ความสำคัญของซิลิกอนไนไตรด์ (SiNx) ในชิป

ในการผลิตชิป มีวัสดุที่มีบทบาทสำคัญ นั่นคือ ซิลิกอนไนไตรด์ (SiNx) แม้ว่าซิลิกอนไนไตรด์อาจไม่ได้รับความสนใจเท่ากับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ ที่มีชื่อเสียง เช่น ซิลิกอน (Si) แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) หรือแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) แต่ก็มีความสำคัญอย่างไม่ต้องสงสัย กล่าวได้ว่าชิปส่วนใหญ่จะใช้วัสดุนี้

ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ซิลิกอนไนไตรด์ที่ใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ มักไม่สม่ำเสมอ โดยทั่วไปจะแสดงเป็น SiNx SiNx เป็นวัสดุอสัณฐานที่มีคุณสมบัติขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของไนโตรเจนต่อซิลิกอน นั่นคือค่าของ x เมื่อค่าของ x เปลี่ยนแปลง คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของซิลิกอนไนไตรด์ก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วย ซิลิกอนไนไตรด์มีหลายรูปแบบ รวมถึง Si3N4, Si2N2, SiN เป็นต้น

Si3N4 เป็นวัสดุผลึก ซึ่งหมายความว่าอัตราส่วนของซิลิกอนต่อไนโตรเจนจะคงที่ เมื่อค่า x เท่ากับ 4/3 SiNx จะเท่ากับ Si3N4 อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริง SiNx มักจะไม่คงที่ และอัตราส่วนของซิลิกอนต่อไนโตรเจนสามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนพารามิเตอร์ของกระบวนการ PVD หรือ CVD

ซิลิกอนไนไตรด์มีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ยอดเยี่ยม โดยมีค่าความต้านทานสูงถึง 10^14 Ω·cm ซึ่งสูงกว่าวัสดุฉนวนทั่วไป เช่น ซิลิกอนออกไซด์ (SiO2) มาก ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่ต่ำทำให้เป็นชั้นแยกที่เหมาะสำหรับการใช้งานไมโครเวฟและความถี่วิทยุ ชั้นซิลิกอนไนไตรด์ยังทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการแพร่กระจายของสิ่งเจือปนในชิปอีกด้วย มันสามารถป้องกันไม่ให้สารเจือปน เช่น โบรอนและฟอสฟอรัส เปลี่ยนลักษณะของอุปกรณ์ผ่านการแพร่กระจาย นอกจากนี้ ยังสามารถป้องกันการแพร่กระจายของไอออนโลหะเพื่อป้องกันข้อผิดพลาด เช่น ไฟฟ้าลัดวงจรได้อีกด้วย

ซิลิกอนไนไตรด์มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ยอดเยี่ยม ซึ่งกำหนดโดยคุณสมบัติทางเคมีพิเศษและโครงสร้างผลึก สามารถคงความเสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงได้โดยไม่เกิดการสลายตัวทางเคมีหรือการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพเช่นเดียวกับวัสดุอื่นๆ เนื่องจากโครงสร้างผลึกของซิลิกอนไนไตรด์นั้น อะตอมซิลิกอนแต่ละอะตอมจะรวมเข้ากับอะตอมไนโตรเจนสี่อะตอมในรูปของทรงสี่หน้า และอะตอมไนโตรเจนแต่ละอะตอมยังรวมเข้ากับอะตอมซิลิกอนสี่อะตอมในรูปของทรงสี่หน้าอีกด้วย โครงสร้างนี้ทำให้โครงตาข่ายผลึกของซิลิกอนไนไตรด์มีความเสถียรอย่างยิ่งและไม่เสียรูปง่าย จึงใช้เป็นชั้นฉนวนเกตเมื่อผลิตทรานซิสเตอร์ที่มีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนสูง (HEMT)

ข้อดีของ SiNx เมื่อเทียบกับ SiO2 คืออะไร

มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีกว่า ความแข็งที่แข็งแกร่งกว่า และกัดกร่อนได้ยากกว่า