異世界の半導体会社シリコニクス物語その4

1947 年の結婚以来 15 年間一緒に働いてきたフランシスとビルヒューグルは、トランジスタと IC の製造に必要なすべての技術的ノウハウを蓄積しました。スチュアート研究所で宝石を製造する取り組みから、彼らは結晶インゴットの成長、それらのインゴットのアニーリング、および不純物のドーピングの技術を開発しました。 DH Baldwin Piano Company で光学エンコーダ技術を開発してきた数年間から、彼らは半導体薄膜を堆積し、フォトリソグラフィーを使用して回路基板や光ディスク上に画像をパターン化する技術を開発しました。ウェスチングハウスでは、1950 年代後半から 1960 年代前半にかけて、クリーンルームの開発と 1950 年代スタイルの半導体製造に参加しました。この時点で、彼らは半導体製造会社を設立するために必要なものをすべて持っており、まさにそれを実行したのです。実際、シリコンバレー流に、彼らはそのうちの 2 つまたは 3 つを始めました。

ヒューグル一家は、ウェスチングハウスのアストロエレクトロニクス研究所の設立を支援するため、1960 年末にカリフォルニア州サウザンドオークスに移りました。その研究所はウェスチングハウスの米国空軍向け分子エレクトロニクスプログラムの一部で、半導体をベースとしたものの完全なICではないFEB（機能的電子ブロック）と呼ばれる小型電子部品の開発に特化していた。ヒューグル夫妻はキャリアのこの段階で得たスキルと知識をもとに、1961 年末か 1962 年の初めまでに独自の半導体ベンチャーの設立計画を開始するようになりました。

1962 年 3 月、フランシスとビルヒューグルはカリフォルニア州サニーベールにシリコーン社を設立しました。投資資金は、家族の古い友人である DH ボールドウィンピアノカンパニー、カリフォルニア電子エンジニアリングカンパニー、およびシッピカンコーポレーションの W. ヴァンアレンクラークジュニアから提供されました。 Siliconix は Fairchild Semiconductor からスピンアウトしたわけではありませんが、Fairchild Semiconductor、Motorola、Pacific Semiconductor、Rheem、US Semcor、Texas Instrument、Westinghouse など、他のいくつかの初期の半導体メーカーから従業員を集めました。テキサス・インスツルメンツのディック・リーは、DH ボールドウィン・ピアノ・カンパニーの招きに応じて入社し、同社の社長に就任しました。フランシスとビル・ヒューグルの合弁事業ではいつものように、フランシス・ヒューグルが同社の研究開発ディレクターに就任しました。

特に、Siliconix は当初から FET の製造に注力していました。この点に重点を置いているため、当時バイポーラ製品を製造していた他の半導体メーカーとは一線を画しています。しかし、ヒューグル家の元雇用主であるウェスチングハウスとの関係は、1963 年に出版された「研究と開発: 研究開発の実施に関心のある中小企業の懸念事項のリスト」というタイトルの本の中に掲載された同社の説明に明らかに存在していました。米国中小企業庁。この本では、Siliconix の活動について次のように説明されています。

「薄膜回路、多素子および電気的に接続されたトランジスタ、および処理用機器、ユニポーラ電界効果トランジスタ、薄膜トランジスタ、およびトンネル効果を含む、集積回路、分子および機能電子ブロック。小型多段魔法瓶」 -電気クーラーと光検出器。」

「分子および機能電子ブロック」という用語は、この記事シリーズの第 3 部で説明したように、ウェスチングハウスの独自の分子エレクトロニクスプログラムを思い出させます。その用語を使用したのはウェスチングハウスと米国空軍だけでした。

FET を確実に製造できるようになるまでには、克服すべき技術的なハードルが数多くありました。ウォルター・バーニーが執筆し、エレクトロニクス・マガジン誌の 1968 年 3 月 18 日号に掲載された「MOS バンドワゴンが動き始める」というタイトルの記事は、当時シリコーン社の主任エンジニアだったアーサー・エヴァンスの言葉を引用しています。

「ロッキード・エレクトロニクス社の調査中に、シリコニクス社は、信頼性の高い MOS デバイスを構築する際の 3 つの従来の困難を解決しました。それらは、しきい値電圧の大きな変動を引き起こす酸化物中のイオン移動、ソースとドレイン間の漏洩経路でした。酸化物中のイオン、および静電電圧によって引き起こされる酸化物のパンク。

「シリコニックスは、リンを含浸させた酸化物を使用し、形成直後にゲート酸化物を金属で覆うことを発見しました。これは、GI [General Instrument、初期の MOS 半導体ベンダーのもう 1 つ] も行ったステップで、しきい値電圧が安定します。あるケースでは、形状を変更することで、ソースが円形のゲートで完全に囲まれたドットになるため、漏れ漏れがなくなり、各ゲートと並列にツェナーダイオードを構築することで、電圧が酸化物に穴を開けるのに十分な大きさになる前に電荷が基板に分流され、漏れが減少します。ナショナル社は、ゲートとベース材料の間の pn 接合破壊が 111 よりも低い 100 シリコンに切り替えることで、後者の問題に対処しました。そのため、pn 接合はゲート酸化物を保護できます。」

会社が初期の頃に何を開発していたのかを知るには、フランシスヒューグルがシリコニクスに在籍していた間に取得した特許を見ると役立ちます。

超微細半導体製造方法、米国特許番号 US3165430A、1963 年 1 月 21 日に出願、1965 年 1 月 12 日に付与

「最小寸法が要求されるデバイスの処理において、写真法から完全に逸脱することで、上記の精度を達成しました。レジスト機能を実現するために金属コーティングが使用され、これは写真で露光および現像される代わりに機械的にスクライブされます。」

「私の発明の目的は、これまで達成できなかった精度の半導体製造を提供することです。」

半導体のエッチングおよび酸化プロセス、特許番号 US3258359A、1963 年 4 月 8 日に出願、1966 年 6 月 28 日に付与

「同じシステム内でエッチングと酸化を連続的に実行する試みを繰り返した結果、水蒸気の成分が処理中の半導体材料に到達するまで化学的に生成されなければ、汚染の問題はすべて解消されることがわかりました。私はこの要件を、逆平衡における水ガス反応の形態既知の人工ガス工場で水素を製造する場合のように、蒸気が成分の 1 つである代わりに、半導体の表面で水素と二酸化炭素ガスが結合することによって蒸気が形成されます。炉内では表面が高温に保たれます。

「私の発明の目的は、半導体製造においてこれまで互換性のなかった 2 つの処理ステップを 1 つの筐体内で達成することです。」

水平整列接合トランジスタ構造、特許番号 US3246214A、1963 年 4 月 22 日に出願、1966 年 4 月 12 日に付与

「私は、水平に配置された要素間に境界面がある新しい構造を形成することができました。これは、2 つの濃度のドーピングのベースを形成することによって達成されます。ドーピングを担持する要素の小さな環状部分に軽くドーピングします。」実際には、構造の動作部分は、一方の要素が他方の要素に対して高濃度ドープされた要素との関係で水平に配置されます。基本要素の一部です。」

横型トランジスタ構造の製造プロセス、特許番号 US3328214A、1963 年 4 月 22 日に出願、1967 年 6 月 27 日に付与

「水平に配置された素子を有するトランジスタを形成するプロセス。

「高導電率の本体が支持ベースを形成します。反対の導電率のエピタキシャル層がその本体の上に形成され、その層の外側部分が水平方向にコレクタを形成します。次にエピタキシャル層の上にマスクが形成され、開口部を通して第一の蒸気不純物を拡散させることにより、作業ベースが支持ベースに接合されるエミッタは、同じ開口を通して第二の蒸気不純物を拡散し、第二の拡散を停止することによって作業ベースの体積内に形成されるリング状の作業ベースを保持するためです。」

これらの特許は、Frances Hugle が Siliconix での個々のトランジスタ構造と製造プロセスの開発に重点を置いていたことを示唆しています。 Siliconix によって製造および販売された最初のデバイスには、P チャネル接合 FET、N チャネル接合 FET、MOSFET、FET アレイ、およびパワー MOSFET が含まれていました。同社は 1963 年にバイポーラ DTL ロジックチップも導入しました。

Vishay は 1998 年に Siliconix 株の大量購入を開始し、2005 年までに実質的に会社全体を買収しました。現在、同社の初期の詳細な歴史は現在の Vishay Siliconix Web サイトからほとんど消えていますが、その断片はまだ見つけることができます。熱心に Web 検索して履歴を調べます。

あまり注目されていませんが、ヒューグル夫妻はシリコニクスの設立とほぼ同時期に別の半導体会社を設立しました。その会社である Opto-Electronic Devices (OED) は、CdS、CdSe、および CdSSe 光電池を製造していました。これらの製品は、1950 年代の DH Baldwin Piano Company での光学エンコーダ用の Hugles の光導電体と光電子技術の研究を明らかに反映しています。独立した企業として、OED は短命でした。 1962 年と 1963 年に製品開発エンジニアとして同社に勤務した Gene Weckler は、II-VI 化合物光伝導体デバイスの開発、評価、応用を担当しました。 Weckler 氏は、OED に入社する前は Shockley Transistor Corporation に勤務していました。彼は最終的に CMOS イメージセンサー設計の先駆者となりました。 2013年、国際イメージセンサー協会から生涯功績特別賞を受賞した際、ヴェクラー氏はOEDが「資金不足であり、十分に管理されていない」と書いた。薄膜加工の専門メーカーであるシグマ・インスツルメンツは、1963 年 11 月にオプトエレクトロニクス・デバイス社を買収して子会社化し、同社の光電池製品ラインを吸収しました。

1962 年 3 月に会社を設立したヒューグル夫妻は、1963 年末までにシリコンニクスを去りました。彼らはすぐにサニーベールに別の半導体会社、スチュワートワーナーマイクロサーキットを設立し、フランシスヒューグルが再び研究エンジニアリング部長を務めました。 Stewart-Warner Microcircuits という名前に聞き覚えがないかもしれませんが、親会社である Stewart-Warner は自動車愛好家にはよく知られています。シカゴのスチュワートワーナーは、自動車のダッシュボードゲージを製造する老舗メーカーでした。同社の最初の製品はフォードモデル T のスピードメーターでした。同社は 1950 年代までに電子機器部門を立ち上げ、軍事および航空宇宙機器の請負業者でした。同社はラジオやテレビも製造しました。スチュアート・ワーナー社の南風力部門は、アポロ宇宙ミッション中に月に着陸した月着陸船に熱交換器を供給しました。シリコンバレーのヒューグル家がどのようにしてスチュワート・ワーナーとつながったのかについての証拠は乏しいが、ビル・ヒューグルは粘り強く精力的なネットワーカーでありディールメーカーでもあったため、何らかの形で親会社とつながっていたようだ。

Stewart-Warner Microcircuits は Siliconix とはまったく異なりました。スチュワート・ワーナーは、個々のトランジスタではなく、まず DTL、次に TTL、ECL という IC の製造に焦点を当てました。しかし、ヒューグル夫妻のスチュワート・ワーナー・マイクロサーキットでの滞在は、シリコニックスでの滞在よりもほんの少しだけ長かった。エレクトロニクス・マガジン1966年1月26日号は次のように報じた。

「スチュワート・ワーナー社は、子会社の1つであるスチュワート・ワーナー・マイクロサーキット社の役員体制を変更する。元スチュワート・ワーナー・エレクトロニクス部門のジャック・コフィー氏が子会社のゼネラルマネージャー兼執行副社長に就任した。ジョン・P・ゲイツ氏はエンジニアリングおよび製造部門のマネージャーに就任し、ゲイツ氏は以前フェアチャイルド・カメラ・アンド・インスツルメント社の半導体部門でデジタル集積回路のマネージャーを務めていたが、後任には執行副社長のウィリアム・ヒューグル氏が就任する。エンジニアリングおよび研究部門の責任者であるヒューグル氏はまだ疑問を抱いています。」

もちろん、フランシス・ヒューグルは会社で夫が交代した後、すぐに辞めました。ヒューグル夫妻がなぜスチュワート・ワーナーを去ったのか疑問に思っているなら、9月4日付のニュースページに掲載された「The Worrisome IC」というタイトルの記事で説明されているように、会社の基本的な方向性に関する意見の不一致があったようだ。 1967 年版の Electronics Magazine、署名クレジットなし:

「一方、[Stewart-Warner Microcircuits]はDTLにはより大きな可能性があると考え、数か月前の経営陣再編中にTTLラインを廃止した。」

今にして思えば、それは非常に悪い決断でした。 TTL チップは、市場では急速に DTL デバイスを追い越しました。親会社によるそのような意思決定を考慮すると、ヒューグル夫妻が会社を辞めたのも不思議ではありません。

Stewart-Warner Microcircuits を退職してから 1 年後、Bill Hugle は Computer Design Magazine の 1967 年 1 月号にデジタル IC に関する包括的な記事を掲載し、マストヘッドの寄稿編集者として掲載されました。「集積論理回路: 比較評価」というタイトルのこの記事には、RTL、DTL、TTL、ECL、および MOS デジタル IC について、これらのデバイスの製造に深く関わってきた者の深い視点からの情報が含まれていました。この記事では、個々のデバイスレベルで各タイプの IC を開発する際の多くの課題について説明しています。これを読んだとき、ビルヒューグルが中期に書いたと思われるスチュワートワーナーマイクロサーキットの社内文書から改変されたものであると強く感じました。 - 1960 年代に、複数のロジックファミリを含む製品ラインを製造する理由を説明します。この記事の結論の 1 つは次のとおりです。

「あらゆるアプリケーションにおいて、どの集積論理回路形式が他の形式よりも優れているということはありません。アプリケーションごとに、システム設計者は各論理ラインの基本的なトレードオフを分析する必要があります。」

Bill Hugle が広範なデジタル IC 製品ラインの提唱者であり、DTL 部品のみに焦点を当てた会社とは何の関係も持ちたくないのは明らかです。フランシス・ヒューグルは、ジャック・コフィーが会社の手綱を引き継いだときにエンジニアリングおよび製造マネージャーとしてジョン・P. (ジャック)・ゲイツが就任したことによって示唆されたように、同時にスチュワート・ワーナー・マイクロサーキットを去りました。 Stewart-Warner Microcircuits は後に DTL の決定を覆し、1970 年代にいくつかのバイポーラおよび MOS ロジックファミリ、およびマスクプログラマブルトランジスタおよびゲートアレイを提供することになりますが、その時までに Hugles はとうの昔に存在していませんでした。

ジャック・コフィーの死亡記事によると、フィリップス・エレクトロニクスは1978年にスチュワート・ワーナー・マイクロサーキットを買収し、その名前はすぐに半導体メーカーのリストから消え、時の霧の中にほとんど忘れ去られてしまった。 Stewart-Warner チップとしてブランド化された IC が eBay で販売されているのを今でも見つけることができます。これらの遺物は、同社がかつて存在したことを証明しています。

1965 年末か 1966 年初頭にヒューグル家がスチュワート・ワーナー社から撤退したことは、半導体製造会社との直接的な関与の終焉を意味するものでもあった。彼らは他に半導体メーカーを設立しませんでしたが、スチュワートワーナーマイクロサーキットからの撤退は、半導体業界での仕事の終わりを意味するものではありませんでした。夫妻はチップの製造をやめ、蓄積された専門知識を他の企業の製造を支援するために活用し始めることを決意した。これについては、このシリーズの最後の記事で、死、政治、スパイ疑惑と併せて説明する。

注: フランシスとビルヒューグルの歴史はインターネット上にほとんど文書化されておらず、ヒューグル夫妻の孫であるジェイクルーミスと TechSearch の創設者であるヤンヴァルダマンの支援と支援がなければ、この一連の記事は不可能でした。は、フランシスヒューグルの名前で IEEE 奨学金プログラムの創設に尽力し、ジェイクルーミスの母親とフランシスヒューグルの娘リンダヒューグルが資金の一部を提供しました。

参考文献

半導体産業グループ日本鋼管株式会社向けパワー半導体メーカー調査。データクエスト、1986 年 12 月。

「MOS バンドワゴンが動き始める」ウォルター・バーニー、エレクトロニクス・マガジン、1968 年 3 月 18 日、173 ～ 187 ページ。

「気になる IC」、エレクトロニクスマガジン、1967 年 9 月 4 日、p. 23.

「Integrated Logic Circuits: A Comparative Evaluation」、William B Hugle、Computer Design Magazine、1967 年 1 月、36-47 ページ。

「研究開発: 研究開発の実施に関心のある中小企業の懸念事項のリスト」米国中小企業庁、1963 年。

ジャック・オニール・コフィーの訃報

異世界の半導体会社 シリコニクス物語 その4