ)器的出現(xiàn)使存儲(chǔ)器繼續(xù)維持高速發(fā)展成為可能，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)室溫下的對背景電荷不敏感的單電子存儲(chǔ)器，因此實(shí)際應(yīng)用的前景非常光明。從目前設(shè)計(jì)制備出來的單電子存儲(chǔ)器來看，它們的工作通常只需控制幾百個(gè)、幾十個(gè)甚至幾個(gè)電子就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，因此它們的功耗非常低。

單電子晶體管是單電子存儲(chǔ)器的最主要的組成部分，單電子晶體管的特性在一定程度上決定了基于它制備的存儲(chǔ)器的性能，所以它的發(fā)展在很大程度上制約單電子存儲(chǔ)器的發(fā)展。在單電子存儲(chǔ)器中，使用對電荷超敏感的庫侖計(jì)對存儲(chǔ)單元中的電荷進(jìn)行探測，來確定存儲(chǔ)單元的狀態(tài)。這些超敏感的庫侖計(jì)是將單電子晶體管和浮柵與被測的對象集成在一起，利用單電子晶體管對柵極電荷的敏感性來實(shí)現(xiàn)電荷的探測。而在另一些單電子存儲(chǔ)器中則是利用單電子晶體管中的庫侖阻塞現(xiàn)象，通過控制源、漏和柵極電壓來實(shí)現(xiàn)對源(或漏)上電子數(shù)目的精確控制，然后利用其他的放大部分(如MOSFET等)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。其中的單電子晶體管有些具有單個(gè)量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，而有些則具有納米線結(jié)構(gòu)。 浮柵量子點(diǎn)的存儲(chǔ)器是依據(jù)量子點(diǎn)的庫侖阻塞原理設(shè)計(jì)和制備的。依據(jù)Fowler—Nordheim隧穿原理，利用柵極來控制電子進(jìn)出量子點(diǎn)，使量子點(diǎn)在庫侖阻塞區(qū)域的邊界達(dá)到兩個(gè)穩(wěn)定的電壓值，此時(shí)系統(tǒng)的兩個(gè)穩(wěn)定態(tài)對應(yīng)著量子點(diǎn)兩個(gè)不同的勢能。通過電容耦合一個(gè)單電子晶體管(庫侖計(jì))或者利用MOS場效應(yīng)管來對量子點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行探測，便可以確定出系統(tǒng)的狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)單電子器件的高密度存儲(chǔ)，就必須精確控制量子點(diǎn)的形狀和位置，因此這些器件的制備通常具有一定的難度，但是利用掃描探針技術(shù)可以制備出常溫下就可以正常工作的單電子存儲(chǔ)器；如果使用納米硅顆粒來制備器件，它們也可以在室溫下工作，并且不受背景電荷漲落的影響。

FGMOS可以通過將標(biāo)準(zhǔn)MOSFET柵極絕緣來制造。通過絕緣使得其柵極與外界沒有電阻連接；然后在浮柵上方沉積多個(gè)次級柵極或輸入電極，并與其電隔離。由于浮柵完全被高電阻材料包圍，輸入電極和浮柵之間僅有電容耦合，因此，就其直流工作點(diǎn)而言，浮柵是浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)。 在需要修改浮柵電荷量的應(yīng)用，每個(gè)FGMOS會(huì)添加一對額外的小晶體管，以實(shí)現(xiàn)注入和隧穿操作。每個(gè)晶體管的柵極連接在一起；隧穿晶體管的源極、漏極和體端子相互連接，形成電容隧穿結(jié)構(gòu)。注入晶體管以正常方式連接，并施加特定電壓以產(chǎn)生熱載流子，然后通過電場將熱載流子注入浮柵。 在純電容應(yīng)用中，F(xiàn)GMOS晶體管既可以制造成N型，也可以做成P型。對于電荷改變的應(yīng)用，隧穿晶體管（以及FGMOS）需要嵌入到阱中，因此該技術(shù)決定了可以使用的FGMOS的類型。

閃光時(shí)刻：新型RRAM存儲(chǔ)器件發(fā)明誕生背景： 存儲(chǔ)器分為易失性和非易失性兩大類。當(dāng)今，易失性存儲(chǔ)器最重要的兩類是SRAM和DRAM。非易失性存儲(chǔ)器的種類很多，市場份額最大的是閃存（FLASH），其他的還有SONOS、鐵電存儲(chǔ)器（FRAM）、相變存儲(chǔ)器（PRAM）、磁存儲(chǔ)器（MRAM）和阻變存儲(chǔ)器（RRAM）等。此外，SRAM、DRAM、FLASH、SONOS和FRAM這五種是基于電荷的存儲(chǔ)器，這類存儲(chǔ)器本質(zhì)上是通過電容的充放電來實(shí)現(xiàn)的。而PRAM、MRAM和RRAM則是基于電阻的轉(zhuǎn)變來實(shí)現(xiàn)的。

存儲(chǔ)器距今已發(fā)明了50周年。1967年，第一個(gè)64位只讀存儲(chǔ)器由仙童公司發(fā)明。閃存也是在這一年由Bell實(shí)驗(yàn)室所提出。Intel在存儲(chǔ)器發(fā)展的早期做出了很多貢獻(xiàn)，比如第一個(gè)SRAM和第一個(gè)EEPROM都由該公司推出。閃存之所以是在90年代才大規(guī)模應(yīng)用，是因?yàn)橹钡?988年，Intel和東芝才分別提出了NOR和NAND兩種類型的閃存集成架構(gòu)。

RRAM相比MRAM和PRAM，研究要稍晚。雖然這個(gè)現(xiàn)象早在1962年就被報(bào)道了，但沒有引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。直到2000年，美國休斯敦大學(xué)在APL上發(fā)表了一篇關(guān)于“在龐磁阻氧化物薄膜器件中發(fā)現(xiàn)電脈沖觸發(fā)可逆電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)”的文章后，夏普公司買了該專利，才對RRAM開始了業(yè)界的開發(fā)，自此以后才引起學(xué)術(shù)界和業(yè)界的研究。主流存儲(chǔ)器廠商也紛紛投入力量，開始對RRAM的研究。RRAM也已經(jīng)由實(shí)驗(yàn)室階段進(jìn)入到企業(yè)的研發(fā)階段。

從容量上看，這三類新型存儲(chǔ)器，MRAM最高達(dá)4Gb，PRAM最高達(dá)8Gb，RRAM最高達(dá)32Gb。它們和閃存相比，容量差別還很大，但是不要忘記，這三者的讀寫速度都比閃存要快1000倍以上。

以上就是我們想要分享給大家的集成電路發(fā)展史上的十大里程碑事件，目前半導(dǎo)體行業(yè)圈內(nèi)優(yōu)秀的研發(fā)人員還有很多，他們分布在產(chǎn)業(yè)鏈的上中下游，分布在全世界各地，正為自己熱愛的這份事業(yè)披荊斬棘，希望在前方道路努力奔跑的大家，能夠熠熠閃光！

責(zé)任編輯：lq