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プレーナープロセスは、半導体産業でトランジスタの個々のコンポーネントを製造し、それらのトランジスタを接続するために使用される製造プロセスです。これはシリコン集積回路チップを製造する主要なプロセスであり、半導体デバイスの製造中に接合部を生成する最も一般的な方法です。[ 1 ]このプロセスでは、表面パッシベーションと熱酸化法が利用されます。
プレーナープロセスは1959年にフェアチャイルド・セミコンダクターで開発され、半導体技術における最も重要な進歩の1つであることが証明されました。[ 1 ]
重要な概念は、回路を二次元投影（平面）で捉えることであり、これにより、フィルムネガなどの写真現像技術を用いて、光照射された化学物質の投影をマスキングすることが可能になります。この技術により、基板（シリコン）上に一連の露光を行うことで、酸化シリコン（絶縁体）またはドーピングされた領域（導体）を形成できます。金属化、p-n接合の分離、表面パッシベーションといった概念と組み合わせることで、単結晶シリコンインゴットから切り出した単一のシリコン結晶スライス（ウェハ）上に回路を形成することが可能になります。
このプロセスは、二酸化ケイ素（SiO₂ ）の酸化、SiO₂のエッチング、および熱拡散という基本的な手順から構成されます。最終段階では、ウェハ全体をSiO₂層で酸化し、トランジスタへのコンタクトビアをエッチングし、酸化膜の上に金属層を堆積させることで、トランジスタを手動で配線することなく接続します。
1955年、ベル研究所でカール・フロッシュとリンカーン・デリックは、シリコンウェハ上に偶然二酸化ケイ素の層を成長させ、その表面パッシベーション特性を観察した。[ 2 ] [ 3 ] 1957年、フロッシュとデリックは、ドレインとソースが表面で隣接している最初のトランジスタである最初の二酸化ケイ素電界効果トランジスタを製造することに成功し、二酸化ケイ素表面パッシベーションがシリコンウェハを保護し絶縁することを示した。[ 4 ]
ベル研究所では、フロッシュの技術の重要性がすぐに認識されました。彼らの研究成果は、1957年に発表される前に、BTL メモの形でベル研究所内で回覧されました。ショックレー・セミコンダクターでは、ショックレーは 1956 年 12 月に、ジャン・ホーニを含むすべての上級スタッフに論文のプレプリントを回覧しました。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]その後、ホーニは、アタラがベル研究所での以前の研究成果に基づいてパッシベーションに関する論文を発表した会議に出席しました。 [ 8 ]シリコン表面に対する二酸化ケイ素のパッシベーション効果を利用して、ホーニは二酸化ケイ素の層で保護されたトランジスタを作ることを提案しました。[ 8 ]
ジャン・ホーニはフェアチャイルド・セミコンダクター在籍中に、1959年にプレーナープロセスを初めて特許取得した。[ 9 ] [ 10 ]ベル研究所のKEダブルロスとHJパターソンは、C.フロッシュとL.デリックの努力を引き継ぎ、ほぼ同時期にホーニのプロセスに似たプロセスを開発した。[ 8 ]メタライゼーション（集積回路を接合するため）の使用と、p-n接合分離の概念（カート・レホベックによる）と相まって、フェアチャイルドの研究者たちは、単結晶シリコンインゴットから単一のシリコン結晶スライス（ウェーハ）上に回路を作成することができた。
1959年、ロバート・ノイスはホーニの研究を発展させ、集積回路（IC）の概念を考案しました。これは、ホーニの基本構造の上に金属層を追加し、同じシリコン基板上に配置されたトランジスタ、コンデンサ、抵抗器などの異なる部品を接続するものでした。この平面プロセスは、それまでの集積回路の概念よりも優れた集積回路を実現する強力な方法を提供しました。[ 11 ]ノイスの発明は、最初のモノリシックICチップでした。[ 12 ] [ 13 ]
平面プロセスの初期バージョンでは、水銀蒸気ランプからの近紫外光を使用したフォトリソグラフィー プロセスが使用されていました。2011年現在、小さな特徴は通常、193 nmの「深紫外」リソグラフィーで作られています。[ 14 ] 2022年現在、ASML NXEプラットフォームは、極端紫外リソグラフィー プロセスの一部として、スズベースのプラズマ源によって生成された13.5 nmの極端紫外（EUV）光を使用しています。