解决方案
1956年,威廉·肖克利在加利福尼亚州山景城创办了一家半导体实验室,聘请了物理学、化学和冶金学领域的优秀毕业生。1957年,其中八人——包括让·霍尔尼、戈登·摩尔和罗伯特·诺伊斯在内的“八叛逆”——集体辞职,在谢尔曼·费尔柴尔德的资助下创立了仙童半导体公司。这八人开始使用硅这种他们从肖克利实验室就熟悉的廉价衬底开展工作。
霍尔尼让硅器件变得可靠的办法是平面工艺。他1959年5月1日的专利申请描述了一种N型硅晶圆,其表面完全覆盖着氧化硅,通过光刻胶或蚀刻在该覆盖层上开出孔洞,再通过开口扩散杂质——这样结的边缘就位于氧化层之下,而不是暴露在外。通过另一个窗口进行第二次扩散便构建出晶体管;再通过更多孔洞合金化形成接触。该专利“制造半导体器件的方法”于1962年3月20日被授予美国专利US 3,025,589。
其效果是决定性的。工程技术史维基(Engineering and Technology History Wiki)记载,仙童公司开创了由霍尔尼开发的平面工艺,并使其他晶体管工艺被淘汰;仙童平面硅晶体管的首批客户之一就是IBM。而当罗伯特·诺伊斯构想出集成电路——诺贝尔基金会将其描述为在实践中以硅为半导体、二氧化硅为绝缘体、铝为导体制造的形式——正是霍尔尼那平整的氧化晶圆使其得以实现。
它实现了什么
生长一层氧化物覆盖层,让结埋于其下
为何有效
氧化层同时承担两项功能:它界定了制造过程中掺杂剂进入的位置,随后又保护成品结,这就是为什么专利中结的边缘位于“氧化层之下”。
由于一切都在平整的晶圆上通过光刻窗口进行,器件是批量制造的——一次制造许多个,通过重复一个循环——而不是一次只做一个。
受保护的结不会因与周围环境接触而退化,这正是硅器件可靠到足以大规模销售的原因。
经济规律紧随物理规律:仙童的平面晶体管彻底取代了竞争工艺,而一个早期要求严苛的客户——IBM——验证了其良率。
可以应用什么
你蚀刻的表面也可以起保护作用。霍尔尼不再与硅的氧化物对抗,而是将其同时用作模板和护盾——一层材料,两项功能,在晶圆上由批量工艺无休止地重复。
后续
平面工艺成为集成电路的制造路线,仙童公司在抵御德州仪器的同时主导了早期模拟IC市场。霍尔尼于1961年离开仙童,去领导Teledyne新成立的半导体部门,曾为联合碳化物公司、休斯飞机公司和富士通提供咨询,并于1967年创立了Intersil。他后来出资100万美元设立基金,为喀喇昆仑山脉的巴尔蒂人提供学校和医疗服务,并于1997年1月去世。
从这里,追溯依据
参考来源
- Method of manufacturing semiconductor devices — US Patent 3,025,589 FreePatentsOnline (USPTO record) · freepatentsonline.com ·
- Jean Hoerni — biography Engineering and Technology History Wiki (IEEE History Center) · ethw.org ·
- Fairchild Semiconductor Engineering and Technology History Wiki (IEEE History Center) · ethw.org
- Information for the Public: The Nobel Prize in Physics 2000 The Nobel Foundation · nobelprize.org ·