اهمیت نیترید سیلیکون (SiNx) در تراشه ها
در تولید تراشه، ماده ای وجود دارد که نقش حیاتی ایفا می کند، نیترید سیلیکون (SiNx). اگرچه ممکن است به اندازه سایر مواد نیمه رسانای شناخته شده مانند سیلیکون (Si)، آرسنید گالیم (GaAs) یا نیترید گالیم (GaN) مورد توجه قرار نگیرد، اهمیت آن غیرقابل تردید است. می توان گفت که اکثر تراشه ها از این ماده استفاده خواهند کرد.
در صنعت نیمه هادی، نیترید سیلیکون مورد استفاده در کاربردهای مختلف اغلب غیر یکنواخت است که عموماً با SiNx نشان داده می شود. SiNx ماده ای آمورف است که خواص آن به نسبت نیتروژن به سیلیکون یعنی مقدار x بستگی دارد. هنگامی که مقدار x تغییر می کند، خواص فیزیکی و شیمیایی نیترید سیلیکون نیز تغییر می کند. نیترید سیلیکون به اشکال مختلفی از جمله Si3N4، Si2N2، SiN و غیره وجود دارد.
Si3N4 یک ماده کریستالی است، به این معنی که نسبت سیلیکون به نیتروژن ثابت است. وقتی مقدار x برابر با 4/3 باشد، SiNx برابر با Si3N4 است. با این حال، در کاربردهای عملی، SiNx اغلب ثابت نیست، و نسبت سیلیکون به نیتروژن آن را می توان با تغییر پارامترهای فرآیند PVD یا CVD تنظیم کرد.
نیترید سیلیکون دارای خواص عایق عالی است، با مقاومتی تا 10^14 Ω·cm، بسیار فراتر از برخی از مواد عایق معمولی مانند اکسید سیلیکون (SiO2). ثابت دی الکتریک پایین آن را به یک لایه ایزوله ایده آل در کاربردهای مایکروویو و فرکانس رادیویی تبدیل می کند. لایه نیترید سیلیکون نیز به عنوان مانعی در برابر انتشار ناخالصی در تراشه عمل می کند. می تواند از تغییر خصوصیات دستگاه از طریق انتشار از مواد ناخالصی مانند بور و فسفر جلوگیری کند. علاوه بر این، همچنین می تواند از انتشار یون های فلزی جلوگیری کند تا از خطاهایی مانند اتصال کوتاه جلوگیری کند.
نیترید سیلیکون دارای پایداری حرارتی عالی است که با خواص شیمیایی خاص و ساختار کریستالی آن مشخص می شود. می تواند در محیط های با دمای بالا بدون تجزیه شیمیایی یا تغییرات فیزیکی مانند سایر مواد پایدار بماند. به این دلیل که در ساختار کریستالی نیترید سیلیکون، هر اتم سیلیکون با چهار اتم نیتروژن به شکل یک چهار وجهی ترکیب می شود و هر اتم نیتروژن نیز با چهار اتم سیلیکون به شکل چهار وجهی ترکیب می شود. این ساختار باعث می شود که شبکه کریستالی نیترید سیلیکون بسیار پایدار باشد و به راحتی تغییر شکل ندهد. بنابراین، در هنگام ساخت ترانزیستورهای با تحرک الکترون بالا (HEMT) از آن به عنوان یک لایه عایق دروازه استفاده می شود.
مزایای SiNx نسبت به SiO2 چیست؟
پایداری حرارتی بهتر، سختی بیشتر و حکاکی سخت تر.