Nitruro de silicio en semiconductores- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

norteitruro de silicio ( $S i_{3} norte_{4}$ ) es un material que ha desempeñado un papel fundamental en el avance de la tecnología de semiconductores. Aunque a menudo eclipsado por dióxido de silicio ( $S i O_{2}$ ), sus propiedades únicas lo hacen indispensable para una variedad de aplicaciones, desde componentes del dispositivo pasivo hasta elementos de transistores activos.

Las propiedades únicas del nitruro de silicio

El nitruro de silicio posee una combinación de propiedades que lo convierten en una opción superior para aplicaciones de semiconductores específicas:

Alta constante dieléctrica ( $k$ ) En comparación con $S i O_{2}$ (con un $k$ de alrededor de 3.9), $S i_{3} norte_{4}$ tiene una constante dieléctrica más alta (típicamente que varía de 7.5 a 8). Esta propiedad permite el almacenamiento de más carga en un área determinada, lo cual es crucial para reducir el tamaño de condensadores y celdas de memoria. En la memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM), por ejemplo, una mayor $k$ material como $S i_{3} norte_{4}$ Ayuda a mantener una capacitancia suficiente a medida que se reducen las dimensiones celulares, evityo la pérdida de datos.
Excelente barrera de difusión: Una de las funciones más críticas de $S i_{3} norte_{4}$ En la fabricación de semiconductores es su capacidad para actuar como una barrera altamente efectiva contra la difusión de átomos, particularmente moléculas de agua e iones alcalinos como el sodio. Esta propiedad lo convierte en un material ideal para capas de pasivación and películas de encapsulación , protegiendo las delicadas áreas activas de un chip de la contaminación ambiental que podría degradar el rendimiento y la confiabilidad del dispositivo.
Alta dureza mecánica: La dureza inherente y la resistencia mecánica del material lo hacen adecuado para su uso como máscara en litografía y procesos de grabado. A diferencia de los materiales más suaves, $S i_{3} norte_{4}$ Puede soportar el grabado de plasma agresivo, permitiendo la transferencia precisa de patrones complejos a capas subyacentes con una erosión mínima. Esto es particularmente importante para fabricar estructuras de alta relación de aspecto.
Coeficiente de expansión térmica baja: El coeficiente de expansión térmica de $S i_{3} norte_{4}$ es relativamente bajo y coincide estrechamente con el de silicio. Esta similitud minimiza el estrés mecánico en el dispositivo durante los ciclos térmicos, como los encontrados durante los pasos de procesamiento como el recocido y la deposición. El estrés reducido ayuda a evitar grietas y delaminación, mejorando el rendimiento general del dispositivo y la longevidad.

Aplicaciones clave en dispositivos semiconductores

El nitruro de silicio se emplea en una variedad de roles críticos dentro de un chip de semiconductores:

Espaciador dieléctrico: En la fabricación de finfets y otras arquitecturas de transistores avanzados, $S i_{3} norte_{4}$ se usa como material espaciador. Estos espaciadores aislan eléctricamente la puerta de la fuente y los terminales de drenaje, una función vital para prevenir circuitos cortos y controlar la longitud del canal.
Gate Dielectric: Mientras $S i O_{2}$ sigue siendo el estándar para los transistores de MOS tradicionales, $S i_{3} norte_{4}$ Se puede usar en pilas dieléctricas de compuerta para lograr una mayor capacitancia y más bajas corrientes de fuga. Esto es especialmente relevante en las tecnologías de memoria no volátiles, como la memoria flash de puerta flotante, donde puede servir como una capa de captura de carga o como parte de una pila dieléctrica de compuerta múltiple (por ejemplo, $Ono$ pila: $S i O_{2}$ / $S i_{3} norte_{4}$ / $S i O_{2}$ ).
Pasivación y encapsulación: Como una capa protectora final, una película de $S i_{3} norte_{4}$ se puede depositar sobre toda la superficie del chip. Este capa de pasivación protege los circuitos integrados de la humedad, los productos químicos y el daño mecánico, mejorando significativamente la confiabilidad a largo plazo del dispositivo.
Interlayer Dielectric (ILD): En algunas aplicaciones, $S i_{3} norte_{4}$ se usa en capas dieléctricas intermetales para separar diferentes interconexiones conductivas. Sus propiedades de alta densidad y barrera evitan la difusión de átomos de metal (como el cobre) en el dieléctrico circundante, que es un mecanismo de falla común en interconexiones avanzadas.

El papel de la cerámica de nitruro de silicio

También vale la pena señalar las aplicaciones más amplias de nitruro de silicio más allá de la deposición de la película delgada en las obleas. De alta pureza Cerámica de nitruro de silicio se utiliza para crear componentes para el equipo de fabricación de semiconductores en sí. Su dureza excepcional, resistencia al choque térmico y la inercia química lo hacen ideal para piezas como herramientas de manejo de obleas, tubos de horno y varios accesorios que funcionan en entornos duros de alta temperatura. Este doble papel, como material en el chip y en la maquinaria que hace que el chip, ilumine su importancia para toda la industria.

En conclusión, la combinación única de nitruro de silicio de propiedades eléctricas, mecánicas y químicas ha solidificado su lugar como material crítico en la fabricación moderna de semiconductores. Su capacidad para servir como una barrera de difusión efectiva, una alta $k$ Dielectric, y una máscara dura mecánicamente robusta asegura su relevancia continua a medida que la tecnología de chips progresa a escalas cada vez más pequeñas y más complejas.