隨著MEMC迎來其矽片生產的第十五個年頭MEMC員工對該公司可以宣稱的「第一」感到非常自豪。儘管你會發現這些「第一」散落在MEMC的歷史中，其中一些最重要的發現當之無愧地應該歸功於聖彼得斯開創矽片生產的這一批人。由羅伯特·沃爾什博士開發的化學機械拋光工藝，是這一時期最顯著的創新之一，至今仍然是工業標準。直到1965年，孟山都聖彼得生產和銷售未拋光的晶片，用於分立器件，如可控硅整流器。隨著集成電路的發展，該器件製造商需要更完美的晶圓表面。

關鍵性突破1：化學機械研磨

MEMC剛開始進行硅晶片生產的時候，還沒有集成電路產業。

MEMC出售的所有晶片都是研磨晶片或蝕刻晶片，它們被加工成器件——一個晶片，一個器件。他們試圖在晶片上製作多個電路，他們使用的照相工藝需要非常精細的表面。光靠蝕刻是無法做到的。他們需要晶片被很好地拋光，然後外延生長在表面。普通的拋光技術使用非常堅硬的磨料，但是不管你使用多堅硬的磨料，都會損壞晶體的表面。你在底層看不到它們，但當它們生長成層時，它們就會出現。生長外延層是對錶面平整度非常嚴肅的測試。早期的機器是光學拋光機，這種舊的拋光方法不能得到令人滿意的產量和表面，工程師們必須進行創新。

從1960年到1965年，羅伯特·沃爾什(Robert Walsh)博士在孟山都聖路易斯研究中心工作，在俄亥俄州代頓市呆了幾年後，開發了一種製造外延(epi)晶片的工藝，為III-V族半導體開發了一種單晶砷化鎵工藝。當沃爾什博士來到聖彼得斯時，他承擔了設計拋光工藝的任務，這將為生長外延層提供更完美的晶片表面。當時，晶片直徑為1英寸，厚度為152微米，公差為19微米。用於拋光晶片的硬質磨料會在表面產生劃痕。儘管它們在襯底中不可見，但一旦外延層生長，它們就會出現。沃爾什博士設計的最終解決方案是用膠體二氧化硅拋光的化學機械方法，其中機械部件用於保持晶片的完整性，而化學部件保持晶片的完整性表面無損傷。化學機械拋光過程是集成電路生產的關鍵促成因素。

後來Robert Walsh發現用能買到的最便宜的氧化鋁，氧化鋁懸浮液拋光，如果繼續保持用下去，最終會在晶片上得到更好的表面。起初，他們把它歸因於進一步磨損顆粒尺寸，直到它足夠堅硬。然後意識到，這些機器會把拋光液離開邊緣，下降並被泵回，實際上是在拋光液中加入硅。所以，考慮到這一切，孟山都製造了一種膠體硅產品，他們就拿過來試了試，它呈鹼性以保持懸浮。外延片表面上所有的劃痕都消失了，他們成功了！可以這麼說，是拋光工藝使集成電路成為可能。

當被問及成為矽片行業如此知名的先驅有何感想時，Robert Walsh謙虛地回答說，「嗯，這很好」，儘管他在1986年獲得了北美半導體獎(SEMI Award)，這是一個設立於1979年的獎項，「以表彰對行業的傑出技術成就和傑出貢獻」。他回憶起早年是「快樂的歲月」，說，「似乎每天都有新的挑戰要應對。

直拉法使生產更大的硅晶片成為了可能，但它也有一個缺點，從石英坩堝中來的氧氣，會在硅融時帶來污染，這給整流器製造的晶片帶來了問題。然而，當吸氣工藝被開發出來時，氧氣被用來從晶片表面吸引諸如鐵、銅和鎳的雜質，使得CZ法更適合半導體的晶體生長工藝。

關鍵性突破2：外延層的生長

1964年，1英寸晶圓在St. Peters工廠開始量產，不久後被1.5英寸晶圓取代。

1966年，第一個EPI反應器建造並安裝好，使MEMC有能力生產出一種具有優越性能的晶片表面。將拋光好的晶片放在充滿氫氣的石英腔體中，含硅和氯的氣體引入石英室，通過加熱到大約2000華氏度(大約1100攝氏度)，來生長外延層。以這種方式生長的硅層比拋光片更完美，具有更少的缺陷和雜質。

隨著設備製造商要求越來越清潔和平坦的表面，外延層生長技術的重要性與日增加。格雷厄姆·費希爾博士將外延生長技術的發展描述為「階段性的進步」，他說，「大約在1984年，MEMC是第一個為CMOS技術提供外延層商業化的公司。

從某種意義上說，這是一個有利的發展。人們在硅上放置外延層已經有一段時間了，而MEMC所做的是將它作為一個覆蓋層並實現了量產。MEMC的外延層技術在20世紀80年代初獲得了業界的認可，由喬恩·羅西博士和他的MEMC隊友領導。

關鍵性突破3：零位錯晶體

1966年，MEMC最好的客戶IBM建議霍斯特·克萊默博士和他的團隊開始進行零位錯晶體的技術研究，因為作為晶元製造商，他們越來越不能接受晶片上的圖案滑移。滑移的產生，本質上是冷卻晶體過程中產生的應力模式，術語「位錯」既指晶格中位置不合適的原子。雜質，尤其是金屬，會沿著結構缺陷聚集，降低器件的性能。

霍斯特·克萊默博士1959年在加利福尼亞州山景城一家名為Knapic電子物理的公司開始了他的硅晶體生長生涯。到20世紀60年代中期，克萊默博士接到了消除拉晶滑移的任務。克萊默博士的筆記記錄了這一發現:第一次實驗顯示了我們所期望的：拉速的增加導致了更加凹陷的界面；所有其他參數保持不變，不同的籽晶和坩堝旋轉組合可以將界面從凸起變為凹陷。下一個參數是熔體水平，即坩堝在熔體上方的高度。為了節省硅和時間，我決定跳過初始熔體的生長，只從一半的硅裝料開始。當我們完成頸部手術並開始增加晶體直徑的時候，我們知道我們手上有特殊的東西。錐形中的次級生長線絕對是平的，反射光就像一面完美的鏡子。初級生長線有很強的脊狀和均勻性，沒有跳躍。在晶體的主體中，初級變得平坦，次級僅作為陰影線可見。晶體底部以倒錐形生長，也有明顯的扁平，儘管它們出現在原色上。公寓像鑽石一樣閃閃發光！我們剛剛生長了第一個刻面硅晶體！

20世紀60年代對該公司來說仍然是一個穩定增長的時期，並為MEMC作為行業領導者的未來聲譽奠定了基礎。儘管MEMC已經獲得了80%的市場份額，但是生意起步很慢。

孕育技術創新的研發環境

孟山都公司的研髮根基有助於創造一個孕育技術創新的環境，這個特徵一直是MEMC電子材料有限公司的標誌。

20世紀80年代，MEMC在這個領域的工作由科爾布博士(Drs. Korb)、克雷文博士(Craven)和其他人領導。1990年代中期由羅伯特·福斯特博士(Dr. Robert Falster)和他的團隊負責，他們後來所做的工作為MEMC在控制硅中氧行為方面一直處於龍頭地位做出了貢獻。

二

技術的進一步發展在回望過去的幾十年半導體硅產業時，Steven Walsh以及其他的一些人士都表示「要向在硅產業持續保持勝出，就需要公司具備維持開發高品質、高質量行業技術能力的競爭力！」

大家都知道，集成電路的發展對硅晶圓產業有著重要的影響，同時也驅動著硅晶圓產業不斷的向前發展，不僅僅是在長晶環節，也在切片、拋光、長外延等各個領域。所有的這些環節對於IC來說都至關重要。晶元製造商在矽片向更大尺寸的發展道路上起著推動作用，因為硅晶圓面積越大，他們的單位晶元成本就會更低。

（換而言之，則是摩爾定律驅動硅晶圓尺寸朝著更大尺寸方向發展）

但對硅晶圓製造供應商來說，每一次晶圓面積的變化，都驅使他們進行新的技術研發、資本開支；因為晶圓的尺寸變化，將需要使用新的技術、新的機器達到量產，而且留給硅晶圓製造供應商的時間也越來越短。

MEMC的St. Peters工廠分別在1962年、1967年、1970年和1974年進行了擴建，擴建後，工廠的生產能力比原來增加了一倍。

消費電子的興起

到了1970年代，消費電子逐步發展起來，很多的應用都是在娛樂相關領域。

1972年，第一台通過電視接收機使用的家用遊戲機問世；

1975年，隨著「乒乓」家庭電子遊戲的出現，CB收音機風靡一時；

1980年，第一台個人電腦、錄像機問世；

1988年，CD開始流行起來；

與此同時，不得不指出的是，1970-1980年代，硅晶片行業處於長足發展的階段，當然這中間也會有起起伏伏，很正常。比如，在1970年代中期、1980年代中期，就進入了低谷，這裡面有很多的原因。供應商的擴產使得產能過剩現象嚴重，晶元製造商對市場的預期過於樂觀，需要與日本崛起的勢力進行競爭，以及技術的持續進步等，這些原因都導致硅晶片行業經歷波折。MEMC對行業周期性變動的回應是持續的技術研發，保證產品質量的改進。

（註：這也是MEMC能一路發展到21世紀的原因）

1980年代，材料公司已經獲得了製造、封裝等下遊客戶的依賴，美國的化學材料供應商主宰著拉單晶，以及多晶硅行業。當時的MEMC藉助自己位於美國、歐洲和亞洲的工廠，成為全球的龍頭硅晶片供應商。

海外建廠的開始

1970年代早期，市場上已經開始注意到日本硅晶圓供應商的出現，MEMC也開始有所警覺。當時日本供應商與美國之間的技術差距在2代左右，但毫無疑問，他們正在全力追趕。

來自日本方面的競爭，是促使MEMC走向國際化生產的重要推動因素。

馬來西亞吉隆坡的製造基地建於1970年，是MEMC在亞洲半導體市場的第一個地點。之所以選擇吉隆坡這個地點，是因為它靠近英語水平最高的新加坡，也因為馬來西亞的自由工業貿易區為外國投資者提供了有吸引力的稅收優惠。然而，最顯著的好處是，是從工廠的建設、原材料再到勞動力等各方面成本都能得到顯著降低。聖彼得工廠生產2.25英寸的晶體，將它們運到吉隆坡工廠進行切片和拋光，然後運送給客戶。

位於英國的米爾頓·凱恩斯工廠(Milton Keynes)於1986年開業，該工廠包括一個研發中心和一個應用研究實驗室。孟山都的歐洲客戶包括西門子、通用電氣、湯普森腦脊液、飛利浦、國家半導體和摩托羅拉等知名品牌，從美國收到蝕刻晶圓後在這裡進行拋光和清洗。

尺寸很重要(Size Matters)

MEMC專註於為客戶提供既能節省成本的大直徑晶圓，又能保證最高質量，這使得MEMC在動蕩的歲月以及以後的日子裡成為矽片行業的領導者。

1975年，孟山都聖彼得斯是第一個商業化生產4英寸(100毫米)晶圓；

1979年，第一個商業化生產125毫米晶圓；

150毫米晶圓最早生產於1981年，當時一家領先的集成電路製造商預測當從100毫米晶片切換到150毫米晶片時，晶元產量將會增加五倍。此外，150毫米晶片的平面度規格在20毫米視場內變化，並小於2微米。

1984年，MEMC與國際商用機器公司合作生產了200毫米晶圓；

技術發展1：氧的控制

1975年，MEMC成為第一個控制生長晶體中氧氣的晶片供應商，這個過程在早期並不重要。格雷厄姆·費希爾博士解釋了這個過程的重要性:「因為坩堝是由石英製成的，石英是生長過程中的二氧化硅，坩堝中的硅、氧會污染晶體。在早期，氧氣水平不是很重要。隨著時間的推移，客戶開始使用更複雜的工藝來製造集成電路，在此過程中晶片被加熱和冷卻多次。在集成電路的製造過程中，連續的加熱和冷卻導致過飽和的氧原子以小氧化物團簇的形式沉澱。氧氣濃度越高，沉澱水平越高，因此控制氧氣成為一項重要的發展。"

解決了氧氣控制問題，同時也產生了另一個問題，因為低氧晶片的機械強度不夠大。格雷厄姆回憶起20世紀80年代初，他曾試圖獲得氧氣的適當平衡，並了解晶圓在客戶設備生產線上的表現。「我們試圖獲得恰好合適的氧氣水平，因此當客戶在生產線上加工晶圓時，氧氣會開始沉澱，但只沉澱到一定程度「不要靠近晶片表面，」他解釋道這樣你可以保持機械強度，但是沉澱物是在主體中形成的，而不是在器件形成的表面附近。這種分散式沉澱行為的一個更大的優點是沉澱物捕獲任何不需要的金屬可能擴散到晶片表面遠離有源器件區的體區中的雜質，這種技術被稱為「內在吸氣」「。

大概在同一時間，MEMC在基本晶圓工藝中增加了邊緣研磨。從100毫米晶圓開始，MEMC開始將邊緣打磨成圓形。在添加這一步驟之前，晶片的脆的方形邊緣更容易碎裂。

技術發展2：臭氧清洗技術

1983年，MEMC在用臭氧清洗矽片領域取得了三項非常重要的「成果」：

①、第一個在矽片清洗過程中使用臭氧：

②、第一個在矽片清洗順序中使用氟化氫和臭氧的組合；

③、第一個設計和安裝能夠對矽片執行臭氧清洗工藝步驟的清洗設備；

這些創新是因為MEMC認識到傳統的清潔化學物質，被稱為標準清潔1 & 2，不能達到行業要求的表面金屬水平，清潔化學物質的純度。當時，MEMC正在同時開發新的表面鋁分析方法，用以製程清潔工作。當表面金屬(尤其是鋁)過高時，客戶會觀察到不均勻的氧化物增長率。

MEMC資深研究員拉里·希夫博士評論道:「這項工作遠遠領先於任何之前或之後的清潔工作，並且是真正的研發過程。」該過程是由伊爾布爾·克魯塞爾和他的同事在1982年開發的，然後在世界各地的MEMC工廠被複制。臭氧清洗技術現在是每個晶片和器件的關鍵清洗步驟。

技術發展3：多層矽片

1984年，一本名為「孟山都:硅技術」的小冊子開始吹噓公司的多層矽片的優勢，這是一種新型的多層產品。這時，器件製造商正在一個晶元上構建數千個集成電路，這就需要提高電路性能和產量。結果，電子電路更動態地與硅的物理特性相互作用。正如小冊子所說，「半導體技術的尖端現在在硅中。」多速率矽片是一種新型的集成硅基產品。多速率產品線是一系列新的外延晶片，應用於高密度硅柵互補金屬氧化物半導體和NMOS。

這一系列的產品將直拉晶片的優良特性與拋光表面上生長的外延層結合在一起。利用多速率生產線，襯底特性可以將晶片插入加熱爐或從加熱爐中取出，緩慢地讓它們加熱或冷卻，以避免晶格錯位。使用孟山都專有技術設計外延/襯底界面，與外延工藝相匹配，可以大大地提高大規模電路性能和產量。

半導體用單晶矽片的市場空間還是太小，市場規模近十年來一直在100億美金以下上下波動，且半導體行業的周期性太強，給上游硅晶圓廠商帶來較大盈利壓力。

拉長時間，以60年的時間段來看，硅晶圓行業年平均增速只有5%左右，MEMC後來轉型進入清潔能源領域，更甚改名為SunEdison，一路狂奔，曾經在資本市場呼風喚雨。後來，沒能逃脫破產的命運，此為後話，一陣唏噓感慨！

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