La importancia del nitruro de silicio (SiNx) en los chips
En la fabricación de chips, hay un material que juega un papel vital, que es el nitruro de silicio (SiNx). Aunque puede que no reciba la misma atención que otros materiales semiconductores más conocidos como el silicio (Si), el arseniuro de galio (GaAs) o el nitruro de galio (GaN), su importancia es incuestionable. Se puede decir que la mayoría de los chips utilizarán este material.
En la industria de semiconductores, el nitruro de silicio utilizado en diversas aplicaciones a menudo no es uniforme, generalmente representado por SiNx. SiNx es un material amorfo cuyas propiedades dependen de la relación de nitrógeno a silicio, es decir, el valor de x. Cuando el valor de x cambia, las propiedades físicas y químicas del nitruro de silicio también cambiarán. El nitruro de silicio se presenta en muchas formas, incluyendo Si3N4, Si2N2, SiN, etc.
Si3N4 es un material cristalino, lo que significa que la relación de silicio a nitrógeno es fija. Cuando el valor de x es igual a 4/3, SiNx es igual a Si3N4. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, el SiNx a menudo no es fijo, y su relación de silicio a nitrógeno se puede ajustar modificando los parámetros del proceso PVD o CVD.
El nitruro de silicio tiene excelentes propiedades de aislamiento, con una resistividad de hasta 10^14 Ω·cm, que supera con creces a algunos materiales aislantes comunes como el óxido de silicio (SiO2). Su baja constante dieléctrica lo convierte en una capa de aislamiento ideal en aplicaciones de microondas y radiofrecuencia. La capa de nitruro de silicio también actúa como barrera para la difusión de impurezas en el chip. Puede evitar que los dopantes como el boro y el fósforo cambien las características del dispositivo a través de la difusión. Además, también puede evitar la difusión de iones metálicos para evitar fallos como cortocircuitos.
El nitruro de silicio tiene una excelente estabilidad térmica, que está determinada por sus propiedades químicas especiales y su estructura cristalina. Puede permanecer estable en entornos de alta temperatura sin descomposición química ni cambios físicos como otros materiales. Esto se debe a que en la estructura cristalina del nitruro de silicio, cada átomo de silicio se combina con cuatro átomos de nitrógeno en forma de tetraedro, y cada átomo de nitrógeno también se combina con cuatro átomos de silicio en forma de tetraedro. Esta estructura hace que la red cristalina del nitruro de silicio sea extremadamente estable y no se deforme fácilmente. Por lo tanto, se utiliza como capa aislante de compuerta en la fabricación de transistores de alta movilidad de electrones (HEMT).
¿Cuáles son las ventajas del SiNx sobre el SiO2?
Mejor estabilidad térmica, mayor dureza y más difícil de grabar.