نیترید سیلیکون در نیمه هادی ها

نیترید سیلیکون ( $حرف{من}_3{حرف}_4$ ) ماده ای است که نقش مهمی در پیشرفت فناوری نیمه هادی داشته است. در حالی که اغلب تحت الشعاع دی اکسید سیلیکون قرار می گیرد ( $حرفمن{ای}_2$ ) ، خصوصیات منحصر به فرد آن ، آن را برای انواع برنامه ها ، از اجزای دستگاه منفعل گرفته تا عناصر فعال ترانزیستور ضروری می کند.

خواص منحصر به فرد نیترید سیلیکون

نیترید سیلیکون دارای ترکیبی از خواص است که آن را به یک انتخاب برتر برای برنامه های نیمه هادی خاص تبدیل می کند:

• ثابت دی الکتریک بالا ( $k$ ): در مقایسه با $حرفمن{ای}_2$ (با یک $k$ از حدود 3.9) ، $حرف{من}_3{حرف}_4$ ثابت دی الکتریک بالاتری دارد (به طور معمول از 7.5 تا 8). این ویژگی امکان ذخیره بار بیشتر در یک منطقه معین را فراهم می کند ، که برای کاهش اندازه خازن ها و سلول های حافظه بسیار مهم است. در حافظه دسترسی تصادفی پویا (DRAM) ، به عنوان مثال ، بالاتر $k$ مطالبی مانند $حرف{من}_3{حرف}_4$ با کوچک شدن ابعاد سلول ، از از بین رفتن داده ها ، به حفظ ظرفیت کافی کمک می کند.

• سد انتشار عالی: یکی از مهمترین کارکردهای $حرف{من}_3{حرف}_4$ در تولید نیمه هادی توانایی آن به عنوان یک مانع بسیار مؤثر در برابر انتشار اتمها ، به ویژه مولکول های آب و یون های قلیایی مانند سدیم است. این خاصیت آن را به یک ماده ایده آل برای لایه های منفعل وت فیلم های محاصره محافظت از مناطق فعال ظریف یک تراشه در برابر آلودگی محیطی که می تواند عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه را تخریب کند.

• سختی مکانیکی بالا: سختی ذاتی مواد و قدرت مکانیکی آن را برای استفاده به عنوان یک ماسک سخت در لیتوگرافی و فرآیندهای اچینگ. برخلاف مواد نرم تر ، $حرف{من}_3{حرف}_4$ می تواند در برابر اچ پلاسما تهاجمی مقاومت کند و امکان انتقال دقیق الگوهای پیچیده بر روی لایه های زیرین با حداقل فرسایش را فراهم می آورد. این امر به ویژه برای ساخت سازه های نسبتاً متوسط ​​اهمیت دارد.

• ضریب انبساط حرارتی کم: ضریب انبساط حرارتی $حرف{من}_3{حرف}_4$ نسبتاً کم است و از نزدیک با سیلیکون مطابقت دارد. این شباهت استرس مکانیکی روی دستگاه را در طول چرخه های حرارتی به حداقل می رساند ، مانند مواردی که در طی مراحل پردازش مانند بازپخت و رسوب مشاهده می شود. کاهش استرس به جلوگیری از ترک خوردگی و لایه برداری ، بهبود عملکرد کلی دستگاه و طول عمر کمک می کند.

برنامه های کلیدی در دستگاه های نیمه هادی

نیترید سیلیکون در انواع مختلفی از نقشهای مهم در یک تراشه نیمه هادی به کار می رود:

• فاصله دی الکتریک: در ساخت Fمنnfets و سایر معماری های پیشرفته ترانزیستور ، $حرف{من}_3{حرف}_4$ به عنوان یک ماده فضا استفاده می شود. این فاصله ها به صورت الکتریکی دروازه را از منبع و پایانه های تخلیه جدا می کنند ، یک عملکرد حیاتی برای جلوگیری از مدارهای کوتاه و کنترل طول کانال.

• دروازه دی الکتریک: در حالی که $حرفمن{ای}_2$ استاندارد برای ترانزیستورهای سنتی Mایحرف است ، $حرف{من}_3{حرف}_4$ برای دستیابی به خازن بالاتر و جریانهای نشت پایین می توان در پشته های دی الکتریک دروازه استفاده کرد. این امر به ویژه در فن آوری های حافظه غیر فرار ، مانند حافظه فلش دروازه شناور ، که در آن می تواند به عنوان یک لایه به دام انداختن شارژ یا به عنوان بخشی از یک پشته دی الکتریک دروازه چند لایه باشد ، مهم است (به عنوان مثال ، $ایNO$ پشته: $حرفمن{ای}_2$ / $حرف{من}_3{حرف}_4$ / $حرفمن{ای}_2$ ).

• انفعال و محاصره: به عنوان یک لایه محافظ نهایی ، فیلمی از $حرف{من}_3{حرف}_4$ می توان در کل سطح تراشه واریز کرد. این لایه انفعال مدارهای یکپارچه را از رطوبت ، مواد شیمیایی و آسیب های مکانیکی محافظت می کند ، به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان طولانی مدت دستگاه را افزایش می دهد.

• دی الکتریک بین المللی (ILD): در برخی از برنامه ها ، $حرف{من}_3{حرف}_4$ در لایه های دی الکتریک بین فلزی برای جدا کردن اتصالات رسانا مختلف استفاده می شود. چگالی و خاصیت سد آن از انتشار اتم های فلزی (مانند مس) به دی الکتریک اطراف جلوگیری می کند ، که این یک مکانیسم خرابی رایج در اتصالات پیشرفته است.

نقش سرامیک نیترید سیلیکون

همچنین شایان ذکر است که کاربردهای گسترده تر نیترید سیلیکون فراتر از رسوب فیلم نازک بر روی ویفرها. خلوت سرامیک نیترید سیلیکون برای ایجاد مؤلفه هایی برای خود تجهیزات تولید نیمه هادی استفاده می شود. سختی استثنایی آن ، مقاومت در برابر شوک حرارتی و عدم تحرک شیمیایی آن را برای قطعاتی مانند ابزارهای حمل ویفر ، لوله های کوره و وسایل مختلف که در محیط های سخت و درجه حرارت بالا کار می کنند ، ایده آل می کند. این نقش دوگانه - به عنوان ماده ای در تراشه و در ماشین آلات که باعث می شود تراشه باشد - از اهمیت ویژه ای برای کل صنعت برخوردار است.

در نتیجه ، ترکیب منحصر به فرد نیترید سیلیکون از خواص الکتریکی ، مکانیکی و شیمیایی جایگاه خود را به عنوان یک ماده مهم در ساخت نیمه هادی مدرن تقویت کرده است. توانایی آن در خدمت به عنوان یک سد انتشار مؤثر ، یک بالا $k$ دی الکتریک ، و یک ماسک سخت از نظر مکانیکی ، ارتباط مداوم خود را تضمین می کند زیرا فناوری تراشه به مقیاس های کوچکتر و پیچیده تر پیشرفت می کند. $ $