A importância do nitreto de silício (SiNx) em Chips

No fabrico de chips, existe um material que desempenha um papel vital, que é o nitreto de silício (SiNx). Embora possa não receber a mesma atenção que outros materiais semicondutores mais conhecidos, como o silício (Si), o gálio arsenida (GaAs) ou o nitreto de gálio (GaN), a sua importância é inquestionável. Pode dizer-se que a maioria dos chips utilizará este material.

Na indústria de semicondutores, o nitreto de silício utilizado em diversas aplicações é muitas vezes não uniforme, geralmente representado pelo SiNx. O SiNx é um material amorfo cujas propriedades dependem da razão de azoto e silício, ou seja, do valor de x. Quando o valor de x se altera, as propriedades físicas e químicas do nitreto de silício também se alterarão. O nitreto de silício vem em muitas formas, incluindo Si3N4, Si2N2, SiN, etc.

O Si3N4 é um material cristalino, o que significa que a proporção de silício e azoto é fixada. Quando o valor de x é igual a 4/3, o SiNx é igual a Si3N4. No entanto, em aplicações práticas, o SiNx é frequentemente não fixo, e a sua relação entre silício e azoto pode ser ajustada alterando os parâmetros do processo de PVD ou CVD.

O nitreto de silício apresenta excelentes propriedades de isolamento, com uma resistividade até 10^14 Ω·cm, excedendo em muito alguns materiais isolantes comuns, como o óxido de silício (SiO2). A sua baixa constante dielétrica torna-a uma camada de isolamento ideal em aplicações de micro-ondas e radiofrequência. A camada de nitreto de silício também atua como uma barreira à difusão da impureza no chip. Pode prevenir dopantes como o boro e o fósforo alteram as características do dispositivo através da difusão. Além disso, também pode evitar a difusão de iões metálicos para evitar falhas como curtos-circuitos.

O nitreto de silício apresenta uma excelente estabilidade térmica, que é determinada pelas suas propriedades químicas especiais e pela estrutura cristalina. Pode manter-se estável em ambientes de alta temperatura sem decomposição química ou alterações físicas, como outros materiais. Isto porque na estrutura cristalina do nitreto de silício, cada átomo de silício é combinado com quatro átomos de azoto sob a forma de um tetraedro, e cada átomo de azoto é também combinado com quatro átomos de silício sob a forma de um tetraedro. Esta estrutura torna a rede de cristal de nitreto de silício extremamente estável e não fácil de deformar. Portanto, é utilizado como uma camada isolante de porta ao fabricar transístores de alta mobilidade de eletrões (HEMTs).

Quais são as vantagens do SiNx sobre o SiO2?

Melhor estabilidade térmica, dureza mais difícil e mais difícil de gravação.