Orientation des cristaux et défauts dans les plaquettes de silicium

Qu'est-ce qui définit l'orientation cristalline du silicium ?

La cellule unitaire cristalline de base desilicium monocristallinest la structure blende de zinc, dans laquelle chaque atome de silicium se lie chimiquement à quatre atomes de silicium voisins. Cette structure se retrouve également dans les diamants en carbone monocristallin. 

Figure 2 :Cellule unitaire deSilicium monocristallinStructure

L'orientation des cristaux est définie par les indices de Miller, représentant les plans directionnels à l'intersection des axes x, y et z. La figure 2 illustre les plans d'orientation cristalline <100> et <111> de structures cubiques. Notamment, le plan <100> est un plan carré comme le montre la figure 2(a), tandis que le plan <111> est triangulaire, comme le montre la figure 2(b).

Figure 2 : (a) <100> plan d'orientation du cristal, (b) <111> plan d'orientation du cristal

Pourquoi l'orientation <100> est-elle préférée pour les appareils MOS ?

L'orientation <100> est couramment utilisée dans la fabrication de dispositifs MOS.

Figure 3 : Structure en treillis du plan d'orientation <100>

L'orientation <111> est privilégiée pour la fabrication de dispositifs BJT en raison de sa densité plan atomique plus élevée, ce qui la rend adaptée aux dispositifs de haute puissance. Lorsqu'une plaquette <100> se brise, des fragments se forment généralement à des angles de 90°. En revanche, <111>trancheles fragments apparaissent sous des formes triangulaires à 60°.

Figure 4 : Structure en treillis du plan d'orientation <111>

Comment la direction du cristal est-elle déterminée ?

Identification visuelle : différenciation par la morphologie, comme les piqûres de gravure et les petites facettes cristallines.

Diffraction des rayons X :Silicium monocristallinpeut être gravé par voie humide, et les défauts sur sa surface formeront des piqûres de gravure en raison d'un taux de gravure plus élevé à ces points. Pour <100>plaquettes, une gravure sélective avec une solution de KOH entraîne des creux de gravure ressemblant à une pyramide inversée à quatre côtés, car la vitesse de gravure sur le plan <100> est plus rapide que sur le plan <111>. Pour <111>plaquettes, les piqûres de gravure prennent la forme d'un tétraèdre ou d'une pyramide inversée à trois côtés.

Figure 5 : Piqûres de gravure sur les tranches <100> et <111>

Quels sont les défauts courants des cristaux de silicium ?

Au cours de la croissance et des processus ultérieurs decristaux et plaquettes de silicium, de nombreux défauts cristallins peuvent apparaître. Le défaut ponctuel le plus simple est une lacune, également connue sous le nom de défaut de Schottky, dans laquelle un atome manque dans le réseau. Les postes vacants affectent le processus de dopage puisque le taux de diffusion des dopants danssilicium monocristallinest fonction du nombre de postes vacants. Un défaut interstitiel se forme lorsqu’un atome supplémentaire occupe une position entre les sites normaux du réseau. Un défaut de Frenkel apparaît lorsqu'un défaut interstitiel et une lacune sont adjacents.

Des dislocations, des défauts géométriques dans le réseau, peuvent résulter du processus d'extraction des cristaux. PendanttrancheLors de la fabrication, les luxations sont liées à des contraintes mécaniques excessives, telles qu'un chauffage ou un refroidissement irrégulier, une diffusion de dopant dans le réseau, un dépôt de film ou des forces externes exercées par des pincettes. La figure 6 montre des exemples de deux défauts de luxation.

Figure 6 : Diagramme de dislocation du cristal de silicium

La densité de défauts et de dislocations sur la surface de la plaquette doit être minimale, car les transistors et autres composants microélectroniques sont fabriqués sur cette surface. Les défauts de surface du silicium peuvent disperser les électrons, augmentant la résistance et affectant les performances des composants. Des défauts sur letrancheLa surface réduit le rendement des puces de circuits intégrés. Chaque défaut présente des liaisons de silicium pendantes, qui piègent les atomes d'impuretés et empêchent leur mouvement. Des défauts intentionnels à l’arrière de la plaquette sont créés pour capturer les contaminants à l’intérieur dutranche, empêchant ces impuretés mobiles d'affecter le fonctionnement normal des composants microélectroniques.**

Chez Semicorex, nous fabriquons et fournissons enplaquettes de silicium monocristallin et autres types de plaquettesappliqué dans la fabrication de semi-conducteurs, si vous avez des questions ou avez besoin de détails supplémentaires, n'hésitez pas à nous contacter.

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