Kiselkristallorienteringarna som vi ofta hör är <100>, <110> och <111>(visas som Fig. 1), vilket indikerar en kristallografisk familj. Enkristallkiselstrukturen tillhör kubiska kristaller och <100> kristallorienteringsfamiljen representerar sex kristallorienteringar: [100], [010], [001], [100], [0-10] och [00-1 ]. Därför hör vi sällan kristallorienteringar som <001>, <011> och <101>, medan <100>, <110> och <111> kristallorientering är de vanligaste. Så varför är det ovanligt att höra kristallorienteringsfamiljer som <200> och <311> med index större än 1? Anledningen är faktiskt relaterad till atomdensiteten och bindningsenergin i kristallplanet. Avståndet mellan kristallplanen d är större jämfört med andra exponentiella kristallplan större än 1. Kristallplanets atomtäthet är högre, avståndet mellan atomerna är mindre, bindningsenergin är större och kristallplanets stabilitet är högre. Därför används kiselkristallorienteringen <100>, <110>, <111> vanligtvis för kiselsubstrat eller epitaxi. PAM-XIAMEN tillverkar kiselwafers med orienteringar på <100>, <110>, <111>, mer specifikationer sehttps://www.powerwaywafer.com/silikon-wafer.

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

1. Vilka egenskaper kännetecknar Silicon Crystal Orientation med <100>, <110> och <111>?

För kiselkristallorienteringen <100>, atomytdensitet=(1+4×1/4)/(a ^ 2)=2/(a ^ 2), kristallytavstånd d=a/√(h ^ 2+ k^2+l^2)=0,543 nm, atombindningsdensitet n100=4/(a ^2);

För <110> skivans kristallorientering, atomytdensitet=(2+4×1/4+2×1/2)/(√2×(a ^ 2))=3,5/(a ^ 2), kristallyta mellanrum d=a/√(h ^ 2+k ^ 2+l ^ 2)=0,384 nm, atombindningsdensitet n110=3√2/(2×a ^ 2)=2,1/(a ^ 2);

För kiselskivan med kristallorientering <111>, atomär ytdensitet=(3×1/6+3×1/2)/(√3/2×(a ^ 2))=2,31/(a ^ 2), kristallplansavstånd d=a/√(h ^ 2+k ^ 2+l ^ 2)=0,314 nm, atombindningsdensitet n111=2√3/(a ^ 2)=3,5/(a ^ 2);

Atomdensiteten på kristallplanet minskar i storleksordningen 111>110>100, så diffusionshastigheten och korrosionshastigheten ökar i riktningen 111<110<100. Korrosionshastigheten på 111-planet är cirka 1,48um/min, på 110-planet är den cirka 3,0um/min, och på 100-planet är den cirka 3,4um/min.

Oxidationshastigheten är 111>110>100, vilket beror på den höga ytdensiteten på 111 atomer, fler omättade bindningar och snabbare bindning med syre.

Atombindningsdensiteten på <110>-ytan är den lägsta, så kiselskivor med <100>-orientering är mer benägna att fragmenteras, medan wafers med <100>-orientering är mer benägna att fragmenteras i 4 lika delar längs riktningen med den lägsta atombindningsdensiteten och skivor med en <111>-orientering är mer benägna att fragmenteras i 6 lika delar.

Kiselets klyvningsplan är <111>, eftersom <111> har den högsta atomära ytdensiteten, naturligt växande kiselkristaller har ofta den yttersta <111> kristallorienteringen.

2. Tillämpningar av <100>, <110> och <111> Kristallorienterade silikonwafers

2.1 <100> & <110> Crystal Oriented Silicon Wafers för MOSFET

<100> kristallorienterade kiselsubstrat används ofta för tillverkning av kraftenheter, såsom MOSFETs. Orsakerna illustreras som:

Kraftanordningar är i allmänhet ytkanalanordningar, och tätheten av ytdefekttillstånd har en betydande inverkan på tröskelspänningen och tillförlitligheten. Ytans atomyttäthet för (100) kristallplanet är den minsta, motsvarande den lägsta atomyttätheten av tillstånd. Det finns färre ytomättade bindningar och färre defekter genereras när enhetens yta oxiderar;

På grund av den låga densiteten hos (100) kristallplanet är dess termiska oxidations- och etsningshastighet relativt snabb, och processexperter har genomfört mer forskning om <100> kristallorienteringsprocessen.

Wafers med <100> eller <110> är mycket använda kristallplan i MEMS. I processen för att uppnå korrosion bygger våtetsning huvudsakligen på skillnaden i korrosionshastigheter mellan olika kristallplan. Genom att använda 100-plans wafer-bearbetning, använda en mask längs <110>-kristallriktningen och etsning i alkalisk lösning, kan den uppnå en {111} slät yta med en vinkel på 54,7 grader med 100-planswafern. Det används ofta vid tillverkning av strukturer som trycksensorer. Vid våtetsning av 110-sidiga kiselskivor uppvisar den andra egenskaper än 100-sidiga kiselskivor. Etsning på 110-plana kiselskivor producerar {111} ytor vinkelräta mot substratet, vilket kan ge en stor yta och högkvalitativ optisk yta, och har ett brett utbud av applikationer inom det optiska området.

2.2 <111> Silikonkristallorientering för bipolära enheter

<111> kiselkristallorientering används oftare i bipolära enheter på grund av:

Kristallstruktur: I kristallorienteringen <111> har kristallstrukturen hos kiselskivor en speciell symmetri. Denna symmetri möjliggör bättre kontroll av elektron- och hålrörelser vid tillverkning av bipolära enheter, vilket resulterar i bättre strömkontroll och prestanda, och möjliggör produktion av mycket ytlig dopning;

Ytegenskaper: Den <111> kristallorienterade atomyttätheten är högst och upplösningshastigheten är den lägsta. När man gör PN-övergångar är det relativt enkelt att kontrollera och få en plan och stabil kopplingsyta, vilket är mycket viktigt för tillverkning av bipolära enheter. En plan yta hjälper till att tillverka exakta elektroder och strukturer, minska strömläckage och elektrontunneleffekter och förbättra enhetens prestanda och tillförlitlighet. Dessutom är oxidationshastigheten mot <111> kristallorienteringen av kiselskivan högre, vilket kan minska oxidationstiden;

Integrering av enheter i samma plan: Tack vare de goda ytegenskaperna och symmetrin hos <111>-orienterade kiselskivor kan integrationen av enheter i samma plan lätt uppnås. Koplanära enheter hänvisar till enheter där elektroner och hål fungerar på samma chip. Denna design kan minska motstånd och kapacitans mellan enheter, förbättra enhetens hastighet och energieffektivitet.

För mer information, vänligen kontakta oss maila påvictorchan@powerwaywafer.com och powerwaymaterial@gmail.com.