半导体工艺(三) — 集成电路的一场电子革命

来源：三星电子     整理：元朔资本

在“氧化”步骤中，在晶圆的表面上形成氧化层(SiO₂)，晶圆是半导体工艺中最重要的材料。氧化层保护了晶圆表面免受杂质的影响，下一步将进行半导体电路设计。半导体芯片中的电路是什么样子的呢？

微型半导体芯片的内部装有数千到数百万个电子元件(二极管、晶体管、电容器、电阻器)。这些半导体集成电路是怎么来的呢？让我们先了解一段半导体发展的历史。

l  晶体管：电子革命开始的地方

1947年，美国最大的电信公司美国电话电报(AT&T)的中央研发机构贝尔实验室的研究人员发明了晶体管。这项发明最初被称为放大器，后来更名为晶体管。

从左到右: John Bardeen, William Bradford Shockley 和 Walter Houser Brattain

晶体管很快成为电子产品的核心部件。但随着技术的进步，电子产品承担了越来越多的功能。这导致需要连接的组件呈指数级增长，从晶体管和电阻器到二极管和电容器。这些接触点也是造成大多数产品故障的原因。1958年，美国德州仪器(TI, Texas Instruments)的工程师杰克·基尔比(Jack Kilby)开发了一种解决方案。复杂的电子元件将被缩小，然后作为电路印刷到一个小表面上。这些电路将一个堆叠在另一个之上，集成电路(IC)诞生了。

l  集成电路(IC)：一场电子革命

组成半导体集成电路的晶体管、电阻器、二极管和电容器相互连接以计算和存储电信号。让我们仔细看看每个组件类的作用。晶体管充当打开和关闭电源的开关，而电容器则积聚并存储电荷。电阻调节电流，二极管保持信号大小均匀。半导体集成电路是通过将电路中的所有元件集成到精细而复杂的多层图案中来制造的。这些精细的电路不可能手动绘制，而是使用了类似于冲洗照片时使用的方法。

集成电路的发展刺激了半导体产业的进步。从手动连接单个组件切换到集成电路意味着更小的产品外形尺寸和更低的功耗，同时实现更快的数据处理。使用照片显影技术意味着半导体IC是可靠的，有利于大规模生产。十九世纪六十年代，贝尔实验室已故韩裔美国工程师Dawon Kahng博士和Martin Atalla开发了“MOS-FET”(金属氧化物半导体场效应晶体管)。集成电路从这里开始真正闪耀。MOS-FET解决了传统双极结型晶体管的局限性，这些传统的晶体管难以制造并消耗大量电力。在60年的时间里，半导体已经从晶体管发展到集成电路和MOS-FET。未来进一步的创新是令人期待和兴奋的。