Планарный процесс - Planar process

Аннотированная фотография кристалла чипа Fairchild

В планарный процесс это производственный процесс используется в полупроводниковая промышленность построить отдельные компоненты транзистор, и, в свою очередь, соединить эти транзисторы вместе. Это основной процесс, посредством которого кремний Интегральная схема чипы построены. В процессе используется пассивация поверхности и термическое окисление методы.

Планарный процесс был разработан в Fairchild Semiconductor в 1959 г.

Обзор

Ключевой концепцией является просмотр схемы в ее двухмерной проекции (плоскости), что позволяет использовать фотографическая обработка такие концепции, как пленочные негативы для маскировки проекций химических веществ, подвергающихся воздействию света. Это позволяет использовать серию экспозиций на подложке (кремний ) создавать оксид кремния (изоляторы) или легированные области (проводники). Вместе с использованием металлизации и концепции изоляция p – n перехода и пассивация поверхности, можно создавать схемы на срезе монокристаллического кремния (пластине) из були монокристаллического кремния.

Процесс включает в себя основные процедуры диоксид кремния (SiO2) окисление, SiO2 травление и рассеивание тепла. Последние шаги включают окисляющий вся пластина с SiO2 слой, протравливание контактных отверстий транзисторов и нанесение покрывающего металлического слоя на окись, таким образом соединяя транзисторы, не соединяя их вручную.

История

Фон

В 1955 г. Карл Фрош и Линкольн Дерик в Bell Telephone Laboratories (BTL) случайно обнаружил, что диоксид кремния может быть выращен на кремний.[1] Позже в 1958 году они предположили, что слои оксида кремния могут защищать кремниевые поверхности во время диффузионные процессы, и может использоваться для маскировки диффузии.[2][3]

Пассивирование поверхности, процесс, с помощью которого полупроводник поверхность 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. Мохамед М. Аталла в BTL в конце 1950-х.[4][5] Он обнаружил, что формирование термически вырос диоксид кремния (SiO2) слой значительно снизил концентрацию электронные состояния на поверхности кремния,[5] и обнаружил важное качество SiO2 фильмы для сохранения электрических характеристик p – n переходы и предотвращают ухудшение этих электрических характеристик из-за газовой окружающей среды.[3] Он обнаружил, что оксид кремния слои могут использоваться для электрической стабилизации кремний поверхности.[2] Он разработал процесс пассивации поверхности, новый метод изготовление полупроводниковых приборов это включает покрытие кремниевая пластина с изолирующим слоем из оксида кремния, чтобы электричество могло надежно проникать в проводящий кремний внизу. Путем выращивания слоя диоксид кремния поверх кремниевой пластины Аталла смогла преодолеть поверхностные состояния это предотвращало попадание электричества в полупроводниковый слой.[4][6]

Аталла впервые опубликовал свои выводы в 1957 году.[7][8] В соответствии с Fairchild Semiconductor инженер Чи-Тан Сах, процесс пассивации поверхности, разработанный Аталлой и его командой, был «самым важным и значительным достижением технологии, проложившим путь», который привел к созданию кремниевых интегральных схем.[9][10][11]

Разработка

В 1958 году Электрохимическое общество встреча, Мохамед Аталла представил доклад о пассивация поверхности PN-переходов термическое окисление, основанный на его записках BTL 1957 года,[12] и продемонстрировал пассивирующее действие диоксида кремния на поверхность кремния.[8] Это была первая демонстрация, показывающая, что высококачественные пленки диоксида кремния могут быть выращены термически на поверхности кремния для защиты нижележащего кремниевого p-n перехода. диоды и транзисторы.[3]

Швейцарский инженер Жан Хорни присутствовал на той же встрече 1958 года и был заинтригован презентацией Аталлы. Однажды утром Хорни придумал «планарную идею», когда думал об устройстве Аталлы.[12] Воспользовавшись пассивирующим действием диоксида кремния на поверхность кремния, Хорни предложил изготавливать транзисторы, защищенные слоем диоксида кремния.[12] Это привело к первой успешной реализации технологии пассивации кремниевых транзисторов Atalla термическим оксидом.[13]

Планарный процесс был разработан Жаном Орни, одним из "предательская восьмерка ", работая на Fairchild Semiconductor, с первым патентом, выданным в 1959 г.[14][15]

Вместе с использованием металлизации (для соединения интегральных схем) и концепции изоляция p – n перехода (из Курт Леховец ) исследователи из Fairchild смогли создать схемы на срезе монокристаллического кремния (пластине) из були монокристаллического кремния.

В 1959 г. Роберт Нойс основанный на работе Хёрни с его концепцией Интегральная схема (IC), которая добавила слой металла к верхней части базовой конструкции Hoerni для соединения различных компонентов, таких как транзисторы, конденсаторы, или же резисторы, расположенный на том же куске кремния. Планарный процесс предоставил мощный способ реализации интегральной схемы, которая превосходила более ранние концепции интегральной схемы.[8] Изобретение Нойса было первым монолитным ИС.[16][17]

Ранние версии плоского процесса использовали фотолитография процесс с использованием ближнего ультрафиолетового света от ртутной лампы. С 2011 года мелкие детали обычно изготавливаются с помощью УФ-литографии «глубиной» 193 нм.[18]Некоторые исследователи используют даже более высокоэнергетические литография в крайнем ультрафиолете.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бассетт, Росс Нокс (2007). К веку цифровых технологий: исследовательские лаборатории, начинающие компании и развитие MOS-технологий. Издательство Университета Джона Хопкинса. С. 22–23. ISBN  9780801886393.
  2. ^ а б Лекюер, Кристоф; Брок, Дэвид С. (2010). Создатели микрочипов: документальная история Fairchild Semiconductor. MIT Press. п. 111. ISBN  9780262294324.
  3. ^ а б c Саксена, А (2009). Изобретение интегральных схем: неописуемые важные факты. Международная серия о достижениях в твердотельной электронике и технологиях. Всемирный научный. С. 96–97. ISBN  9789812814456.
  4. ^ а б «Мартин Аталла в Зале славы изобретателей, 2009». Получено 21 июн 2013.
  5. ^ а б 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. Получено 27 июн 2019.
  7. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой техники. Springer Science & Business Media. С. 120 и 321–323. ISBN  9783540342588.
  8. ^ а б c Бассетт, Росс Нокс (2007). К веку цифровых технологий: исследовательские лаборатории, начинающие компании и развитие MOS-технологий. Издательство Университета Джона Хопкинса. п. 46. ISBN  9780801886393.
  9. ^ Вольф, Стэнли (март 1992 г.). «Обзор технологий изоляции ИС». Твердотельная технология: 63.
  10. ^ Хафф, Говард Р .; Tsuya, H .; Геселе, У. (1998). Кремниевое материаловедение и технология: материалы восьмого международного симпозиума по кремниевому материаловедению и технологиям. Электрохимическое общество. С. 181–182. ISBN  9781566771931.
  11. ^ Сах, Чжи-Тан (Октябрь 1988 г.). «Эволюция МОП-транзистора - от концепции до СБИС» (PDF). Труды IEEE. 76 (10): 1280–1326 (1290). Bibcode:1988IEEEP..76.1280S. Дои:10.1109/5.16328. ISSN  0018-9219.
  12. ^ а б c Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой техники. Springer Science & Business Media. п. 120. ISBN  9783540342588.
  13. ^ Сах, Чжи-Тан (Октябрь 1988 г.). «Эволюция МОП-транзистора - от концепции до СБИС» (PDF). Труды IEEE. 76 (10): 1280–1326 (1291). Bibcode:1988IEEEP..76.1280S. Дои:10.1109/5.16328. ISSN  0018-9219.
  14. ^ США 3025589  Хорни, Дж. А .: «Метод производства полупроводниковых приборов», поданный 1 мая 1959 г.
  15. ^ США 3064167  Хорни, Дж. А .: «Полупроводниковый прибор», поданный 15 мая 1960 г.
  16. ^ «1959: запатентована практическая концепция монолитной интегральной схемы». Музей истории компьютеров. Получено 13 августа 2019.
  17. ^ "Интегральные схемы". НАСА. Получено 13 августа 2019.
  18. ^ Шеннон Хилл.«УФ-литография: принимаем крайние меры».Национальный институт стандартов и технологий (NIST).

внешняя ссылка