Piinitridi puolijohteissa

Pmmmmmmmmmmmmmmmminänänänänänänänänänänänänänänänäilitridi ( $S{i}_3{N}_4$ ) on materiaali, jolla on ollut k -k - -k - -k - -k -eskeinen rooli puolijohdeteknologian edistymisessä. Vaikka piidioksidi usein varjostaa ( $Si{N}_2$ ), sen ainutlaatuiset ominaisuudet tekevät siitä välttämättömän monissa sovelluksissa passiivisista laitekomponenteista aktiivisiin transistorielementteihin.

Pii -nitridin ainutlaatuiset ominaisuudet

Pii -nitridillä on yhdistelmä ominaisuuksia, jotka tekevät siitä paremman valinnan tietyille puolijohdesovelluksille:

• Korkea dielektrisyysvakio ( $k$ ) Verrattuna $Si{N}_2$ ( $k$ noin 3,9), $S{i}_3{N}_4$ on korkeampi dielektrisyysvakio (tyypillisesti välillä 7,5 - 8). Tämä ominaisuus mahdollistaa enemmän varauksen varastoinnin tietyllä alueella, mikä on ratkaisevan tärkeää kondensaattorien ja muistisolujen koon pienentämiseksi. Esimerkiksi dynaamisessa satunnais-pääsymuistissa (DRAM), korkeampi $k$ materiaali kuten $S{i}_3{N}_4$ Auttaa ylläpitämään riittävää kapasitanssia, kun solun mitat kutistuvat estäen tietojen menetyksen.

• Erinomainen diffuusioeste: Yksi kriittisimmistä toiminnoista $S{i}_3{N}_4$ Puolijohteiden valmistus on sen kyky toimia erittäin tehokkaana esteenä atomien, erityisesti vesimolekyylien ja alkalionien, kuten natriumin, diffuusion suhteen. Tämä ominaisuus tekee siitä ihanteellisen materiaalin passivointikerrokset ja kapseloilut , Sirun herkän aktiivisen alueen suojaaminen ympäristösaastumiselta, joka voisi heikentää laitteen suorituskykyä ja luotettavuutta.

• Korkea mekaaninen kovuus: Materiaalin luontainen kovuus ja mekaaninen lujuus tekevät siitä sopivan käytettäväksi a kovaa naamiota litografiassa ja etsausprosesseissa. Toisin kuin pehmeämmät materiaalit, $S{i}_3{N}_4$ voi kestää aggressiivista plasman etsausta, mikä mahdollistaa monimutkaisten kuvioiden tarkan siirron taustalla oleviin kerroksiin, joilla on vähän eroosiota. Tämä on erityisen tärkeää korkean suhteen rakenteiden valmistukseen.

• Matala lämmön laajennuskerroin: Lämpölaajennuskerroin $S{i}_3{N}_4$ on suhteellisen alhainen ja vastaa tiiviisti piitä. Tämä samankaltaisuus minimoi laitteen mekaanisen rasituksen lämpösyklien aikana, kuten prosessointivaiheiden aikana esiintyneet, kuten hehkutus ja laskeutuminen. Vähentynyt stressi auttaa estämään halkeilua ja delaminointia, parantaen laitteen yleistä satoa ja pitkäikäisyyttä.

Puolijohdelaitteissa avainsovellukset

Piilitridiä käytetään monissa kriittisissä rooleissa puolijohdisirulla:

• Dielektrinen välikappale: Finfetsin ja muiden edistyneiden transistorin arkkitehtuurien valmistuksessa, $S{i}_3{N}_4$ käytetään välikappalemateriaalina. Nämä välikappaleet eristävät portin sähköisesti lähde- ja tyhjennysliittimistä, elintärkeästä toiminnasta oikosulkujen estämiseksi ja kanavan pituuden hallitsemiseksi.

• Portti dielektrinen: Kun taas $Si{N}_2$ on edelleen standardi perinteisille MNS -transistoreille, $S{i}_3{N}_4$ Voidaan käyttää portin dielektrisissä pinoissa korkeamman kapasitanssin ja alempien vuotovirtojen saavuttamiseksi. Tämä on erityisen merkityksellistä haihtumattomissa muistitekniikoissa, kuten kelluva-portti-flash-muistissa, jossa se voi toimia varauskerroksena tai osana monikerroksista portin dielektristä pinoa (esim. $NNO$ pino: $Si{N}_2$ / $S{i}_3{N}_4$ / $Si{N}_2$ ).

• Passivointi ja kapselointi: Viimeisenä suojakerroksena elokuva $S{i}_3{N}_4$ voidaan kerätä koko sirun pintaan. Tämä passivointikerros Suojaa integroidut piirit kosteudesta, kemikaaleista ja mekaanisista vaurioista, mikä parantaa merkittävästi laitteen pitkäaikaista luotettavuutta.

• Kansien välinen dielektrisyys (ILD): Joissakin sovelluksissa, $S{i}_3{N}_4$ käytetään metallisten välisissä dielektrisissä kerroksissa erilaisten johtavien yhteyksien erottamiseksi. Sen korkeatiheys- ja esteominaisuudet estävät metalliatomien (kuten kuparin) diffuusion ympäröivään dielektriseen, mikä on yleinen vikamekanismi edistyneissä yhteyksissä.

Pii -nitridikeraamisen rooli

On myös syytä huomata, että piinitridin laajemmat sovellukset ohuiden elokuvien laskeutumisen lisäksi kiekkoihin. Voimakas Piin nitridikeraaminen käytetään luomaan komponentteja itse puolijohteiden valmistuslaitteille. Sen poikkeuksellinen kovuus, lämmönkestävyys ja kemiallinen inertti tekevät siitä ihanteellisen osille, kuten kiekkojen käsittelytyökaluille, uuniputkille ja erilaisille kalusteille, jotka toimivat ankarissa, korkean lämpötilan ympäristöissä. Tämä kaksoisrooli - sirun materiaalina ja sirusta valmistavassa koneessa - vahvistaa sen merkitystä koko teollisuudelle.

Yhteenvetona voidaan todeta, että Piilinitridin ainutlaatuinen yhdistelmä sähköisiä, mekaanisia ja kemiallisia ominaisuuksia on jähmettynyt sen paikkansa kriittisenä materiaalina nykyaikaisessa puolijohteen valmistuksessa. Sen kyvyn toimia tehokkaana diffuusioesteinä, korkealla $k$ Dielektrinen ja mekaanisesti vankka kova maski varmistaa sen jatkuvan merkityksen, kun Chip -tekniikka etenee yhä pienempiin ja monimutkaisempiin asteikkoihin.