半導體行業(yè)之晶體生長和硅片準備（二）

單位結(jié)構(gòu)

晶體材料可能有兩層原子結(jié)構(gòu)。首先是原子以特定的形狀排列在單個晶胞的特定的點上。另一個用來指代晶體結(jié)構(gòu)的術語是晶格。晶體物質(zhì)的具體意義是說：首先是這種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)具有特定晶格結(jié)構(gòu)，并且原子位于晶格結(jié)構(gòu)的特定位置點上，這樣才能保證具有非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。原子的數(shù)目、原子在單晶胞中的相對位置和原子之間的結(jié)合能的大小的不同產(chǎn)生了許多不同的特性的材料。每種晶體材料都有一個獨特的晶胞，這一點是區(qū)別與其他晶體結(jié)構(gòu)的主要特性。硅原子有16個原子，這16個原子按照不同的構(gòu)成方位排列成菱形結(jié)構(gòu)(具體結(jié)構(gòu)如下圖所示)。砷化鎵晶體中有18個原子，構(gòu)成了一種稱為混合鋅的單胞結(jié)構(gòu)(如下圖結(jié)構(gòu)所示)。

多晶和單晶

晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的第二級結(jié)構(gòu)方面與單位單元的組織方式密切相關。在本征半導體中，單位晶胞不是按照相同的一個規(guī)則排布。這種情況類似于一堆雜亂的糖立方體，每個立方體代表一個單元的晶體晶格。有這種排列方式所構(gòu)成的的材料具有一種被稱為多晶結(jié)構(gòu)的構(gòu)型所組成。

第二級層面的組織方式發(fā)生在單位細胞(方糖)全部完成時，相對于其他的排列整齊且有規(guī)則的惡方式而言，這種方式具有非常不同的特性(正如下圖所示的)。在這種構(gòu)型中，結(jié)構(gòu)中的材料排列成單晶(或單晶)結(jié)構(gòu)。單晶材料比多晶材料具有更均勻和更加可預測的性質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)可以在半導體材料中實現(xiàn)一個均勻的和可預測的電子的流動。在晶圓制程的最后階段中，晶體的均勻性至關重要，這一特點對于將晶圓片分離成邊緣干凈、側(cè)面尺寸完備的模具具有及其重要的作用。

晶體取向

除了對晶圓片單晶結(jié)構(gòu)的要求外，還有對于特定晶體取向的要求。這個概念可以通過考慮將單晶塊切片來進行深入理解，如下圖所示。把它切成垂直平面將暴露另外的一組平面，同時將其從一個角到另一個角切割會暴露出一個不同的平面。每個平面都是獨一無二的，并且產(chǎn)生不同的原子數(shù)和原子間的結(jié)合能。每一種都有不同的化學性質(zhì)，電子性質(zhì)和賦予晶圓片的物理特性。具體的晶體取向需要滿足不同的晶圓片的需要。

水晶位面由一系列被稱為米勒的三個數(shù)字來識別指數(shù)。兩個簡單的立方單元格依偎在XYZ坐標的原點上，具體可以從下圖所示的系統(tǒng)來進一步呈現(xiàn)。硅最常用的兩種取向晶圓片是<100>和<111>平面。平面名稱用語言表示為1 - 1 -0平面和1 - 1 - 1平面來表示。括號表示三個數(shù)字是米勒指數(shù)。

<100>定向晶圓用于制造金屬氧化物硅(MOS)器件和電路，而<111>晶圓是用于雙極器件和電路。砷化鎵晶圓也沿著平面切割晶體。注意下圖中的平面為方形，而另外的平面為三角形的。當晶圓片破裂時，這些取向就會顯露出來如下圖所示。<100>晶圓片分成四等分或直角(90°)斷裂。<111>晶圓片則是碎成三角形。

審核編輯：劉清