Нитрид кремния в полупроводниках- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

Кремниевый нитрид ( $С я_{3} Не_{4}$ ) - это материал, который сыграл ключевую роль в развитии полупроводниковых технологий. В то время как часто омрачен диоксидом кремния ( $С я О_{2}$ ), его уникальные свойства делают его незаменимым для различных приложений, от компонентов пассивного устройства до активных элементов транзистора.

Уникальные свойства нитрида кремния

Нитрид кремния обладает комбинацией свойств, которые делают его превосходным выбором для конкретных полупроводниковых применений:

Высокая диэлектрическая постоянная ( $k$ ): По сравнению с $С я О_{2}$ (с $k$ около 3,9), $С я_{3} Не_{4}$ имеет более высокую диэлектрическую постоянную (обычно от 7,5 до 8) Это свойство позволяет хранить больший заряд в данной области, что имеет решающее значение для уменьшения размера конденсаторов и ячеек памяти. Например, в динамической памяти случайного доступа (DRAM) $k$ материал как $С я_{3} Не_{4}$ Помогает поддерживать достаточную емкость, поскольку размеры клеток сокращаются, предотвращая потерю данных.
Отличный диффузионный барьер: Одна из самых важных функций $С я_{3} Не_{4}$ В полупроводнике производство является его способностью действовать как высокоэффективный барьер против диффузии атомов, особенно молекул воды и ионов щелочи, таких как натрий. Это свойство делает его идеальным материалом для пассивационные слои и Инкапсуляционные фильмы , защита тонких активных областей чипа от загрязнения окружающей среды, которые могут ухудшить производительность и надежность устройства.
Высокая механическая твердость: Неотъемлемая твердость и механическую прочность материала делают его подходящим для использования в качестве жесткая маска в процессах литографии и травления. В отличие от более мягких материалов, $С я_{3} Не_{4}$ может противостоять агрессивному травлению в плазме, что позволяет точно переносить замысловатые паттерны на базовые слои с минимальной эрозией. Это особенно важно для изготовления конструкций с высоким уровнем качества.
Низкий коэффициент термического расширения: Коэффициент термического расширения $С я_{3} Не_{4}$ относительно низкий и тесно соответствует кремнию. Это сходство сводит к минимуму механическое напряжение на устройстве во время термических циклов, таких как те, которые встречались на этапах обработки, такие как отжиг и осаждение. Снижение напряжения помогает предотвратить растрескивание и расслоение, повышая общую урожайность и долговечность.

Ключевые приложения в полупроводниковых устройствах

Нитрид кремния используется в различных критических ролях в полупроводнике:

Диэлектрическая проставка: В изготовлении Fяnfets и других передовых транзисторных архитектур, $С я_{3} Не_{4}$ используется в качестве пространственного материала. Эти проставки электрически изолируют затвор из терминалов источника и слива, что является жизненно важной функцией для предотвращения коротких замыканий и управления длиной канала.
Затворный диэлектрик: Пока $С я О_{2}$ остается стандартом для традиционных транзисторов MОС, $С я_{3} Не_{4}$ Может использоваться в диэлектрических стеке Gate для достижения более высокой емкости и более низких токов утечки. Это особенно актуально в технологиях нелетущей памяти, таких как флэш-память с плавающей загрузкой, где она может служить слоем, захватывающим заряд, или как часть многослойного диэлектрического стека (например,, например, $ОNO$ куча: $С я О_{2}$ / $С я_{3} Не_{4}$ / $С я О_{2}$ ).
Пассивация и инкапсуляция: Как окончательный защитный слой, фильм $С я_{3} Не_{4}$ может быть осажден на всю поверхность чипа. Этот пассивативный слой Соглашает интегрированные цепи от влаги, химикатов и механических повреждений, значительно повышая долгосрочную надежность устройства.
Межслойный диэлектрик (ILD): В некоторых приложениях, $С я_{3} Не_{4}$ используется в межметальных диэлектрических слоях для разделения различных проводящих соединений. Его высокая плотность и свойства барьеры предотвращают диффузию атомов металлов (например, медь) в окружающий диэлектрик, который является общим механизмом разрушения в современных межсоединениях.

Роль керамики нитрида кремния

Стоит также отметить, что более широкое применение нитрида кремния за пределами тонкого фильма на пластинах. Высокая чистота Керамика нитрида кремния используется для создания компонентов для самого оборудования для производства полупроводников. Его исключительная твердость, тепловое сопротивление и химическая инертность делают его идеальным для таких деталей, как инструменты для обработки пластин, пробирки печи и различные приспособления, которые работают в суровых, высокотемпературных средах. Эта двойная роль - как материал на чипе и в машине, который делает чип - подчеркивает свое значение для всей отрасли.

В заключение, уникальная комбинация электрических, механических и химических свойств и химических свойств кремния уникально укрепила свое место в качестве критического материала в современном полупроводнике. Его способность служить эффективным диффузионным барьером, высокий $k$ Диэлектрик, и механически надежная твердая маска обеспечивает ее постоянную актуальность по мере продвижения технологии чипов в более мелких и более сложных масштабах. .