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単結晶シリコンウエハは片面鏡面や両面鏡面のものがあります。また、その一部には、結晶方位をそろえるための(オリエンテーション)フラットやノッチというものがつけられています。
そこまではわかるのですが、それはどの方向についているのでしょうか?ケースを見ても軸が<100>などと書かれていますが軸って何でしょうか?
できれば、教えていただきたいです。
参考になるサイトなどがあればURLでも結構です。
よろしくお願いします。

A 回答 (2件)

こんにちは



通称「オリフラ(Orientation Flat)」なんて言います
基板メーカーのよってどの向きにオリフラを切ってあるか
またはその基板の面方位によっても大きく違うと思います
自分の使用している基板メーカーのHPなどが参考になるかと

大体オリフラは基板表面の面方位(→(100)面とか)に対して
直交する二つの方位を選ぶものです(オリフラが二つあるある場合)
基板面方位が<100>なら<0-11>と<0-1-1>とか
じゃあなぜわざわざ方位の目印を付ける意味があるかというと
その上に何かを堆積した時に異方性が出たりする場合があるからです
ある方位にのみ長く伸びた構造ができるなどなど・・・

結晶軸に関しては教科書に任せます(そっちの方が詳しいので)
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この回答へのお礼

wild_herbs様。

回答ありがとうございます。
もっと勉学に励もうと思います。

お礼日時:2004/09/30 18:02

Si面方位は、立方晶格子のx,y,z軸で規定された結晶面を示したものであり、(100),(110),(111)が代表的な面方位です。

面方位によってシリコン原子間距離が異なり、そのため多少微視的な性質も変わってきます。面方位に関しては

http://www2.mitsuya.nuem.nagoya-u.ac.jp/~s-hatto …  で。
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この回答へのお礼

millia様。

回答ありがとうございます。
より理解を深めていきたいと思います。

お礼日時:2004/09/30 18:00

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Q結晶の面方位について

結晶の面方位(111)(110)(0001)などの表し方の基本を説明している書籍・サイトがあれば教えてください

Aベストアンサー

結晶構造の(abc)面の意味は、資料 [1] が参考になります(図の緑色の面がその面)。このサイトで結晶構造に関する質問 [2], [3] が過去にありますので、その回答の参考URLも参照してみてください( sanori さんと重複してないかな)。面方位は面指数とかミラー指数とも言います。

[1] ミラー指数 http://www.f-denshi.com/000okite/300crstl/304cry.html
[2] 結晶構造 http://oshiete1.goo.ne.jp/qa661938.html
[3] X線回析の結果から分からない言葉が・・ http://oshiete1.goo.ne.jp/qa1976049.html

Qシリコンウェハの結晶の方向指数

単結晶シリコンウェハには(100)、(110)、(111)面の面方位のウェハがありますが、例えば(100)面のウェハの方向指数?<100>、<110>方向(原子から原子までの距離の違い?)がわかる方法というのはあるのでしょうか?
また、(110)、(111)面のウェハでも方向指数がわかる方法はあるでしょうか?
できれば、教えていただきたいです。
参考になるサイトなどがあればURLでも結構です。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

Si単結晶のX線回折測定といっても色々な種類があります。
行いたい測定によって、必要とされる装置も異なってきます、メールからは読み取りにくいので一般論で書いてみます。

1、単純に今お手持ちのウエハの面方位を知りたいのでしたら、通常のXRDでも測定可能です。
管球がCuでしたら2θを、(100)でしたら69.2°(110)なら47.3°(111)なら28.5°に固定し、DSは出来るだけ細くして、RSとSSはOPENにして、θ単独スキャン測定を行います。
測定角度は上記2θ角の半分±5°位で良いと思います(例えば(100)なら29.6°~39.6°等)
設定した2θ角とサンプルの面方位が合っていればピークが得られますし、合ってなければピークは何も出ません。
ただしSiウエハには4°OFFという種類のウエハがあり、このタイプの場合サンプルを90°づつ回して測定しないと、ピークが得られない事があります。

2、例えば(100)サンプルを使用して、(110)や(111)の反射を測定したいということになりますと、サンプルをあおり方向や回転方向に動かさないと、ピークが得られませんので(軸たてと言います)、前後あおり回転方向に移動制御可能な試料ステージが必要になります。

3、(100)サンプルの(110)や(111)反射が、理論的にどの方向に出るかが判ればよろしいのでしたら、ステレオ投影図と言うものがあります、印刷されたものの他にフリーソフトなどもあるようです。

4、ウエハの結晶性やエピ層の評価をしたいとなりますと、通常のXRDでは無理で、薄膜測定専用の装置が必要になってしまいます。

5、Si半導体メーカーは、通常のXRDのような汎用機では無く、ラインのそれぞれの工程ごとに、専用のX線装置を何種類も持っていて、方位や角度ズレを測定をして管理しています。

Si単結晶のX線回折測定といっても色々な種類があります。
行いたい測定によって、必要とされる装置も異なってきます、メールからは読み取りにくいので一般論で書いてみます。

1、単純に今お手持ちのウエハの面方位を知りたいのでしたら、通常のXRDでも測定可能です。
管球がCuでしたら2θを、(100)でしたら69.2°(110)なら47.3°(111)なら28.5°に固定し、DSは出来るだけ細くして、RSとSSはOPENにして、θ単独スキャン測定を行います。
測定角度は上記2θ角の半分±5°位で良いと思います(例えば(100)...続きを読む

Q結晶構造

結晶の方向というものがよくわかりません。授業では、電子状態は結晶方向に依存するから重要だ、と聞きましたがうまくイメージできませんでした。また、固体物理の参考書でミラー指数なるものも目にしますが、これはどのような時に使われるのでしょうか?簡単に説明できる方がおりましたら、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

<結晶の方向について>
結晶というのは例えば食塩なんかをルーペで眺める綺麗な立方体の形状がみられますが、これは塩を構成するNa原子(○)とCl原子(●)が交互に規則正しく並び、3次元的に立方体を形成しているからなのですね。まぁ下手かつ不十分な絵ですが下図で想像して下さい。
      ○
    ●   ● (→一応立方体を想像して下さい)
    | ○ |
    | | |
    ○ | ○
      ●
ところで1本の串を用意し、この串で●ばかりを串刺にする方向や○ばかり、あるいは○●を串刺しにする方向がありますね。この串刺し方向を結晶の方向といいます。卑近な話、丁度焼鳥で”カワ”の味とカワにねぎが挟んである”ネギマ”の味が違うように、結晶もその方向によって物性が変わります。これが電子の状態は結晶方向に依存するというものの中身です。

<ミラー指数>
ブラッグの法則というのをご存知でしょうか。等間隔dを保って並んでいる平面に斜めから波長λを持った光が入射したとき 2dsinθ=nλ (n:整数)を満たす入射角θのとき光は反射するというものですね。例によって詳しい絵はご自分で描いてください。

     ------------------
            ↑d
     ------------------
            ↑d
     ------------------
先ほど述べた串刺しの方向ですが、串を板に置き換えて結晶をいろいろな方向より切るとその切り口は面となりますね。この面の方向を指定するのにミラー指数が使われます。例えばa,b,cの3辺を持つ単位立方体が整然とx,y,z空間に配列された巨大な立体を考えます。この立方体を斜め方向から切り、x,y,z軸と交わるその切りが(2a,3b,2c)であったとしますと、それぞれの切り口の逆数は単位長さを省略して(1/2,1/3,1/2)となりますね。ミラー指数はこの逆数の比と同じ比を持つ最小の整数と定義されますので、今の場合ミラー指数は
     6×(1/2,1/3,1/2)=(3,2,3)
ということになります。ところで切り口(4a,6b,4c)のミラー指数も同様に(3,2,3)となりますね。つまり、(3,2,3)という面は何層も考えられるわけです。
今、簡単のために1辺aの単純立方格子を考えてみます。するとミラー指数(h,k,l)の面間隔Dhklは
     Dhkl=a/√(h^2+k^2+l^2)
で与えられます。今入射角θで入ってきたX線は次ぎの条件が満たされる時、ミラー指数(h,k,l)面で反射されますね。
ブラッグの法則・・・2Dhkl・sinθ=nλ
つまり、ミラー指数はX線結晶解析によく使われます。それ以外に、結晶の方向によって物性が異なる異方性を議論する場合などに頻繁にでてきます。

(P.S)
・ミラー指数の演習には下記URLが最適。
http://www.gifu-nct.ac.jp/mecha/yamada/CAI/menu.html
・ここも覗かれては
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=651268
・参考URLはしっかり勉強するのに最適なところです。

参考URL:http://www.zaiko.kyushu-u.ac.jp/~watanabe/AtomStr1.html

<結晶の方向について>
結晶というのは例えば食塩なんかをルーペで眺める綺麗な立方体の形状がみられますが、これは塩を構成するNa原子(○)とCl原子(●)が交互に規則正しく並び、3次元的に立方体を形成しているからなのですね。まぁ下手かつ不十分な絵ですが下図で想像して下さい。
      ○
    ●   ● (→一応立方体を想像して下さい)
    | ○ |
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    ○ | ○
      ●
ところで1本の串を用意し、この串で●ばかりを串刺にする方向や○ばかり、あ...続きを読む

Q半導体のウェーハの結晶方位について

はじめまして。
ウェーハには結晶方位があり、111面、110面、100面があると聞いていますが、これは1枚のウェーハに3つの結晶方位があるのですか?
※X軸、Y軸、Z軸みたいな感じ???
それとも111面のウェーハ、110面のウェーハ、100面のウェーハがあって、1枚につき、結晶方位は1つなのでしょうか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

シリコンウェハで言うところの結晶方位というのは、ウェハ表面ないしは法線に対する方位を示していて、それは1通りだけです。
111面のウェハ、110面のウェハ、100面のウェハがそれぞれ別々に販売されています。
かつては、511面のウェハも使われていました。

「111面、110面、100面」という言葉自体は、単に、1つの結晶を色々な角度から見たときの結晶方位を表すものです。
ですから、結晶状態にあるものには、すべて、111面、110面、100面、511面、そのほかにもたくさん(無限に)あります。

Qシリコン基板をカットしたいのですが,何を使ってカットすれば良いのでしょ

シリコン基板をカットしたいのですが,何を使ってカットすれば良いのでしょうか?
1cm×1cm四方にきれいにカットしたいです!!
またシリコン基板の洗浄方法は超音波洗浄でもいいのでしょうか?
よろしくお願いします

Aベストアンサー

こんにちは。
結晶方位が100の基板であれば、きっかけを与えれば結晶の方向に勝手にきれいに割れてくれます。
きっかけを与えるためには、基板端に、正方形の辺の延長線となるようにダイヤモンドカッターで真っ直ぐ、ごりごりと傷をつけます。
傷の長さは、1センチ以上は要らないと思います。
そして、若干柔らかい机の上で傷の上をピンセットなどで圧迫すると、基板の端から端まで結晶方位に沿って、ぱりんと割れます。
あるいは、傷をつけている最中に割れてくれる場合もあります。

ダイヤモンドカッターというのは、ペンの先が鋭利なダイヤモンドになっている感じの道具です。
ガラス屋さんが似たような道具を使ってます。(ガラスの場合は、輪郭の端から端まで傷をつけてから、ぱりん、ですが)

これを繰り返してだんだん小さくしていき、目的のサイズにします。
割る作業を最低4回やることになりますが、最後の1回だけはサンプルの正方形の輪郭に直接ダイヤモンドカッターで傷をつけることになるので、一辺だけはあまりきれいになりません。悪しからず。

>>>またシリコン基板の洗浄方法は超音波洗浄でもいいのでしょうか?

目的によります。
超音波洗浄はゴミ取りです。
単結晶シリコンの物性を調べるために表面の不純物や欠陥を嫌うようであれば、シリコンが溶ける溶液でエッチングするとか、半導体工場で使うような洗浄液を使います。具体的な薬品名は忘れました。

こんにちは。
結晶方位が100の基板であれば、きっかけを与えれば結晶の方向に勝手にきれいに割れてくれます。
きっかけを与えるためには、基板端に、正方形の辺の延長線となるようにダイヤモンドカッターで真っ直ぐ、ごりごりと傷をつけます。
傷の長さは、1センチ以上は要らないと思います。
そして、若干柔らかい机の上で傷の上をピンセットなどで圧迫すると、基板の端から端まで結晶方位に沿って、ぱりんと割れます。
あるいは、傷をつけている最中に割れてくれる場合もあります。

ダイヤモンドカッターと...続きを読む

Qシリコンの物性値

シリコンの物性値(熱伝導率,ヤング率,ポアソン比,線膨脹係数など)を知りたいのですが,どのようにして調べればよいでしょうか?また,物性値などが詳しく載っている本などがあれば教えていただきたいです.
よろしくお願いします.

Aベストアンサー

シリコンの物性値
熱伝導率:168[Wm-1K-1]
ヤング率:1.88E+5[N/mm2]
ポアソン比:0.177[-]
線膨脹係数:2.3E-6[1/℃]

理科年表より
半導体周辺材料ハンドブックより

物性値の取得は、メーカーから出されているカタログ等
も参考にして下さい。

Q半導体デバイスはなぜ単結晶である必要がある?

トランジスタ・ダイオードの動作やバンドギャップ理論等は遠い昔に勉強しましたが、当時習った「単結晶であらねばならない」理由が今ひとつ理解出来ませんでした。テキストに書いてあったのは「半導体の特有の性質は単結晶でないと出ないから」、、、何それ?分かったような分かってないような気分でした。多結晶だとどうして駄目なんでしょうか。どうして特有の性質(バンドギャップ云々だと理解してますが)が出ないのでしょうか?

宿題目的ではありませんのでそのものズバリ答えを教えて下さい。

Aベストアンサー

実際に単結晶以外で作られたトランジスタと、単結晶
でつくられたトランジスタの特性を比較してみれば、
単結晶である必要性が簡単に理解できるでしょう。

多結晶を利用したトランジスタの例として、液晶の駆動に
利用されているものをあげることができます。液晶では
ガラス基板上にトランジスタを形成する必要があるため、
多結晶シリコンしか利用することができません。

下の記事は、CGSという非単結晶の中では高性能なトラン
ジスタを作成できる技術をデモするために、マイコンを
作成したというものです。
http://techon.nikkeibp.co.jp/members/01db/200210/1008626/

しかし、トランジスタ数は約1.3万個で、たった3MHzで
しか動作していません。ほぼ同時期に単結晶シリコンを
利用したマイコンであるPentium4は、約4000万個のトラ
ンジスタを利用しており、動作周波数3GHzに達しています。

集積度で3000倍、動作周波数で1000倍の差がでています。
これは2002年時点での比較、しかも技術デモと最先端商品
の比較なので、現状はすこし縮まっているかもしれませ
んが、とても同程度というレベルにはなっていません。

これだけの差がつく原因の一つは、電子の流れやすさの
指標である移動度が、単結晶に比べて、多結晶では非常に
遅いことです。平行移動にたいして繰り返し構造をもつ
単結晶では、電子が散乱されにくいのに対し、多結晶では
並進対象性が破れていることから、電子が散乱されるのが
原因です。

また、単結晶では基板のどこでトランジスタを作成しても
同じ特性がでますが、どのような方位の結晶粒と結晶
粒界がチャネル領域にくるかわからないため、多結晶で
は位置により特性にばらつきがでます。したがって、
トランジスタの特性が揃っていることが要求される高性能
大規模集積回路の作成が難しくなります。

これらのことから、多結晶を用いたトランジスタは、液晶
の駆動回路など、非常に限られた部分でのみ利用されて
います。

トランジスタ以外に、光半導体などの場合は、理想的な
単結晶から結晶品質が下がる(欠陥が多くなり、多結晶
に近づく)と、発光の線幅が広がる、非発光性再結合など
が増え発光効率が下がる、発光動作を続けると構造が変化
し短時間で発光しなくなるなどの問題が生じます。

実際に単結晶以外で作られたトランジスタと、単結晶
でつくられたトランジスタの特性を比較してみれば、
単結晶である必要性が簡単に理解できるでしょう。

多結晶を利用したトランジスタの例として、液晶の駆動に
利用されているものをあげることができます。液晶では
ガラス基板上にトランジスタを形成する必要があるため、
多結晶シリコンしか利用することができません。

下の記事は、CGSという非単結晶の中では高性能なトラン
ジスタを作成できる技術をデモするために、マイコンを
作成したという...続きを読む

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

Qシリコンウェハ作製法のCZ法とFZ法

シリコンウェハ作製法のCZ法とFZ法について教えてください。

Aベストアンサー

CZ,FZともに単結晶インゴットを作成する方法です。

まずCZ法ですが,Czochralski法の略で,簡単に言うと石英のるつぼに多結晶シリコンを入れ,加熱融解し,そこへ作成したい方位の種結晶を入れ,同じ方位の単結晶を引き上げる方法です。名前は発明者の名前に由来します。

FZ法はFloating Zone法の略で,棒状多結晶シリコンの下に種結晶をつけ,誘導加熱で種と多結晶の境界あたりを融解し単結晶化する方法です。

CZ法の利点は大口径結晶が作りやすいこと,欠点はシリコンの融液が石英と接触しているため不純物(主に酸素)が混入することです。FZに関してはこの逆だと
お考えください。ただし,適量の酸素がシリコンウェエーハ中に入っているとウェーハのの強度が増す等の利点があるため,酸素に関しては悪いことだけではありません。

CZに関しては下記urlに,FZに関してはこの段落の下にあるurlに写真が掲載されています。
http://www.komsil.co.jp/progress/progf.htm

参考URL:http://www.sumcosi.com/laboratory/laboratory1.html

CZ,FZともに単結晶インゴットを作成する方法です。

まずCZ法ですが,Czochralski法の略で,簡単に言うと石英のるつぼに多結晶シリコンを入れ,加熱融解し,そこへ作成したい方位の種結晶を入れ,同じ方位の単結晶を引き上げる方法です。名前は発明者の名前に由来します。

FZ法はFloating Zone法の略で,棒状多結晶シリコンの下に種結晶をつけ,誘導加熱で種と多結晶の境界あたりを融解し単結晶化する方法です。

CZ法の利点は大口径結晶が作りやすいこと,欠点はシリコンの融液が石英と接触しているため...続きを読む

Q半導体のシリコンウエハについて

大学で電子工学を専攻している学生です。先日、半導体の授業でシリコンウエハについて教わったのですが、素朴な疑問があります。シリコンウエハはなぜ丸い形をしているのでしょうか?作り方もあると思うのですが、チップの形が四角いから四角い形のウエハに作ればいいのになぁと思いました。またサイズも200mmとか300mmとかに決まっているようですが、もっと自由なサイズで作れないものでしょうか?全くの素人な質問ですが、半導体にとても興味があるので、どなたか専門家の方、教えてください。

Aベストアンサー

まず、高純度低欠陥密度の単結晶をつくる都合上、最初にできる結晶は、円柱状になります。もちろん、ここから四角形のウェハを切り出してもいいのですが、そうすると、円に内接する四角形の部分だけを使うことになり、その外は捨ててしまうことになります。

円に内接する四角形の最大面積は、円の64%程度ですから、単純に言っても四角形にすることで1/3程度を捨ててしまうことになります。単結晶製造コストは非常に高いので、これは無視できません。

一方、四角形にするメリットですが、実はあまりありません。チップは確かに四角形ですが、その大きさはチップの種類にもよりますが、200mmや300mmといった現在主流のウェハよりもかなり小さいものです。もともとのウェハの形状が円であっても、内接する四角形を切り抜いた外側の部分にも十分チップを敷き詰めることができます。したがって、同じ直径のインゴッドから切り取った円形のウェハと、四角形のウェハでは、一枚で製造できるチップの数は前者の方が多くなります。
また、ウェハの形状を四角形としても、そこにチップを敷き詰めた場合に、チップの辺の長さの整数倍にウェハの大きさがなっていない場合には無駄が生じます。

また、装置の設計をする場合、半導体プロセスでは雰囲気制御をする必要上、大体の装置が真空容器になっていますが、四角形の真空容器よりも円形の方が作りやすくなります。拡散工程などで石英チューブを使いますが、四角形のチューブでは応力集中による破損の恐れがあるでしょう。もちろん、四角形のウェハに対して円形のチューブを使ってもいいのですが、その場合、ウェハ面積に比べて大きなチューブが必要になります。

まず、高純度低欠陥密度の単結晶をつくる都合上、最初にできる結晶は、円柱状になります。もちろん、ここから四角形のウェハを切り出してもいいのですが、そうすると、円に内接する四角形の部分だけを使うことになり、その外は捨ててしまうことになります。

円に内接する四角形の最大面積は、円の64%程度ですから、単純に言っても四角形にすることで1/3程度を捨ててしまうことになります。単結晶製造コストは非常に高いので、これは無視できません。

一方、四角形にするメリットですが、実はあまりありませ...続きを読む


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