Три проблемы микроэлектроники

На пути к созданию интегральной схемы оставались три фундаментальные проблемы. Наиболее чётко их сформулировал в 1958 году сторонник «функциональной электроники» Торкл Уолмарк[32]:

1. Интеграция. В 1958 году не существовало способа формирования в кристалле полупроводника множества различных электронных компонентов. Сплавной способ плохо подходил для ИС, новейшая меза-технология имела неустранимые проблемы с надёжностью.

2. Изоляция. Не существовало эффективного способа электрически изолировать компоненты ИС друг от друга (не считая физической резки кристалла на отдельные приборы).

3. Соединения. Не существовало эффективного способа создания электрических соединений между компонентами ИС (не считая чрезвычайно дорогого и трудоёмкого навесного монтажа золотой проволокой).

Решение этих трёх задач способами, пригодными для серийного производства, и запуск такого производства и составляли изобретение интегральной схемы. Совокупность всех трёх решений — интеграции, изоляции и соединений — стала называться полупроводниковой (планарной и монолитной) интегральной схемой:

Полупроводниковая ИС — ИС, в которой все активные и пассивные элементы (транзисторы, диоды, резисторы и др.) формируются на общей монокристаллической полупроводниковой подложке. Взаимные соединения элементов осуществляются с помощью слоя металлизации, наносимого на изолирующий слой, защищающий поверхность полупроводника. Для исключения взаимосвязи по постоянному току через материал полупроводника все элементы схемы изолируются друг от друга[33].

Только владение секретами интеграции, изоляции, соединения компонентов и планарным процессом позволило создать полноценный прототип полупроводниковой ИС. История распорядилась так, что у каждого из трёх решений оказался свой автор, а патенты на их изобретения оказались в руках трёх корпораций. Одна из них (Sprague Electric Company) не решилась развивать интегральную тему, другая (Texas Instruments) сделала ставку на заведомо неполный набор технологий, и только Fairchild Semiconductor, объединив всё необходимое, вплотную подошла к серийному выпуску монолитных ИС.

Изобретатель Владелец патента Дата патентной заявки Номер патента США Предмет и значение изобретения
Джек Килби Texas Instruments 6 февраля 1959 года (спорно) 3 138 743 Способ формирования на кристалле полупроводника множества активных и пассивных компонентов. Первая практическая реализация принципа интеграции.
Курт Леговец Sprague Electric Сompany 22 апреля 1959 года 3 029 366 Изоляция p-n-переходом. Первое практическое решение проблемы изоляции компонентов ИС.
Роберт Нойс Fairchild Semiconductor 30 июля 1959 года 2 981 877 Метод соединения компонентов ИС (металлизация алюминием). Первое практическое решение проблемы соединения компонентов ИС. Основной способ создания соединений во всех планарных ИС.
Роберт Нойс Fairchild Semiconductor 11 сентября 1959 года 3 150 299 Изоляция p-n переходом в планарной ИС. Решение проблемы изоляции для планарных ИС. Основной способ изоляции компонентов ИС на биполярных транзисторах.