Noskaņojams dielektrisks materiāls, kam ir nozīme pusvadītāju ražošanā
Pusvadītāju ražošanā dielektriskās plānās{0}}plēves materiāli nodrošina daudz vairāk nekā tikai pamata izolācijas, aizsardzības un barjeras funkcijas. Tie var arī tieši ietekmēt litogrāfijas precizitāti, ierīces uzticamību un vispārējo procesa stabilitāti.
Starp daudziem dielektriskiem materiāliem SiON (silīcija oksinitrīds) ir svarīgs un plaši izmantots plāns{0}}plēves materiāls.
Tas apvieno dažas silīcija dioksīda (SiO₂) un silīcija nitrīda (Si₃N4) īpašības. Tās lielākās priekšrocības ir regulējamas īpašības, spēcīga procesu saderība un elastīgi pielietojuma scenāriji.
01 Kas ir SiON silīcija oksinitrīds?
SiON ir saīsinājums noSilīcija oksinitrīds.
Materiāla sastāva ziņā SiON ir amorfs trīskāršs savienojums, kas atrodas starpSiO₂ (silīcija dioksīds)unSi₃N4 (silīcija nitrīds). To parasti izsaka šādi:
SiOₓNᵧ
Skābekļa -pret-slāpekļa attiecību var pielāgot atbilstoši īpašām procesa prasībām.
Šī regulējamā O/N attiecība nodrošina SiON augstu inženiertehnisko vērtību pusvadītāju ražošanā.
Vienkārši izsakoties:
- SiO₂ mēdz piedāvāt zemu stresu un labu procesu savietojamību;
- Si₃N₄ mēdz piedāvāt spēcīgāku barjeras veiktspēju un augstāku refrakcijas indeksu;
- SiON atrodas starp abiem, un to var{0}}noregulēt, lai iegūtu dažādas īpašību kombinācijas.
Tāpēc SiON nav tikai "starpmateriāls". Tā ir funkcionāla dielektriska plāna plēve, ko var precīzi konstruēt konkrētiem procesa mērķiem.
02 Galvenā SiON priekšrocība: noskaņojamas īpašības
SiON vissvarīgākā iezīme ir tānoskaņojamība.
Mainot skābekļa{0}}pret-slāpekļa attiecību, noteiktā diapazonā var pielāgot galvenos parametrus, piemēram, refrakcijas indeksu, dielektrisko konstanti, plēves spriegumu un barjeras veiktspēju.
Raksturīgās īpašības ietver:
Noskaņojams refrakcijas indekss: parasti regulējams starp aptuveni 1,47 SiO₂ un aptuveni 2,0 Si3N4;
Laba dielektriskā veiktspēja: dielektriskā konstante parasti ir augstāka nekā SiO₂, tāpēc tā ir piemērota īpašiem dielektrisko -slāņa konstrukcijām;
- Lieliskas izolācijas īpašības: augsta sabrukšanas izturība padara to piemērotu kā izolējošu dielektrisku materiālu;
- Laba ķīmiskā stabilitāte: nodrošina salīdzinoši spēcīgu barjeras veiktspēju pret mitrumu, piemaisījumiem un noteiktu ķīmisko vidi;
- Kontrolējamas mehāniskās īpašības: salīdzinot ar Si₃N4, plēves spriegumu ir vieglāk noregulēt, uzlabojot plēves uzticamību.
Rezultātā SiON var sasniegt labu līdzsvaru starp refrakcijas indeksu, sprieguma kontroli, barjeras spēju, izolācijas veiktspēju un procesu savietojamību pusvadītāju ražošanā.
03 SiON galvenie pielietojumi pusvadītāju ražošanā
1. Pret-atstarojošais pārklājums (ARC)
Viens no tipiskākajiem un svarīgākajiem SiON lietojumiem ir kāpret-atstarojošs pārklājums, vai ARC, litogrāfijas procesos.
Litogrāfijas laikā gaisma var atspīdēt no vafeles virsmas vai plānās{0}}plēves saskarnēm, radot stāvoša-viļņu efektus un samazinot raksta-pārsūtīšanas precizitāti.
Izmantojot SiON kā pretatstarojošu slāni, var efektīvi samazināt atstarošanas traucējumus, uzlabojot litogrāfijas izšķirtspēju un paplašinot procesa logu.
Tā kā SiON refrakcijas indekss ir regulējams, tas var labāk saskaņot dažādus litogrāfijas viļņu garumus, piemēram:
- i-līnija 365 nm;
- KrF 248 nm;
- ArF 193 nm.
Tas ir viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc SiON ir plaši izmantots progresīvos pusvadītāju procesos.
2. Vārtu dielektriskais slānis
Noteiktās ierīču konstrukcijās SiON var izmantot arī kā vārtu dielektrisko slāni vai saistītās dielektriskās konstrukcijās.
Salīdzinot ar tradicionālo SiO₂, atbilstoša slāpekļa iekļaušana var uzlabot plēves īpašības, samazināt noplūdes strāvu un palīdzēt novērst bora iekļūšanu, lai uzlabotu ierīces uzticamību.
Šī iemesla dēļ SiON bija nozīmīga loma progresīvu CMOS ierīču izstrādē.
3. Pasivācijas un aizsargslāņi
SiON parasti izmanto arī kā vafeļu{0}}pasivācijas vai aizsargkārtu.
Tas var bloķēt mitruma, nātrija jonu un citu piemaisījumu izplatīšanos, aizsargājot ierīces pamatā esošās struktūras un uzlabojot mikroshēmas ilgtermiņa uzticamību.
Salīdzinot ar SiO₂, SiON parasti nodrošina labāku barjeras veiktspēju.
Salīdzinot ar Si₃N4, SiON piedāvā plēves spriegumu, ko ir salīdzinoši vieglāk kontrolēt.
Tādēļ SiON ir vērtīgs līdzsvarots risinājums lietojumprogrammās, kurām nepieciešama gan uzticamība, gan plēves{0}}sprieguma kontrole.
4. Cietā maska
SiON var izmantot arī kā cietu{0}}maskas materiālu kodināšanas procesos.
Cietajai maskai ir jāsaglabā laba kodināšanas selektivitāte un struktūras stabilitāte modeļa pārsūtīšanas laikā. Ar labu plēves viendabīgumu, kodināšanas selektivitāti un procesu savietojamību SiON ir piemērots noteiktiem paraugu{1}}pārsūtīšanas procesiem.
04 Ar ko SiON atšķiras no SiO₂ un Si₃N4?
No materiāla īpašību viedokļa SiON var uzskatīt par noskaņojamu dielektrisku materiālu starp SiO₂ un Si₃N4.
SiO₂ priekšrocībasietver zemu stresu, nobriedušu apstrādi un labu savietojamību. Tomēr tā refrakcijas indekss ir salīdzinoši zems un fiksēts, un tā barjeras veiktspēja ir ierobežota.
Si₃N4 priekšrocībasietver spēcīgu barjeras spēju, augstu refrakcijas indeksu un labu mehānisko izturību. Tomēr plēves spriegums parasti ir augsts, tādēļ dažās lietojumprogrammās ir nepieciešama rūpīgāka procesa{1}}logu kontrole.
SiON vērtībaslēpjas tās spējā panākt elastīgākas īpašību kombinācijas starp abiem, pielāgojot skābekļa -un -slāpekļa attiecību:
- Elastīgāka refrakcijas{0}}indeksa kontrole nekā SiO₂;
- Vieglāka sprieguma kontrole nekā Si₃N4;
- Labāka barjeras veiktspēja nekā standarta SiO₂;
- Laba procesu savietojamība dažādiem pusvadītāju procesiem.
Tāpēc SiON nav vienkāršs neviena materiāla aizstājējs. Tā vietā tas nodrošina procesu inženieriem elastīgāku materiālu iespēju.
05 Tipiskas SiON sagatavošanas metodes
Pusvadītāju ražošanā SiON plānās kārtiņas parasti sagatavo ar ķīmisko tvaiku pārklāšanu un ar to saistītām metodēm. Kopējie procesi ietver:
PECVD
PECVD jeb plazmas{0}}uzlabotā ķīmiskā tvaiku pārklāšana ir viena no visizplatītākajām SiON plēvju sagatavošanas metodēm.
Tā priekšrocība ir salīdzinoši zemā nogulsnēšanās temperatūra, kas padara to piemērotu procesa posmiem, kas ir jutīgi pret termisko budžetu. Tas arī piedāvā spēcīgu procesa elastību.
LPCVD
LPCVD jeb zema-spiediena ķīmiskā tvaiku pārklāšana parasti prasa augstāku nogulsnēšanas temperatūru, taču tā var nodrošināt labāku plēves kvalitāti, blīvumu un viendabīgumu. Tas ir piemērots lietojumprogrammām ar augstākām filmu-kvalitātes prasībām.
Ar termisko oksidēšanu / termisko nitridēšanu saistītie procesi
Atsevišķos īpašos procesos SiON slāni ar specifiskām struktūrām un īpašībām var izveidot arī termiski apstrādājot SiO₂ vai Si₃N4 virsmu.
Dažādas sagatavošanas metodes ietekmē plēves blīvumu, spriegumu, laušanas koeficientu, viendabīgumu un saskarnes kvalitāti. Praktiskajos lietojumos metodes izvēlei jābūt balstītai uz ierīces struktūru un procesa mērķiem.
06 Kāpēc SiON ir svarīgs pusvadītāju ražošanā?
SiON nozīme ir saistīta ar daudzajām prasībām, kas tiek izvirzītas plānās{0}}plēves materiāliem pusvadītāju ražošanā.
Uzlabotos procesos plāns{0}}plēves materiāls parasti nevar apmierināt tikai vienu veiktspējas prasību. Bieži vien ir nepieciešams līdzsvarot:
- Optiskā veiktspēja;
- Izolācijas veiktspēja;
- Barjeras veiktspēja;
- Stresa kontrole;
- Kodināšanas selektivitāte;
- Procesu savietojamība;
- Ilgtermiņa-uzticamība.
SiON priekšrocība ir tā, ka tas nodrošina regulējamu vietu starp šiem veiktspējas faktoriem.
Tas ir īpaši vērtīgi daudzslāņu plēvju struktūrās, piemēramSiON + SiO₂ + SiNkombinācijas, kur dažādi materiāli var atsevišķi veikt pretatspīdumu, buferizācijas, barjeras un aizsardzības funkcijas, lai optimizētu kopējo struktūru.
Šī materiālu{0}}kombinācijas pieeja atspoguļo svarīgu principu pusvadītāju ražošanā:
Materiāli netiek izmantoti atsevišķi; tie sasniedz savu vērtību, izmantojot strukturālo dizainu un procesu saskaņošanu.
Pēdējās domas
SiON silīcija oksinitrīds ir tipisks funkcionāls dielektrisks materiāls, ko izmanto pusvadītāju ražošanā.
Tā pamatvērtība rodas nevis no izcilības vienā īpašumā, bet gan no tāregulējamība un līdzsvarota veiktspēja. Precīzi kontrolējot skābekļa -un -slāpekļa attiecību, SiON var sasniegt praktisku līdzsvaru starp refrakcijas indeksu, spriegumu, barjeras veiktspēju un procesa savietojamību.
Pusvadītāju ražošanā šāda veida projektējams un vadāms plānās -plēves materiāls ir svarīgs pamats augstas-precizitātes raksta pārsūtīšanai, uzlabotai ierīces uzticamībai un optimizētiem procesa logiem.
Tā kā pusvadītāju ierīču struktūras turpina kļūt sarežģītākas, funkcionāliem dielektriskiem materiāliem, piemēram, SiON, joprojām būs svarīga loma plāksnīšu ražošanā, litogrāfijā, plānās -plēves uzklāšanā un ierīču aizsardzībā.
