أهمية نيتريد السيليكون (SiNx) في الرقائق
في صناعة الرقائق، هناك مادة تلعب دورًا حيويًا، وهي نتريد السيليكون (SiNx). على الرغم من أنها قد لا تحظى بنفس الاهتمام مثل مواد أشباه الموصلات الأخرى الأكثر شهرة مثل السيليكون (Si) أو زرنيخيد الغاليوم (GaAs) أو نتريد الغاليوم (GaN)، إلا أن أهميتها لا جدال فيها. يمكن القول أن معظم الرقائق ستستخدم هذه المادة.
في صناعة أشباه الموصلات، غالبًا ما يكون نتريد السيليكون المستخدم في تطبيقات مختلفة غير متجانس، ويمثله عمومًا SiNx. SiNx هو مادة غير متبلورة تعتمد خصائصها على نسبة النيتروجين إلى السيليكون، أي قيمة x. عندما تتغير قيمة x، تتغير أيضًا الخصائص الفيزيائية والكيميائية لنتريد السيليكون. يأتي نتريد السيليكون في أشكال عديدة، بما في ذلك Si3N4 وSi2N2 وSiN، إلخ.
Si3N4 هو مادة بلورية، مما يعني أن نسبة السيليكون إلى النيتروجين ثابتة. عندما تكون قيمة x تساوي 4/3، فإن SiNx تساوي Si3N4. ومع ذلك، في التطبيقات العملية، غالبًا ما يكون SiNx غير ثابت، ويمكن تعديل نسبة السيليكون إلى النيتروجين من خلال تغيير معلمات عملية PVD أو CVD.
يتمتع نيتريد السيليكون بخصائص عزل ممتازة، مع مقاومة تصل إلى 10^14 Ω·cm، وهي تتجاوز بكثير بعض المواد العازلة الشائعة مثل أكسيد السيليكون (SiO2). يجعل ثابت العزل الكهربائي المنخفض طبقة عزل مثالية في تطبيقات الميكروويف والترددات الراديوية. تعمل طبقة نيتريد السيليكون أيضًا كحاجز لانتشار الشوائب في الشريحة. يمكنها منع الشوائب مثل البورون والفوسفور من تغيير خصائص الجهاز من خلال الانتشار. بالإضافة إلى ذلك، يمكنها أيضًا منع انتشار أيونات المعادن لمنع الأعطال مثل الدوائر القصيرة.
يتمتع نيتريد السيليكون بثبات حراري ممتاز، والذي يتم تحديده من خلال خصائصه الكيميائية الخاصة وبنيته البلورية. يمكن أن يظل مستقرًا في بيئات ذات درجات حرارة عالية دون تحلل كيميائي أو تغيرات فيزيائية مثل المواد الأخرى. وذلك لأن البنية البلورية لنتريد السيليكون تتحد مع أربع ذرات نيتروجين في شكل رباعي السطوح، وتتحد كل ذرة نيتروجين أيضًا مع أربع ذرات سيليكون في شكل رباعي السطوح. هذا الهيكل يجعل الشبكة البلورية لنتريد السيليكون مستقرة للغاية ولا تتشوه بسهولة. لذلك، يتم استخدامه كطبقة عازلة للبوابة عند تصنيع الترانزستورات عالية الحركة الإلكترونية (HEMTs).
ما هي مزايا SiNx على SiO2؟
استقرار حراري أفضل، وصلابة أقوى، وصعوبة أكبر في الحفر.