Siliciumkrystalorienteringerne, som vi ofte hører, er henholdsvis <100>, <110> og <111> (vist som fig. 1), hvilket indikerer en krystallografisk familie. Enkeltkrystalsiliciumstrukturen tilhører kubiske krystaller, og <100> krystalorienteringsfamilien repræsenterer seks krystalorienteringer: [100], [010], [001], [100], [0-10] og [00-1 ]. Derfor hører vi sjældent krystalorienteringer såsom <001>, <011> og <101>, mens <100>, <110> og <111> krystalorienteringer er de mest almindelige. Så hvorfor er det sjældent at høre krystalorienteringsfamilier såsom <200> og <311> med indekser større end 1? Årsagen er faktisk relateret til atomtætheden og bindingsenergien i krystalplanet. Afstanden mellem krystalplanerne d er større sammenlignet med andre eksponentielle krystalplaner større end 1. Krystalplanets atomtæthed er højere, afstanden mellem atomerne er mindre, bindingsenergien er større, og krystalplanets stabilitet er højere. Derfor er siliciumkrystalorienteringen <100>, <110>, <111> almindeligvis brugt til siliciumsubstrater eller epitaksi. PAM-XIAMEN fremstiller siliciumwafers med orienteringer på <100>, <110>, <111>, flere specifikationer se venligsthttps://www.powerwaywafer.com/silicon-wafer.

Fig. 1 Siliciumkrystalorientering: <100>, <110>, <111>

1. Hvad er kendetegnene for siliciumkrystalorientering med <100>, <110> og <111>?

For siliciumkrystalorienteringen <100>, atomoverfladedensitet=(1+4×1/4)/(a ^ 2)=2/(a ^ 2), krystaloverfladeafstand d=a/√(h ^ 2+ k ^ 2+l ^ 2)=0,543 nm, atombindingstæthed n100=4/(a ^ 2);

For <110> waferkrystalorientering, atomoverfladedensitet=(2+4×1/4+2×1/2)/(√2×(a ^ 2))=3,5/(a ^ 2), krystaloverflade afstand d=a/√(h ^ 2+k ^ 2+l ^ 2)=0,384 nm, atombindingstæthed n110=3√2/(2×a ^ 2)=2,1/(a ^ 2);

For siliciumwaferen med krystalorientering <111>, atomoverfladedensitet=(3×1/6+3×1/2)/(√3/2×(a ^ 2))=2,31/(a ^ 2), krystalplanafstand d=a/√(h ^ 2+k ^ 2+l ^ 2)=0,314 nm, atombindingstæthed n111=2√3/(a ^ 2)=3,5/(a ^ 2);

Atomtætheden på krystalplanet falder i størrelsesordenen 111>110>100, så diffusionshastigheden og korrosionshastigheden stiger i retningen 111<110<100. Korrosionshastigheden på 111-planet er omkring 1,48um/min, på 110-planet er den omkring 3,0um/min, og på 100-planet er den omkring 3,4um/min.

Oxidationshastigheden er 111>110>100, hvilket skyldes den høje overfladetæthed på 111 atomer, flere umættede bindinger og hurtigere binding med oxygen.

Atombindingstætheden på <110> overfladen er den laveste, så siliciumwafere med en <100> orientering er mere tilbøjelige til fragmentering, mens wafere med en <100> orientering er mere tilbøjelige til fragmentering i 4 lige store dele langs retningen med den laveste atombindingstæthed, og wafere med en <111>-orientering er mere tilbøjelige til at fragmenteres i 6 lige store dele.

Siliciums spaltningsplan er <111>, fordi <111> har den højeste atomare overfladetæthed, naturligt voksende siliciumkrystaller har ofte den yderste <111> krystalorientering.

2. Anvendelser af <100>, <110> og <111> krystalorienterede siliciumwafers

2.1 <100> & <110> krystalorienterede siliciumwafers til MOSFET

<100> krystalorienterede siliciumsubstrater bruges ofte til fremstilling af strømenheder, såsom MOSFET'er. Årsagerne er illustreret som:

Strømenheder er generelt overfladekanalenheder, og tætheden af ​​overfladedefekttilstande har en betydelig indvirkning på tærskelspænding og pålidelighed. Atomoverfladedensiteten af ​​(100) krystalplan er den mindste, svarende til den laveste atomare overfladetæthed af tilstande. Der er færre umættede overfladebindinger, og der genereres færre defekter, når enhedens overflade oxiderer;

På grund af den lave tæthed af (100) krystalplanet er dets termiske oxidations- og ætsningshastigheder relativt hurtige, og proceseksperter har udført mere forskning i <100> krystalorienteringsprocessen.

Wafers med <100> eller <110> er meget udbredte krystalplaner i MEMS. I processen med at opnå korrosion er vådætsning hovedsagelig afhængig af forskellen i korrosionshastigheder mellem forskellige krystalplaner. Ved at anvende 100-plan wafer-behandling, ved at bruge en maske langs <110>-krystalretningen og ætsning i alkalisk opløsning, kan den opnå en {111} glat overflade med en vinkel på 54,7 grader med 100-plan wafer. Det er almindeligt anvendt i produktionen af ​​strukturer såsom tryksensorer. Ved vådætsning af 110-sidede siliciumwafers udviser den andre egenskaber end 100-sidede siliciumwafers. Ætsning på 110 plane siliciumwafers producerer {111} flader vinkelret på substratet, hvilket kan give et stort område og en optisk overflade af høj kvalitet og har en bred vifte af anvendelser inden for det optiske felt.

2.2 <111> Siliciumkrystalorientering for bipolære enheder

<111> siliciumkrystalorientering er mere almindeligt anvendt i bipolære enheder på grund af:

Krystalstruktur: I krystalorienteringen <111> har krystalstrukturen af ​​siliciumskiver en særlig symmetri. Denne symmetri giver mulighed for bedre kontrol af elektron- og hulbevægelse ved fremstilling af bipolære enheder, hvilket resulterer i bedre strømstyring og ydeevne, og giver mulighed for produktion af meget overfladisk doping;

Overfladeegenskaber: Den <111> krystalorienterede atomare overfladetæthed er den højeste, og opløsningshastigheden er den langsomste. Når man laver PN junctions, er det relativt nemt at kontrollere og opnå en flad og stabil junction overflade, hvilket er meget vigtigt for fremstilling af bipolære enheder. En flad overflade hjælper med at fremstille præcise elektroder og strukturer, reducere strømlækage og elektrontunneleffekter og forbedre enhedens ydeevne og pålidelighed. Derudover er oxidationshastigheden mod <111> krystalorienteringen af ​​siliciumwafer højere, hvilket kan reducere oxidationstiden;

Coplanar enhedsintegration: På grund af de gode overfladeegenskaber og symmetri af <111> orienterede siliciumwafers kan integrationen af ​​koplanære enheder nemt opnås. Koplanære enheder refererer til enheder, hvor elektroner og huller fungerer på den samme chip. Dette design kan reducere modstand og kapacitans mellem enheder, forbedre enhedshastighed og strømeffektivitet.

For mere information, kontakt os venligst e-mail påvictorchan@powerwaywafer.com og powerwaymaterial@gmail.com.