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平面工艺

技术定义

在硅表面保留二氧化硅保护层并通过掩膜形成器件和互连的半导体制造工艺。

它是什么

平面工艺在硅晶圆表面形成并保留一层二氧化硅,通过光刻打开窗口,再进行扩散、氧化和金属沉积。器件的结区被保护在平面结构下,金属线可以在绝缘层上方连接不同器件。

为什么出现、解决了什么问题

早期 mesa 结构的结区暴露在表面,容易受污染和损坏。Hoerni 的平面方法把氧化层变成保护层,同时保留它作为掩膜和绝缘层,因而改善可靠性并允许晶圆级制造。

为什么重要、推动了什么

平面工艺和 Noyce 的金属互连思路共同构成现代单片集成电路的制造基础。它把“一个更好的晶体管”提升为“同一晶圆上可以制造和连接很多晶体管”的工业路线。

原理与影响

解决的问题

  • 保护暴露的 p-n 结,降低表面污染和漏电导致的失效率。
  • 让多个器件可以在同一晶圆表面制造并互连。

核心原理

  • 氧化层作为保护膜和掩膜,窗口只在需要的位置打开。
  • 扩散、光刻和金属沉积从晶圆同一侧逐层完成。

相对前代的改进

  • 提高晶体管可靠性、漏电特性和批量一致性。
  • 把器件制造和金属互连结合成单片工艺。

技术意义

  • 连接了硅晶体管与可制造的单片集成电路。
  • 成为后来 MOS、大规模集成和微处理器制造的基础。

历史与应用

人物

Jean Hoerni、Robert Noyce、Jay Last

组织

Fairchild Semiconductor

事件

1959 年 Hoerni 提出平面制造工艺、1960 年 Fairchild 生产平面集成电路

典型应用

平面硅晶体管、单片逻辑集成电路、MOS 和 CMOS 芯片

留下的局限

  • 需要严格控制氧化层、掺杂、缺陷和多层对准。
  • 工艺复杂度增加后,良率和设备成本成为主要约束。

上下游关系

上游

下游

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