シリコンウェーハの結晶方位と欠陥

シリコンの結晶方位は何によって決まるのでしょうか?

基本的な結晶単位セル単結晶シリコンは閃亜鉛鉱構造であり、各ケイ素原子が隣接する 4 つのケイ素原子と化学結合します。この構造は単結晶炭素ダイヤモンドにも見られます。 

図2:の単位セル単結晶シリコン構造

結晶方位は、x、y、z 軸の交点における方向面を表すミラー指数によって定義されます。図 2 は、立方晶構造の <100> および <111> 結晶方位面を示しています。特に、<100> 面は図 2(a) に示すように正方形の面ですが、<111> 面は図 2(b) に示すように三角形です。

図 2: (a) <100> 結晶方位面、(b) <111> 結晶方位面

なぜ MOS デバイスには <100> 方向が推奨されるのですか?

<100> 方向は、MOS デバイスの製造に一般的に使用されます。

図 3: <100> 方位面の格子構造

<111> 配向は原子面密度が高いため、BJT デバイスの製造に適しており、高出力デバイスに適しています。 <100> ウェーハが破損すると、通常、破片が 90° の角度で形成されます。対照的に、<111>ウエハース破片は 60 度の三角形の形で現れます。

図 4: <111> 配向面の格子構造

結晶の方向はどのように決まるのでしょうか?

視覚的識別: エッチピットや小さな結晶ファセットなどの形態による識別。

X線回折:単結晶シリコンウェットエッチングが可能であり、その表面の欠陥は、その箇所でのエッチング速度が速くなるためにエッチピットを形成します。 <100>の場合ウエハース<100> 面のエッチング速度は <111> 面よりも速いため、KOH 溶液による選択エッチングでは、四角錐のようなエッチ ピットが形成されます。 <111>の場合ウエハース、エッチピットは四面体または三角錐の形をしています。

図 5: <100> および <111> ウェーハのエッチ ピット

シリコン結晶によくある欠陥は何ですか?

成長とその後の過程において、シリコン結晶とウェーハ、多数の結晶欠陥が発生する可能性があります。最も単純な点欠陥は、ショットキー欠陥としても知られる空孔であり、格子から原子が欠落しています。空孔はドーパントの拡散速度に影響を与えるため、ドーピングプロセスに影響を与えます。単結晶シリコンは欠員の数の関数です。格子間欠陥は、余分な原子が通常の格子サイト間の位置を占めるときに形成されます。フレンケル欠陥は、格子間欠陥と空孔が隣接する場合に発生する。

転位、つまり格子内の幾何学的欠陥は、結晶引上げプロセスによって生じる可能性があります。その間ウエハース製造時の転位は、不均一な加熱または冷却、格子内へのドーパントの拡散、膜の堆積、またはピンセットからの外力などの過度の機械的ストレスに関連しています。図 6 は 2 つの転位欠陥の例を示しています。

図 6: シリコン結晶の転位図

トランジスタやその他のマイクロエレクトロニクス部品はウェーハ表面上に製造されるため、ウェーハ表面上の欠陥や転位の密度は最小限でなければなりません。シリコンの表面欠陥は電子を散乱させ、抵抗を増加させ、コンポーネントの性能に影響を与える可能性があります。の欠陥ウエハース表面が汚れると、集積回路チップの歩留まりが低下します。各欠陥にはシリコンのダングリングボンドがいくつかあり、これが不純物原子を捕捉してその移動を妨げます。ウェーハ裏面の意図的な欠陥は、ウェーハ内の汚染物質を捕捉するために作成されます。ウエハース、これらの移動性不純物がマイクロ電子部品の通常の動作に影響を与えるのを防ぎます。**

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