Значение нитрида кремния (SiNx) в чипах
В производстве микросхем есть материал, который играет жизненно важную роль, а именно нитрид кремния (SiNx). Хотя он может не получать такого же внимания, как другие более известные полупроводниковые материалы, такие как кремний (Si), арсенид галлия (GaAs) или нитрид галлия (GaN), его важность не вызывает сомнений. Можно сказать, что большинство микросхем будут использовать этот материал.
В полупроводниковой промышленности нитрид кремния, используемый в различных приложениях, часто неоднороден, как правило, представлен SiNx. SiNx — это аморфный материал, свойства которого зависят от соотношения азота и кремния, то есть значения x. При изменении значения x физические и химические свойства нитрида кремния также будут меняться. Нитрид кремния существует во многих формах, включая Si3N4, Si2N2, SiN и т. д.
Si3N4 — это кристаллический материал, что означает, что соотношение кремния и азота фиксировано. Когда значение x равно 4/3, SiNx равен Si3N4. Однако в практических приложениях SiNx часто не фиксирован, и его соотношение кремния к азоту можно регулировать, изменяя параметры процесса PVD или CVD.
Нитрид кремния обладает превосходными изоляционными свойствами с удельным сопротивлением до 10^14 Ом·см, что намного превосходит некоторые распространенные изоляционные материалы, такие как оксид кремния (SiO2). Его низкая диэлектрическая проницаемость делает его идеальным изоляционным слоем в микроволновых и радиочастотных приложениях. Слой нитрида кремния также действует как барьер для диффузии примесей в чипе. Он может предотвратить изменение характеристик устройства легирующими примесями, такими как бор и фосфор, посредством диффузии. Кроме того, он также может предотвратить диффузию ионов металлов, предотвращая неисправности, такие как короткие замыкания.
Нитрид кремния обладает превосходной термической стабильностью, которая определяется его особыми химическими свойствами и кристаллической структурой. Он может оставаться стабильным в условиях высоких температур без химического разложения или физических изменений, как другие материалы. Это потому, что в кристаллической структуре нитрида кремния каждый атом кремния объединен с четырьмя атомами азота в форме тетраэдра, и каждый атом азота также объединен с четырьмя атомами кремния в форме тетраэдра. Такая структура делает кристаллическую решетку нитрида кремния чрезвычайно стабильной и нелегко поддающейся деформации. Поэтому ее используют в качестве изолирующего слоя затвора при изготовлении транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT).
Каковы преимущества SiNx перед SiO2?
Лучшая термическая стабильность, более высокая твердость и более сложная для травления.