ซิลิกอนไนไตรด์ในเซมิคอนดักเตอร์

ซิลิกอนไนไตรด์ ( $S{ฉัน}_3{n}_4$ ) เป็นวัสดุที่มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ ในขณะที่มักถูกบดบังด้วยซิลิกอนไดออกไซด์ ( $Sฉัน{โอ}_2$ ) คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของมันทำให้เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับแอปพลิเคชันที่หลากหลายตั้งแต่ส่วนประกอบอุปกรณ์พาสซีฟไปจนถึงองค์ประกอบของทรานซิสเตอร์ที่ใช้งานอยู่

คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของซิลิกอนไนไตรด์

ซิลิคอนไนไตรด์มีการผสมผสานของคุณสมบัติที่ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหนือกว่าสำหรับแอปพลิเคชันเซมิคอนดักเตอร์ที่เฉพาะเจาะจง:

• ค่าคงที่อิเล็กทริกสูง ( $K$ - เมื่อเทียบกับ $Sฉัน{โอ}_2$ (กับ $K$ ประมาณ 3.9) $S{ฉัน}_3{n}_4$ มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่สูงขึ้น (โดยทั่วไปตั้งแต่ 7.5 ถึง 8) คุณสมบัตินี้ช่วยให้สามารถจัดเก็บค่าใช้จ่ายได้มากขึ้นในพื้นที่ที่กำหนดซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการลดขนาดของตัวเก็บประจุและเซลล์หน่วยความจำ ในหน่วยความจำแบบสุ่มแบบไดนามิก (DRAM) ตัวอย่างเช่นสูงกว่า $K$ วัสดุเช่น $S{ฉัน}_3{n}_4$ ช่วยรักษาความจุที่เพียงพอเนื่องจากขนาดของเซลล์หดตัวป้องกันการสูญเสียข้อมูล

• อุปสรรคการแพร่ที่ยอดเยี่ยม: หนึ่งในฟังก์ชั่นที่สำคัญที่สุดของ $S{ฉัน}_3{n}_4$ ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์คือความสามารถในการทำหน้าที่เป็นอุปสรรคที่มีประสิทธิภาพสูงต่อการแพร่กระจายของอะตอมโดยเฉพาะอย่างยิ่งโมเลกุลของน้ำและไอออนอัลคาไลเช่นโซเดียม คุณสมบัตินี้ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับ เลเยอร์ passฉันvatฉันon และ ฟิล์มห่อหุ้ม การปกป้องพื้นที่ที่ใช้งานได้อย่างละเอียดของชิปจากการปนเปื้อนสิ่งแวดล้อมที่สามารถลดประสิทธิภาพของอุปกรณ์และความน่าเชื่อถือ

• ความแข็งเชิงกลสูง: ความแข็งโดยธรรมชาติของวัสดุและความแข็งแรงเชิงกลทำให้เหมาะสำหรับใช้เป็นก หน้ากากแข็ง ในกระบวนการพิมพ์หินและการแกะสลัก ไม่เหมือนกับวัสดุที่นุ่มกว่า $S{ฉัน}_3{n}_4$ สามารถทนต่อการแกะสลักในพลาสมาที่ก้าวร้าวช่วยให้สามารถถ่ายโอนรูปแบบที่ซับซ้อนไปยังเลเยอร์พื้นฐานที่แม่นยำได้อย่างแม่นยำ สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการสร้างโครงสร้างอัตราส่วนอัตราส่วนสูง

• ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของ $S{ฉัน}_3{n}_4$ ค่อนข้างต่ำและตรงกับซิลิคอน ความคล้ายคลึงกันนี้ช่วยลดความเครียดทางกลบนอุปกรณ์ในระหว่างรอบความร้อนเช่นที่พบในระหว่างขั้นตอนการประมวลผลเช่นการหลอมและการสะสม ความเครียดที่ลดลงจะช่วยป้องกันการแตกร้าวและการปราบปรามการปรับปรุงผลผลิตอุปกรณ์โดยรวมและอายุยืน

แอปพลิเคชันสำคัญในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

ซิลิคอนไนไตรด์ใช้ในบทบาทที่สำคัญหลากหลายภายในชิปเซมิคอนดักเตอร์:

• ตัวเว้นวรรคอิเล็กทริก: ในการผลิต Fฉันnfets และสถาปัตยกรรมทรานซิสเตอร์ขั้นสูงอื่น ๆ $S{ฉัน}_3{n}_4$ ใช้เป็นวัสดุเว้นวรรค ตัวเว้นวรรคเหล่านี้แยกประตูออกจากแหล่งกำเนิดและเทอร์มินัลระบายซึ่งเป็นฟังก์ชันสำคัญสำหรับการป้องกันการลัดวงจรและควบคุมความยาวของช่อง

• เกตอิเล็กทริก: ในขณะที่ $Sฉัน{โอ}_2$ ยังคงเป็นมาตรฐานสำหรับทรานซิสเตอร์ MโอS แบบดั้งเดิม $S{ฉัน}_3{n}_4$ สามารถใช้ในสแต็คไดอิเล็กทริกประตูเพื่อให้ได้ความจุที่สูงขึ้นและกระแสรั่วไหลที่ต่ำกว่า สิ่งนี้มีความเกี่ยวข้องโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเทคโนโลยีหน่วยความจำที่ไม่ระเหยเช่นหน่วยความจำแฟลชประตูลอยซึ่งสามารถใช้เป็นชั้นการดักจับการชาร์จหรือเป็นส่วนหนึ่งของสแต็คไดอิเล็กทริกเกตหลายชั้น (เช่นเช่น $โอNO$ สแต็ค: $Sฉัน{โอ}_2$ / $S{ฉัน}_3{n}_4$ / $Sฉัน{โอ}_2$ -

• passivation และ encapsulation: ในฐานะที่เป็นเลเยอร์ป้องกันขั้นสุดท้ายฟิล์มของ $S{ฉัน}_3{n}_4$ สามารถฝากได้ทั่วพื้นผิวชิปทั้งหมด นี้ เลเยอร์ passivation ป้องกันวงจรรวมจากความชื้นสารเคมีและความเสียหายเชิงกลช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือในระยะยาวของอุปกรณ์อย่างมีนัยสำคัญ

• Interlayer Dielectric (ILD): ในบางแอปพลิเคชัน $S{ฉัน}_3{n}_4$ ใช้ในเลเยอร์อิเล็กทริกระหว่างโลหะเพื่อแยกการเชื่อมต่อระหว่างระบบที่แตกต่างกัน คุณสมบัติความหนาแน่นสูงและสิ่งกีดขวางของมันป้องกันการแพร่กระจายของอะตอมโลหะ (เช่นทองแดง) เข้าไปในอิเล็กทริกโดยรอบซึ่งเป็นกลไกความล้มเหลวทั่วไปในการเชื่อมต่อระหว่างกันขั้นสูง

บทบาทของเซรามิกซิลิกอนไนไตรด์

นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าการใช้งานที่กว้างขึ้นของซิลิกอนไนไตรด์นอกเหนือจากการสะสมฟิล์มบาง ๆ บนเวเฟอร์ มีความสุขสูง เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ ใช้เพื่อสร้างส่วนประกอบสำหรับอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์เอง ความแข็งที่ยอดเยี่ยมความต้านทานการกระแทกด้วยความร้อนและความเฉื่อยทางเคมีทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนเช่นเครื่องมือจัดการเวเฟอร์ท่อเตาและติดตั้งต่างๆที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและอุณหภูมิสูง บทบาทคู่นี้ - เป็นวัสดุบนชิปและในเครื่องจักรที่ทำให้ชิป - ไฮไลต์ความสำคัญต่ออุตสาหกรรมทั้งหมด

โดยสรุปการผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ของ Silicon Nitride ของคุณสมบัติทางไฟฟ้าเครื่องกลและสารเคมีได้ทำให้สถานที่ของมันเป็นวัสดุที่สำคัญในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่ทันสมัย ความสามารถในการทำหน้าที่เป็นอุปสรรคการแพร่กระจายที่มีประสิทธิภาพสูง- $K$ อิเล็กทริกและหน้ากากแข็งที่มีความแข็งแกร่งทางกลไกทำให้มั่นใจได้ว่ามันเกี่ยวข้องอย่างต่อเนื่องเนื่องจากเทคโนโลยีชิปดำเนินไปจนถึงเครื่องชั่งที่เล็กลงและซับซ้อนมากขึ้น