硅-蓝宝石MOS场效应器件^·的作用和性能分析

为了发展速度更高的MOS器件和集成电路所进行的大量探索性工作，主要是集中在制作栅-漏和栅-源寄生电容非常小的器件上，可是，必须记住，通过降低寄生结电容和对衬底的寄生互连电容，也可以大大改善高速性能。这一点可采用硅-蓝宝石MOS器件来实现。

^·简称SOS MOS场效应器件—译者注

1964年马纳塞维特（Manasevit）和辛普森（Simpson）⁵⁴证明，在高度抛光的绝缘蓝宝石衬底上，可以生长一层P型硅单晶薄膜。其后不久米勒（Mueller）和罗宾逊（Robinson）⁵⁵提出应用这样的薄膜可以制成n沟道MOS场效应晶体管，而罗斯（Ross）和米勒（Mueller）⁵⁶成功地用确保对n⁺漏区和源区的扩散一直达到硅-蓝宝石界面的方法、实际上消除了这些结构中全部的漏-衬和源-衬电容。由于n⁺区一直扩展到绝缘衬底，只有漏区和源区的扩散区域的“边墙”对寄生结电容有作用。因为典型的硅-蓝宝石结构中硅膜厚度一般大约是1微米，这就不难看出，所有扩散区的寄生结电容结果是大大减小。

在应用于集成电路时，硅-蓝宝石工艺，是因为实际消除所有寄生结电容和对衬底的互连电容而达到更高的工作速度的。应该注意，这只有在质量优良的硅-蓝宝石薄膜上，因为载流子迁移率比较高，才有可能获得上述结果。最近有报告提出：对于硅-蓝宝石器件，所获得的空穴和电子的表面迁移率，已经可以同采用本体硅衬底制作的MOS器件所达到的结果相比拟。

对硅膜进行局部腐蚀，除掉不需要的部分，仅在将要构成有源MOS晶体管和扩散互连的区域保留硅膜，各器件间的铝互连线可以直接跨过或按需要直接接触蓝宝石衬底。蓝宝石是极好的绝缘体；因此，这些互连线对衬底的电容实际上等于零。而且，也消除了金属-衬底短路寄生的可能性。此外，还不同于采用本体硅制成的普通MOS集成电路，由于在硅-蓝宝石结构上消除了所有非有源区的硅，所以在相邻的有源MOS场效应晶体管之间不会发生寄生的晶体管效应。

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