ヘルニは酸化膜の下にトランジスタの接合を埋め込んだ — すべてのチップが今も使うプロセス

1956年、ウィリアム・ショックレーはカリフォルニア州マウンテンビューに半導体研究所を設立し、物理学、化学、冶金学の優秀な卒業生を雇った。1957年、そのうち8人——ジャン・ヘルニ、ゴードン・ムーア、ロバート・ノイスを含む「裏切り者の8人」——はそろって辞職し、シャーマン・フェアチャイルドの出資を受けてフェアチャイルド・セミコンダクターを設立した。8人は、ショックレーの研究所で知っていた安価な基板であるシリコンを扱い始めた。

シリコンデバイスを信頼できるものにするためのヘルニの答えが、プレーナプロセスだった。1959年5月1日の彼の特許出願は、N型シリコンのウェハーを酸化シリコンで完全に覆い、その被膜にフォトレジストまたはエッチングによって穴を開け、開口部を通して不純物を拡散させる方法を記述している。これにより、接合の端は露出せず、酸化膜層の下に収まる。別の窓を通した2回目の拡散でトランジスタを構築し、コンタクトはさらなる開口部を通して合金化される。この特許「半導体装置の製造方法」は、1962年3月20日に米国特許第3,025,589号として付与された。

その効果は決定的だった。Engineering and Technology History Wikiは、フェアチャイルドがヘルニによって開発されたプレーナプロセスを開拓し、それが他のトランジスタプロセスを時代遅れにしたと記録している。フェアチャイルドのプレーナ型シリコントランジスタの最初の顧客の一つはIBMだった。そして、ロバート・ノイスが集積回路——ノーベル財団が、半導体としてシリコン、絶縁体として二酸化シリコン、導体としてアルミニウムを用いて実際に製造される形態と表現するもの——を構想したとき、それを製造可能にしたのはヘルニの平坦な酸化ウェハーだった。

酸化膜の層を成長させ、接合をその下に埋め込んだままにする

酸化膜は同時に二つの役割を果たす。製造中にドーパントが入る場所を定め、その後完成した接合を保護する。だからこそ、特許における接合の端は「酸化膜層の下」にあるのだ。

すべてがフォトリソグラフィの窓を通して平坦なウェハー上で行われるため、デバイスは一つずつではなく、一つのサイクルを繰り返すことで一度に多数、バッチで製造される。

保護された接合は周囲との接触によって劣化しない。これがシリコンデバイスを大量販売できるほど信頼できるものにした。

経済性は物理に従った。フェアチャイルドのプレーナ型トランジスタは競合プロセスを完全に置き換え、初期の要求の厳しい顧客であるIBMが歩留まりを実証した。

エッチングする表面は保護もできる。ヘルニはシリコンの酸化膜と戦うのをやめ、それをステンシルとシールドの両方として使った——一つの層で二つの役割を、バッチプロセスが際限なく繰り返すウェハー上で。

プレーナプロセスは集積回路の製造経路となり、フェアチャイルドはテキサス・インスツルメンツを退けながら初期のアナログIC市場を支配した。ヘルニは1961年にフェアチャイルドを去り、テレダインの新しい半導体部門を率い、ユニオン・カーバイド、ヒューズ・エアクラフト、富士通の顧問を務め、1967年にインターシルを設立した。彼は後にカラコルムのバルティ人々のために学校と医療サービスに100万米ドルの基金を提供し、1997年1月に死去した。