Siliciumnitride in halfgeleiders- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

Siliciumnitride ( $S i_{3} N_{4}$ ) is een materiaal dat een cruciale rol heeft gespeeld bij de vooruitgang van halfgeleidertechnologie. Hoewel vaak overschaduwd door siliciumdioxide ( $S i O_{2}$ ), de unieke eigenschappen maken het onmisbaar voor verschillende toepassingen, van passieve apparaatcomponenten tot actieve transistorelementen.

De unieke eigenschappen van siliciumnitride

Siliciumnitride bezit een combinatie van eigenschappen die het een superieure keuze maken voor specifieke halfgeleidertoepassingen:

Hoge diëlektrische constante ( $k$ ): Vergeleken met $S i O_{2}$ (met een $k$ van ongeveer 3.9), $S i_{3} N_{4}$ heeft een hogere diëlektrische constante (meestal variërend van 7,5 tot 8). Deze eigenschap zorgt voor de opslag van meer lading in een bepaald gebied, wat cruciaal is voor het verminderen van de grootte van condensatoren en geheugencellen. In dynamisch willekeurig toegankelijke geheugen (DRAM), bijvoorbeeld, een hogere $k$ materiaal zoals $S i_{3} N_{4}$ Helpt voldoende capaciteit te behouden terwijl celafmetingen krimpen, waardoor gegevensverlies voorkomen.
Uitstekende diffusiebarrière: Een van de meest kritische functies van $S i_{3} N_{4}$ In de productie van halfgeleiders is het vermogen om te werken als een zeer effectieve barrière tegen de diffusie van atomen, met name watermoleculen en alkali -ionen zoals natrium. Deze eigenschap maakt het een ideaal materiaal voor Passiveringslagen En inkapsingsfilms , het beschermen van de delicate actieve gebieden van een chip tegen milieuverontreiniging die de prestaties en betrouwbaarheid van het apparaat zou kunnen verslechteren.
Hoge mechanische hardheid: De inherente hardheid en mechanische sterkte van het materiaal maken het geschikt voor gebruik als een Hard masker in lithografie en etsprocessen. In tegenstelling tot zachtere materialen, $S i_{3} N_{4}$ Kan agressief plasma -etsen weerstaan, waardoor de precieze overdracht van ingewikkelde patronen op onderliggende lagen met minimale erosie mogelijk is. Dit is vooral belangrijk voor het fabriceren van structuren met hoge aspect.
Lage thermische expansiecoëfficiënt: De thermische expansiecoëfficiënt van $S i_{3} N_{4}$ is relatief laag en komt nauw overeen met die van silicium. Deze gelijkenis minimaliseert mechanische stress op het apparaat tijdens thermische cycli, zoals die tijdens verwerkingsstappen zoals gloeien en depositie. Verminderde stress helpt barsten en delaminatie te voorkomen, waardoor de algehele apparaatopbrengst en een lange levensduur worden verbeterd.

Belangrijkste toepassingen in halfgeleiderapparaten

Siliciumnitride wordt gebruikt in verschillende kritieke rollen binnen een halfgeleiderchip:

Diëlektrische spacer: In de fabricage van Finfets en andere geavanceerde transistorarchitecturen, $S i_{3} N_{4}$ wordt gebruikt als spacer -materiaal. Deze spacers isoleren de poort elektrisch van de bron en drainterminals af, een vitale functie voor het voorkomen van korte circuits en het regelen van de kanaallengte.
Gate diëlektrisch: Terwijl $S i O_{2}$ blijft de standaard voor traditionele MOS -transistors, $S i_{3} N_{4}$ kan worden gebruikt in poort diëlektrische stapels om hogere capaciteit en lagere lekstromen te bereiken. Dit is vooral relevant in niet-vluchtige geheugentechnologieën, zoals flodderige flash-geheugen, waar het kan dienen als een lading-trapping-laag of als onderdeel van een meerlagige poort diëlektrische stapel (bijv. $Ono$ Stapel: $S i O_{2}$ / $S i_{3} N_{4}$ / $S i O_{2}$ ).
Passivering en inkapseling: Als een uiteindelijke beschermende laag, een film van $S i_{3} N_{4}$ kan worden afgezet over het gehele chipoppervlak. Dit passiveringslaag Schermt de geïntegreerde circuits van vocht, chemicaliën en mechanische schade, waardoor de betrouwbaarheid op lange termijn van het apparaat aanzienlijk wordt verbeterd.
Interlayer Dielectric (ILD): In sommige toepassingen, $S i_{3} N_{4}$ wordt gebruikt in diëlektrische lagen tussen de metalen om verschillende geleidende interconnects te scheiden. De hoge dichtheid en barrière -eigenschappen voorkomen de diffusie van metaalatomen (zoals koper) in het omringende diëlektricum, wat een gemeenschappelijk faalmechanisme is in geavanceerde interconnects.

De rol van siliciumnitride keramiek

Het is ook de moeite waard om de bredere toepassingen van siliciumnitride op te merken voorbij dunne-filmafzetting op wafels. Hoge zuiverheid Silicium nitride keramiek wordt gebruikt om componenten te maken voor de productieapparatuur van halfgeleiders zelf. De uitzonderlijke hardheid, thermische schokweerstand en chemische inertie maken het ideaal voor onderdelen zoals waferafhandelingsgereedschap, ovenbuizen en verschillende armaturen die werken in harde, hoge temperatuuromgevingen. Deze dubbele rol - als een materiaal op de chip en in de machines die de chip maakt - verlicht het belang ervan voor de hele industrie.

Concluderend heeft de unieke combinatie van siliciumnitride van elektrische, mechanische en chemische eigenschappen zijn plaats gestold als een kritisch materiaal in moderne halfgeleiderfabricage. Zijn vermogen om te dienen als een effectieve diffusiebarrière, een high- $k$ Diëlektrisch, en een mechanisch robuust hard masker zorgt voor de voortdurende relevantie ervan naarmate chiptechnologie naar steeds kleinere en complexere schalen gaat.