نيتريد السيليكون في أشباه الموصلات

نيتريد السيليكون ( $ق{أنا}_3{ن}_4$ ) هي مادة لعبت دورًا محوريًا في تقدم تكنولوجيا أشباه الموصلات. بينما غالبًا ما طغت عليه ثاني أكسيد السيليكون ( $قأنا{س}_2$ ) ، خصائصه الفريدة تجعلها لا غنى عنها لمجموعة متنوعة من التطبيقات ، من مكونات الجهاز السلبي إلى عناصر الترانزستور النشطة.

الخصائص الفريدة لنيتريد السيليكون

يمتلك نيتريد السيليكون مزيجًا من الخصائص التي تجعلها خيارًا متفوقًا لتطبيقات أشباه الموصلات المحددة:

• ثابت عازلة العزل الكهربائي ( $ك$ ): مقارنة ب $قأنا{س}_2$ (مع أ $ك$ من حوالي 3.9) ، $ق{أنا}_3{ن}_4$ له ثابت عازلة أعلى (يتراوح عادة من 7.5 إلى 8). تتيح هذه الخاصية تخزين المزيد من الرسوم في منطقة معينة ، وهو أمر بالغ الأهمية لتقليل حجم المكثفات وخلايا الذاكرة. في الذاكرة العشوائية الديناميكية (DRAM) ، على سبيل المثال ، أعلى $ك$ مادة مثل $ق{أنا}_3{ن}_4$ يساعد على الحفاظ على السعة الكافية مع تقلص أبعاد الخلية ، ومنع فقدان البيانات.

• حاجز انتشار ممتاز: واحدة من أهم وظائف $ق{أنا}_3{ن}_4$ في تصنيع أشباه الموصلات هو قدرته على العمل كحاجز فعال للغاية ضد نشر الذرات ، وخاصة جزيئات الماء والأيونات القلوية مثل الصوديوم. هذه الخاصية تجعلها مادة مثالية ل طبقات التخميل و أفلام التغليف ، حماية المناطق النشطة الحساسة من شريحة من التلوث البيئي الذي يمكن أن يؤدي إلى تدهور أداء الجهاز وموثوقيته.

• صلابة ميكانيكية عالية: صلابة المادة المتأصلة والقوة الميكانيكية تجعلها مناسبة للاستخدام كـ قناع صعب في الطباعة الحجرية وحفر عمليات الحفر. على عكس المواد الأكثر ليونة ، $ق{أنا}_3{ن}_4$ يمكن أن تحمل حفر البلازما العدوانية ، مما يسمح بنقل الدقيق للأنماط المعقدة على طبقات أساسية مع الحد الأدنى من التآكل. هذا مهم بشكل خاص لتصنيع هياكل النسخ العالية.

• معامل التمدد الحراري المنخفض: معامل التمدد الحراري لـ $ق{أنا}_3{ن}_4$ منخفض نسبيا ويتطابق بشكل وثيق مع السيليكون. يقلل هذا التشابه من الضغط الميكانيكي على الجهاز أثناء الدورات الحرارية ، مثل تلك التي واجهتها أثناء خطوات المعالجة مثل الصلب والترسب. يساعد انخفاض الإجهاد في منع التكسير والتلقيح ، وتحسين محصول الجهاز العام وطول العمر.

التطبيقات الرئيسية في أجهزة أشباه الموصلات

يعمل نيتريد السيليكون في مجموعة متنوعة من الأدوار الحرجة داخل رقاقة أشباه الموصلات:

• فاصل العزل الكهربائي: في تصنيع Fأناnfets وغيرها من أبناء الترانزستور المتقدمة ، $ق{أنا}_3{ن}_4$ يستخدم كمواد فاصل. تعزل هذه الفواصل كهربائياً البوابة من أطراف المصدر والتصريف ، وهي وظيفة حيوية لمنع الدوائر القصيرة والتحكم في طول القناة.

• بوابة العزل الكهربائي: بينما $قأنا{س}_2$ لا يزال المعيار لترانزستورات Mسق التقليدية ، $ق{أنا}_3{ن}_4$ يمكن استخدامها في مداخن البوابة العازلة لتحقيق سعة أعلى وتيارات تسرب أقل. هذا مهم بشكل خاص في تقنيات الذاكرة غير المتطايرة ، مثل ذاكرة الفلاش العائمة ، حيث يمكن أن تكون بمثابة طبقة محاصرة الشحن أو كجزء من مكدس عزل متعدد الطبقات (على سبيل المثال ، $سNO$ كومة: $قأنا{س}_2$ / $ق{أنا}_3{ن}_4$ / $قأنا{س}_2$ ).

• التخميل والتغليف: كطبقة واقية نهائية ، فيلم من $ق{أنا}_3{ن}_4$ يمكن أن تودع على سطح الشريحة بأكمله. هذا طبقة التخميل يحمي الدوائر المتكاملة من الرطوبة والمواد الكيميائية والأضرار الميكانيكية ، مما يعزز بشكل كبير الموثوقية طويلة الأجل للجهاز.

• Dilectric (ILD): في بعض التطبيقات ، $ق{أنا}_3{ن}_4$ يستخدم في الطبقات العازلة بين المعادن لفصل التوصيلات الموصلة المختلفة. خصائصها عالية الكثافة والحاجز تمنع نشر ذرات المعادن (مثل النحاس) إلى العزل الكهربائي المحيط ، وهو آلية فشل شائعة في الترابط المتقدم.

دور السيراميك السيليكون السيليكون

تجدر الإشارة أيضًا إلى أن التطبيقات الأوسع لنيتريد السيليكون تتجاوز ترسب الأغشية الرقيقة على الرقائق. عالي النقاء السيليكون النيتريد السيراميك يستخدم لإنشاء مكونات لمعدات تصنيع أشباه الموصلات نفسها. إن صلابةها الاستثنائية ، ومقاومة الصدمة الحرارية ، والختام الكيميائي تجعلها مثالية لأجزاء مثل أدوات معالجة الرقاقة وأنابيب الأفران والتركيبات المختلفة التي تعمل في بيئات قاسية وعالية درجة الحرارة. هذا الدور المزدوج - كمواد على الشريحة وفي الآلية التي تجعل الشريحة - تضيء أهميتها في الصناعة بأكملها.

في الختام ، عزز مزيج نيتريد السيليكون الفريد من الخواص الكهربائية والميكانيكية والكيميائية مكانه كمواد حرجة في تصنيع أشباه الموصلات الحديثة. قدرتها على العمل كحاجز انتشار فعال ، وهو عالي- $ك$ يضمن العازلة ، وقناع قوي قوي من الناحية الميكانيكية أهميته المستمرة مع تقدم تقنية الرقائق إلى مقاييس أصغر وأكثر تعقيدًا.