칩에서 실리콘 질화물(SiNx)의 중요성

칩 제조에서 중요한 역할을 하는 재료가 있는데, 바로 질화규소(SiNx)입니다. 실리콘(Si), 비소화갈륨(GaAs) 또는 질화갈륨(GaN)과 같은 다른 잘 알려진 반도체 재료만큼 주목받지는 못하지만, 그 중요성은 의심할 여지가 없습니다. 대부분의 칩이 이 재료를 사용한다고 할 수 있습니다.

반도체 산업에서 다양한 응용 분야에 사용되는 질화규소는 종종 불균일하며, 일반적으로 SiNx로 표현됩니다. SiNx는 질소와 실리콘의 비율, 즉 x 값에 따라 특성이 달라지는 비정질 재료입니다. x 값이 변경되면 질화규소의 물리적 및 화학적 특성도 변경됩니다. 질화규소는 Si3N4, Si2N2, SiN 등 여러 형태로 제공됩니다.

Si3N4는 결정질 재료이므로 실리콘과 질소의 비율이 고정되어 있습니다. x 값이 4/3이면 SiNx는 Si3N4와 같습니다. 그러나 실제 응용 분야에서 SiNx는 종종 고정되지 않으며, 실리콘 대 질소의 비율은 PVD 또는 CVD 공정의 매개변수를 변경하여 조정할 수 있습니다.

질화규소는 최대 10^14 Ω·cm의 저항률을 가진 우수한 절연 특성을 가지고 있어 실리콘 산화물(SiO2)과 같은 일부 일반적인 절연 재료를 훨씬 능가합니다. 유전율이 낮아 마이크로파 및 무선 주파수 응용 분야에서 이상적인 절연 층이 됩니다. 질화규소 층은 또한 칩에서 불순물 확산에 대한 장벽 역할을 합니다. 붕소 및 인과 같은 도펀트가 확산을 통해 장치 특성을 변경하는 것을 방지할 수 있습니다. 또한 단락과 같은 오류를 방지하기 위해 금속 이온의 확산을 방지할 수도 있습니다.

질화규소는 특수한 화학적 특성과 결정 구조에 의해 결정되는 우수한 열 안정성을 가지고 있습니다. 다른 재료와 같이 화학적 분해나 물리적 변화 없이 고온 환경에서 안정을 유지할 수 있습니다. 그 이유는 질화규소의 결정 구조에서 각 실리콘 원자는 사면체 형태로 4개의 질소 원자와 결합하고, 각 질소 원자는 또한 사면체 형태로 4개의 실리콘 원자와 결합하기 때문입니다. 이 구조는 질화규소의 결정 격자를 매우 안정적이고 변형하기 어렵게 만듭니다. 따라서 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)를 제조할 때 게이트 절연층으로 사용됩니다.

SiO2에 비해 SiNx의 장점은 무엇입니까?

더 나은 열 안정성, 더 단단한 경도, 더 어려운 에칭.