L’importance du nitrure de silicium (SiNx) dans les puces

Dans la fabrication des puces, il existe un matériau qui joue un rôle essentiel : le nitrure de silicium (SiNx). Bien qu’il ne reçoive pas la même attention que d’autres matériaux semi-conducteurs plus connus tels que le silicium (Si), l’arséniure de gallium (GaAs) ou le nitrure de gallium (GaN), son importance est incontestable. On peut dire que la plupart des puces utiliseront ce matériau.

Dans l’industrie des semi-conducteurs, le nitrure de silicium utilisé dans diverses applications est souvent non uniforme, généralement représenté par SiNx. Le SiNx est un matériau amorphe dont les propriétés dépendent du rapport azote/silicium, c’est-à-dire de la valeur de x. Lorsque la valeur de x change, les propriétés physiques et chimiques du nitrure de silicium changent également. Le nitrure de silicium se présente sous de nombreuses formes, notamment Si3N4, Si2N2, SiN, etc.

Si3N4 est un matériau cristallin, ce qui signifie que le rapport silicium/azote est fixe. Lorsque la valeur de x est égale à 4/3, SiNx est égal à Si3N4. Cependant, dans les applications pratiques, le SiNx n’est souvent pas fixe et son rapport silicium/azote peut être ajusté en modifiant les paramètres du processus PVD ou CVD.

Le nitrure de silicium présente d’excellentes propriétés d’isolation, avec une résistivité allant jusqu’à 10^14 Ω·cm, dépassant de loin certains matériaux isolants courants tels que l’oxyde de silicium (SiO2). Sa faible constante diélectrique en fait une couche d’isolation idéale dans les applications micro-ondes et radiofréquences. La couche de nitrure de silicium agit également comme une barrière à la diffusion des impuretés dans la puce. Elle peut empêcher les dopants tels que le bore et le phosphore de modifier les caractéristiques de l’appareil par diffusion. En outre, elle peut également empêcher la diffusion d’ions métalliques pour éviter les défauts tels que les courts-circuits.

Le nitrure de silicium présente une excellente stabilité thermique, qui est déterminée par ses propriétés chimiques et sa structure cristalline particulières. Il peut rester stable dans des environnements à haute température sans décomposition chimique ni changements physiques comme d’autres matériaux. C’est parce que dans la structure cristalline du nitrure de silicium, chaque atome de silicium est combiné à quatre atomes d’azote sous la forme d’un tétraèdre, et chaque atome d’azote est également combiné à quatre atomes de silicium sous la forme d’un tétraèdre. Cette structure rend le réseau cristallin du nitrure de silicium extrêmement stable et difficile à déformer. Par conséquent, il est utilisé comme couche isolante de grille lors de la fabrication de transistors à haute mobilité électronique (HEMT).

Quels sont les avantages du SiNx par rapport au SiO2 ?

Une meilleure stabilité thermique, une dureté plus élevée et une gravure plus difficile.