Quelle est l'orientation du substrat SiC?

Comme le cristal n'est pas infini, il finira par se trouver dans un plan.les propriétés de la surface peuvent donc affecter les propriétés du dispositifCes propriétés de surface sont généralement décrites par plan cristallin ou direction cristalline.

1. Orientation du substrat SiC

Orientation cristalline: la direction indiquée par la ligne entre deux atomes/molécules/ions dans une cellule cristalline est appelée orientation cristalline.
 

Plan cristallin: Le plan formé par une série d'atomes/molécules/ions est appelé plan cristallin.
 

Indice d'orientation cristalline: Prenez un certain point O de la cellule unitaire comme origine, définissez l'axe de coordonnées X/Y/Z à travers l'origine O,prendre la longueur du vecteur de réseau de la cellule unitaire comme l'unité de longueur de l'axe de coordonnées, faire une ligne droite OP à travers l'origine O, exiger que le point P soit le plus proche du point O, et le faire parallèle à la direction cristalline AB, déterminer les trois valeurs de coordonnées du point P,convertir les trois valeurs en un entier minimum u, v, w, plus des parenthèses carrées, [uvw] est l'indice d'orientation cristalline de AB à déterminer.Une direction cristalline dans laquelle toutes les directions indiquées par l'indice sont cohérentes et parallèles les unes aux autres.

Groupe d'orientation cristalline: les atomes de cristal sont disposés dans le même ensemble de cristal à la famille connue sous le nom de cristal, comme le système de cristal cubique, a / b / c trois valeurs sont les mêmes,[111] la galette de cristal à un total de huit pour le clan ([111]Le groupe d'orientation est désigné par <111>. De même, le groupe d'orientation <100> contient six orientations: [100], [010], [001],[-100],[0-10] et [00-1]Si elle n'est pas cubique, le groupe d'orientation peut être différent en changeant l'ordre de l'indice d'orientation.

2.Diagramme schématique du diamètre de la face de la gaufre C et Si, du plan primaire, du plan secondaire et de la position de marquage au laser.

3Pourquoi les substrats cristallins sont-ils souvent utilisés pour fabriquer des appareils électriques tels que les MOSFET?

Les dispositifs d'alimentation sont généralement des dispositifs de canal de surface, et la densité des états de défauts de surface influence grandement la tension de seuil et la fiabilité.La densité atomique de surface de (100) surface cristalline est la plus petiteIl y a moins de liaisons insaturées à la surface du dispositif,et moins de défauts sont générés lorsque la surface du dispositif est oxydée.
 

En raison de la faible densité de la face cristalline (100), son taux d'oxydation thermique et de gravure est relativement rapide, les leaders du processus de recherche sur la direction du cristal <100> sont également plus nombreux;
La direction du cristal < 110> est la direction avec la plus grande mobilité électronique dans les plaquettes de silicium, car les atomes dans la direction du cristal < 110> sont relativement étroitement disposés,et les électrons rencontreront moins d'obstacles en se déplaçant dans cette directionCependant, les atomes dans la direction du cristal <100> sont disposés de manière lâche, et les électrons seront entravés par de nombreux obstacles lorsqu'ils se déplacent dans cette direction,donc la mobilité des électrons est relativement faible. Bien que les plaquettes en silicium d'orientation < 110> aient de meilleures performances sous certains aspects,ils ne sont pas souvent utilisés en raison de leur structure en treillis serré et du coût élevé et de la difficulté technique de couper des plaquettes en silicium en plaquettes d'orientation < 110>.
 

Dans certaines conceptions de mise en page de dispositifs, la direction de la cellule ou la direction polycristalline de la porte n'est pas perpendiculaire au canal de scripting mais est à un angle de 45 degrés avec le canal de scripting,le but est de rendre la direction du canal de la direction du cristal à < 110>, augmenter la mobilité des porteurs de charge, réduire la perte, en plus de la direction de mise en page différente, la cohérence globale des contraintes de la plaque est également bénéfique.il y avait de plus en plus de dispositifs de type rainure, et la direction des porteurs de charge du canal était perpendiculaire au plan cristallin, il était donc peu important de changer l'autre direction en termes d'amélioration de la mobilité.

Avant 40 nm, les processus CMOS ont tendance à utiliser des substrats d'orientation cristalline <100>. À 28 nm, afin de maximiser la mobilité des PMOS, l'industrie utilise un substrat d'orientation cristalline <110>.Dans cette direction., le canal PMOS est le plus sensible aux contraintes de compression, de sorte que la mobilité peut être améliorée dans la plus grande mesure.Le procédé de 28 nm utilisera la technologie de la fuite de germanium silicon source de stress pour optimiser la mobilité du trou, qui peut être améliorée d'environ 20% dans la direction cristalline <100>. Bien que les plaquettes de silicium d'orientation <110> aient de meilleures performances à certains égards, en raison de leur structure en treillis serré,les plaquettes en silicium sont plus chères et techniquement difficiles à découper en plaquettes d'orientation < 110>.

4Pourquoi les appareils électriques SiC sont-ils souvent constitués de structure cristalline 4H-SiC et de plaquettes <0001>?

Parmi les différents types de cristaux de SiC, le 3C-SiC a l'énergie de liaison la plus basse, l'énergie sans réseau la plus élevée et une nucléation facile, mais il est à l'état métastable,avec une faible stabilité et un transfert de phase solide facileLa transition de phase est plus susceptible de se produire sous l'influence de conditions externes.Le 3C-SiC peut subir une transformation de phase et devenir d'autres formes cristallines.

Voici une comparaison spécifique de la différence de performance entre le 4H-SiC et le 6H-SiC pour savoir pourquoi les appareils d'alimentation en SiC utilisent couramment la structure cristalline en 4H-SiC:

Les principales différences entre le 4H SiC et le 6H-SiC résident dans leurs structures cristallines, leurs propriétés physiques et leurs propriétés électriques.Le 4H SiC a un ordre d'empilement ABCB et une symétrie plus élevée par rapport à l'empilement ABABAB de 6H-SiCCette différence de symétrie affecte le processus de croissance du cristal, ce qui entraîne une densité de défaut plus faible de 4H-sic et une meilleure qualité du cristal.Le 4H-SiC présente une plus grande conductivité thermique le long de l'axe C et une plus grande mobilité du support, ce qui le rend adapté aux applications à haute fréquence et à haute puissance telles que les MOSFET, les diodes Schottky et les transistors à jonction bipolaire.Le 6H-SiC présente des défauts de niveau profond plus faibles et un taux de recombinaison du porteur plus faible, qui convient mieux aux applications de substrat de haute qualité, telles que les applications de substrat de haute qualité, la croissance épitaxienne et la fabrication de dispositifs électroniques.Le choix entre les deux structures cristallines dépend des exigences spécifiques du dispositif semi-conducteur et de son application prévue.

5. Pourquoi l'orientation des plaquettes des appareils d'alimentation en SiC est-elle souvent <0001>?

Selon l'analyse de l'orientation cristalline du silicium, la structure cristalline du 4H-SiC <0001> présente les avantages suivants:

Avantage de la structure cristalline:

La structure de la gaufre du matériau SiC a une bonne correspondance de réseau dans la direction du cristal <0001>, ce qui permet une haute qualité cristalline et une intégrité de la gaufre dans le processus de croissance et de fabrication de la gaufre.

L'orientation <0001> peut former une surface de liaison Si-C avec une faible densité d'états d'interface, ce qui permet d'obtenir une interface SiC-SiO2 de haute qualité.

La surface de la direction cristalline <0001> est relativement plate, ce qui permet d'obtenir une croissance de film épitaxial de haute qualité.la densité des atomes de carbone dans la direction cristalline de <0001> est supérieure, ce qui permet d'obtenir une intensité de champ électrique de rupture plus élevée, ce qui est très important pour assurer la fiabilité de l'isolation du dispositif.

Avantages en matière de conductivité thermique:

Le matériau SiC a une très haute conductivité thermique, ce qui permet une dissipation de chaleur plus efficace pendant le fonctionnement des appareils électriques.qui améliore encore les performances de dissipation thermique de la puce et contribue à améliorer la densité de puissance et la fiabilité du dispositif de puissance.

Avantages des performances de l'appareil: la plaque SiC <0001> peut obtenir un courant de fuite plus faible et une tension de rupture plus élevée.la gaufre SiC a également une mobilité plus élevée du porteur et un effet de polarisation spontanée important, qui peut être utilisé pour augmenter la densité d'électrons du canal MOSFET, améliorer le courant de conduction dans l'état de conduction,et aider à améliorer la vitesse de commutation et la fréquence de fonctionnement de l'appareil.