互補式金氧半(CMOS)制程是最重要的半導體集成電路技術，舉凡內存及邏輯等多樣化的產品皆以此作為發展的原動力，相關產業也因而興盛不已。一個MOS晶體管組件是以閘極(gate)作為控制電極，即以閘極的電壓訊號控制晶體管的輸出特性。傳統上，是以含高濃度n

型雜質(如磷或砷)的多晶硅(poly-Si)做為此閘極材質。進入深次微米紀元后(< 0.35 μm)，相關的閘極技術有很大的變革，也面臨許多的挑戰及問題待突破與解決，包括材料種類、形成方式、及可靠性等。本文將就此主題做一介紹，內容涵蓋組件發展的趨勢與考量，材

料的要求與制備，閘極材質制程上所面對的問題與觀點，結構的發展，及未來可能的走向。

    此種CMOS方式而后成為業界標準的技術，不過到0.35 μm制程以后開始遇到瓶頸，主要的問題出在p- MOS晶體管的短信道效應(short channel effects)，因為buried channel中的載子信道離氧化層接口較遠，閘極的控制性較差，所以和surface channel組件比起來

short channel effects要嚴重許多[2][3]。到0.25 mm的晶體管制作，相關的效應，如Vth下降(roll-off)和源極引發能障衰退(drain-induced barrier lowering)所導致漏電流增加等現象，均相當難以控制，因此必須作結構上的改變以解決此問題。

    此外也有人提出金屬閘極方式，也就是回歸MOS晶體管初期的結構，當然在制程上會有許多考量與改變。此種方式在0.18 μm以后的應用相當有潛力，特別是在高速的邏輯電路。另一個困擾則在于寄生電阻。由于電阻和傳導線的截面積成反比，因此當閘極寬度縮小后

，寄生電阻會顯著上揚（假設厚度不變），對于深次微米組件的操作影響很大。一般的對策是采用多晶硅金屬(polycide)或自我校準硅金屬化(salicide)方式來降低寄生電阻，相關的制程技術發展與所面臨的挑戰將在后面文中介紹。  

    MOS晶體管初期的發展是以金屬（如鋁）做為閘極材質，這也是MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)名稱的由來。在離子布植(ion implantation)的自我對準(self-aligned)制程發明后，由于后續須有高溫的活化退火(annealing)程序，因此改以多晶硅(poly-Si)取代金

屬做為閘極材質。poly-Si和氧化層的接口特性良好，且能忍受高溫的制程，這是金屬所無法達到的優點，因此被廣泛地采用。在一般CMOS的應用中，n+ poly-Si同時作為n-和p-信道(channel) MOS的閘極，稱為單一多晶硅方式(single poly scheme)，主要的優點為加工

簡易，不過p- MOS的起始電壓(Vth)的絕對值會很大(> 1 V)[1]。從CMOS電路設計的觀點，若欲達到高速及低功率耗損的要求，p-和n- MOS的Vth須呈正負對稱且不能太大，所以在閘極形成前通常會在p- MOS組件信道區施以一p-type元素摻雜(doping)程序（如B布植）以降

低Vth的絕對值。此種p- MOS結構稱為潛信道(buried channel) MOS，如圖一所示，而n- MOS結構則稱為面信道(surface channel) MOS，主要是反應channel相對oxide/Si接口的位置。相關文章：Gate Insulator