Способы ориентации монокристалла по кристаллографическим плоскостям

Кристаллозаготовка

В производстве приборов и схем используют полупроводниковые материалы, легированные различными примесями, что дает возмож­ность существенно изменять свойства этих материалов. Однако основ­ным материалом для изготовления интегральных микросхем (ИМС) и микросистем до настоящего времени остается кремний. Он обладает ря­дом свойств, позволяющих легко создавать на нем диэлектрические слои для маскирования от проникновения примесей и защиты поверхно­сти от влияния внешней среды, обеспечивающих высокие рабочие тем­пературы (до 150 °С). Поэтому именно технология кремниевых инте­гральных элементов будет рассматриваться в настоящем пособии.

Кремний имеет алмазоподобную кристаллическую решетку, кото­рая может быть представлена как две гранецентрированные кубические решетки, сдвинутые относительно друг друга на 1/4 большой диагонали куба. Параметр решетки куба а равен 0,54 нм (длина ребра куба), а рас­стояние между двумя ближайшими соседними атомами составляет 0,23 нм. Каждый атом связан с четырьмя ближайшими соседями ковалентными связями, расположенными по отношению к этому атому в вершинах правильного тетраэдра (рис. 1.1).

В кубической решетке кремния удобно выделить наиболее характерные плоскости и направления, называемые индексами Миллера (рис. 1.2). Если в начало координат поместить куб с ребра­ми, отсекающими единичные отрезки по осям координат, то плоскости, образую­щие грани куба, будут иметь координату по одной из осей, например х, равную 1, а другим плоскостям будут параллельны. Обратные величины отрезков, отсекаемых плоскостями по осям координат, для этой кристаллографической плоскости будут 1,0,0 (рис.1.2,а). Это и есть индексы Миллера для граней куба. Соответственно для диагональной плоскости куба (рис. 1.2,б) эти индексы будут 1,1,0, а для плоскостей, отсекающих единичные отрезки по всем трем координатам (рис.1.2,в) - 1,1,1.

атомы кремния с тетраэдрической ориентацией ковалентных связей; - примесь замещения Рис. 1.1. Схематическое пред­ставление кристаллической решетки кремния

Индексы помещают в круглые скобки: (100), (110), (111). Если же речь идет о системе кристаллографически эквивалентных плоскостей, то используются фигурные скобки: {100}, {110}, {111}. Направления, пер­пендикулярные этим плоскостям, имеют те же индексы, но заключаются в квадратные скобки: [100], [110], [111], а семейство направлений с оди­наковыми индексами - в треугольные скобки: <100>, <110>, <111>. Три указанных плоскости и направления являются наиболее важными в кри­сталле кремния и в основном используются в производстве кремниевых интегральных микросхем. Многие технологические процессы протекают различно при разных кристаллографических ориентациях поверхности кремниевой пластины. Для биполярных ИМС обычно используется ори­ентация поверхности параллельно (111), для МДП схем предпочтитель­ной является ориентация поверхности по плоскости (100).