Silicon nitride sa semiconductors

Silicon nitride ( $S{i}_3{N}_4$ ) ay isang materyal na gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagsulong ng teknolohiyang semiconductor. Habang madalas na napapamalas ng silikon dioxide ( $Si{O}_2$ ), ang mga natatanging katangian nito ay ginagawang kailangang -kailangan para sa iba't ibang mga aplikasyon, mula sa mga sangkap ng pasibo na aparato hanggang sa mga aktibong elemento ng transistor.

Ang mga natatanging katangian ng silikon nitride

Ang Silicon Nitride ay nagtataglay ng isang kumbinasyon ng mga pag -aari na ginagawang isang mahusay na pagpipilian para sa mga tiyak na aplikasyon ng semiconductor:

• Mataas na dielectric na pare -pareho ( $k$ ): Kumpara sa $Si{O}_2$ (na may a $k$ ng paligid ng 3.9), $S{i}_3{N}_4$ ay may mas mataas na dielectric na pare -pareho (karaniwang mula sa 7.5 hanggang 8). Pinapayagan ng ari -arian na ito para sa pag -iimbak ng mas maraming singil sa isang naibigay na lugar, na mahalaga para sa pagbabawas ng laki ng mga capacitor at mga cell ng memorya. Sa dynamic na ratom-access memory (DRAM), halimbawa, isang mas mataas $k$ materyal tulad ng $S{i}_3{N}_4$ Tumutulong na mapanatili ang sapat na kapasidad bilang pag -urong ng mga sukat ng cell, na pumipigil sa pagkawala ng data.

• Mahusay na hadlang sa pagsasabog: Isa sa mga pinaka kritikal na pag -andar ng $S{i}_3{N}_4$ Sa pagmamanupaktura ng semiconductor ay ang kakayahang kumilos bilang isang mabisang hadlang laban sa pagsasabog ng mga atomo, lalo na ang mga molekula ng tubig at mga alkali na ions tulad ng sodium. Ang pag -aari na ito ay ginagawang isang mainam na materyal para sa Mga Layer ng Passivation and Mga pelikulang encapsulation , pagprotekta sa maselan na mga aktibong lugar ng isang chip mula sa kontaminasyon sa kapaligiran na maaaring magpabagal sa pagganap at pagiging maaasahan ng aparato.

• Mataas na katigasan ng mekanikal: Ang likas na katigasan ng materyal at lakas ng makina ay angkop para magamit bilang a Hard Mask sa mga proseso ng lithography at etching. Hindi tulad ng mga mas malambot na materyales, $S{i}_3{N}_4$ maaaring makatiis ng agresibong plasma etching, na nagpapahintulot sa tumpak na paglipat ng masalimuot na mga pattern sa pinagbabatayan na mga layer na may kaunting pagguho. Mahalaga ito lalo na para sa paggawa ng mga istraktura na may mataas na aspeto-ratio.

• Mababang koepisyent ng pagpapalawak ng thermal: Ang thermal pagpapalawak ng koepisyent ng $S{i}_3{N}_4$ ay medyo mababa at malapit na tumutugma sa silikon. Ang pagkakapareho na ito ay nagpapaliit ng mekanikal na stress sa aparato sa panahon ng mga thermal cycle, tulad ng mga nakatagpo sa panahon ng pagproseso ng mga hakbang tulad ng pagsusubo at pag -aalis. Ang nabawasan na stress ay nakakatulong upang maiwasan ang pag -crack at delamination, pagpapabuti ng pangkalahatang ani ng aparato at kahabaan ng buhay.

Mga pangunahing aplikasyon sa mga aparato ng semiconductor

Ang silikon nitride ay nagtatrabaho sa iba't ibang mga kritikal na tungkulin sa loob ng isang semiconductor chip:

• Dielectric spacer: Sa katha ng Finfets at iba pang mga advanced na arkitektura ng transistor, $S{i}_3{N}_4$ ay ginagamit bilang isang materyal na spacer. Ang mga spacer na ito ay electrically ibukod ang gate mula sa mga terminal ng mapagkukunan at alisan ng tubig, isang mahalagang pag -andar para maiwasan ang mga maikling circuit at pagkontrol sa haba ng channel.

• Gate Dielectric: Habang $Si{O}_2$ nananatiling pamantayan para sa tradisyonal na mga transistor ng MOS, $S{i}_3{N}_4$ maaaring magamit sa mga gate dielectric stacks upang makamit ang mas mataas na kapasidad at mas mababang mga leakage currents. Ito ay lalong nauugnay sa mga teknolohiyang memorya ng di-pabagu-bago, tulad ng memorya ng flash flash na lumulutang, kung saan maaari itong magsilbing isang layer ng pagsingil o bilang bahagi ng isang multi-layer gate dielectric stack (e.g., $Ono$ Stack: $Si{O}_2$ / $S{i}_3{N}_4$ / $Si{O}_2$ ).

• Passivation at encapsulation: Bilang pangwakas na layer ng proteksiyon, isang pelikula ng $S{i}_3{N}_4$ maaaring ideposito sa buong ibabaw ng chip. Ito Layer ng Passivation Shields ang integrated circuit mula sa kahalumigmigan, kemikal, at mekanikal na pinsala, makabuluhang pagpapahusay ng pangmatagalang pagiging maaasahan ng aparato.

• Interlayer Dielectric (ILD): Sa ilang mga aplikasyon, $S{i}_3{N}_4$ ay ginagamit sa inter-metal dielectric layer upang paghiwalayin ang iba't ibang mga conductive interconnect. Ang mataas na density at mga katangian ng hadlang ay pinipigilan ang pagsasabog ng mga metal atoms (tulad ng tanso) sa nakapalibot na dielectric, na kung saan ay isang pangkaraniwang mekanismo ng pagkabigo sa mga advanced na magkakaugnay.

Ang papel ng silikon nitride ceramic

Ito ay nagkakahalaga din na tandaan ang mas malawak na mga aplikasyon ng silikon nitride na lampas sa pag-aalis ng manipis na film sa mga wafer. Mataas na kadalisayan Silicon nitride ceramic ay ginagamit upang lumikha ng mga sangkap para sa kagamitan sa pagmamanupaktura ng semiconductor mismo. Ang pambihirang tigas, thermal shock resistance, at kemikal na pagkawalang-galaw ay ginagawang perpekto para sa mga bahagi tulad ng mga tool sa paghawak ng wafer, mga tubo ng pugon, at iba't ibang mga fixture na nagpapatakbo sa malupit, mataas na temperatura na kapaligiran. Ang dalawahang papel na ito - bilang isang materyal sa chip at sa makinarya na gumagawa ng chip - ay nagbigay ng kahalagahan nito sa buong industriya.

Sa konklusyon, ang natatanging kumbinasyon ng Silicon Nitride ng mga de -koryenteng, mekanikal, at kemikal na mga katangian ay pinatibay ang lugar nito bilang isang kritikal na materyal sa modernong semiconductor na katha. Ang kakayahang maglingkod bilang isang epektibong hadlang sa pagsasabog, isang mataas $k$ Dielectric, at isang mekanikal na matatag na hard mask ay nagsisiguro nito na patuloy na kaugnayan habang ang teknolohiya ng chip ay umuusbong hanggang sa mas maliit at mas kumplikadong mga kaliskis.