Nitru de siliciu în semiconductori- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

Nitru de siliciu ( $S i_{3} N_{4}$ ) este un material care a jucat un rol esențial în avansarea tehnologiei semiconductoare. În timp ce deseori umbrit de dioxid de siliciu ( $S i O_{2}$ ), proprietățile sale unice îl fac indispensabil pentru o varietate de aplicații, de la componente ale dispozitivului pasiv la elemente de tranzistor activ.

Proprietățile unice ale nitrurii de siliciu

Nitrura de siliciu posedă o combinație de proprietăți care o fac o alegere superioară pentru aplicații specifice semiconductoare:

Constantă dielectrică ridicată ( $K$ ): Comparativ cu $S i O_{2}$ (cu a $K$ de aproximativ 3.9), $S i_{3} N_{4}$ Are o constantă dielectrică mai mare (de obicei cuprinsă între 7,5 și 8) Această proprietate permite depozitarea mai multor încărcări într -o anumită zonă, ceea ce este crucial pentru reducerea dimensiunii condensatoarelor și celulelor de memorie. În memoria dinamică cu acces aleatoriu (DRAM), de exemplu, un mai mare $K$ material ca $S i_{3} N_{4}$ Ajută la menținerea unei capacități suficiente pe măsură ce dimensiunile celulare se micșorează, prevenind pierderea datelor.
Barieră excelentă de difuzie: Una dintre cele mai critice funcții ale $S i_{3} N_{4}$ În fabricarea semiconductorilor este capacitatea sa de a acționa ca o barieră extrem de eficientă împotriva difuziei atomilor, în special a moleculelor de apă și a ionilor alcalini precum sodiul. Această proprietate îl face un material ideal pentru straturi de pasivare şi Filme de încapsulare , protejarea zonelor active delicate ale unui cip de contaminarea mediului care ar putea degrada performanța și fiabilitatea dispozitivului.
Duritate mecanică ridicată: Duritatea inerentă a materialului și rezistența mecanică o fac potrivită pentru utilizare ca Masca dură în procesele de litografie și gravură. Spre deosebire de materialele mai moi, $S i_{3} N_{4}$ poate rezista la gravura plasmatică agresivă, permițând transferul precis al modelelor complexe pe straturile de bază cu eroziune minimă. Acest lucru este deosebit de important pentru fabricarea structurilor cu raport ridicat cu aspect.
Coeficient de expansiune termică scăzut: Coeficientul de expansiune termică a $S i_{3} N_{4}$ este relativ scăzut și se potrivește strâns cu cel al siliciului. Această asemănare minimizează stresul mecanic pe dispozitiv în timpul ciclurilor termice, cum ar fi cele întâlnite în timpul etapelor de procesare, cum ar fi recoacerea și depunerea. Stresul redus ajută la prevenirea fisurilor și a delaminării, îmbunătățind randamentul general al dispozitivului și longevitatea.

Aplicații cheie în dispozitivele semiconductoare

Nitrura de siliciu este folosită într -o varietate de roluri critice într -un cip semiconductor:

Distanțier dielectric: În fabricarea finfinelor și a altor arhitecturi avansate de tranzistor, $S i_{3} N_{4}$ este utilizat ca material distanțier. Aceste distanțiere izolează electric poarta de la bornele sursă și de scurgere, o funcție vitală pentru prevenirea scurtcircuitelor și controlul lungimii canalului.
Poarta dielectric: În timp ce $S i O_{2}$ rămâne standardul pentru tranzistoarele tradiționale MOS, $S i_{3} N_{4}$ Poate fi utilizat în stive dielectrice ale porții pentru a obține curenți mai mari de capacitate și de scurgere mai mici. Acest lucru este relevant în special în tehnologiile de memorie non-volatile, cum ar fi memoria flash-portantă, unde poate servi ca un strat de captare a încărcării sau ca parte a unei stive dielectrice cu mai multe straturi (de exemplu,, $Ono$ StacK: $S i O_{2}$ / $S i_{3} N_{4}$ / $S i O_{2}$ ).
Pasivare și încapsulare: Ca un strat protector final, un film de $S i_{3} N_{4}$ poate fi depus pe întreaga suprafață a cipului. Acest strat de pasivare protejează circuitele integrate de umiditate, substanțe chimice și deteriorarea mecanică, îmbunătățind semnificativ fiabilitatea pe termen lung a dispozitivului.
Dielectric intermediar (ILD): În unele aplicații, $S i_{3} N_{4}$ este utilizat în straturi dielectrice intermetale pentru a separa diferite interconectări conductoare. Proprietățile sale de densitate ridicată și barieră împiedică difuzarea atomilor de metal (precum cuprul) în dielectricul înconjurător, care este un mecanism comun de defecțiune în interconectările avansate.

Rolul ceramicii cu nitru de siliciu

De asemenea, este demn de remarcat aplicațiile mai largi de nitrură de siliciu dincolo de depunerea filmului subțire pe napolitane. High-Puritate Ceramică cu nitru de siliciu este utilizat pentru a crea componente pentru echipamentele de fabricație a semiconductorilor în sine. Duritatea sa excepțională, rezistența la șocuri termice și inerția chimică o fac ideală pentru piese precum instrumentele de manipulare a plafonului, tuburile cuptorului și diverse corpuri care funcționează în medii dure, la temperaturi ridicate. Acest rol dublu - ca material pe cip și în utilajele care face cipul - luminează importanța sa pentru întreaga industrie.

În concluzie, combinația unică de nitrură de siliciu de proprietăți electrice, mecanice și chimice și -a solidificat locul ca material critic în fabricarea modernă a semiconductorilor. Capacitatea sa de a servi ca barieră de difuzie eficientă, o $k$ dielectric și o mască din punct de vedere mecanic robust asigură relevanța sa continuă pe măsură ce tehnologia cipului progresează la scale din ce în ce mai mici și mai complexe.