Wie ist die Orientierung des SiC-Substrats?

Da der eigentliche Kristall nicht unendlich ist, endet er schließlich in einer Ebene.so dass die Eigenschaften der Oberfläche die Eigenschaften der Vorrichtung beeinflussen könnenDiese Oberflächen-Eigenschaften werden im Allgemeinen durch Kristallebene oder Kristallrichtung beschrieben.

1. Orientierung des SiC-Substrats

Kristallorientierung: Die Richtung, die durch die Linie zwischen zwei beliebigen Atomen/Molekülen/Ionen in einer Kristallzelle angegeben wird, wird Kristallorientierung genannt.
 

Kristallebene: Die Ebene, die aus einer Reihe von Atomen/Molekülen/Ionen besteht, wird Kristallebene genannt.
 

Kristallorientierungsindex: Nehmen Sie einen bestimmten Punkt O der Einheitszelle als Ursprung, setzen Sie die Koordinatenachse X/Y/Z durch den Ursprung O,Nehmen Sie die Länge des Gittervektors der Einheitszelle als Längeneinheit der Koordinatenachse, eine gerade Linie OP durch den Ursprung O machen, verlangen, dass P-Punkt am nächsten an O-Punkt ist, und es parallel zur Kristallrichtung AB machen, die drei Koordinatenwerte des P-Punkts bestimmen,die drei Werte in die Mindestzahl u umwandeln, v, w, plus Quadratklammern, [uvw] ist der zu ermittelnde Kristallorientierungsindex von AB. Wenn einer von u, v oder w negativ ist, setzt man einfach das Negativzeichen über die Zahl.Eine Kristallrichtung, in der alle vom Index angegebenen Richtungen konsistent und parallel zueinander liegen.

Kristallorientierungsgruppe: Kristallatome sind in derselben Gruppe von Kristallen angeordnet, die als Kristall zur Familie bekannt sind, wie das kubische Kristallsystem, a / b / c drei Werte sind gleich,[111] Kristallwafer auf insgesamt acht für den Clan ([111], [111], [1-11] und [11-1], [1-11], [- 11-1], [1-1-1], [1-1-1]). Diese Orientierungsgruppe wird mit <111> bezeichnet.[0-10] und [00-1]. Wenn sie nicht kubisch ist, kann die Orientierungsgruppe durch Änderung der Reihenfolge des Orientierungsindex unterschiedlich sein.

2.Schematisches Diagramm des Waferdiameters C und Si, der Primärfläche, der Sekundärfläche und der Position der Lasermarkierung.

3. Warum werden <100> kristalline Substrate häufig zur Herstellung von Leistungseinrichtungen wie MOSFETs verwendet?

Leistungseinrichtungen sind im Allgemeinen Oberflächenkanalvorrichtungen, und die Dichte der Zustände von Oberflächenfehlern beeinflusst die Schwellenspannung und Zuverlässigkeit stark.Die atomare Oberflächendichte von (100) Kristalloberflächen ist die kleinste, und die entsprechende atomare Oberflächendichte der Zustände ist ebenfalls am kleinsten.und weniger Defekte entstehen, wenn die Oberfläche des Geräts oxidiert wird.
 

Aufgrund der geringen Dichte von (100) Kristalloberfläche ist die thermische Oxidations- und Ätzgeschwindigkeit relativ schnell, die Prozessführer der <100> Kristallrichtungs-Prozessforschung sind auch mehr;
Die <110> Kristallrichtung ist die Richtung mit der höchsten Elektronenmobilität in Siliziumwafern, da die Atome in der <110> Kristallrichtung relativ eng angeordnet sind,und die Elektronen werden weniger Hindernisse auftreten, wenn sie sich in diese Richtung bewegen., so dass die Elektronenmobilität hoch ist. Allerdings sind die Atome in der <100> Kristallrichtung lose angeordnet, und die Elektronen werden durch viele Hindernisse behindert, wenn sie sich in diese Richtung bewegen,Also ist die Elektronenmobilität relativ gering.. Obwohl Silikonwafer in einigen Aspekten eine bessere Leistung aufweisen,Sie werden aufgrund ihrer engen Gitterstruktur und der hohen Kosten und technischen Schwierigkeiten beim Schneiden von Siliziumwafern in Orientierungswafern < 110> nicht häufig verwendet..
 

Bei einigen Gerätelayout-Designs ist die Zellrichtung oder die gate polycrystalline Richtung nicht senkrecht zum Scripting-Kanal, sondern befindet sich in einem 45°-Winkel zum Scripting-Kanal.Der Zweck besteht darin, die Kanalrichtung der Kristallrichtung auf < 110> zu bringen., erhöhen die Mobilität der Ladungsträger, reduzieren den Verlust, zusätzlich zu unterschiedlicher Layoutrichtung ist auch die allgemeine Spannungsbeständigkeit der Wafer vorteilhaft.Es gab immer mehr Geräte mit Rillen., und die Richtung der Kanalladungsträger war senkrecht zur Kristalloberfläche, so dass es von geringer Bedeutung war, die andere Richtung in Bezug auf die Mobilitätsverbesserung zu ändern.

Vor 40 nm verwenden CMOS-Prozesse in der Regel <100> Kristallorientierungssubstrate.In diese Richtung., ist der PMOS-Kanal am empfindlichsten gegenüber Druckbelastungen, so dass die Mobilität so weit wie möglich verbessert werden kann.Der 28nm-Prozess nutzt die Germanium-Silizium-Stress-Technologie zur Optimierung der Lochmobilität., die in der <100> Kristallrichtung um etwa 20% verbessert werden kann. Obwohl Siliziumwafer mit <110> Orientierung aufgrund ihrer engen Gitterstruktur in einigen Aspekten eine bessere Leistung aufweisen,Siliziumwafer sind teurer und technisch schwieriger in Orientierungswafer zu schneiden.

4. Warum SiC-Stromgeräte oft aus 4H-SiC-Kristallstruktur und <0001> Wafer hergestellt werden?

Unter den verschiedenen Kristalltypen von SiC hat 3C-SiC die niedrigste Bindungsenergie, die höchste Gitterfreie Energie und eine einfache Nukleation, aber es ist im metastabilen Zustand,mit geringer Stabilität und einfacher FeststoffphasenübertragungDie Phaseübergang ist eher unter dem Einfluß externer Bedingungen.3C-SiC kann eine Phasenumwandlung durchlaufen und zu anderen Kristallformen werden.

Im Folgenden wird ein spezifischer Vergleich der Leistungsunterschiede zwischen 4H-SiC und 6H-SiC dargestellt, um zu erfahren, warum SiC-Stromgeräte häufig eine 4H-SiC-Kristallstruktur verwenden:

Die Hauptunterschiede zwischen 4H SiC und 6H-SiC liegen in ihren Kristallstrukturen, physikalischen Eigenschaften und elektrischen Eigenschaften.4H SiC hat eine ABCB-Stapelung und eine höhere Symmetrie im Vergleich zur ABABAB-Stapelung von 6H-SiCDieser Symmetrieunterschied beeinflusst den Kristallwachstumsprozess, was zu einer geringeren Defektdichte von 4H-sic und einer besseren Kristallqualität führt.4H-SiC zeigt eine höhere Wärmeleitfähigkeit entlang der C-Achse und eine höhere Trägermobilität, so dass es für Hochfrequenz- und Hochleistungsanwendungen wie MOSFETs, Schottky-Dioden und bipolare Verbindungstransistoren geeignet ist.6H-SiC hat geringere tiefgreifende Defekte und eine geringere Trägerrekombinationsrate, die für hochwertige Substratanwendungen wie hochwertige Substratanwendungen, epitaxial Wachstum und die Herstellung elektronischer Geräte geeigneter ist.Die Wahl zwischen den beiden Kristallstrukturen hängt von den spezifischen Anforderungen des Halbleitergeräts und seiner beabsichtigten Anwendung ab..

5. Warum ist die Waferorientierung von SiC-Stromgeräten oft <0001>?

Nach der Analyse der Kristallorientierung von Silizium weist die Kristallstruktur von 4H-SiC <0001> folgende Vorteile auf:

Vorteil der Kristallstruktur:

Die Waferstruktur des SiC-Materials hat eine gute Gitterübereinstimmung in der <0001> Kristallrichtung, was eine hohe Kristallqualität und Waferintegrität im Waferwachstum und -herstellungsprozess ermöglicht.

Die Ausrichtung <0001> kann eine Si-C-Bindungsoberfläche mit einer geringen Dichte an Oberflächenzuständen bilden, was zur Erzielung einer hochwertigen SiC-SiO2-Schnittstelle beiträgt.

Die Oberfläche der <0001> Kristallrichtung ist relativ flach, wodurch ein hochwertiger epitaxialer Filmwachstum erzielt werden kann.die Dichte der Kohlenstoffatome in der kristallinen Richtung von <0001> höher ist, was zur Erzielung einer höheren Abbruchstromfeldintensität beiträgt, die für die Sicherstellung der Isolationssicherheit der Vorrichtung sehr wichtig ist.

Vorteil der Wärmeleitfähigkeit:

Das SiC-Material weist eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf, die eine effizientere Wärmeableitung während des Betriebs von Leistungseinrichtungen ermöglicht.die die Wärmeabbauleistung des Chips weiter verbessert und zur Verbesserung der Leistungsdichte und Zuverlässigkeit der Antriebseinrichtung beiträgt.

Leistungsvorteile des Geräts: Die SiC-Wafer <0001> kann einen geringeren Leckstrom und eine höhere Abbruchspannung erreichen.die SiC-Wafer hat auch eine höhere Trägermobilität und einen großen spontanen Polarisierungseffekt, die zur Erhöhung der Elektronendichte des MOSFET-Kanals, zur Verbesserung des Leitstroms im Leitungszustand verwendet werden kann,und helfen, die Schaltgeschwindigkeit und die Betriebsfrequenz des Geräts zu verbessern.