Silicijski nitrid u poluvodičima

Sjaljakonskja njatrjad ( $S{ja}_3{N}_4$ ) je materjajal kojja je jagrao glavnu ulogu u unapređenju tehnologjaje poluvodjača. Dok je često zasjenjen sjaljacjajevjam djaoksidom ( $Si{O}_2$ ), njegova jedinstvena svojstva čine ga neophodnim za razne aplikacije, od komponenti pasivnih uređaja do aktivnih tranzistorskih elemenata.

Jedinstvena svojstva silikonskog nitrida

Silicijski nitrid posjeduje kombinaciju svojstava koja ga čine vrhunskim izborom za određene poluvodičke aplikacije:

• Visoka dielektrična konstanta ( $k$ ): U usporedbi s $Sja{O}_2$ (s a $k$ od oko 3,9), $S{ja}_3{N}_4$ ima veću dielektričnu konstantu (obično se kreće od 7,5 do 8). Ovo svojstvo omogućava skladištenje više naboja u određenom području, što je ključno za smanjenje veličine kondenzatora i memorijskih ćelija. U dinamičnoj memoriji slučajnih pristupa (DRAM), na primjer, viši $k$ materijal poput $S{ja}_3{N}_4$ Pomaže u održavanju dovoljnog kapaciteta jer se dimenzije stanica smanjuju, sprečavajući gubitak podataka.

• Izvrsna difuzijska barijera: Jedna od najkritičnijih funkcija $S{ja}_3{N}_4$ U poluvodičima je njegova sposobnost da djeluje kao vrlo učinkovita prepreka protiv difuzije atoma, posebno molekula vode i alkalnih iona poput natrija. Ovo svojstvo čini ga idealnim materijalom za Pasivizacijski slojevi i inkapsulacijski filmovi , zaštita osjetljivih aktivnih područja čipa od onečišćenja okoliša koja bi mogla smanjiti performanse uređaja i pouzdanost.

• Visoka mehanička tvrdoća: Inherentna tvrdoća materijala i mehanička čvrstoća čine ga prikladnim za upotrebu kao a tvrda maska u procesima litografije i jetkanja. Za razliku od mekših materijala, $S{ja}_3{N}_4$ može izdržati agresivno jetkanje u plazmi, omogućavajući precizan prijenos zamršenih uzoraka na temeljne slojeve s minimalnom erozijom. To je posebno važno za izradu struktura omjera visokog aspekta.

• Nizak koeficijent toplinske ekspanzije: Koeficijent toplinske ekspanzije od $S{ja}_3{N}_4$ je relativno niska i usko odgovara silicijumu. Ova sličnost minimizira mehanički napon na uređaju tijekom toplinskih ciklusa, poput onih koji se susreću tijekom koraka obrade poput žarenja i taloženja. Smanjeni stres pomaže u sprječavanju pucanja i odvajanja, poboljšanju ukupnog prinosa uređaja i dugovječnosti.

Ključne aplikacije na poluvodičkim uređajima

Silicijski nitrid koristi se u raznim kritičnim ulogama unutar poluvodičkog čipa:

• Dielektrični razmak: U izradi finfeta i drugih naprednih arhitektura tranzistora, $S{ja}_3{N}_4$ koristi se kao razmaknik. Ovi razmaknici električno izoliraju vrata iz izvora i odvodnih terminala, što je vitalna funkcija za sprečavanje kratkih spojeva i kontrolu duljine kanala.

• Gate Dielektric: Dok $Sja{O}_2$ ostaje standard za tradicionalne MOS tranzistore, $S{ja}_3{N}_4$ Može se koristiti u dielektričnim vratima vrata za postizanje većeg kapaciteta i niže struje curenja. To je posebno relevantno u nehlapljivim memorijskim tehnologijama, kao što je flash memorija s plutajućim vratima, gdje može poslužiti kao sloj za hvatanje naboja ili kao dio višeslojnog dielektričnog snopa vrata (npr., $Ono$ stog: $Sja{O}_2$ / $S{ja}_3{N}_4$ / $Sja{O}_2$ ).

• Pasivacija i inkapsulacija: Kao konačni zaštitni sloj, film $S{ja}_3{N}_4$ može se odložiti preko cijele površine čipa. Ovaj pasivizacijski sloj Očistite integrirane krugove od vlage, kemikalija i mehaničkih oštećenja, značajno povećavajući dugoročnu pouzdanost uređaja.

• Interlayer Dielektric (ILD): U nekim aplikacijama, $S{ja}_3{N}_4$ koristi se u među-metalnim dielektričnim slojevima za odvajanje različitih vodljivih međusobnih povezanosti. Njegova svojstva visoke gustoće i barijere sprječavaju difuziju metalnih atoma (poput bakra) u okolni dielektrik, što je uobičajeni mehanizam kvara u naprednim međusobnim vezama.

Uloga keramike silicij nitrida

Također je vrijedno napomenuti širu primjenu silicij-nitrida izvan tankog filma na rezinu. Čistoća Keramika silicij nitrida koristi se za stvaranje komponenti za samu opremu za proizvodnju poluvodiča. Njegova iznimna tvrdoća, otpornost na toplinski udar i kemijska inertnost čine je idealnim za dijelove poput alata za rukovanje vafelom, cijevi za peći i raznih čvora koji djeluju u teškim, visokotemperaturnim okruženjima. Ova dvostruka uloga - kao materijal na čipu i u strojevima koji čini čip - osvjetljava svoju važnost za cijelu industriju.

Zaključno, jedinstvena kombinacija električnih, mehaničkih i kemijskih svojstava silicija nitrida učvrstila je svoje mjesto kao kritični materijal u modernoj izradi poluvodiča. Njegova sposobnost da služi kao učinkovita difuzijska barijera, $k$ Dielektrična i mehanički snažna tvrda maska ​​osigurava njegovu kontinuiranu relevantnost kako tehnologija čipa napreduje do sve manjih i složenijih vaga.