Orientacja kryształów i defekty płytek krzemowych

Co definiuje orientację kryształów krzemu?

Podstawowa krystaliczna komórka elementarnakrzem monokrystalicznyto struktura blendy cynku, w której każdy atom krzemu wiąże się chemicznie z czterema sąsiadującymi atomami krzemu. Strukturę tę można również znaleźć w monokrystalicznych diamentach węglowych. 

Rysunek 2:Komórka jednostkowaMonokrystaliczny krzemStruktura

Orientację kryształu określają wskaźniki Millera, reprezentujące płaszczyzny kierunkowe na przecięciu osi x, y i z. Rysunek 2 ilustruje płaszczyzny orientacji kryształów <100> i <111> struktur sześciennych. Warto zauważyć, że płaszczyzna <100> jest płaszczyzną kwadratową, jak pokazano na rysunku 2 (a), podczas gdy płaszczyzna <111> jest trójkątna, jak pokazano na rysunku 2 (b).

Rysunek 2: (a) <100> Płaszczyzna orientacji kryształów, (b) <111> Płaszczyzna orientacji kryształów

Dlaczego w przypadku urządzeń MOS preferowana jest orientacja <100>?

Orientacja <100> jest powszechnie stosowana w produkcji urządzeń MOS.

Rysunek 3: Struktura kratowa płaszczyzny orientacji <100>

Orientacja <111> jest preferowana w produkcji urządzeń BJT ze względu na wyższą gęstość płaszczyzny atomowej, dzięki czemu nadaje się do urządzeń o dużej mocy. Kiedy płytka <100> pęka, fragmenty zwykle tworzą się pod kątem 90°. Dla kontrastu <111>opłatekfragmenty pojawiają się w trójkątnych kształtach pod kątem 60°.

Rysunek 4: Struktura kratowa płaszczyzny orientacji <111>

Jak określa się kierunek kryształu?

Identyfikacja wizualna: Zróżnicowanie na podstawie morfologii, takiej jak wgłębienia trawienne i małe fasetki kryształów.

Dyfrakcja promieni rentgenowskich:Krzem monokrystalicznymoże być trawiony na mokro, a defekty na jego powierzchni utworzą wgłębienia spowodowane szybszym trawieniem w tych punktach. Za <100>wafleselektywne trawienie roztworem KOH daje w wyniku wgłębienia trawiące przypominające czworoboczną odwróconą piramidę, ponieważ szybkość trawienia w płaszczyźnie <100> jest większa niż w płaszczyźnie <111>. Dla <111>waflewgłębienia przybierają kształt czworościanu lub trójbocznej odwróconej piramidy.

Rysunek 5: Wżery wytrawione na płytkach <100> i <111>

Jakie są typowe wady kryształów krzemu?

Podczas wzrostu i późniejszych procesówkryształy i płytki krzemumogą wystąpić liczne defekty kryształów. Najprostszym defektem punktowym jest wakat, znany również jako defekt Schottky'ego, polegający na braku atomu w sieci. Wakaty wpływają na proces domieszkowania, ponieważ szybkość dyfuzji domieszekkrzem monokrystalicznyjest funkcją liczby wolnych miejsc pracy. Defekt śródmiąższowy powstaje, gdy dodatkowy atom zajmuje pozycję pomiędzy normalnymi miejscami sieci. Wada Frenkla powstaje, gdy wada śródmiąższowa i wakat sąsiadują ze sobą.

Dyslokacje, defekty geometryczne sieci, mogą wynikać z procesu ciągnięcia kryształu. Podczasopłatekpodczas produkcji dyslokacje wynikają z nadmiernych naprężeń mechanicznych, takich jak nierównomierne ogrzewanie lub chłodzenie, dyfuzja domieszki do siatki, osadzanie się filmu lub siły zewnętrzne działające na pęsetę. Rycina 6 przedstawia przykłady dwóch defektów dyslokacyjnych.

Rysunek 6: Schemat dyslokacji kryształu krzemu

Gęstość defektów i dyslokacji na powierzchni płytki musi być minimalna, ponieważ na tej powierzchni produkowane są tranzystory i inne elementy mikroelektroniczne. Defekty powierzchniowe krzemu mogą rozpraszać elektrony, zwiększając rezystancję i wpływając na wydajność komponentów. Wady naopłatekpowierzchnia zmniejsza wydajność układów scalonych. Każda wada ma zwisające wiązania krzemu, które zatrzymują atomy zanieczyszczeń i uniemożliwiają ich ruch. Celowe defekty na tylnej stronie płytki powstają w celu wychwytywania zanieczyszczeń w jej wnętrzuopłatek, zapobiegając wpływowi tych ruchomych zanieczyszczeń na normalne działanie elementów mikroelektronicznych.**

W Semicorex produkujemy i dostarczamymonokrystaliczne płytki krzemowe i inne rodzaje waflistosowane w produkcji półprzewodników. Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub potrzebujesz dodatkowych szczegółów, nie wahaj się z nami skontaktować.

Telefon kontaktowy: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com