우리가 자주 듣는 실리콘 결정 방향은 <100>, <110> 및 <111>(그림 1 참조)이며 각각 결정학 계열을 나타냅니다. 단결정 실리콘 구조는 입방정에 속하며 <100> 결정 방향 계열은 [100], [010], [001], [100], [0-10] 및 [00-1]의 6가지 결정 방향을 나타냅니다. ]. 따라서 <001>, <011> 및 <101>과 같은 결정 방향은 거의 들리지 않지만 <100>, <110> 및 <111> 결정 방향은 가장 일반적입니다. 그렇다면 인덱스가 1보다 큰 <200> 및 <311>과 같은 결정 방향 계열을 듣는 것이 드문 이유는 무엇입니까? 그 이유는 실제로 결정면의 원자밀도와 결합에너지와 관련이 있다. 결정면 사이의 거리 d는 1보다 큰 다른 지수 결정면에 비해 더 크다. 결정면의 원자 밀도는 더 높고, 원자 사이의 거리는 더 작으며, 결합 에너지는 더 크고, 결정면의 안정성은 더 크다. 더 높은. 따라서 실리콘 결정 방향 <100>, <110>, <111>은 실리콘 기판이나 에피택시에 일반적으로 사용됩니다. PAM-XIAMEN은 <100>, <110>, <111> 방향의 실리콘 웨이퍼를 제조합니다. 자세한 사양은 참조하세요.https://www.powerwaywafer.com/silicon-wafer.

그림 1 실리콘 결정 방향: <100>, <110>, <111>

1. <100>, <110>, <111>의 실리콘 결정 배향 특성은 무엇입니까?

실리콘 결정 방향 <100>의 경우 원자 표면 밀도=(1+4×1/4)/(a ^ 2)=2/(a ^ 2), 결정 표면 간격 d=a/√(h ^ 2+ k^2+l^2)=0.543nm, 원자 결합 밀도 n100=4/(a^2);

<110> 웨이퍼 결정 방향의 경우 원자 표면 밀도=(2+4×1/4+2×1/2)/(√2×(a ^ 2))=3.5/(a ^ 2), 결정 표면 간격 d=a/√(h ^ 2+k ^ 2+l ^ 2)=0.384nm, 원자 결합 밀도 n110=3√2/(2×a ^ 2)=2.1/(a ^ 2);

결정 방위 <111>을 갖는 실리콘 웨이퍼의 경우, 원자 표면 밀도=(3×1/6+3×1/2)/(√3/2×(a ^ 2))=2.31/(a ^ 2), 결정면 간격 d=a/√(h ^ 2+k ^ 2+l ^ 2)=0.314nm, 원자 결합 밀도 n111=2√3/(a ^ 2)=3.5/(a ^ 2);

결정면의 원자밀도는 111>110>100 순으로 감소하므로 확산속도와 부식속도는 111<110<100 방향으로 증가한다. 111 평면의 부식 속도는 약 1.48um/min, 110 평면의 부식 속도는 약 3.0um/min, 100 평면의 부식 속도는 약 3.4um/min입니다.

산화 속도는 111>110>100이며 이는 111개 원자의 표면 밀도가 높고 불포화 결합이 더 많으며 산소와의 결합이 더 빠르기 때문입니다.

<110> 표면의 원자 결합 밀도가 가장 낮으므로 <100> 방향의 실리콘 웨이퍼는 조각화되기 쉽고, <100> 방향의 웨이퍼는 방향을 따라 4등분으로 조각화되기 쉽습니다. 원자 결합 밀도가 가장 낮고 <111> 방향의 웨이퍼는 6개의 동일한 부분으로 조각화되기 쉽습니다.

실리콘의 벽개면은 <111>입니다. <111>은 원자 표면 밀도가 가장 높기 때문에 자연적으로 성장하는 실리콘 결정은 종종 가장 바깥쪽 <111> 결정 방향을 갖습니다.

2. <100>, <110>, <111> 결정 지향 실리콘 웨이퍼의 응용

2.1 MOSFET용 <100> 및 <110> 결정 지향 실리콘 웨이퍼

<100> 결정 지향 실리콘 기판은 MOSFET과 같은 전력 장치 제조에 자주 사용됩니다. 그 이유는 다음과 같습니다.

전력 소자는 일반적으로 표면 채널 소자이며, 표면 결함 상태의 밀도는 문턱 전압과 신뢰성에 큰 영향을 미칩니다. (100) 결정면의 표면 원자 표면 밀도가 가장 작으며 이는 상태의 가장 낮은 원자 표면 밀도에 해당합니다. 표면 불포화 결합이 적고 장치 표면이 산화될 때 결함이 덜 생성됩니다.

(100) 결정면의 밀도가 낮기 때문에 열 산화 및 에칭 속도가 상대적으로 빠르며, 공정 전문가들은 <100> 결정 배향 공정에 대해 더 많은 연구를 수행했습니다.

<100> 또는 <110>을 갖는 웨이퍼는 MEMS에서 널리 사용되는 결정 평면입니다. 부식을 달성하는 과정에서 습식 에칭은 주로 서로 다른 결정면 간의 부식 속도 차이에 의존합니다. 100 평면 웨이퍼 가공을 채택하고, <110> 결정 방향을 따라 마스크를 사용하고, 알칼리성 용액으로 에칭함으로써 100 평면 웨이퍼로 54.7도 각도의 {111} 매끄러운 표면을 얻을 수 있습니다. 압력 센서와 같은 구조물 생산에 일반적으로 사용됩니다. 110면 실리콘 웨이퍼를 습식 에칭할 경우 100면 실리콘 웨이퍼와는 다른 특성을 나타냅니다. 110 평면 실리콘 웨이퍼에 대한 에칭은 기판에 수직인 {111} 면을 생성하여 넓은 면적과 고품질 광학 표면을 제공할 수 있으며 광학 분야에서 광범위한 응용 분야를 갖습니다.

2.2 양극성 소자의 <111> 실리콘 결정 배향

<111> 실리콘 결정 방향은 다음과 같은 이유로 바이폴라 장치에서 더 일반적으로 사용됩니다.

결정 구조: <111> 결정 방향에서 실리콘 웨이퍼의 결정 구조는 특별한 대칭을 갖습니다. 이러한 대칭성을 통해 양극 장치 제조 시 전자와 정공 이동을 더 효과적으로 제어할 수 있어 전류 제어 및 성능이 향상되고 매우 얕은 도핑을 생성할 수 있습니다.

표면 특성: <111> 결정 지향 원자 표면 밀도가 가장 높고 용해 속도가 가장 느립니다. PN 접합을 만들 때 편평하고 안정적인 접합 표면을 제어하고 얻는 것이 비교적 쉽습니다. 이는 바이폴라 장치 제조에 매우 중요합니다. 평평한 표면은 정밀한 전극과 구조를 제조하고 전류 누출과 전자 터널링 효과를 줄이며 장치 성능과 신뢰성을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 또한, 실리콘 웨이퍼의 <111> 결정 방향에 대한 산화 속도가 더 높기 때문에 산화 시간을 줄일 수 있습니다.

동일 평면 장치 통합: <111> 방향 실리콘 웨이퍼의 우수한 표면 특성과 대칭성으로 인해 동일 평면 장치의 통합이 쉽게 이루어질 수 있습니다. 동일 평면 장치는 전자와 정공이 동일한 칩에서 작동하는 장치를 말합니다. 이 설계는 장치 간의 저항과 정전 용량을 줄이고 장치 속도와 전력 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

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