Yongalarda Silisyum Nitrür’ün (SiNx) Önemi
Çip üretiminde, hayati bir rol oynayan bir malzeme vardır, o da silisyum nitrürdür (SiNx). Silisyum (Si), galyum arsenit (GaAs) veya galyum nitrür (GaN) gibi diğer daha iyi bilinen yarı iletken malzemeler kadar ilgi görmese de, önemi tartışılmazdır. Çoğu çipin bu malzemeyi kullanacağı söylenebilir.
Yarı iletken endüstrisinde, çeşitli uygulamalarda kullanılan silisyum nitrür genellikle tekdüze değildir ve genellikle SiNx ile temsil edilir. SiNx, özellikleri nitrojen/silisyum oranına, yani x değerine bağlı olan amorf bir malzemedir. x değeri değiştiğinde, silisyum nitrürün fiziksel ve kimyasal özellikleri de değişecektir. Silisyum nitrür, Si3N4, Si2N2, SiN vb. dahil olmak üzere birçok formda gelir.
Si3N4, kristalin bir malzemedir, yani silisyum/nitrojen oranı sabittir. x değeri 4/3’e eşit olduğunda, SiNx, Si3N4’e eşittir. Ancak pratik uygulamalarda SiNx genellikle sabit değildir ve silisyum/azot oranı PVD veya CVD işleminin parametreleri değiştirilerek ayarlanabilir.
Silisyum nitrür, silisyum oksit (SiO2) gibi bazı yaygın yalıtım malzemelerini çok aşan 10^14 Ω·cm’ye kadar bir özdirençle mükemmel yalıtım özelliklerine sahiptir. Düşük dielektrik sabiti onu mikrodalga ve radyo frekansı uygulamalarında ideal bir izolasyon tabakası yapar. Silisyum nitrür tabakası ayrıca çipte safsızlık difüzyonuna karşı bir bariyer görevi görür. Bor ve fosfor gibi katkı maddelerinin difüzyon yoluyla cihaz özelliklerini değiştirmesini önleyebilir. Ayrıca kısa devre gibi arızaları önlemek için metal iyonlarının difüzyonunu da önleyebilir.
Silisyum nitrür, özel kimyasal özellikleri ve kristal yapısıyla belirlenen mükemmel termal kararlılığa sahiptir. Diğer malzemeler gibi kimyasal ayrışma veya fiziksel değişiklikler olmadan yüksek sıcaklık ortamlarında kararlı kalabilir. Bunun nedeni, silisyum nitrürün kristal yapısında, her silisyum atomunun dörtlü bir tetrahedron biçiminde dört azot atomuyla birleşmesi ve her azot atomunun da dörtlü bir tetrahedron biçiminde dört silisyum atomuyla birleşmesidir. Bu yapı, silisyum nitrürün kristal kafesini son derece kararlı hale getirir ve deforme olması kolay değildir. Bu nedenle, yüksek elektron hareketliliğine sahip transistörler (HEMT’ler) üretilirken bir kapı yalıtım tabakası olarak kullanılır.
SiNx’in SiO2‘ye göre avantajları nelerdir?
Daha iyi termal kararlılık, daha sert sertlik ve aşındırılması daha zordur.