Orientación de los cristales y defectos en las obleas de silicio

¿Qué define la orientación cristalina del silicio?

La celda unitaria de cristal básica desilicio monocristalinoes la estructura blenda de zinc, en la que cada átomo de silicio se une químicamente con cuatro átomos de silicio vecinos. Esta estructura también se encuentra en los diamantes de carbono monocristalinos. 

Figura 2:Celda unitaria deSilicio monocristalinoEstructura

La orientación del cristal está definida por los índices de Miller, que representan planos direccionales en la intersección de los ejes x, y, z. La Figura 2 ilustra los planos de orientación cristalina <100> y <111> de estructuras cúbicas. En particular, el plano <100> es un plano cuadrado como se muestra en la Figura 2(a), mientras que el plano <111> es triangular, como se muestra en la Figura 2(b).

Figura 2: (a) <100> Plano de orientación del cristal, (b) <111> Plano de orientación del cristal

¿Por qué se prefiere la orientación <100> para los dispositivos MOS?

La orientación <100> se usa comúnmente en la fabricación de dispositivos MOS.

Figura 3: Estructura reticular del plano de orientación <100>

La orientación <111> se ve favorecida para fabricar dispositivos BJT debido a su mayor densidad en el plano atómico, lo que la hace adecuada para dispositivos de alta potencia. Cuando una oblea <100> se rompe, los fragmentos normalmente se forman en ángulos de 90°. Por el contrario, <111>obleaLos fragmentos aparecen en formas triangulares de 60°.

Figura 4: Estructura reticular del plano de orientación <111>

¿Cómo se determina la dirección del cristal?

Identificación visual: diferenciación a través de la morfología, como hoyos de grabado y pequeñas facetas de cristal.

Difracción de rayos X:silicio monocristalinoPuede grabarse en húmedo y los defectos en su superficie formarán hoyos debido a una mayor tasa de grabado en esos puntos. Por <100>obleas, el grabado selectivo con solución de KOH da como resultado fosas de grabado que se asemejan a una pirámide invertida de cuatro lados, ya que la velocidad de grabado en el plano <100> es más rápida que en el plano <111>. Para <111>obleas, los hoyos de grabado toman la forma de un tetraedro o una pirámide invertida de tres lados.

Figura 5: Pozos de grabado en las obleas <100> y <111>

¿Cuáles son los defectos comunes en los cristales de silicio?

Durante el crecimiento y procesos posteriores decristales y obleas de silicio, pueden producirse numerosos defectos en los cristales. El defecto puntual más simple es una vacante, también conocida como defecto de Schottky, donde falta un átomo en la red. Las vacantes afectan el proceso de dopaje ya que la tasa de difusión de los dopantes ensilicio monocristalinoes función del número de vacantes. Un defecto intersticial se forma cuando un átomo extra ocupa una posición entre los sitios normales de la red. Un defecto de Frenkel surge cuando un defecto intersticial y una vacante son adyacentes.

Las dislocaciones, defectos geométricos en la red, pueden resultar del proceso de extracción del cristal. DuranteobleaEn la fabricación, las dislocaciones se relacionan con una tensión mecánica excesiva, como un calentamiento o enfriamiento desigual, difusión de dopantes en la red, deposición de películas o fuerzas externas de las pinzas. La Figura 6 muestra ejemplos de dos defectos de dislocación.

Figura 6: Diagrama de dislocación del cristal de silicio

La densidad de defectos y dislocaciones en la superficie de la oblea debe ser mínima, ya que en esta superficie se fabrican transistores y otros componentes microelectrónicos. Los defectos superficiales del silicio pueden dispersar electrones, aumentando la resistencia y afectando el rendimiento de los componentes. Defectos en elobleaLa superficie reduce el rendimiento de los chips de circuito integrado. Cada defecto tiene algunos enlaces de silicio colgantes, que atrapan los átomos de impurezas e impiden su movimiento. Los defectos intencionales en la parte posterior de la oblea se crean para capturar contaminantes dentro de la oblea.oblea, evitando que estas impurezas móviles afecten el funcionamiento normal de los componentes microelectrónicos.**

Nosotros en Semicorex fabricamos y suministramos enobleas de silicio monocristalino y otros tipos de obleasaplicado en la fabricación de semiconductores, si tiene alguna consulta o necesita detalles adicionales, no dude en ponerse en contacto con nosotros.

Teléfono de contacto: +86-13567891907

Correo electrónico: sales@semicorex.com