Orientation des cristaux de silicium

Les orientations cristallines de silicium que nous entendons souvent sont <100>, <110> et <111> (représentées comme Fig. 1), indiquant respectivement une famille cristallographique. La structure en silicium monocristalliste appartient aux cristaux cubiques, et la famille d'orientation cristalline <100> représente six orientations cristallines: [100], [010], [001], [100], [0-10] et [00-1]. Par conséquent, nous entendons rarement des orientations cristallines telles que <001>, <011> et <101>, tandis que <100>, <110> et <111> Les orientations cristallines sont les plus courantes. Alors pourquoi est-il rare d'entendre des familles d'orientation en cristal telles que <200> et <111> avec des indices supérieurs à 1? La raison est en fait liée à la densité atomique et à l'énergie de liaison du plan cristallin. La distance entre les plans cristallins D est plus grande par rapport aux autres plans de cristal exponentiel supérieurs à 1. La densité atomique du plan cristallin est plus élevée, la distance entre les atomes est plus petite, l'énergie de liaison est plus grande et la stabilité du plan cristallin est plus élevée. Par conséquent, l'orientation des cristaux de silicium <100>, <110>, <111> est couramment utilisée pour les substrats de silicium ou l'épitaxie. PAM-XIAMEN fabrique des tranches de silicium avec des orientations de <100>, <110>, <111>, plus de spécificationshttps://www.powerwaywafer.com/silicon-wafer.

Fig. 1 Orientation des cristaux de silicium: <100>, <110>, <111>

1. Quelles sont les caractéristiques de l'orientation des cristaux de silicium avec <100>, <110> et <111>?

Pour l'orientation des cristaux de silicium <100>, densité de surface atomique = (1 + 4 × 1/4) / (a ​​^ 2) = 2 / (a ​​^ 2), espacement de surface cristalline d = a / √ (h ^ 2 + k ^ 2 + l ^ 2) = 0,543nm, densité de liaison atomique n100 = 4 / (a ​​^ 2);

Pour l'orientation <110> Crystal de la tranche, densité de surface atomique = (2 + 4 × 1/4 + 2 × 1/2) / (√2 × (a ^ 2)) = 3,5 / (a ​​^ 2), espacement de surface cristalline d = a / √ (h ^ 2 + k ^ 2 + l ^ 2) = 0,384nm, a atomique Density Bond N110 = 3√2 2) = 2,1 / (a ​​^ 2);

Pour la tranche de silicium avec orientation cristalline <111>, densité de surface atomique = (3 × 1/6 + 3 × 1/2) / (√3 / 2 × (a ^ 2)) = 2,31 / (a ​​^ 2), espacement du plan cristal d = a / √ (h ^ 2 + k ^ 2 + l ^ 2) = 0,314nm, atomique Danse de liaison n11 = 2 / (a ​​^ a ^ a ^ a ^ a ^ are 2) = 3,5 / (a ​​^ 2);

La densité atomique sur le plan de cristal diminue dans l'ordre de 111> 110> 100, donc le taux de diffusion et le taux de corrosion augmentent dans la direction de 111 <110 <100. Le taux de corrosion sur le plan 111 est d'environ 1,48UM / min, sur le plan 110, il est d'environ 3,0UM / min, et sur le plan 100, il est d'environ 3,4UM / min.

Le taux d'oxydation est de 111> 110> 100, ce qui est dû à la forte densité de surface de 111 atomes, à des liaisons plus insaturées et à une liaison plus rapide avec l'oxygène.

La densité de liaison atomique sur la surface <110> est la plus basse, donc les plaquettes de silicium avec une orientation <100> sont plus sujettes à la fragmentation, tandis que les plaquettes avec une orientation <100> sont plus sujettes à la fragmentation en 4 parties égales le long de la direction avec la plus faible densité de liaison atomique, et les wafers avec une <111> orientation sont plus proitiques à un fragmentation dans 6 pièces égales.

Le plan de clivage du silicium est <111>, car <111> a la densité de surface atomique la plus élevée, les cristaux de silicium en croissance naturelle ont souvent l'orientation des cristaux la plus externe <111>.

2. Applications de <100>, <110> et <111> des tranches de silicium orientées en cristal

2.1 <100> & <110> Wafers en silicium orienté en cristal pour MOSFET

<100> Les substrats en silicium orienté en cristal sont souvent utilisés pour la fabrication de dispositifs d'alimentation, tels que les MOSFET. Les raisons sont illustrées comme:

Les dispositifs d'alimentation sont généralement des dispositifs de canal de surface, et la densité des états de défaut de surface a un impact significatif sur la tension et la fiabilité du seuil. La densité de surface atomique de surface du (100) plan cristallin est la plus petite, correspondant à la densité de surface atomique la plus basse des états. Il y a moins de liaisons insaturées en surface et moins de défauts sont générés lorsque la surface de l'appareil s'oxyde;

En raison de la faible densité du (100) plan cristallin, ses taux d'oxydation thermique et de gravure sont relativement rapides et les experts du processus ont mené plus de recherches sur le processus d'orientation des cristaux <100>.

Les plaquettes avec <100> ou <110> sont des plans cristallins largement utilisés dans les MEM. Dans le processus de réalisation de la corrosion, la gravure humide repose principalement sur la différence de taux de corrosion entre différents plans cristallins. Adoptant un traitement de la plaquette plane 100, en utilisant un masque le long de la direction cristalline <110> et de la gravure dans une solution alcaline, il peut atteindre une surface lisse {111} avec un angle de 54,7 degrés avec la tranche de 100 plantes. Il est couramment utilisé dans la production de structures telles que les capteurs de pression. Lorsque la gravure humide à 110 tranches de silicium facilite, elle présente différentes caractéristiques à partir de tranches de silicium 100 faces. La gravure sur 110 tranches de silicium plane produit {111} faces perpendiculaires au substrat, qui peuvent fournir une grande surface optique de grande surface et de haute qualité, et possède une large gamme d'applications dans le champ optique.

2.2 <111> Orientation des cristaux de silicium pour les dispositifs bipolaires

<111> L'orientation des cristaux de silicium est plus couramment utilisée dans les dispositifs bipolaires en raison de:

Structure cristalline: Dans l'orientation cristalline <111>, la structure cristalline des tranches de silicium a une symétrie spéciale. Cette symétrie permet un meilleur contrôle du mouvement des électrons et des trous dans la fabrication de dispositifs bipolaires, entraînant un meilleur contrôle et des performances de courant, et permet la production d'un dopage très peu profond;

Caractéristiques de surface: la densité de surface atomique <111> orientée cristal est la plus élevée et le taux de dissolution est le plus lent. Lors de la fabrication de jonctions PN, il est relativement facile à contrôler et à obtenir une surface de jonction plate et stable, ce qui est très important pour la fabrication de dispositifs bipolaires. Une surface plane aide à fabriquer des électrodes et des structures précises, à réduire les effets de fuite de courant et de tunneling électronique et d'améliorer les performances et la fiabilité des appareils. De plus, le taux d'oxydation vers l'orientation cristalline <111> de la tranche de silicium est plus élevé, ce qui peut réduire le temps d'oxydation;

Intégration du dispositif de coplanaire: En raison des bonnes caractéristiques de surface et de la symétrie des tranches de silicium orientées <111>, l'intégration des dispositifs coplanaires peut être facilement réalisée. Les appareils Coplanar se réfèrent aux appareils où les électrons et les trous fonctionnent sur la même puce. Cette conception peut réduire la résistance et la capacité entre les appareils, améliorer la vitesse de l'appareil et l'efficacité électrique.

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