ఎందుకు ఉంది<100>ఓరియంటెడ్ మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ సెమీకండక్టర్ ఇండస్ట్రీకి "ఆప్టిమల్ ఛాయిస్"?

సెమీకండక్టర్ తయారీలో, వేఫర్ క్రిస్టల్ ఓరియంటేషన్ ఎంపిక సెమీకండక్టర్ చిప్ పనితీరును నేరుగా నిర్ణయిస్తుంది. మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ డైమండ్ క్యూబిక్ క్రిస్టల్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది. క్రిస్టల్ గొడ్డలితో విభిన్న కోణాలను ఏర్పరిచే దిశల వెంట ముక్కలు చేసినప్పుడు, నిర్దిష్ట పరమాణు అమరికలతో కూడిన క్రిస్టల్ ప్లేన్‌లు బహిర్గతమవుతాయి. మూడు ప్రాథమిక ధోరణులలో ⟨100⟩, ⟨110⟩ మరియు ⟨111⟩, ⟨100⟩ ధోరణి సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో 93% కంటే ఎక్కువ మార్కెట్ వాటాతో ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది (12-అంగుళాల సిలికాన్ పొరలకు 98% వరకు). ఈ దాదాపు ఆధిపత్య స్థానం విద్యుత్ పనితీరు మరియు ప్రక్రియ అనుకూలత యొక్క మిశ్రమ ప్రభావాల నుండి వస్తుంది.

1. ఎలక్ట్రికల్ పనితీరు: ఇంటర్‌ఫేస్ స్టేట్ డెన్సిటీ మరియు క్యారియర్ మొబిలిటీ యొక్క ద్వంద్వ ప్రయోజనాలు

1.1 అత్యల్ప ఇంటర్ఫేస్ స్థితి సాంద్రత

CMOS పరికరాలు ఇంటర్‌ఫేస్ స్థితులకు చాలా సున్నితంగా ఉంటాయి. ⟨100⟩ ఓరియంటేషన్ మూడు ప్రధాన క్రిస్టల్ ఓరియంటేషన్‌లలో అతి తక్కువ ఉపరితల స్థితి సాంద్రతను ప్రదర్శిస్తుంది. తక్కువ ఇంటర్‌ఫేస్ స్థితి సాంద్రత MOS పరికరాల థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్‌ను స్థిరీకరిస్తుంది, ఇది MOS ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌లకు ⟨100⟩ వేఫర్‌లు సబ్‌స్ట్రేట్‌లుగా పనిచేయడానికి ప్రధాన కారణం.

పరమాణు స్కేల్ వద్ద, ⟨100⟩ విమానంలోని పరమాణువులు ఉపరితల డాంగ్లింగ్ బంధాల కనీస సాంద్రతతో ఒక చతురస్ర జాలకను ఏర్పరుస్తాయి. గేట్ ఆక్సైడ్‌తో ఏర్పడిన (100)/(100) ఇంటర్‌ఫేస్ అత్యుత్తమ ఇంటర్‌ఫేస్ నాణ్యతను అందిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, ⟨111⟩ విమానం అత్యధిక పరమాణు ప్యాకింగ్ సాంద్రత (7.83×10¹⁴ పరమాణువులు/సెం²) కలిగి ఉన్నప్పటికీ, ఇది ఉపరితల డాంగ్లింగ్ బాండ్‌ల యొక్క అధిక సాంద్రత మరియు గుర్తించదగిన ఎలివేటెడ్ ఇంటర్‌ఫేస్ స్టేట్ డెన్సిటీని కలిగి ఉంటుంది. MOS పరికరాల కంటే బైపోలార్ పరికరాల కోసం సాధారణంగా ⟨111⟩ ఓరియంటేషన్ ఎందుకు అవలంబించబడుతుందో ఇది వివరిస్తుంది.

1.2 అత్యధిక ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీ

⟨100⟩ ఓరియంటేషన్ యొక్క పరమాణు అమరిక ఛానెల్ గుండా ప్రయాణించే ఎలక్ట్రాన్‌లపై బలహీనమైన లాటిస్ విక్షేపణకు దారి తీస్తుంది. ఎలక్ట్రాన్ మొబిలిటీ <100> ఓరియెంటెడ్సిలికాన్ పొరలు1450 cm²/(V·s)కి చేరుకోవచ్చు, ఇది <111> ఓరియంటేషన్ కంటే దాదాపు 35% ఎక్కువ.

ప్రారంభ సెమీకండక్టర్ సర్క్యూట్‌లలో, nMOS పరికరాలు లాజిక్ కార్యకలాపాలపై ఆధిపత్యం చెలాయించాయి, అయితే pMOS పరికరాలు కేవలం పరిపూరకరమైన సహాయక నిర్మాణాలుగా పని చేస్తాయి. ⟨100⟩ సబ్‌స్ట్రేట్‌లు అందించే nMOS పనితీరు ప్రయోజనం మొత్తం సర్క్యూట్‌ల అవసరాలను తీర్చడానికి సరిపోతుంది. అందువల్ల, 0.18 μm నుండి 40 nm వరకు పరిపక్వ సాంకేతిక నోడ్‌ల కోసం ⟨100⟩ ధోరణి పరిశ్రమ ప్రాధాన్యతగా మిగిలిపోయింది. ఇంటర్నేషనల్ టెక్నాలజీ రోడ్‌మ్యాప్ ఫర్ సెమీకండక్టర్స్ (ITRS) నుండి వచ్చిన డేటా ప్రకారం 92% గ్లోబల్ లాజిక్ చిప్‌లు ⟨100⟩ సిలికాన్ పొరలపై తయారు చేయబడ్డాయి.

1.3 థర్మల్‌గా పెరిగిన ఆక్సైడ్ యొక్క ఉన్నతమైన నాణ్యత

⟨100⟩ ప్లేన్‌పై ఆక్సైడ్ పెరుగుదల ఐసోట్రోపిక్, మందం విచలనం ±2% లోపల నియంత్రించబడే ఏకరీతి గేట్ ఆక్సైడ్ పొరల ఏర్పాటును సులభతరం చేస్తుంది. ఇతర స్ఫటిక ధోరణులపై ఏర్పడే ఆక్సైడ్‌ల కంటే ఉష్ణంగా పెరిగిన ఆక్సైడ్ లోపం సాంద్రత దాదాపు 40% తక్కువగా ఉంటుంది. MOS పరికరాల విశ్వసనీయతకు అధిక-నాణ్యత గేట్ ఆక్సైడ్ ప్రాథమికమైనది, లాజిక్ చిప్ తయారీలో ఇది భర్తీ చేయలేని మెరిట్.

---

2. ప్రక్రియ అనుకూలత

2.1 అనిసోట్రోపిక్ ఎచింగ్ మరియు టెక్స్‌టరైజేషన్‌లో ప్రయోజనాలు

SIN ఆల్కలీన్ సొల్యూషన్స్ (KOH మరియు TMAH వంటివి), సిలికాన్ యొక్క విభిన్న క్రిస్టల్ ఓరియంటేషన్‌లు చాలా భిన్నమైన ఎచింగ్ రేట్లను ప్రదర్శిస్తాయి. ⟨100⟩ విమానం ఎచింగ్ రేటు ⟨111⟩ విమానం కంటే పది రెట్లు ఎక్కువ; కొన్ని అధ్యయనాలు 400:1 వరకు రేటు నిష్పత్తులను నివేదించాయి. ఈ లక్షణం అద్భుతమైన ఇంజనీరింగ్ విలువను అందిస్తుంది:

⟨100⟩ మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ పొరల యొక్క అనిసోట్రోపిక్ ఎచింగ్ తర్వాత, ⟨111⟩ కోణాలతో సరిహద్దులుగా ఉన్న లెక్కలేనన్ని చదరపు పిరమిడ్‌లు ఉపరితలంపై ఏర్పడతాయి. ఇటువంటి ఆకృతి ఉపరితలాలు సిలికాన్ ఉపరితల పరావర్తనాన్ని దాదాపు 11%కి తగ్గిస్తాయి మరియు కాంతి-ఉచ్చు ప్రభావం ద్వారా సంఘటన కాంతి శోషణను మెరుగుపరుస్తాయి, సౌర ఘటాల మార్పిడి సామర్థ్యాన్ని గణనీయంగా పెంచుతాయి. ఈ కారణంగా, ఫోటోవోల్టాయిక్ పరిశ్రమ ⟨100⟩ని ప్రాధాన్య క్రిస్టల్ విన్యాసంగా ఎంచుకుంటుంది.

దట్టమైన అటామిక్ ప్యాకింగ్ మరియు అద్భుతమైన రసాయన స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ⟨111⟩ సిలికాన్ ఆల్కలీన్ ద్రావణాలలో కేవలం చెక్కబడి ఉంటుంది, దీని వలన టెక్స్‌టరైజేషన్ సాధ్యం కాదు. ఫోటోవోల్టాయిక్ సెక్టార్‌లో ⟨111⟩ వేఫర్‌ల అప్లికేషన్‌ను పరిమితం చేసే కీలక అంశం ఇది.

2.2 క్రిస్టల్ గ్రోత్ యొక్క సాధ్యత

క్రిస్టల్ లాగడం సమయంలో ⟨111⟩ ధోరణి మరింత స్థిరమైన క్రిస్టల్ పెరుగుదల ప్రవర్తనను ప్రదర్శిస్తుండగా, ⟨100⟩ ఓరియంటేషన్ మెరుగైన లోపాన్ని అణిచివేస్తుంది. ⟨100⟩ దిశాత్మక పటిష్టతకు సరైన వృద్ధి దిశ అని పరిశోధనలు సూచిస్తున్నాయి, ఎందుకంటే ఇది ⟨111⟩ మరియు ⟨110⟩ ధోరణుల కంటే విత్తన స్ఫటిక అంతరాల పైన లోపం క్లస్టర్‌ల ఏర్పాటును నిరోధిస్తుంది. ప్రారంభ ⟨100⟩ సింగిల్ స్ఫటికాలు తక్కువ స్ఫటికీకరణ దిగుబడి మరియు అధిక తొలగుట సాంద్రతను ఎదుర్కొన్నాయి, అయినప్పటికీ థర్మల్ సిస్టమ్ డిజైన్ మరియు తయారీ విధానాలను ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా ఈ సవాళ్లు సమర్థవంతంగా పరిష్కరించబడ్డాయి.

⟨100⟩ దిశలో లాగబడిన ఒకే సిలికాన్ స్ఫటికాలు నాలుగు చీలికలతో స్థూపాకార కడ్డీలను ఏర్పరుస్తాయి, ఇది తదుపరి పొర విన్యాసాన్ని మరియు మ్యాచింగ్ ప్రక్రియలను సులభతరం చేస్తుంది.

2.3 ఎపిటాక్సీ మరియు డోపింగ్ అనుకూలత

⟨100⟩ సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై అధిక-నాణ్యత ఎపిటాక్సియల్ వృద్ధిని సాధించవచ్చు. ఉదాహరణకు, తొలగుట సాంద్రతGaN ఎపిటాక్సీ⟨100⟩ ఉపరితలాలపై పెరిగిన వాటిని 10⁶ cm⁻² కంటే తక్కువగా నియంత్రించవచ్చు. డోపింగ్‌కు సంబంధించి, స్ఫటిక విన్యాసాన్ని బట్టి డోపాంట్ పరమాణువులు వివిధ పద్ధతులలో లాటిస్‌లో కలిసిపోతాయి. <100> క్రిస్టల్ ఓరియంటేషన్ యొక్క సమరూపత డోపింగ్ పంపిణీని మరింత ఏకరీతిగా మరియు నియంత్రించదగినదిగా చేస్తుంది, ఇది ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ తయారీకి కీలకమైనది.

2.4 యంత్ర సామర్థ్యం

<100> క్రిస్టల్ ఓరియంటేషన్ యొక్క వికర్స్ కాఠిన్యం సుమారు 11.5 GPa, ఇది మూడు ప్రధాన క్రిస్టల్ ఓరియంటేషన్‌లలో అతి తక్కువ. దీనర్థం <100> ఓరియెంటెడ్ సిలికాన్ పొరలు కటింగ్, గ్రైండింగ్ మరియు పాలిషింగ్ ప్రక్రియలలో సులభంగా ప్రాసెస్ చేయబడతాయి, ఫలితంగా తక్కువ సాధనం దుస్తులు మరియు అధిక ప్రాసెసింగ్ సామర్థ్యం ఉంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, <111> క్రిస్టల్ విన్యాసానికి అత్యధిక కాఠిన్యం (సుమారు 13.5 GPa) ఉంటుంది, దీనికి అధిక-కాఠిన్యం గల డైమండ్ వైర్ రంపాలను ఉపయోగించడం మరియు కటింగ్ సమయంలో తగ్గిన ఫీడ్ రేట్లు అవసరం. పొర తయారీ వ్యయ కోణం నుండి, <100> క్రిస్టల్ ఫేస్ వేఫర్‌లు <110> మరియు <111> వేఫర్‌ల కంటే చౌకగా ఉంటాయి.

సెమికోరెక్స్ అధిక నాణ్యతను అందిస్తుందిఅనుకూలీకరించబడిందిసిలికాన్ పొరలు. అనుకూలీకరించిన పరిష్కారాలు లేదా తదుపరి సాంకేతిక సమాచారం కోసం దయచేసి మా బృందాన్ని సంప్రదించడానికి సంకోచించకండి.

ఫోన్: +86-13567891907

ఇమెయిల్: sales@semicorex.com