015 平面技术，摩尔定律的原点
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诺伊斯：【切~】
杰克·基尔比的发言刚结束，诺伊斯就发出嘘声。
江维：“切什么切，到你了，有什么把式就亮一亮。”
诺伊斯：【一个锗晶片上就一个晶体管，也好意思说自己是集成电路。就让哥跟你讲讲，什么才是真正的集成电路。】
杰克·基尔比：【老子是1923年生的，你是1927年才蹦出来的，谁是大哥数学不及格么！就算不比年纪，比个头，老子也是大个！】
诺伊斯：【两米高了不起啊，你那么能打NBA去啊！】
江维：“风度，风度！”
诺伊斯：【哼！让我来给你们介绍一下，什么才是真正的集成电路工艺技术吧。
当时，晶体管都是台面工艺，也就是你们理解的3D。但这种“造型”会有问题，最早是军方提出异议的。
军方洲际导弹发射时会产生巨大的震动，这个动静会使得晶体管上的一些金属粉尘颗粒脱落，导致晶体管暴露的接头处出现短路的问题。
所以我们仙童半导体开始想办法着手解决这个问题。
要解决这个问题我给大家进行了分工，一是由赫尔尼和摩尔负责研究新的扩散工艺。二是由我和拉斯特一起攻坚平面照相技术。
核心的目的，就是将晶体管从以前的“台面”造型变成“平面”造型。
当然，这里还要感谢贝尔实验室前期的技术铺垫。
他们有两项发明，是实现半导体平面工艺的基础。】
此时，消息验证的声音又响了。绝壁是系统管理员的“知识图谱”安排！
好吧，江维直接把人放了进来。
卡尔·弗洛士：【嘿嘿，大家好。】
诺伊斯：【哟，二氧化硅薄膜制备的发明人来了。既然您来了，那就由您介绍这项为半导体平面工艺奠基的重要技术吧。】
卡尔·弗洛士：【好的呀！1955年，我正在搞研究，钻研如何解决硅表面在高温杂质扩散时裂开的问题。
然后，一不小心将氢气加入了扩散中，扩散炉中一下子就产生了水蒸气，迅速在硅晶体表面产生了一层二氧化硅。
结果，你猜怎么着。没想到啊没想到，这层二氧化硅竟然是一层很好的杂质扩散阻挡层！】
观众大喇叭牛哄哄：“又是不小心！切克老司机不小心发现了直拉法，这哥们又不小心发现二氧化硅的阻挡层作用。
这就是机缘砸在脸上吧！我的天，请不用疼惜我，也给我来个不小心吧。”
观众太空漫步者：“哪有那么容易，虽然是他们都是不小心造成了某种现象，但后续会对这种现象展开进一步的研究，才会诞生最终的学术成果。
你不小心，真的就只是不小心脸被砸扁了而已。”
卡尔·弗洛士：【后来，我和我的技术研究员林肯·德里克立刻进行进一步研究。
用氢氟酸在二氧化硅上腐蚀出一些小区域露出部分硅，从这些“开口”进行杂质扩散。
采用这种方法，能将杂质扩散到硅晶片上的指定区域。由此，为在同一种材质上制作出各种电路打下了基础。】
张汝京：【对，二氧化硅很快就成为晶体管生产和平面处理技术中重要的物质。它不但可以用作半导体PN结之间的绝缘物质，同时还能保护硅晶体不受金属污染。
在后来的芯片工艺中，二氧化硅被广泛应用在封装和绝缘工艺中。】
诺伊斯：【卡尔·弗洛士他们的这种全新扩散技术，使得杂质只能从“开口”处扩散到硅晶片上。而覆盖二氧化硅氧化膜的地方被保护了起来。
这种技术，让光刻技术呼之欲出。
同年，贝尔实验室的朱尔斯·安德鲁斯和沃尔特·邦德将制造印刷电路的光刻技术用于硅片加工。
他们在二氧化硅的氧化膜上均匀的涂抹一层“光致抗蚀剂”，也就是我们现在所说的光刻胶。
然后通过光学曝光，将电路图“复印”在这一图层上，形成精准的“开口”区。
之后，在用化学方式将图案进行腐蚀，制作出“开口”，最后将杂质从“开口”扩散到下面的硅晶片上，形成半导体所需要的PN结。
贝尔实验室的这两项技术，就是半导体平面工艺的基础。】
观众大喇叭牛哄哄：“咦，这不就像以前用胶卷拍照，再冲洗的过程么？只不过多了一个腐蚀过程，将图形在硅晶片上腐蚀出来。”
观众长鼻长在腰上：“对哦，难怪诺伊斯说他和拉斯特研究平面照相技术，莫不就是这个原理？”
观众太空漫步者：“对啊，早年的光刻机跟照相机差不多的。尼康是做什么的？”
观众长鼻长在腰上：“照相机啊。”
观众太空漫步者：“佳能是做什么的？”
观众长鼻长在腰上：“还是照相机啊。”
观众太空漫步者：“这两个，是光刻机的老二和老三，你品，你仔细品。”
观众暗中观察：“可惜现在的老二和老三没落了哦，光刻机已经被阿斯麦吊打了。”
杰克·基尔比：【呵呵，1957年美国空军的两位工程师莱斯罗普和詹姆斯·纳尔在贝尔实验室研究成果的基础上进一步推进了光刻技术。
制成了小型化的晶体管和陶瓷的混合电路，并创造了“光刻”（Photolithography）一词。
他们两首先获得了用金属连接陶瓷上的微型电路专利，用的方式就是在二氧化硅上利用光刻挖洞的技术。
后来纳尔可是去了你们仙童半导体，你的那个光刻平面工艺不就是借鉴别人的嘛。】
诺伊斯：【我就那个呵呵了，莱斯罗普后来也去了你们德州仪器，还跟你一起工作呢。你家后来搞集成电路，还是用了人家的技术。少在这里笑百步！】
杰克·基尔比：【……】
诺伊斯：【再说，我们的平面照相工艺早就有了。你也不看看仙童半导体的东家是干什么的！】
观众大喇叭牛哄哄：“仙童摄影器材……东家是做摄影器材的，难怪仙童半导体能先搞出来平面工艺。我之前还觉得它东家跟它根本不搭边呢……”
诺伊斯：【早在我们去旧金山成立仙童半导体的路途中，就从照相机商店购买了三个16毫米的镜头，用来制作步进重复照相机。
这种照相机是用来制作“图像母版”的，能在照片底片上产生矩形阵列微小的、相同的图像，这就是现在集成电路制作所称的“掩膜”了。
先将一种特殊的光敏树脂沉积在晶片的二氧化硅层上，再将光透过掩膜照射到光敏树脂上，形成想要的图案。
然后用强酸冲洗晶片，将图案部分腐蚀掉，露出晶片下面的硅。
之后，再将杂质扩散到硅中，形成各种PN结。
1958年我和赫尔尼、拉斯特对这种平面照相技术进行了改良，制作出来第一台用于硅晶体三极管制作的光刻照相机。
到1958年，利用平面照相技术，我们仙童已经可以在一块晶圆上批量制作相同的晶体管。
1959年1月23日，我开始思考，既然已经可以批量制作晶体管，为什么不能把多种组件放在单一硅片上，通过内部连接形成“集成电路”呢。
这种方式不但能够减少产品的体积和重量，价格也会降低，让咱们仙童更具竞争优势。
于是，我、赫尔尼和拉斯特为首，开始着手“集成电路”的研究。
当然，我们成功了！
我们在硅片上加上一层氧化硅作为绝缘层，然后在这层绝缘层上“打洞”，用铝薄膜将已经用硅扩散技术做好的器件连接起来。
这样器件之间需要连接的能够连接，需要隔离绝缘的能够绝缘。
看看，我的想法显然是领先于基尔比的，因为我们有光刻照相机，咱们的赫尔尼和拉斯特把平面工艺发扬光大了。
而德州仪器，在这个时期毛都没有，啊哈哈哈哈。】
杰克·基尔比：【话虽如此，但其实咱们用的技术大多出于贝尔实验室才是真的。】
诺伊斯：【当然，这点我并不否认。其实，即使这些发明和想法不出现在仙童，当半导体工艺发展到一定程度也会出现在别处。不出现在1959年，也一定会出现在后面的某一个节点。
所以，其实……】
杰克·基尔比：【其实我们应该感谢贝尔实验室的技术奠基，也感谢那个能商业化的时代，让实验室的技术能够得到进一步的实用、商业规模化和进一步提升。】
诺伊斯：【嗯，是这个道理。其实，基尔比，你是一个很好的工程师，拥有绝佳的解决问题的能力。】
基尔比：【嗯，其实比起科学家，我更愿意做一名工程师。科学家是解释事物的人，工程师是解决问题的人。我的一生，最大的兴趣就是解决问题吧。
而你，诺伊斯，不但是一名科学家，也是优秀的工程师，更是卓越的企业家。还是很让人佩服的。】
观众大松饼：“我觉得贝尔实验室好牛啊，这些技术最早都是从贝尔实验室搞出来的。”
观众暗中观察：“那是当然，晶体管、激光器、太阳能电池、发光二极管、数字交换机、通信卫星、电子数字计算机、C语言、UNIX操作系统、蜂窝移动通信设备、长途电视传送、仿真语言、有声电影以及通信网等等都是从贝尔实验室诞生的。
自1925年以来，贝尔实验室共获得两万五千多项专利，一共诞生了13位诺贝尔获奖者。可惜现在没落了……”
张汝京：【仙童半导体当年的照相、掩膜、显影、光刻、扩散，这一整套平面处理技术，直到今天，仍然是现代集成电路制造的核心工艺。
60年代初期，光刻技术还非常初级。当时的掩膜版是一比一贴在晶圆上的。而且，因为原理并不复杂，当时的半导体公司还能自己设计光刻工具和设备。
但很快，专业的光刻机出现。1961年，美国的GCA公司制造出了第一台光刻机，从此以后光刻成为芯片制造的重要环节。
光刻的主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上，是集成电路制造的核心环节。
光刻工艺定义了半导体器件的尺寸，也是整个集成电路制造中最复杂、最关键的工艺步骤。光刻工艺难度大、耗时最长。
在芯片的生产过程中，一般需要20到30次光刻，耗费时间占整个工艺的40%到60%。
而且光刻机成本极高，约占整个硅片制造工艺的三分之一左右。
2018年，中芯国际向阿斯麦订购了一台最新的EUV（极紫外线）技术光刻机，价格为1.2亿欧元。本应该于2019年交货，但目前由于种种阻碍，咱还没能收到货。
半导体平面工艺的诞生，首先明确的奠定了“硅”成为基础原材料。
第二，平面工艺解决了大规模化生产集成电路的瓶颈。加速了晶体管平均价格的降低。
1957年，半导体晶体管的平均价格为20美金，到了1965年，价格已经低于1美金。
大规模生产，价格不断降低，这就是后来“摩尔定律”的原点。】
诺伊斯：【切~】
杰克·基尔比的发言刚结束，诺伊斯就发出嘘声。
江维：“切什么切，到你了，有什么把式就亮一亮。”
诺伊斯：【一个锗晶片上就一个晶体管，也好意思说自己是集成电路。就让哥跟你讲讲，什么才是真正的集成电路。】
杰克·基尔比：【老子是1923年生的，你是1927年才蹦出来的，谁是大哥数学不及格么！就算不比年纪，比个头，老子也是大个！】
诺伊斯：【两米高了不起啊，你那么能打NBA去啊！】
江维：“风度，风度！”
诺伊斯：【哼！让我来给你们介绍一下，什么才是真正的集成电路工艺技术吧。
当时，晶体管都是台面工艺，也就是你们理解的3D。但这种“造型”会有问题，最早是军方提出异议的。
军方洲际导弹发射时会产生巨大的震动，这个动静会使得晶体管上的一些金属粉尘颗粒脱落，导致晶体管暴露的接头处出现短路的问题。
所以我们仙童半导体开始想办法着手解决这个问题。
要解决这个问题我给大家进行了分工，一是由赫尔尼和摩尔负责研究新的扩散工艺。二是由我和拉斯特一起攻坚平面照相技术。
核心的目的，就是将晶体管从以前的“台面”造型变成“平面”造型。
当然，这里还要感谢贝尔实验室前期的技术铺垫。
他们有两项发明，是实现半导体平面工艺的基础。】
此时，消息验证的声音又响了。绝壁是系统管理员的“知识图谱”安排！
好吧，江维直接把人放了进来。
卡尔·弗洛士：【嘿嘿，大家好。】
诺伊斯：【哟，二氧化硅薄膜制备的发明人来了。既然您来了，那就由您介绍这项为半导体平面工艺奠基的重要技术吧。】
卡尔·弗洛士：【好的呀！1955年，我正在搞研究，钻研如何解决硅表面在高温杂质扩散时裂开的问题。
然后，一不小心将氢气加入了扩散中，扩散炉中一下子就产生了水蒸气，迅速在硅晶体表面产生了一层二氧化硅。
结果，你猜怎么着。没想到啊没想到，这层二氧化硅竟然是一层很好的杂质扩散阻挡层！】
观众大喇叭牛哄哄：“又是不小心！切克老司机不小心发现了直拉法，这哥们又不小心发现二氧化硅的阻挡层作用。
这就是机缘砸在脸上吧！我的天，请不用疼惜我，也给我来个不小心吧。”
观众太空漫步者：“哪有那么容易，虽然是他们都是不小心造成了某种现象，但后续会对这种现象展开进一步的研究，才会诞生最终的学术成果。
你不小心，真的就只是不小心脸被砸扁了而已。”
卡尔·弗洛士：【后来，我和我的技术研究员林肯·德里克立刻进行进一步研究。
用氢氟酸在二氧化硅上腐蚀出一些小区域露出部分硅，从这些“开口”进行杂质扩散。
采用这种方法，能将杂质扩散到硅晶片上的指定区域。由此，为在同一种材质上制作出各种电路打下了基础。】
张汝京：【对，二氧化硅很快就成为晶体管生产和平面处理技术中重要的物质。它不但可以用作半导体PN结之间的绝缘物质，同时还能保护硅晶体不受金属污染。
在后来的芯片工艺中，二氧化硅被广泛应用在封装和绝缘工艺中。】
诺伊斯：【卡尔·弗洛士他们的这种全新扩散技术，使得杂质只能从“开口”处扩散到硅晶片上。而覆盖二氧化硅氧化膜的地方被保护了起来。
这种技术，让光刻技术呼之欲出。
同年，贝尔实验室的朱尔斯·安德鲁斯和沃尔特·邦德将制造印刷电路的光刻技术用于硅片加工。
他们在二氧化硅的氧化膜上均匀的涂抹一层“光致抗蚀剂”，也就是我们现在所说的光刻胶。
然后通过光学曝光，将电路图“复印”在这一图层上，形成精准的“开口”区。
之后，在用化学方式将图案进行腐蚀，制作出“开口”，最后将杂质从“开口”扩散到下面的硅晶片上，形成半导体所需要的PN结。
贝尔实验室的这两项技术，就是半导体平面工艺的基础。】
观众大喇叭牛哄哄：“咦，这不就像以前用胶卷拍照，再冲洗的过程么？只不过多了一个腐蚀过程，将图形在硅晶片上腐蚀出来。”
观众长鼻长在腰上：“对哦，难怪诺伊斯说他和拉斯特研究平面照相技术，莫不就是这个原理？”
观众太空漫步者：“对啊，早年的光刻机跟照相机差不多的。尼康是做什么的？”
观众长鼻长在腰上：“照相机啊。”
观众太空漫步者：“佳能是做什么的？”
观众长鼻长在腰上：“还是照相机啊。”
观众太空漫步者：“这两个，是光刻机的老二和老三，你品，你仔细品。”
观众暗中观察：“可惜现在的老二和老三没落了哦，光刻机已经被阿斯麦吊打了。”
杰克·基尔比：【呵呵，1957年美国空军的两位工程师莱斯罗普和詹姆斯·纳尔在贝尔实验室研究成果的基础上进一步推进了光刻技术。
制成了小型化的晶体管和陶瓷的混合电路，并创造了“光刻”（Photolithography）一词。
他们两首先获得了用金属连接陶瓷上的微型电路专利，用的方式就是在二氧化硅上利用光刻挖洞的技术。
后来纳尔可是去了你们仙童半导体，你的那个光刻平面工艺不就是借鉴别人的嘛。】
诺伊斯：【我就那个呵呵了，莱斯罗普后来也去了你们德州仪器，还跟你一起工作呢。你家后来搞集成电路，还是用了人家的技术。少在这里笑百步！】
杰克·基尔比：【……】
诺伊斯：【再说，我们的平面照相工艺早就有了。你也不看看仙童半导体的东家是干什么的！】
观众大喇叭牛哄哄：“仙童摄影器材……东家是做摄影器材的，难怪仙童半导体能先搞出来平面工艺。我之前还觉得它东家跟它根本不搭边呢……”
诺伊斯：【早在我们去旧金山成立仙童半导体的路途中，就从照相机商店购买了三个16毫米的镜头，用来制作步进重复照相机。
这种照相机是用来制作“图像母版”的，能在照片底片上产生矩形阵列微小的、相同的图像，这就是现在集成电路制作所称的“掩膜”了。
先将一种特殊的光敏树脂沉积在晶片的二氧化硅层上，再将光透过掩膜照射到光敏树脂上，形成想要的图案。
然后用强酸冲洗晶片，将图案部分腐蚀掉，露出晶片下面的硅。
之后，再将杂质扩散到硅中，形成各种PN结。
1958年我和赫尔尼、拉斯特对这种平面照相技术进行了改良，制作出来第一台用于硅晶体三极管制作的光刻照相机。
到1958年，利用平面照相技术，我们仙童已经可以在一块晶圆上批量制作相同的晶体管。
1959年1月23日，我开始思考，既然已经可以批量制作晶体管，为什么不能把多种组件放在单一硅片上，通过内部连接形成“集成电路”呢。
这种方式不但能够减少产品的体积和重量，价格也会降低，让咱们仙童更具竞争优势。
于是，我、赫尔尼和拉斯特为首，开始着手“集成电路”的研究。
当然，我们成功了！
我们在硅片上加上一层氧化硅作为绝缘层，然后在这层绝缘层上“打洞”，用铝薄膜将已经用硅扩散技术做好的器件连接起来。
这样器件之间需要连接的能够连接，需要隔离绝缘的能够绝缘。
看看，我的想法显然是领先于基尔比的，因为我们有光刻照相机，咱们的赫尔尼和拉斯特把平面工艺发扬光大了。
而德州仪器，在这个时期毛都没有，啊哈哈哈哈。】
杰克·基尔比：【话虽如此，但其实咱们用的技术大多出于贝尔实验室才是真的。】
诺伊斯：【当然，这点我并不否认。其实，即使这些发明和想法不出现在仙童，当半导体工艺发展到一定程度也会出现在别处。不出现在1959年，也一定会出现在后面的某一个节点。
所以，其实……】
杰克·基尔比：【其实我们应该感谢贝尔实验室的技术奠基，也感谢那个能商业化的时代，让实验室的技术能够得到进一步的实用、商业规模化和进一步提升。】
诺伊斯：【嗯，是这个道理。其实，基尔比，你是一个很好的工程师，拥有绝佳的解决问题的能力。】
基尔比：【嗯，其实比起科学家，我更愿意做一名工程师。科学家是解释事物的人，工程师是解决问题的人。我的一生，最大的兴趣就是解决问题吧。
而你，诺伊斯，不但是一名科学家，也是优秀的工程师，更是卓越的企业家。还是很让人佩服的。】
观众大松饼：“我觉得贝尔实验室好牛啊，这些技术最早都是从贝尔实验室搞出来的。”
观众暗中观察：“那是当然，晶体管、激光器、太阳能电池、发光二极管、数字交换机、通信卫星、电子数字计算机、C语言、UNIX操作系统、蜂窝移动通信设备、长途电视传送、仿真语言、有声电影以及通信网等等都是从贝尔实验室诞生的。
自1925年以来，贝尔实验室共获得两万五千多项专利，一共诞生了13位诺贝尔获奖者。可惜现在没落了……”
张汝京：【仙童半导体当年的照相、掩膜、显影、光刻、扩散，这一整套平面处理技术，直到今天，仍然是现代集成电路制造的核心工艺。
60年代初期，光刻技术还非常初级。当时的掩膜版是一比一贴在晶圆上的。而且，因为原理并不复杂，当时的半导体公司还能自己设计光刻工具和设备。
但很快，专业的光刻机出现。1961年，美国的GCA公司制造出了第一台光刻机，从此以后光刻成为芯片制造的重要环节。
光刻的主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上，是集成电路制造的核心环节。
光刻工艺定义了半导体器件的尺寸，也是整个集成电路制造中最复杂、最关键的工艺步骤。光刻工艺难度大、耗时最长。
在芯片的生产过程中，一般需要20到30次光刻，耗费时间占整个工艺的40%到60%。
而且光刻机成本极高，约占整个硅片制造工艺的三分之一左右。
2018年，中芯国际向阿斯麦订购了一台最新的EUV（极紫外线）技术光刻机，价格为1.2亿欧元。本应该于2019年交货，但目前由于种种阻碍，咱还没能收到货。
半导体平面工艺的诞生，首先明确的奠定了“硅”成为基础原材料。
第二，平面工艺解决了大规模化生产集成电路的瓶颈。加速了晶体管平均价格的降低。
1957年，半导体晶体管的平均价格为20美金，到了1965年，价格已经低于1美金。
大规模生产，价格不断降低，这就是后来“摩尔定律”的原点。】