結晶面と結晶方位は結晶学における 2 つの中心的な概念であり、シリコンベースの集積回路技術における結晶構造と密接に関連しています。
1.結晶方位の定義と性質
結晶方位は結晶内の特定の方向を表し、通常は結晶方位指数で表されます。結晶方位は結晶構造内の任意の 2 つの格子点を結んで定義され、次のような特徴があります。単一の結晶方位は、結晶方位ファミリーを形成する複数の平行な結晶方位で構成されます。結晶方位ファミリーは、結晶内のすべての格子点をカバーします。
結晶方位の重要性は、結晶内の原子の配列方向を示すことにあります。例えば、［１１１］結晶方位は、３つの座標軸の投影比が１：１：１となる特定の方向を表す。
2. 結晶面の定義と性質
結晶面とは結晶内の原子の配列面であり、結晶面指数（ミラー指数）で表されます。例えば、（１１１）は、結晶面の座標軸上の切片の逆数が１：１：１の比率であることを示す。結晶面には次の特性があります。各結晶面には無限の数の格子点が含まれています。各結晶面には、結晶面ファミリーを形成する無数の平行面があります。結晶面ファミリーは結晶全体をカバーします。
ミラー指数の決定には、各座標軸上の結晶面の切片を取得し、その逆数を求め、それらを最小の整数比に変換することが含まれます。たとえば、(111) 結晶面には、x、y、z 軸上に 1:1:1 の比率で切片があります。
3. 結晶面と結晶方位の関係
結晶面と結晶方位は、結晶の幾何学的構造を記述する 2 つの異なる方法です。結晶方位は特定の方向に沿った原子の配置を指し、結晶面は特定の面上の原子の配置を指します。これら 2 つは一定の対応関係を持っていますが、異なる物理概念を表しています。
主な関係: 結晶面の法線ベクトル (つまり、その面に垂直なベクトル) は結晶方位に対応します。たとえば、(111) 結晶面の法線ベクトルは [111] 結晶方位に対応します。これは、[111] 方向に沿った原子配列がその面に垂直であることを意味します。
半導体プロセスでは、結晶面の選択がデバイスの性能に大きく影響します。たとえば、シリコンベースの半導体では、原子配列や結合方法が方向によって異なるため、一般的に使用される結晶面は (100) 面と (111) 面です。電子移動度や表面エネルギーなどの特性は結晶面によって異なり、半導体デバイスの性能や成長プロセスに影響を与えます。
4. 半導体プロセスにおける実用化
シリコンベースの半導体製造では、結晶方位と結晶面がさまざまな面で適用されます。
結晶成長: 半導体結晶は通常、特定の結晶方位に沿って成長します。シリコン結晶は、[100] または [111] 方位に沿って成長するのが最も一般的です。これは、これらの方位の安定性と原子配列が結晶成長に有利であるためです。
エッチングプロセス: ウェットエッチングでは、異なる結晶面のエッチング速度が異なります。たとえば、シリコンの (100) 面と (111) 面のエッチング速度は異なり、その結果、異方性エッチング効果が生じます。
デバイスの特性: MOSFET デバイスの電子移動度は結晶面の影響を受けます。通常、移動度は (100) 面でより高くなります。そのため、最新のシリコンベースの MOSFET では主に (100) ウェーハが使用されています。
要約すると、結晶面と結晶方位は、結晶学において結晶の構造を記述する 2 つの基本的な方法です。結晶方位は結晶内の方向特性を表し、結晶面は結晶内の特定の面を表します。これら 2 つの概念は、半導体製造において密接に関連しています。結晶面の選択は材料の物理的および化学的特性に直接影響し、結晶方位は結晶の成長と加工技術に影響を与えます。結晶面と方位の関係を理解することは、半導体プロセスを最適化し、デバイスの性能を向上させるために非常に重要です。
投稿日時: 2024 年 10 月 8 日