Кіріспе
өндіріс процесі Сапфирдегі кремний (SOS) – металл-оксидті жартылай өткізгіш (MOS) интегралдық схемаларын (IC) өндіруге арналған гетероэпитаксиялық процесс, сапфир пластинасына өсірілген кремнийдің жұқа қабатынан (әдетте 0,6 мкм-ден кем) тұрады. SOS, CMOS (толықтырылған MOS) технологиясының кремнийді оқшаулағыш (SOI) отбасының бір бөлігі болып табылады. Әдетте, жоғары тазалықтағы, жасанды өсірілген сапфир кристалдары қолданылады. Кремний көбінесе қыздырылған сапфир субстраттарында силан газының ыдырауы арқылы жатқызылады. Сапфирдің артықшылығы – ол тамаша электр оқшаулағышы болып табылады, сәулеленуден туындаған шатасқан тоқтардың жақын жердегі схема элементтеріне таралуына жол бермейді. SOS коммерциялық өндірісте бастапқы қиындықтарға тап болды, себебі қазіргі заманғы жоғары тығыздықты қолдануларда қолданылатын өте кішкентай транзисторларды жасау қиын болды. Бұл себебі SOS процесі сапфир мен кремний арасындағы кристалдық тордың өзгешелігінен туындаған дислокациялар, егізденулер және қабаттасу қателіктерінің пайда болуына әкеледі. Сонымен қатар, кремнийдің интерфейске жақын бөлігінде, субстраттан алюминийдің, p-типті допанттың, ластануы бар.
Silicon on sapphire (SOS) is a hetero epitaxial process for metal–oxide–semiconductor (MOS) integrated circuit (IC) manufacturing that consists of a thin layer (typically thinner than 0.6 µm) of silicon grown on a sapphire wafer. SOS is part of the silicon on insulator (SOI) family of CMOS (complementary MOS) technologies. Typically, high purity artificially grown sapphire crystals are used. The silicon is usually deposited by the decomposition of silane gas on heated sapphire substrates. The advantage of sapphire is that it is an excellent electrical insulator, preventing stray currents caused by radiation from spreading to nearby circuit elements. SOS faced early challenges in commercial manufacturing because of difficulties in fabricating the very small transistors used in modern high density applications. This is because the SOS process results in the formation of dislocations, twinning and stacking faults from crystal lattice disparities between the sapphire and silicon. Additionally, there is some aluminum, a p type dopant, contamination from the substrate in the silicon closest to the interface.
Тарих
1963 жылы Харольд М. Манасевит Солтүстік Америка авиациясының (қазіргі Боинг) «Автонетика» бөлімінде жұмыс істеген кезде сапфирге кремнийдің эпитаксиалды өсуін алғаш рет сипаттады. 1964 жылы ол әріптесі Уильям Симпсонмен бірге нәтижелерін «Journal of Applied Physics» журналында жариялады. SOS әуелде радиацияға жоғары төзімділігіне байланысты аэроғарыш және әскери салаларда қолданылды. Соңғы кезде Peregrine Semiconductor компаниясы SOS өңдеу және жобалаудағы жаңалықтарды патенттеді, бұл SOS-ті жоғары өнімді радиожиілікті (RF) қолданулар үшін кең көлемде коммерцияландыруға мүмкіндік берді.
Сұлбалар мен жүйелер
[[Сурет:Patchdiesos.jpg|frame|right|e Lab ұйымымен жасалған сапфир үстіндегі кремний микросхемасы]]
Субстратты талдау: SOS құрылымы
МОС құрылғыларын жасау үшін кремнийді сапфирлік субстраттарға эпитаксиалды өсіруді қолдану, сапфир мен кремний кристалдық торларының үйлеспеуінен туындайтын кристалл ақауларын азайтатын кремнийді тазарту процесін қамтиды. Мысалы, Peregrine Semiconductor компаниясының SP4T коммутаторы кремнийдің соңғы қалыңдығы шамамен 95 нм болатын SOS субстратында жасалады. Поликремний қақпасынан тыс аймақтарда кремний полиокистеу арқылы тереңдетіледі, содан кейін қабырғалық аралықтарды қалыптастыру процесімен шамамен 78 нм қалыңдыққа дейін одан әрі тереңдетіледі.