Nitreto de silício em semicondutores- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

Neutreto de seulíceuo ( $S eu_{3} N_{4}$ ) é um matereual que desempenhou um papel fundamental no avanço da tecnologeua de semeucondutores. Enquanto frequentemente ofuscada por deuóxeudo de seulíceuo ( $S eu O_{2}$ ), suas propreuedades excluseuvas o tornam eundeuspensável para uma variedade de aplicações, desde componentes de dispositivo passivo a elementos de transistor ativo.

As propriedades únicas do nitreto de silício

O nitreto de silício possui uma combinação de propriedades que a tornam uma escolha superior para aplicações específicas de semicondutores:

Constante dielétrica alta ( $k$ ): Comparado com $S eu O_{2}$ (com um $k$ de cerca de 3,9), $S eu_{3} N_{4}$ possui uma constante dielétrica mais alta (normalmente varieo de 7,5 a 8). Essa propriedade permite o armazenamento de mais carga em uma determinada área, o que é crucial para reduzir o tamanho dos capacitores e células de memória. Na memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM), por exemplo, um maior $k$ material como $S eu_{3} N_{4}$ Ajuda a manter a capacitância suficiente à medida que as dimensões celulares diminuem, impedindo a perda de dados.
Excelente barreira de difusão: Uma das funções mais críticas de $S eu_{3} N_{4}$ Na fabricação de semicondutores, é sua capacidade de atuar como uma barreira altamente eficaz contra a difusão de átomos, particularmente moléculas de água e íons alcalinos como o sódio. Esta propriedade o torna um material ideal para camadas de passivação and Filmes de encapsulamento , protegendo as delicadas áreas ativas de um chip da contaminação ambiental que pode degradar o desempenho e a confiabilidade do dispositivo.
Alta dureza mecânica: A dureza inerente e a força mecânica do material o tornam adequado para uso como um máscara dura nos processos de litografia e gravura. Ao contrário de materiais mais suaves, $S eu_{3} N_{4}$ pode suportar a gravação plasmática agressiva, permitindo a transferência precisa de padrões complexos para camadas subjacentes com erosão mínima. Isso é particularmente importante para a fabricação de estruturas de alta proporção.
Coeficiente de baixa expansão térmica: O coeficiente de expansão térmica de $S eu_{3} N_{4}$ é relativamente baixo e corresponde de perto ao de silício. Essa similaridade minimiza a tensão mecânica no dispositivo durante os ciclos térmicos, como os encontrados durante as etapas de processamento como recozimento e deposição. O estresse reduzido ajuda a evitar rachaduras e delaminação, melhorando o rendimento geral do dispositivo e a longevidade.

Principais aplicações em dispositivos semicondutores

O nitreto de silício é empregado em uma variedade de funções críticas em um chip semicondutor:

Espaçador dielétrico: Na fabricação de Finfets e outras arquiteturas de transistor avançado, $S eu_{3} N_{4}$ é usado como material espaçador. Esses espaçadores isolam eletricamente a porta dos terminais de origem e drenagem, uma função vital para impedir curtos circuitos e controlar o comprimento do canal.
DIELÉTRICO DE GATA: Enquanto $S eu O_{2}$ continua sendo o padrão para os transistores tradicionais do MOS, $S eu_{3} N_{4}$ pode ser usado em pilhas dielétricas da porta para obter maior capacitância e mais baixas correntes de vazamento. Isso é especialmente relevante em tecnologias de memória não volátil, como a memória flash de porta flutuante, onde pode servir como uma camada de captura de carga ou como parte de uma pilha dielétrica de porta de várias camadas (por exemplo,, $Ono$ pilha: $S eu O_{2}$ / $S eu_{3} N_{4}$ / $S eu O_{2}$ ).
Passivação e encapsulamento: Como uma camada de proteção final, um filme de $S eu_{3} N_{4}$ pode ser depositado em toda a superfície do chip. Esse camada de passivação Protege os circuitos integrados da umidade, produtos químicos e danos mecânicos, aumentando significativamente a confiabilidade a longo prazo do dispositivo.
DIELECTRIC DIELHANTE (ILD): Em algumas aplicações, $S eu_{3} N_{4}$ é usado em camadas dielétricas inter-metal para separar diferentes interconexões condutivas. Suas propriedades de alta densidade e barreira impedem a difusão de átomos de metal (como cobre) no dielétrico circundante, que é um mecanismo de falha comum em interconexões avançadas.

O papel da cerâmica de nitreto de silício

Também vale a pena notar as aplicações mais amplas do nitreto de silício além da deposição de filmes finos nas bolachas. Alta pureza Cerâmica de nitreto de silício é usado para criar componentes para o próprio equipamento de fabricação de semicondutores. Sua dureza excepcional, resistência ao choque térmico e inércia química o tornam ideal para peças como ferramentas de manuseio de bolacha, tubos de forno e vários acessórios que operam em ambientes severos e de alta temperatura. Esse papel duplo - como material no chip e na maquinaria que faz o chip - destaca sua importância para toda a indústria.

Em conclusão, a combinação única de propriedades elétricas, mecânicas e químicas do nitreto de silício solidificou seu lugar como material crítico na fabricação moderna de semicondutores. Sua capacidade de servir como uma barreira de difusão eficaz, um alto $k$ Dielétrico e uma máscara dura mecanicamente robusta garante sua relevância contínua à medida que a tecnologia de chip progride para escalas cada vez menores e mais complexas.