Регульований діелектричний матеріал, важливий у виробництві напівпровідників
У виробництві напівпровідників тонкоплівкові діелектричні -матеріали виконують набагато більше, ніж забезпечують базову ізоляцію, захист і бар’єрні функції. Вони також можуть безпосередньо впливати на точність літографії, надійність пристрою та загальну стабільність процесу.
Серед багатьох діелектричних матеріалів SiON (оксинітрид кремнію) є важливим і широко використовуваним тонкоплівковим -матеріалом.
Він поєднує в собі деякі характеристики діоксиду кремнію (SiO₂) і нітриду кремнію (Si₃N₄). Його найбільшими перевагами є регульовані властивості, сильна сумісність процесів і гнучкі сценарії застосування.
01 Що таке оксинітрид кремнію SiON?
SiON - це абревіатура відОксинітрид кремнію.
З точки зору матеріального складу, SiON є аморфною потрійною сполукою, розташованою міжSiO₂ (діоксид кремнію)іSi₃N₄ (нітрид кремнію). Зазвичай це виражається так:
SiOₓNᵧ
Співвідношення кисню-до-азоту можна регулювати відповідно до конкретних вимог процесу.
Це регульоване співвідношення O/N надає SiON високу інженерну цінність у виробництві напівпровідників.
Простими словами:
- SiO₂, як правило, забезпечує низьке навантаження та хорошу сумісність з процесом;
- Si₃N₄ має тенденцію пропонувати міцніший бар'єр і вищий показник заломлення;
- SiON знаходиться між ними, і його можна-налаштувати для досягнення різних комбінацій властивостей.
Тому SiON не є просто «проміжним матеріалом». Це функціональна діелектрична тонка плівка, яка може бути точно розроблена для конкретних цілей процесу.
02 Основна перевага SiON: регульовані властивості
Найважливішою особливістю SiON є йогонастроюваність.
Змінюючи співвідношення-до-азоту, такі ключові параметри, як показник заломлення, діелектрична проникність, напруга плівки та бар’єрні властивості, можна регулювати в певному діапазоні.
Типові характеристики включають:
Регульований показник заломлення: зазвичай регулюється між приблизно 1,47 для SiO₂ та приблизно 2,0 для Si3N4;
Хороші діелектричні характеристики: діелектрична проникність, як правило, вища, ніж у SiO₂, що робить його придатним для конкретних конструкцій-шарів діелектрика;
- Відмінні теплоізоляційні властивості: висока міцність на розрив робить його придатним як ізоляційний діелектричний матеріал;
- Хороша хімічна стабільність: забезпечує відносно міцний бар'єр проти вологи, домішок і певних хімічних середовищ;
- Контрольовані механічні властивості: порівняно з Si₃N₄ напругу плівки легше налаштувати, що покращує надійність плівки.
В результаті SiON може досягти хорошого балансу між показником заломлення, контролем напруги, бар’єрною здатністю, ізоляційними характеристиками та сумісністю процесів у виробництві напівпровідників.
03 Основні застосування SiON у виробництві напівпровідників
1. Анти{1}}покриття (ARC)
Одним із найбільш типових і важливих застосувань SiON є яканти{0}}покриття, або ARC, у процесах літографії.
Під час літографії світло може відбиватися від поверхні пластини чи інтерфейсу тонкої-плівки, створюючи ефект стоячої-хвилі та знижуючи точність-перенесення малюнка.
Використання SiON як -антиблікового шару може ефективно зменшити вплив відбиття, підвищити роздільну здатність літографії та розширити вікно процесу.
Оскільки показник заломлення SiON можна регулювати, він може краще відповідати різним довжинам хвиль літографії, наприклад:
- i-лінія 365 нм;
- KrF 248 нм;
- ArF 193 нм.
Це одна з ключових причин, чому SiON отримав широке застосування в сучасних напівпровідникових процесах.
2. Шар діелектрика затвора
У певних структурах пристроїв SiON також може використовуватися як шар діелектрика затвора або в пов’язаних діелектричних структурах.
У порівнянні з традиційним SiO₂ відповідне введення азоту може покращити властивості плівки, зменшити струм витоку та допомогти придушити проникнення бору для підвищення надійності пристрою.
З цієї причини SiON відіграв важливу роль у розробці передових пристроїв CMOS.
3. Пасивація та захисні шари
SiON також широко використовується як пасивація-поверхні пластини або захисний шар.
Він може блокувати дифузію вологи, іонів натрію та інших домішок, захищаючи базові структури пристрою та покращуючи-довгострокову надійність мікросхеми.
Порівняно з SiO₂, SiON загалом забезпечує кращі бар’єрні характеристики.
У порівнянні з Si₃N₄, SiON забезпечує напругу плівки, яку відносно легше контролювати.
Таким чином, у програмах, які потребують як надійності, так і-контролю напруги плівки, SiON є цінним збалансованим рішенням.
4. Тверда маска
SiON також можна використовувати як твердий-маскувальний матеріал у процесах травлення.
Жорстка маска повинна підтримувати хорошу селективність травлення та структурну стабільність під час перенесення малюнка. Завдяки хорошій рівномірності плівки, селективності травлення та сумісності процесів SiON підходить для певних процесів-перенесення.
04 Чим SiON відрізняється від SiO₂ і Si3N₄?
З точки зору властивостей матеріалу, SiON можна розглядати як регульований діелектричний матеріал між SiO₂ і Si₃N4.
Переваги SiO₂включають низький рівень стресу, зрілу обробку та хорошу сумісність. Однак його показник заломлення є відносно низьким і постійним, а його бар’єрні характеристики обмежені.
Переваги Si₃N₄включають сильну бар'єрну здатність, високий показник заломлення та хорошу механічну міцність. Однак навантаження на плівку зазвичай високе, що потребує більш ретельного керування-вікном у деяких програмах.
Значення SiONполягає в його здатності досягати більш гнучких комбінацій властивостей між ними шляхом регулювання співвідношення кисню-до-азоту:
- Більш гнучкий контроль-показника заломлення, ніж SiO₂;
- Легший контроль напруги, ніж Si₃N₄;
- Кращі характеристики бар'єру, ніж стандартний SiO₂;
- Хороша сумісність процесів для різних напівпровідникових процесів.
Таким чином, SiON не є простою заміною для обох матеріалів. Натомість він надає інженерам-технологам гнучкіший вибір матеріалу.
05 Типові методи приготування для SiON
У виробництві напівпровідників тонкі плівки SiON зазвичай виготовляють хімічним осадженням з парової фази та подібними методами. Загальні процеси включають:
PECVD
PECVD, або плазмове -посилене хімічне осадження з парової фази, є одним із найпоширеніших методів виготовлення плівок SiON.
Його перевагою є відносно низька температура осадження, що робить його придатним для етапів процесу, чутливих до теплового бюджету. Він також забезпечує високу гнучкість процесу.
LPCVD
LPCVD, або хімічне осадження під низьким{0}}тиском, зазвичай потребує вищих температур осадження, але може забезпечити кращу якість, щільність і однорідність плівки. Він підходить для додатків із вищими вимогами-до якості плівки.
Процеси, пов’язані з термічним окисленням/термічним азотуванням
У деяких спеціальних процесах шар SiON зі специфічними структурами та властивостями також може бути сформований шляхом термічної обробки поверхні SiO₂ або Si3N4.
Різні методи підготовки впливають на щільність плівки, напругу, показник заломлення, однорідність і якість розділу. У практичних застосуваннях вибір методу повинен ґрунтуватися на структурі пристрою та цілях процесу.
06 Чому SiON важливий у виробництві напівпровідників?
Важливість SiON пояснюється багатьма вимогами до тонкоплівкових-матеріалів у виробництві напівпровідників.
У прогресивних процесах тонкоплівковий матеріал зазвичай не може задовольнити лише одну вимогу до продуктивності. Часто потрібно збалансувати:
- Оптичні характеристики;
- Ізоляційні характеристики;
- Бар'єрні характеристики;
- Контроль стресу;
- Селективність травлення;
- Сумісність процесів;
- Довгострокова-надійність.
Перевага SiON полягає в тому, що він забезпечує регульований простір серед цих факторів продуктивності.
Це особливо цінно в багатошарових плівкових структурах, таких якSiON + SiO₂ + SiNкомбінації, де різні матеріали можуть окремо виконувати функції проти-відблиску, буферизації, бар’єру та захисту для оптимізації загальної структури.
Цей підхід-комбінування матеріалів відображає важливий принцип у виробництві напівпровідників:
Матеріали не використовуються окремо; вони досягають своєї цінності завдяки структурному дизайну та узгодженню процесу.
Заключні думки
Оксинітрид кремнію SiON є типовим функціональним діелектричним матеріалом, який використовується у виробництві напівпровідників.
Його основна цінність походить не від переваги однієї властивості, а від їїнастроюваність і збалансована продуктивність. Завдяки точному регулюванню співвідношення кисню-до-азоту SiON може досягти практичного балансу між показником заломлення, напругою, бар’єрними характеристиками та сумісністю з процесами.
У виробництві напівпровідників цей тип тонкоплівкового-матеріалу, який можна проектувати та контролювати, є важливою основою для високо-перенесення шаблону, покращеної надійності пристрою та оптимізованих вікон процесу.
Оскільки структури напівпровідникових пристроїв продовжують ускладнюватися, функціональні діелектричні матеріали, такі як SiON, продовжуватимуть відігравати важливу роль у виробництві пластин, літографії, осадженні тонких{0}}плівок і захисті пристроїв.
