半导体行业之晶体生长和硅片准备（二）

 

单位结构

晶体材料可能有两层原子结构。首先是原子以特定的形状排列在单个晶胞的特定的点上。另一个用来指代晶体结构的术语是晶格。晶体物质的具体意义是说：首先是这种物质的结构具有特定晶格结构，并且原子位于晶格结构的特定位置点上，这样才能保证具有非常稳定的结构。原子的数目、原子在单晶胞中的相对位置和原子之间的结合能的大小的不同产生了许多不同的特性的材料。每种晶体材料都有一个独特的晶胞，这一点是区别与其他晶体结构的主要特性。硅原子有16个原子，这16个原子按照不同的构成方位排列成菱形结构(具体结构如下图所示)。砷化镓晶体中有18个原子，构成了一种称为混合锌的单胞结构(如下图结构所示)。

多晶和单晶

晶体结构内部的第二级结构方面与单位单元的组织方式密切相关。在本征半导体中，单位晶胞不是按照相同的一个规则排布。这种情况类似于一堆杂乱的糖立方体，每个立方体代表一个单元的晶体晶格。有这种排列方式所构成的的材料具有一种被称为多晶结构的构型所组成。

第二级层面的组织方式发生在单位细胞(方糖)全部完成时，相对于其他的排列整齐且有规则的恶方式而言，这种方式具有非常不同的特性(正如下图所示的)。在这种构型中，结构中的材料排列成单晶(或单晶)结构。单晶材料比多晶材料具有更均匀和更加可预测的性质。这种结构可以在半导体材料中实现一个均匀的和可预测的电子的流动。在晶圆制程的最后阶段中，晶体的均匀性至关重要，这一特点对于将晶圆片分离成边缘干净、侧面尺寸完备的模具具有及其重要的作用。

晶体取向

除了对晶圆片单晶结构的要求外，还有对于特定晶体取向的要求。这个概念可以通过考虑将单晶块切片来进行深入理解，如下图所示。把它切成垂直平面将暴露另外的一组平面，同时将其从一个角到另一个角切割会暴露出一个不同的平面。每个平面都是独一无二的，并且产生不同的原子数和原子间的结合能。每一种都有不同的化学性质，电子性质和赋予晶圆片的物理特性。具体的晶体取向需要满足不同的晶圆片的需要。

水晶位面由一系列被称为米勒的三个数字来识别指数。两个简单的立方单元格依偎在XYZ坐标的原点上，具体可以从下图所示的系统来进一步呈现。硅最常用的两种取向晶圆片是<100>和<111>平面。平面名称用语言表示为1 - 1 - 0平面和1 - 1 - 1平面来表示。括号表示三个数字是米勒指数。

<100>定向晶圆用于制造金属氧化物硅(MOS)器件和电路，而<111>晶圆是用于双极器件和电路。砷化镓晶圆也沿着平面切割晶体。注意下图中的平面为方形，而另外的平面为三角形的。当晶圆片破裂时，这些取向就会显露出来如下图所示。<100>晶圆片分成四等分或直角(90°)断裂。<111>晶圆片则是碎成三角形。

审核编辑：刘清