Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Аннотированная фотография кристалла чипа Fairchild

Процесс планарный является производственным процессом , используемым в полупроводниковой промышленности для создания отдельных компонентов транзистора , и , в свою очередь, соединить эти транзисторы вместе. Это основной процесс создания кремниевых интегральных схем . В процессе используются методы пассивации поверхности и термического окисления .

Планарный процесс был разработан в Fairchild Semiconductor в 1959 году.

Обзор [ править ]

Ключевой концепцией является просмотр схемы в ее двухмерной проекции (плоскости), что позволяет использовать концепции обработки фотографий, такие как негативы на пленке, для маскировки проекции химических веществ, подвергающихся воздействию света. Это позволяет использовать серию воздействий на подложку ( кремний ) для создания оксида кремния (изоляторов) или легированных областей (проводников). Вместе с использованием металлизации и концепций изоляции p – n-переходов и пассивации поверхности можно создавать схемы на срезе монокристаллического кремния (пластине) из були монокристаллического кремния.

Процесс включает в себя основные процедуры окисления диоксида кремния (SiO 2 ), травления SiO 2 и диффузии тепла. Заключительные этапы включают окисление всей пластины слоем SiO 2 , травление контактных отверстий транзисторов и нанесение покрывающего металлического слоя поверх оксида , таким образом соединяя транзисторы без ручного соединения их вместе.

История [ править ]

Фон [ править ]

В 1955 году Карл Фрош и Линкольн Дерик из Bell Telephone Laboratories (BTL) случайно обнаружили, что диоксид кремния можно выращивать на кремнии . [1] Позже, в 1958 году, они предположили, что слои оксида кремния могут защищать кремниевые поверхности во время процессов диффузии и могут использоваться для маскировки диффузии. [2] [3]

Пассивирование поверхности , процесс, с помощью которого поверхность полупроводника становится инертной и не меняет свойств полупроводника в результате взаимодействия с воздухом или другими материалами, контактирующими с поверхностью или краем кристалла, был впервые разработан египетским инженером Мохамедом М. Аталла в BTL в конце 1950-х. [4] [5] Он обнаружил, что образование термически выращенного слоя диоксида кремния (SiO 2 ) значительно снижает концентрацию электронных состояний на поверхности кремния , [5] и обнаружил важное качество пленок SiO 2. для сохранения электрических характеристик p – n переходов и предотвращения ухудшения этих электрических характеристик из-за газовой окружающей среды. [3] Он обнаружил, что слои оксида кремния можно использовать для электрической стабилизации кремниевых поверхностей. [2] Он разработал процесс пассивации поверхности, новый метод изготовления полупроводниковых устройств, который включает покрытие кремниевой пластины изолирующим слоем оксида кремния, чтобы электричество могло надежно проникать в проводящий кремний внизу. Выращивая слой диоксида кремния поверх кремниевой пластины, Аталла смог преодолеть поверхностные состоянияэто препятствовало попаданию электричества в полупроводниковый слой. [4] [6]

Аталла впервые опубликовал свои открытия в 1957 году. [7] [8] По словам инженера Fairchild Semiconductor Чих-Танга Саха , процесс пассивации поверхности, разработанный Аталлой и его командой, был «самым важным и значительным достижением в области технологий, проложившим путь». привел к кремниевой интегральной схеме. [9] [10] [11]

Развитие [ править ]

На собрании Электрохимического общества 1958 года Мохамед Аталла представил доклад о пассивации поверхности PN-переходов путем термического окисления , основанный на его записках по BTL 1957 года [12], и продемонстрировал пассивирующее действие диоксида кремния на поверхность кремния. [8] Это была первая демонстрация, показывающая, что высококачественные диоксидные пленки из диоксида кремния могут быть выращены термически на поверхности кремния для защиты находящихся под ними кремниевых диодов и транзисторов с pn-переходом . [3]

Швейцарский инженер Жан Орни посетил ту же встречу 1958 года и был заинтригован презентацией Аталлы. Однажды утром Хорни придумал «планарную идею», размышляя об устройстве Аталлы. [12] Воспользовавшись пассивирующим эффектом диоксида кремния на поверхности кремния, Хорни предложил создавать транзисторы, защищенные слоем диоксида кремния. [12] Это привело к первой успешной реализации технологии пассивации кремниевых транзисторов Atalla термическим оксидом. [13]

Планарный процесс был разработан Джином Орни, одним из « предательской восьмерки », во время работы в Fairchild Semiconductor , с первым патентом, выданным в 1959 году [14] [15].

Вместе с использованием металлизации (для соединения интегральных схем) и концепции изоляции p – n-переходов (от Курта Леховца ) исследователи из Fairchild смогли создать схемы на одном срезе кристалла кремния (пластине) из були из монокристаллического кремния.

В 1959 году Роберт Нойс опирался на работу Хорни с его концепцией интегральной схемы (ИС), которая добавляла слой металла к верхней части базовой структуры Хорни для соединения различных компонентов, таких как транзисторы, конденсаторы или резисторы , расположенные на плате. тот же кусок кремния. Планарный процесс обеспечил мощный способ реализации интегральной схемы, превосходящей более ранние концепции интегральной схемы. [8] Изобретение Нойса было первым монолитным ИС. [16] [17]

Ранние версии планарного процесса использовали процесс фотолитографии с использованием ближнего ультрафиолетового света от ртутной лампы. По состоянию на 2011 год мелкие детали обычно изготавливаются с помощью УФ-литографии глубиной 193 нм. [18] Некоторые исследователи используют даже ультрафиолетовую литографию с еще более высокими энергиями .

См. Также [ править ]

  • Изготовление полупроводниковых приборов

Ссылки [ править ]

  1. ^ Бассетт, Росс Нокс (2007). К эпохе цифровых технологий: исследовательские лаборатории, начинающие компании и рост технологии MOS . Издательство Университета Джона Хопкинса . С. 22–23. ISBN 9780801886393.
  2. ^ a b Лекюер, Кристоф; Брок, Дэвид С. (2010). Создатели микрочипа: документальная история Fairchild Semiconductor . MIT Press . п. 111. ISBN 9780262294324.
  3. ^ a b c Saxena, A (2009). Изобретение интегральных схем: неописуемые важные факты . Международная серия о достижениях в твердотельной электронике и технологиях. World Scientific . С. 96–97. ISBN 9789812814456.
  4. ^ a b «Мартин Аталла в Зале славы изобретателей, 2009» . Проверено 21 июня 2013 года .
  5. ^ a b Черный, Лахлан Э. (2016). Новые взгляды на пассивацию поверхности: понимание границы раздела Si-Al2O3 . Springer . п. 17. ISBN 9783319325217.
  6. ^ "Давон Канг" . Национальный зал славы изобретателей . Проверено 27 июня 2019 .
  7. ^ Lojek, Бо (2007). История полупроводниковой техники . Springer Science & Business Media . С. 120 и 321–323. ISBN 9783540342588.
  8. ^ a b c Бассетт, Росс Нокс (2007). К эпохе цифровых технологий: исследовательские лаборатории, начинающие компании и рост технологии MOS . Издательство Университета Джона Хопкинса . п. 46. ISBN 9780801886393.
  9. ↑ Вольф, Стэнли (март 1992 г.). «Обзор технологий изоляции ИС» . Технология твердого тела : 63.
  10. ^ Хафф, Говард R .; Tsuya, H .; Геселе, У. (1998). Кремниевое материаловедение и технология: материалы восьмого международного симпозиума по кремниевому материаловедению и технологии . Электрохимическое общество . С. 181–182. ISBN 9781566771931.
  11. ^ С, Чжи-Tang (октябрь 1988). «Эволюция МОП-транзистора - от концепции до СБИС» (PDF) . Труды IEEE . 76 (10): 1280–1326 (1290). Bibcode : 1988IEEEP..76.1280S . DOI : 10.1109 / 5.16328 . ISSN 0018-9219 .  
  12. ^ a b c Lojek, Бо (2007). История полупроводниковой техники . Springer Science & Business Media . п. 120. ISBN 9783540342588.
  13. ^ С, Чжи-Tang (октябрь 1988). «Эволюция МОП-транзистора - от концепции до СБИС» (PDF) . Труды IEEE . 76 (10): 1280–1326 (1291). Bibcode : 1988IEEEP..76.1280S . DOI : 10.1109 / 5.16328 . ISSN 0018-9219 .  
  14. ^ US 3025589  Hoerni, JA: «Способ изготовления полупроводниковых приборов»поданной 1 мая 1959
  15. ^ US 3064167  Hoerni, JA: "Полупроводниковый прибор" подал 15 мая 1960
  16. ^ «1959: запатентована практическая концепция монолитной интегральной схемы» . Музей истории компьютеров . Проверено 13 августа 2019 .
  17. ^ «Интегральные схемы» . НАСА . Проверено 13 августа 2019 .
  18. ^ Шеннон Хилл. «УФ литография: принимаем крайние меры» . Национальный институт стандартов и технологий (NIST).

Внешние ссылки [ править ]

  • «Кремниевый двигатель: временная шкала полупроводников в вычислениях» . Хронология: просмотр по десятилетию . Музей истории компьютера. 2012 . Проверено 3 июня 2012 .Сборник статей и другой информации о развитии интегральных схем , включая развитие оксидной маскировки , фотолитографии , появление кремния , интегральных схем и планарного процесса .
  • Планарный процесс
  • «История интегральной микросхемы» . Nobelprize.org. 2003 . Проверено 3 июня 2012 .Обзор этапов изготовления интегральной схемы с веб-сайта Нобелевской премии. Это раздел работы Techville: The Integrated circuit .