シリコン酸塩基板の向きは?

半導体装置は 表面上やその近くで作られています表面の性質が装置の性質に影響を与える可能性があります.これらの表面特性は,一般的に結晶平面または結晶方向によって記述される.

1. SiC基板の向き

結晶方向:結晶細胞内の任意の2つの原子/分子/イオン間の線で示される方向は結晶方向と呼ばれます.
 

結晶平面: 原子/分子/イオンからなる平面は結晶平面と呼ばれる.
 

単位セルの特定の点Oを起源として取ると, 起源Oを通る X/Y/Z座標軸を設定します.単位セルの格子ベクトルの長さを座標軸の長さの単位として結晶の方向 AB に平行して,P 点の3つの座標値を決定します.3つの値を最小整数 u に変換します.u,v,w,加えて平方括弧 [uvw] は,決定される AB の結晶向き指数です. u,v,w のいずれかが負の場合は,数字の上に負の記号を置いてください.指数によって示されるすべての方向が一致し,互いに平行している結晶の方向.

結晶の向きグループ:結晶原子は,同じ結晶の集合に配置され,結晶の家族として知られています. 例えば立方結晶システムでは,a/b/c の3つの値は同じです.[111] クランの合計8人 ([111][111], [1-11]および [11-1], [1-11], [- 11-1], [1-1-1], [1-1-1]).このオリエンテーショングループを<111>で表す.同様に,<100>オリエンテーショングループには6つのオリエンテーションが含まれます: [100],[010],[001],[-100],[0-10] と [00-1]立方体でない場合は,方向指数の順序を変更することによって,方向グループが異なる可能性があります.

2.Wafer C と Si の面のスケーマ図,プライマリフラット,セカンドリーフラット,レーザーマーク位置.

3MOSFET などの電源装置の製造になぜ<100>結晶基板がしばしば使用されるのか?

電源装置は一般的に表面チャネル装置であり,表面欠陥状態の密度は,限界電圧と信頼性に大きく影響する.(100) の原子表面密度は,最も小さい表面に不飽和結合が少ない.装置の表面が酸化すると 欠陥が少なくなります.
 

低密度 (100) の結晶面のため,その熱酸化とエッチングレートは比較的速く, <100> の結晶方向のプロセス研究でもプロセスリーダーが多く;
<110> 結晶方向は,<110> 結晶方向の原子が比較的密接に配置されているため,シリコンウエフの電子移動性が最も高い方向である.この方向に移動するときに,より少ない障害に直面します.しかし,<100> 結晶方向の原子は緩やかに配置され,この方向に移動する際に電子は多くの障害物によって妨げられます.電子の移動は比較的低いので方向性シリコンウエファは,いくつかの点でより優れた性能を持っているが,密度の高い格子構造とシリコン・ウェーバーを<110>の方向性ウェーバーに切る高コストと技術的困難のため,しばしば使用されません..
 

装置のレイアウト設計では,セル方向またはゲートポリ結晶方向はスクリプトチャネルに垂直ではなく,スクリプトチャネルと45度角にある.目的は,結晶の方向のチャネル方向を <110> にすることです.負荷キャリアの移動性を高め,損失を削減し,異なるレイアウト方向に加えて,ウエファーの全体的なストレスの一貫性も有益です.ローブ型装置はどんどん増えましたチャンネル・チャージ・キャリアの方向は水晶平面に垂直であったため,移動性の改善に関して他の方向を変えることはほとんど意味がなかった.

40nm前にはCMOSプロセスは<100>の結晶方向性基板を使用する傾向がある. 28nmでは,PMOSの移動性を最大化するために,業界では<110>の結晶方向性基板を使用する.この方向へPMOSチャネルは圧縮ストレスに最も敏感であるため,移動性が最大限に改善できます.穴の移動性を最適化するために,ソース漏れゲルマニウムシリコンストレスの技術を使用します<100> 方向のシリコンウエファは,密度の高い格子構造により,いくつかの点で性能が優れているが,シリコン・ウエフルは高価で,技術的に難易で,<110>のオリエンテーション・ウエフルに切れます..

4なぜSiC電源装置はしばしば4H-SiC結晶構造と<0001>ウエファーで作られている?

3C-SiCは SiCの様々な結晶タイプの中で 結合エネルギーが最も低く 格子のないエネルギーが最も高く 核化が容易ですが 超安定状態です安定性が低く,固体相移転が容易である外的条件の影響下で発生する可能性が高い.したがって,外的条件を変更することで,3C-SiCは相変換を経て他の結晶形になる.

以下は,4H-SiCと6H-SiCの性能差の具体的な比較で,なぜSiC電源装置が一般的に4H-SiC結晶構造を使用するのかを知ることができます.

4H SiCと6H-SiCの主な違いは,結晶構造,物理特性,電気特性にある.4H SiCは6H-SiCのABABABスタッキングと比較してABCBスタッキング順序とより高い対称性を持っていますこの対称性差は結晶成長プロセスに影響を与え,4H-sicの欠陥密度が小さく結晶質が向上します.4H-SiC は C 軸に沿ってより高い熱伝導性とより高いキャリア移動性を示していますMOSFET,ショットキーダイオード,双極結合トランジスタなどの高周波および高電力アプリケーションに適しています.6H-SiCは,より低い深層欠陥と,より低いキャリア再結合率を持っています.高品質の基板のアプリケーション,上軸成長,電子機器の製造など,高品質の基板のアプリケーションに適しています.この2つの結晶構造の選択は,半導体装置の特殊な要件と,その意図された用途に依存する..

5. なぜSiC電源装置のウエファー向きはしばしば<0001>なのか?

シリコンの結晶向き分析によると,4H-SiC <0001> の結晶構造は以下の利点がある.

結晶構造の利点

SiC材料のウエファー構造は<0001>の結晶方向で良好な格子マッチ性があり,ウエファー成長および製造プロセスにおいて高い結晶品質とウエファー整合性を可能にします.

<0001> 向きは,高品質の SiC-SiO2 インターフェースを得るのに有利な,インターフェイス状態の低密度の Si-C 結合表面を形成することができる.

<0001> 結晶の表面は比較的平らで,高品質の上軸膜の成長を得るのに便利です.<0001> の結晶方向の炭素原子の密度が高い装置の隔熱信頼性を確保するために非常に重要です.

熱伝導性の利点:

SiC材料は熱伝導性が非常に高いため,電源装置の動作中により効率的な散熱が可能である.これはチップの熱消耗性能をさらに向上させ,電源装置の電源密度と信頼性を向上させるのに役立ちます..

装置の性能優位性: <0001> SiCウエファーは,低漏れ電流と高断熱電圧を達成することができます.SiCウエファーはまた,より高いキャリア移動性と大きな自発的偏振効果を持っています.MOSFETチャネルの電子密度を高め,伝導状態の伝導電流を改善するために使用できます装置のスイッチング速度と動作頻度を向上させるのに役立ちます.