集成电路平面工艺

三、集成电路平面工艺——“仙童”的发明

也许很多人对“仙童”（Fairchild）公司没有任何的概念，故在此我们向大家作一下简单的介绍，如果没有“仙童”的话，那么就没有现在的IT界，或者说IT界就不会是现在这个样子。如果你要为现在的处理器行业或者说整个IT行业的现状寻找根源的话，那么那个根源毫无疑问就是——“仙童”。

“仙童半导体”成立于1957年，但“仙童”的核心人物，却是从“肖克莱半导体实验室”集体辞职的“八叛逆”。尽管肖克莱是天才的科学家，且雄心勃勃，但却缺乏经营能力对管理也一窍不通。一年之中，实验室没有研制出任何像样的产品。八位青年瞒着肖克莱开始计划出走。在诺依斯带领下，他们向肖克莱递交了辞职书。

“八叛逆”找到了一家纽约的摄影器材公司来给他们投资创业，这家公司名称为Fairchild，音译为“费尔柴尔德”，但通常意译为“仙童”。仙童摄影器材公司的前身是谢尔曼·费尔柴尔德（S. Fairchild）1920年创办的航空摄影公司。费尔柴尔德不仅是企业家，也是发明家。他的发明主要在航空领域，包括密封舱飞机、折叠机翼等等。由于产品非常畅销，他在1936年将公司一分为二，而其中生产照相机和电子设备的就是仙童摄影器材公司。当“八叛逆”向他寻求合作的时候，已经60多岁的费尔柴尔德先生仅仅给他们提供了3600美元的创业基金，要求他们开发和生产商业半导体器件，并享有两年的购买特权。于是，“八叛逆”创办的企业被正式命名为仙童半导体公司，“仙童”之首自然是诺依斯。1957年10月，仙童半导体公司在硅谷嘹望山查尔斯顿路租下一间小屋，距离肖克莱实验室和距离当初惠普公司的汽车库差不多远。“仙童”们商议要制造一种双扩散型晶体管，以便用硅来取代传统的锗材料，这是他们在肖克莱实验室尚未完成却又不受肖克莱重视的项目。费尔柴尔德摄影器材公司答应提供财力，总额为150万美元。诺依斯给伙伴们分了工，由赫尔尼和摩尔负责研究新的扩散工艺，而他自己则与拉斯特一起专攻平面照相技术。

1958年1月，蓝色巨人 IBM公司给了他们第一张订单，订购100个硅晶体管，用于该公司电脑的存储器。到1958年底，“八叛逆”的公司已经拥有50万销售额和100名员工，依靠技术创新的优势，一举成为硅谷成长最快的公司。

仙童半导体公司在诺依斯的精心运筹下，业务迅速的发展，同时，一整套制造晶体管的平面处理技术也日趋成熟。天才科学家赫尔尼是众“仙童”中的佼佼者，他像变魔术一般把硅表面的氧化层挤压到最大限度。仙童公司制造晶体管的方法也与众不同，他们首先把具有半导体性质的杂质扩散到高纯度硅片上，然后在掩模上绘好晶体管结构，用照相制版的方法缩小，将结构显影在硅片表面氧化层，再用光刻法去掉不需要的部分。扩散、掩模、照相、光刻……整个过程叫做平面处理技术，它标志着硅晶体管批量生产的一大飞跃，也为“仙童”打开了一扇奇妙的大门，使他们看到了一个无底的深渊：用这种方法既然能做一个晶体管，为什么不能做它几十个、几百个，乃至成千上万呢？1959年1月23日，诺依斯在日记里详细地记录了这一最伟大，也被当时的人们看成是最疯狂的设想，如图2-4所示。

图2-4　仙童时期的诺依斯

1959年2月，得克萨斯仪器公司（TI）工程师基尔比（J.kilby）申请第一个集成电路发明专利的消息传来，诺依斯十分震惊。他当即召集“八叛逆”商议对策。基尔比在TI公司面临的难题，比如在硅片上进行两次扩散和导线互相连接等等，正是仙童半导体公司的拿手好戏。诺依斯提出：可以用蒸发沉积金属的方法代替热焊接导线，这是解决元件相互连接的最好途径。仙童半导体公司开始奋起急追。1959年7月30日，他们也向美国专利局申请了专利。为争夺集成电路的发明权，两家公司开始了旷日持久的争执（如图2-5所示）。1966年，基尔比和诺依斯同时被富兰克林学会授予“巴兰丁”奖章，基尔比被誉为“第一块集成电路的发明家”，而诺依斯被誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人。1969年，法院最后的判决下达，也从法律上实际承认了集成电路是一项同时的发明。

图2-5　1961年仙童公司的集成电路

1960年，仙童半导体公司取得进一步的发展和成功。由于发明集成电路使他的名声大振，母公司费尔柴尔德摄影器材公司决定以300万美元购买其股权，“八叛逆”每人拥有了价值25万美元的股票。1964年，仙童半导体公司创始人之一摩尔博士，以3页纸的短小篇幅，发表了一个奇特的定律。摩尔天才地预言说道，集成电路上能被集成的晶体管数目，将会以每18个月翻一番的速度稳定增长，并在今后数十年内保持这种势头。摩尔所作的这个预言，因后来集成电路的发展而得以证明，并在较长时期保持了它的有效性，被人誉为“摩尔定律”，成为IT产业的“第一定律”。

20世纪60年代的仙童半导体公司进入了它的黄金时期。到1967年，公司营业额已接近2亿美元，在当时可以说是天文数字。据那一年进入该公司的虞有澄博士（现英特尔公司华裔副总裁）回忆说：“进入仙童公司，就等于跨进了硅谷半导体工业的大门。”然而，也就是在这一时期，仙童公司也开始孕育着危机。母公司总经理不断把利润转移到东海岸，去支持费尔柴尔德摄影器材公司的盈利水平。在目睹了母公司的不公平之后，“八叛逆”中的赫尔尼、罗伯茨和克莱尔首先负气出走，成立了阿内尔科公司。据说，赫尔尼后来创办的新公司达12家之多。随后，“八叛逆”另一成员格拉斯也带着几个人脱离“仙童”创办了西格奈蒂克斯半导体公司。