Планарный процесс — это производственный процесс, используемый в полупроводниковой промышленности для создания отдельных компонентов транзистора и , в свою очередь, соединения этих транзисторов вместе. Это основной процесс, с помощью которого строятся кремниевые интегральные схемы , и это наиболее часто используемый метод создания переходов во время производства полупроводниковых приборов . [1] В этом процессе используются методы пассивации поверхности и термического окисления .
Планарный процесс был разработан в компании Fairchild Semiconductor в 1959 году и оказался одним из важнейших достижений в области полупроводниковой технологии. [1]
Ключевая концепция заключается в том, чтобы рассматривать схему в ее двумерной проекции (плоскости), что позволяет использовать концепции фотографической обработки, такие как негативы пленки, для маскировки проекции химикатов, экспонированных светом. Это позволяет использовать серию экспозиций на подложке ( кремнии ) для создания оксида кремния (изоляторов) или легированных областей (проводников). Вместе с использованием металлизации и концепций изоляции p–n-перехода и пассивации поверхности можно создавать схемы на одном срезе кристалла кремния (пластине) из монокристаллической кремниевой були.
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 слоя металла на оксид , таким образом соединяя транзисторы без ручного соединения их вместе.
В 1955 году в Bell Labs Карл Фрош и Линкольн Дерик случайно вырастили слой диоксида кремния на кремниевой пластине, для которой они наблюдали свойства пассивации поверхности . [2] [3] В 1957 году Фрош и Дерик смогли изготовить первые полевые транзисторы на основе диоксида кремния, первые транзисторы, в которых сток и исток были расположены рядом на поверхности, что показало, что пассивация поверхности диоксида кремния защищает и изолирует кремниевые пластины. [4]
В Bell Labs важность техники Фроша была немедленно осознана. Результаты их работы распространялись по Bell Labs в форме служебных записок BTL, прежде чем были опубликованы в 1957 году. В Shockley Semiconductor Шокли распространил препринт своей статьи в декабре 1956 года среди всех своих старших сотрудников, включая Жана Эрни . [5] [6] [7] [8] Позже Эрни посетил встречу, на которой Аталла представил доклад о пассивации, основанный на предыдущих результатах в Bell Labs. [8] Воспользовавшись пассивирующим эффектом диоксида кремния на поверхности кремния, Эрни предложил изготавливать транзисторы, защищенные слоем диоксида кремния. [8]
Жан Эрни, работая в Fairchild Semiconductor , впервые запатентовал планарный процесс в 1959 году. [9] [10] KE Daburlos и HJ Patterson из Bell Laboratories продолжили работу C. Frosch и L. Derick и разработали процесс, аналогичный процессу Эрни, примерно в то же время. [8] Вместе с использованием металлизации (для соединения интегральных схем) и концепции изоляции p–n-перехода (от Курта Леховца ) исследователи из Fairchild смогли создать схемы на одном срезе кристалла кремния (пластине) из монокристаллической кремниевой були .
В 1959 году Роберт Нойс развил работу Эрни, предложив ему концепцию интегральной схемы (ИС), которая добавила слой металла к верхней части базовой структуры Эрни для соединения различных компонентов, таких как транзисторы, конденсаторы или резисторы , расположенных на одном и том же куске кремния. Планарный процесс предоставил мощный способ реализации интегральной схемы, которая превосходила более ранние концепции интегральной схемы. [11] Изобретение Нойса было первым монолитным чипом ИС. [12] [13]
Ранние версии планарного процесса использовали процесс фотолитографии с использованием ближнего ультрафиолетового света от ртутной лампы. По состоянию на 2011 год небольшие элементы обычно изготавливались с помощью 193 нм «глубокой» УФ-литографии. [14] По состоянию на 2022 год платформа ASML NXE использует 13,5 нм экстремальный ультрафиолетовый (EUV) свет, генерируемый источником плазмы на основе олова, как часть процесса экстремальной ультрафиолетовой литографии .