Pentingnya Silikon Nitrida (SiNx) dalam Chip

Dalam pembuatan chip, ada material yang memegang peranan penting, yaitu silikon nitrida (SiNx). Meski mungkin tidak mendapat perhatian yang sama seperti material semikonduktor lain yang lebih dikenal seperti silikon (Si), galium arsenida (GaAs), atau galium nitrida (GaN), namun pentingnya material ini tidak perlu diragukan lagi. Dapat dikatakan bahwa sebagian besar chip akan menggunakan material ini.

Dalam industri semikonduktor, silikon nitrida yang digunakan dalam berbagai aplikasi seringkali tidak seragam, umumnya direpresentasikan dengan SiNx. SiNx merupakan material amorf yang sifatnya bergantung pada rasio nitrogen terhadap silikon, yaitu nilai x. Ketika nilai x berubah, sifat fisik dan kimia silikon nitrida juga akan berubah. Silikon nitrida hadir dalam berbagai bentuk, termasuk Si3N4, Si2N2, SiN, dll.

Si3N4 merupakan material kristal, yang berarti rasio silikon terhadap nitrogen bersifat tetap. Bila nilai x sama dengan 4/3, SiNx sama dengan Si3N4. Akan tetapi, dalam aplikasi praktis, SiNx sering kali tidak tetap, dan rasio silikon terhadap nitrogennya dapat disesuaikan dengan mengubah parameter proses PVD atau CVD.

Silikon nitrida memiliki sifat insulasi yang sangat baik, dengan resistivitas hingga 10^14 Ω·cm, jauh melebihi beberapa bahan insulasi umum seperti silikon oksida (SiO2). Konstanta dielektriknya yang rendah menjadikannya lapisan isolasi yang ideal dalam aplikasi gelombang mikro dan frekuensi radio. Lapisan silikon nitrida juga bertindak sebagai penghalang terhadap difusi pengotor dalam chip. Lapisan ini dapat mencegah dopan seperti boron dan fosfor mengubah karakteristik perangkat melalui difusi. Selain itu, lapisan ini juga dapat mencegah difusi ion logam untuk mencegah kesalahan seperti korsleting.

Silikon nitrida memiliki stabilitas termal yang sangat baik, yang ditentukan oleh sifat kimia dan struktur kristalnya yang khusus. Lapisan ini dapat tetap stabil di lingkungan bersuhu tinggi tanpa dekomposisi kimia atau perubahan fisik seperti bahan lainnya. Hal ini dikarenakan pada struktur kristal silikon nitrida, setiap atom silikon berikatan dengan empat atom nitrogen dalam bentuk tetrahedron, dan setiap atom nitrogen juga berikatan dengan empat atom silikon dalam bentuk tetrahedron. Struktur ini membuat kisi kristal silikon nitrida sangat stabil dan tidak mudah mengalami deformasi. Oleh karena itu, silikon nitrida digunakan sebagai lapisan isolasi gerbang saat memproduksi transistor mobilitas elektron tinggi (HEMT).

Apa saja keunggulan SiNx dibandingkan SiO2?

Stabilitas termal yang lebih baik, kekerasan yang lebih keras, dan lebih sulit tergores.