Hangolható dielektromos anyag, amely számít a félvezetőgyártásban
A félvezetőgyártásban a dielektromos vékony{0}}filmes anyagok sokkal többet nyújtanak, mint alapvető szigetelési, védelmi és zárófunkciókat. Közvetlenül befolyásolhatják a litográfia pontosságát, az eszköz megbízhatóságát és a folyamat általános stabilitását is.
A sok dielektromos anyag közül a SiON (szilícium-oxinitrid) egy fontos és széles körben használt vékony{0}}filmanyag.
Egyesíti a szilícium-dioxid (SiO₂) és a szilícium-nitrid (Si3N4) néhány jellemzőjét. Legnagyobb előnyei a beállítható tulajdonságok, az erős folyamatkompatibilitás és a rugalmas alkalmazási forgatókönyvek.
01 Mi az a SiON szilícium-oxinitrid?
A SiON a rövidítéseSzilícium-oxinitrid.
Anyagösszetételét tekintve a SiON egy amorf háromkomponensű vegyület, amely között helyezkedik elSiO₂ (szilícium-dioxid)ésSi3N4 (szilícium-nitrid). Általában így fejezik ki:
SiOₓNᵧ
Az oxigén{0}}nitrogénhez viszonyított aránya az adott folyamatkövetelményeknek megfelelően beállítható.
Ez az állítható O/N arány magas mérnöki értéket biztosít a SiON-nak a félvezetőgyártásban.
Egyszerűen fogalmazva:
- A SiO₂ alacsony feszültséget és jó folyamat-kompatibilitást kínál;
- A Si3N4 erősebb gátteljesítményt és magasabb törésmutatót kínál;
- A SiON a kettő között helyezkedik el, és folyamat{0}}hangolható a tulajdonságok különböző kombinációinak eléréséhez.
Ezért a SiON nem pusztán "köztes anyag". Ez egy funkcionális dielektromos vékony film, amely pontosan megtervezhető bizonyos folyamatcélokhoz.
02 A SiON fő előnye: Hangolható tulajdonságok
A SiON legfontosabb jellemzője azhangolhatóság.
Az oxigén{0}}/nitrogén arány módosításával a kulcsparaméterek, például a törésmutató, a dielektromos állandó, a filmfeszültség és a gátteljesítmény egy bizonyos tartományon belül beállíthatók.
A tipikus jellemzők a következők:
Hangolható törésmutató: általában körülbelül 1,47 SiO2 és körülbelül 2,0 Si3N4 között állítható;
Jó dielektromos teljesítmény: a dielektromos állandó általában nagyobb, mint a SiO₂-é, így alkalmas bizonyos dielektromos-réteg-kialakításokra;
- Kiváló szigetelő tulajdonságok: a nagy áttörési szilárdság alkalmassá teszi szigetelő dielektromos anyagként;
- Jó kémiai stabilitás: viszonylag erős záróképességet biztosít nedvességgel, szennyeződésekkel és bizonyos kémiai környezetekkel szemben;
- Szabályozható mechanikai tulajdonságok: a Si₃N4-hez képest a fóliafeszültség könnyebben hangolható, javítva a film megbízhatóságát.
Ennek eredményeként a SiON jó egyensúlyt tud elérni a törésmutató, a feszültségszabályozás, a záróképesség, a szigetelési teljesítmény és a folyamatkompatibilitás között a félvezetőgyártásban.
03 A SiON főbb alkalmazásai a félvezető gyártásban
1. -Tükröződésgátló bevonat (ARC)
A SiON egyik legjellemzőbb és legfontosabb alkalmazása, mint egytükröződésmentes -bevonat, vagy ARC, a litográfiai eljárásokban.
A litográfia során a fény visszaverődhet az ostya felületéről vagy a vékony{0}}film interfészeiről, álló-hullámhatásokat hozva létre, és csökkentve a minta-átviteli pontosságát.
A SiON tükröződésgátló rétegként való használata hatékonyan csökkentheti a reflexiós interferenciát, javítva a litográfia felbontását és kibővítve a folyamat ablakát.
Mivel a SiON törésmutatója hangolható, jobban illeszkedik a különböző litográfiai hullámhosszokhoz, például:
- i-vonal 365 nm;
- KrF 248 nm;
- ArF 193 nm.
Ez az egyik legfontosabb oka annak, hogy a SiON-t széles körben alkalmazzák a fejlett félvezető eljárásokban.
2. Kapu dielektromos réteg
Egyes készülékszerkezetekben a SiON kapu dielektromos rétegként vagy kapcsolódó dielektromos szerkezetekben is használható.
A hagyományos SiO₂-val összehasonlítva a megfelelő nitrogén beépítés javíthatja a film tulajdonságait, csökkentheti a szivárgó áramot, és segít elnyomni a bór behatolását az eszköz megbízhatóságának növelése érdekében.
Emiatt a SiON fontos szerepet játszott a fejlett CMOS-eszközök fejlesztésében.
3. Passziválás és védőrétegek
A SiON-t gyakran használják ostya{0}}felszíni passziváló vagy védőrétegként is.
Megakadályozhatja a nedvesség, a nátriumionok és más szennyeződések diffúzióját, védi az eszköz alatti szerkezeteket, és javítja a chipek hosszú távú -megbízhatóságát.
A SiO₂-hoz képest a SiON általában jobb gátteljesítményt biztosít.
A Si3N4-hez képest a SiON viszonylag könnyebben szabályozható fóliafeszültséget kínál.
Ezért a megbízhatóságot és a film{0}}feszültség-szabályozást egyaránt igénylő alkalmazásokban a SiON értékes kiegyensúlyozott megoldás.
4. Kemény maszk
A SiON kemény{0}}maszkként is használható maratási folyamatokban.
A kemény maszknak fenn kell tartania a jó maratási szelektivitást és szerkezeti stabilitást a mintaátvitel során. A jó film egyenletessége, maratási szelektivitása és folyamatkompatibilitása miatt a SiON alkalmas bizonyos mintaátviteli folyamatokra.
04 Miben különbözik a SiON a SiO₂-tól és a Si3N4-től?
Az anyagtulajdonságok szempontjából a SiON egy hangolható dielektromos anyagnak tekinthető SiO₂ és Si3N4 között.
A SiO₂ előnyeiAlacsony stressz, érett feldolgozás és jó kompatibilitás. A törésmutatója azonban viszonylag alacsony és fix, a gátteljesítménye korlátozott.
A Si3N4 előnyeierős záróképességet, magas törésmutatót és jó mechanikai szilárdságot tartalmaznak. A fóliafeszültség azonban általában nagy, ami körültekintőbb folyamat{1}}kezelést igényel bizonyos alkalmazásokban.
A SiON értékeabban rejlik, hogy rugalmasabb tulajdonság-kombinációkat tud elérni a kettő között az oxigén{0}}/-nitrogén arány beállításával:
- Rugalmasabb törésmutató{0}}szabályozás, mint a SiO₂;
- Könnyebb feszültségszabályozás, mint a Si₃N4;
- Jobb akadályteljesítmény, mint a szabványos SiO₂;
- Jó folyamat-kompatibilitás különféle félvezető eljárásokhoz.
Ezért a SiON nem helyettesíti egyszerűen egyik anyagot sem. Ehelyett rugalmasabb anyaglehetőséget biztosít a folyamatmérnökök számára.
05 A SiON tipikus előkészítési módszerei
A félvezetőgyártásban a SiON vékonyrétegeket általában kémiai gőzfázisú leválasztással és kapcsolódó módszerekkel állítják elő. A gyakori folyamatok a következők:
PECVD
A PECVD vagy Plasma{0}}Enhanced Chemical Vapor Deposition az egyik legelterjedtebb módszer a SiON filmek előállítására.
Előnye a viszonylag alacsony leválasztási hőmérséklet, így alkalmas a hőköltségvetésre érzékeny folyamatlépésekre. Erős folyamatrugalmasságot is kínál.
LPCVD
Az LPCVD vagy alacsony-nyomású kémiai gőzleválasztás általában magasabb leválasztási hőmérsékletet igényel, de jobb filmminőséget, sűrűséget és egyenletességet biztosít. Magasabb film-minőségi követelményekkel rendelkező alkalmazásokhoz alkalmas.
Termikus oxidációval / termikus nitridációval kapcsolatos folyamatok
Egyes speciális eljárásokban SiO₂ vagy Si3N4 felületének termikus kezelésével is kialakítható sajátos szerkezetű és tulajdonságú SiON réteg.
A különböző előkészítési módszerek befolyásolják a film sűrűségét, feszültségét, törésmutatóját, egyenletességét és a felület minőségét. A gyakorlati alkalmazásokban a módszer megválasztását az eszközszerkezeten és a folyamatcélokon kell alapulnia.
06 Miért fontos a SiON a félvezetőgyártásban?
A SiON jelentősége a félvezetőgyártásban a vékony{0}}filmes anyagokkal szemben támasztott többféle követelményből adódik.
A fejlett eljárásokban egy vékony{0}}filmes anyag általában nem elégít ki egyetlen teljesítménykövetelményt. Gyakran egyensúlyozni kell:
- Optikai teljesítmény;
- Szigetelési teljesítmény;
- Gátteljesítmény;
- Stresszkontroll;
- Marás szelektivitás;
- Folyamat kompatibilitás;
- Hosszú távú{0}}megbízhatóság.
A SiON előnye, hogy hangolható teret biztosít ezen teljesítménytényezők között.
Ez különösen értékes többrétegű filmszerkezeteknél, mint plSiON + SiO₂ + SiNkombinációk, ahol a különböző anyagok külön-külön is elláthatnak -visszaverődésgátló, pufferelő, záró és védelmi funkciókat az általános szerkezet optimalizálása érdekében.
Ez az anyag{0}}kombinációs megközelítés a félvezetőgyártás egyik fontos elvét tükrözi:
Az anyagokat nem elszigetelten használják; szerkezeti tervezéssel és folyamatillesztéssel érik el értéküket.
Végső gondolatok
A SiON szilícium-oxinitrid egy tipikus funkcionális dielektromos anyag, amelyet a félvezetőgyártásban használnak.
Alapértéke nem abból adódik, hogy egyetlen ingatlanban kiváló, hanem abbólhangolhatóság és kiegyensúlyozott teljesítmény. Az oxigén-/-nitrogén arány pontos szabályozásával a SiON gyakorlati egyensúlyt érhet el a törésmutató, a stressz, a gát teljesítménye és a folyamatkompatibilitás között.
A félvezetőgyártásban az ilyen típusú tervezhető és szabályozható vékony{0}}filmes anyagok fontos alapjai a nagy-precíziós mintaátvitelnek, a jobb eszközmegbízhatóságnak és az optimalizált folyamatablakoknak.
Ahogy a félvezető eszközök szerkezete egyre bonyolultabbá válik, a funkcionális dielektromos anyagok, mint például a SiON, továbbra is fontos szerepet fognak játszani az ostyagyártásban, a litográfiában, a vékony{0} filmleválasztásban és az eszközvédelemben.
