**硅分：**非晶硅、多晶硅、单晶硅 硅是集成电路行业的基础，98%的半导体材料是硅。半导体硅工业包括多晶硅、单晶硅（直拉和区域熔化）、延伸片和非晶硅。其中，直拉硅单晶广泛应用于集成电路和中小型功率设备。目前，区域熔化单晶主要用于整流二极管、硅可控整流器、大功率晶体管等大功率半导体设备。单晶硅和多晶硅应用最广泛。 确保设备结构的致密性和稳定性。 单晶硅是由多晶硅提纯的，多晶硅中有许多小的晶向单元，而单晶硅只有一个晶向。常用到的是<111>和<100>晶向。由于半导体是一种薄膜工艺，因此应在硅衬底上生长延伸层，在延伸层中制作设备，并使用单晶硅作为衬底，以确保延伸层的方向与衬底一致，确保结构的致密性和稳定性。它在整个晶体中是有序的，而不是在单个小单元中。 **优点：**易于控制MOSFET临界电压、接触面缺陷少、多晶硅熔点高； **缺点：**多晶硅的导电性不如金属，产生多晶硅耗尽。 理论上MOSFET格栅极应尽可能选择导电性好的导体。多晶硅的导电性可用于重混合后MOSFET但不是完美的选择。MOSFET使用多晶硅作为格栅的主要原因如下： *1. 易于控制MOSFET临界电压。*MOSFET的临界电压（threshold voltage）功函数主要由栅极和通道材料制成（work function）由于多晶硅本质上是半导体，它可以通过混合不同极性的杂质来改变功能函数。更重要的是，多晶硅与以下硅为通道的能量间隙（bandgap）因此，它正在减少PMOS或是NMOS在临界电压下，可直接调整多晶硅功函数以满足要求。相反，金属材料的功能函数不像半导体那么容易改变，因此减少MOSFET临界电压变得更加困难。如果你想同时减少同时减少PMOS和NMOS临界电压将需要两种不同的金属作为栅极材料，这是生产过程中的一大变量。 *2. 接触面缺陷较少。*硅-二氧化硅接头两种材料之间的缺陷（defect）相对较少。然而，金属绝缘存在许多缺陷，容易在两者之间形成许多表面能阶，极大地影响元件的特性。（欧姆效应？ *3. 多晶硅熔点高。*多晶硅的熔点高于大多数金属，并习惯于在现代半导体生产过程中在高温下沉积栅极材料，以提高元件的效率。低金属熔点会影响生产过程中可用的温度上限。 虽然多晶硅是在过去20年里制造的MOSFET栅极的标准，但也有一些缺点，这仍然有一些缺点MOSFET使用金属栅的主要缺点如下： *1. 多晶硅的导电性不如金属。*多晶硅的导电性不如金属，限制了信号的传输速度。虽然可以通过混合来提高其导电性，但效果有限。一些熔点较高的金属材料，如钨（Tungsten）、钛（Titanium）、钴（Cobalt）或是镍（Nickel）用多晶硅制成合金。这种材料通常被称为金属硅化物（silicide）。此外，添加金属硅化物的多晶硅格栅具有良好的导电性和耐高温生产工艺。此外，由于金属硅化物位于栅极表面，远离通道区域，因此不正确MOSFET临界电压影响过大。（在栅极、源极与漏极都镀上金属硅化物的制作过程称为“自我对准金属硅化物制程”（Self-Aligned Silicide），通常简称salicide制程。） *2. 在小尺寸生产下，产生多晶硅耗尽。*当MOSFET当尺寸非常小，栅极氧化层变得非常薄时，例如，当前的过程可以将氧化层缩小到大约1纳米的厚度，并产生一种过去没有发现的现象，称为多晶硅耗尽。当MOSFET反形层形成时，多晶硅耗尽MOSFET栅极多晶硅靠近氧化层，会出现耗尽层（depletion layer），影响MOSFET导通特性。金属栅是解决这个问题的最佳方案。目前可行的材料包括钽（Tantalum）、钨、氮化钽（Tantalum Nitride），或是氮化钛（Titalium Nitride）。这些金属栅极通常由高介电常数物质形成的氧化层组成MOS电容。另一种解决方案是将多晶硅完全合金化，称为FUSI（Full-Silicide polysilicon gate）制程。 硅格栅自对准：在用于制作格栅极的多晶硅中，主要用于制作自对准过程。所谓自对准，是指多晶硅格栅定义了有源区域的边界。这样，当离子注入时，多晶硅区域阻挡了离子。没有多晶硅的区域注入离子形成有源区，相当于离子注入时自动对准有源区域。铝金属等熔点相对较低，不能承受离子注射，因此不能自对准，高熔点金属可以。
单晶硅衬底： https://www.doc88.com/p-543885239870.html?r=1 多晶硅格栅： https://wenku.baidu.com/view/d1a9481c4afe04a1b171ded3.html