SiON Silicon Oxynitride là gì? - Tin tức - Công nghệ vi điện tử Sibranch

Vật liệu điện môi có thể điều chỉnh được đóng vai trò quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn

Trong sản xuất chất bán dẫn, vật liệu màng mỏng điện môi-có nhiều tác dụng hơn là chỉ cung cấp các chức năng cách điện, bảo vệ và rào cản cơ bản. Chúng cũng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của kỹ thuật in thạch bản, độ tin cậy của thiết bị và độ ổn định chung của quy trình.

Trong số nhiều vật liệu điện môi, SiON (Silicon Oxynitride) là một vật liệu màng mỏng quan trọng và được sử dụng rộng rãi.

Nó kết hợp một số đặc tính của silicon dioxide (SiO₂) và silicon nitride (Si₃N₄). Ưu điểm lớn nhất của nó là các đặc tính có thể điều chỉnh được, khả năng tương thích quy trình mạnh mẽ và các kịch bản ứng dụng linh hoạt.

01 SiON Silicon Oxynitride là gì?

SiON là viết tắt củaSilicon Oxynitrit.

Về thành phần vật liệu, SiON là hợp chất bậc ba vô định hình nằm giữaSiO₂ (silic đioxit)VàSi₃N₄ (silicon nitrit). Nó thường được thể hiện như sau:

SiOₓNᵧ

Tỷ lệ oxy-to-nitơ có thể được điều chỉnh theo yêu cầu quy trình cụ thể.

Tỷ lệ O/N có thể điều chỉnh này mang lại giá trị kỹ thuật cao cho SiON trong sản xuất chất bán dẫn.

Nói một cách đơn giản:

SiO₂ có xu hướng mang lại ứng suất thấp và khả năng tương thích quy trình tốt;
Si₃N₄ có xu hướng mang lại hiệu suất chắn mạnh hơn và chỉ số khúc xạ cao hơn;
SiON nằm giữa hai loại này và có thể được điều chỉnh-trong quy trình để đạt được các kết hợp thuộc tính khác nhau.

Vì vậy, SiON không chỉ đơn thuần là “vật liệu trung gian”. Nó là một màng mỏng điện môi chức năng có thể được thiết kế chính xác cho các mục tiêu quy trình cụ thể.

02 Ưu điểm chính của SiON: Thuộc tính có thể điều chỉnh

Tính năng quan trọng nhất của SiON là nókhả năng điều chỉnh.

Bằng cách thay đổi tỷ lệ oxy-thành-nitơ, các thông số chính như chiết suất, hằng số điện môi, ứng suất màng và hiệu suất rào cản có thể được điều chỉnh trong một phạm vi nhất định.

Các đặc điểm điển hình bao gồm:

Chỉ số khúc xạ có thể điều chỉnh: thường có thể điều chỉnh trong khoảng 1,47 đối với SiO₂ và khoảng 2,0 đối với Si₃N₄;

Hiệu suất điện môi tốt: hằng số điện môi nhìn chung cao hơn SiO₂, khiến nó phù hợp với các thiết kế lớp điện môi cụ thể;

Đặc tính cách nhiệt tuyệt vời: độ bền đánh thủng cao làm cho nó thích hợp làm vật liệu điện môi cách điện;
Độ ổn định hóa học tốt: mang lại hiệu quả rào cản tương đối mạnh mẽ chống lại độ ẩm, tạp chất và một số môi trường hóa học nhất định;
Tính chất cơ học có thể kiểm soát: so với Si₃N₄, ứng suất màng dễ điều chỉnh hơn, cải thiện độ tin cậy của màng.

Nhờ đó, SiON có thể đạt được sự cân bằng tốt giữa chỉ số khúc xạ, khả năng kiểm soát ứng suất, khả năng rào cản, hiệu suất cách điện và khả năng tương thích quy trình trong sản xuất chất bán dẫn.

03 Ứng dụng chính của SiON trong sản xuất chất bán dẫn

1. Lớp phủ chống phản chiếu (ARC)

Một trong những ứng dụng điển hình và quan trọng nhất của SiON là làmlớp phủ chống phản chiếu, hoặc ARC, trong quy trình in thạch bản.

Trong quá trình in thạch bản, ánh sáng có thể phản xạ từ bề mặt tấm bán dẫn hoặc các giao diện màng mỏng, tạo ra hiệu ứng sóng đứng và làm giảm độ chính xác khi truyền mẫu.

Việc sử dụng SiON làm lớp chống{0}}phản chiếu có thể giảm nhiễu phản xạ một cách hiệu quả, cải thiện độ phân giải in thạch bản và mở rộng cửa sổ quy trình.

Vì chỉ số khúc xạ của SiON có thể điều chỉnh được nên nó có thể phù hợp hơn với các bước sóng in thạch bản khác nhau, chẳng hạn như:

i-dòng 365 nm;
KrF 248nm;
ArF 193nm.

Đây là một trong những lý do chính khiến SiON được áp dụng rộng rãi trong các quy trình bán dẫn tiên tiến.

2. Lớp điện môi cổng

Trong một số cấu trúc thiết bị nhất định, SiON cũng có thể được sử dụng làm lớp điện môi cổng hoặc trong các cấu trúc điện môi liên quan.

So với SiO₂ truyền thống, việc kết hợp nitơ thích hợp có thể cải thiện đặc tính màng, giảm dòng rò và giúp ngăn chặn sự xâm nhập của boron để nâng cao độ tin cậy của thiết bị.

Vì lý do này, SiON đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển các thiết bị CMOS tiên tiến.

3. Lớp thụ động và bảo vệ

SiON cũng thường được sử dụng làm lớp bảo vệ hoặc thụ động bề mặt wafer{0}}.

Nó có thể chặn sự khuếch tán của hơi ẩm, ion natri và các tạp chất khác, bảo vệ cấu trúc bên dưới của thiết bị và cải thiện độ tin cậy của chip về lâu dài.

So với SiO₂, SiON thường mang lại hiệu quả rào cản tốt hơn.

So với Si₃N₄, SiON mang lại ứng suất màng tương đối dễ kiểm soát hơn.

Do đó, trong các ứng dụng yêu cầu cả độ tin cậy và khả năng kiểm soát ứng suất-của phim, SiON là một giải pháp cân bằng có giá trị.

4. Mặt nạ cứng

SiON cũng có thể được sử dụng làm vật liệu-mặt nạ cứng trong quy trình khắc axit.

Mặt nạ cứng phải duy trì tính chọn lọc ăn mòn tốt và độ ổn định cấu trúc trong quá trình chuyển mẫu. Với tính đồng nhất của màng tốt, tính chọn lọc ăn mòn và khả năng tương thích của quy trình, SiON phù hợp với một số quy trình chuyển giao mẫu nhất định.

04 SiON khác với SiO₂ và Si₃N₄ như thế nào?

Từ góc độ tính chất vật liệu, SiON có thể được coi là vật liệu điện môi có thể điều chỉnh giữa SiO₂ và Si₃N₄.

Ưu điểm của SiO₂bao gồm căng thẳng thấp, xử lý hoàn thiện và khả năng tương thích tốt. Tuy nhiên, chỉ số khúc xạ của nó tương đối thấp và cố định, hiệu suất rào cản của nó bị hạn chế.

Ưu điểm của Si₃N₄bao gồm khả năng rào cản mạnh mẽ, chỉ số khúc xạ cao và độ bền cơ học tốt. Tuy nhiên, áp lực của phim thường cao, đòi hỏi quá trình-kiểm soát cửa sổ cẩn thận hơn trong một số ứng dụng.

Giá trị của SiONnằm ở khả năng đạt được sự kết hợp đặc tính linh hoạt hơn giữa cả hai bằng cách điều chỉnh tỷ lệ oxy-to-nitơ:

Kiểm soát chỉ số khúc xạ{0}}linh hoạt hơn SiO₂;
Kiểm soát ứng suất dễ dàng hơn Si₃N₄;
Hiệu suất rào cản tốt hơn SiO₂ tiêu chuẩn;
Khả năng tương thích quy trình tốt cho nhiều quy trình bán dẫn.

Do đó, SiON không phải là vật liệu thay thế đơn giản cho cả hai vật liệu. Thay vào đó, nó cung cấp cho các kỹ sư quy trình một lựa chọn vật liệu linh hoạt hơn.

05 Phương pháp điều chế SiON điển hình

Trong sản xuất chất bán dẫn, màng mỏng SiON thường được điều chế bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học và các phương pháp liên quan. Các quy trình phổ biến bao gồm:

PECVD

PECVD, hay Phương pháp lắng đọng hơi hóa học tăng cường-Plasma, là một trong những phương pháp phổ biến nhất để điều chế màng SiON.

Ưu điểm của nó là nhiệt độ lắng đọng tương đối thấp, khiến nó phù hợp với các bước xử lý nhạy cảm với quỹ nhiệt. Nó cũng cung cấp tính linh hoạt của quy trình mạnh mẽ.

LPCVD

LPCVD hay Lắng đọng hơi hóa học áp suất thấp-, thường yêu cầu nhiệt độ lắng đọng cao hơn nhưng có thể mang lại chất lượng, mật độ và tính đồng nhất của màng tốt hơn. Nó phù hợp với các ứng dụng có yêu cầu về chất lượng phim-cao hơn.

Các quá trình liên quan đến quá trình oxy hóa nhiệt / nitrat hóa nhiệt

Trong một số quy trình đặc biệt nhất định, lớp SiON với các cấu trúc và đặc tính cụ thể cũng có thể được hình thành bằng cách xử lý nhiệt bề mặt SiO₂ hoặc Si₃N₄.

Các phương pháp chuẩn bị khác nhau ảnh hưởng đến mật độ màng, ứng suất, chỉ số khúc xạ, tính đồng nhất và chất lượng bề mặt. Trong các ứng dụng thực tế, việc lựa chọn phương pháp phải dựa trên cấu trúc thiết bị và mục tiêu của quy trình.

06 Tại sao SiON quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn?

Tầm quan trọng của SiON xuất phát từ nhiều yêu cầu đặt ra đối với vật liệu màng mỏng{0}}trong sản xuất chất bán dẫn.

Trong các quy trình nâng cao, vật liệu màng mỏng thường không thể chỉ đáp ứng một yêu cầu về hiệu suất. Nó thường cần phải cân bằng:

Hiệu suất quang học;
Hiệu suất cách nhiệt;
Hiệu suất rào cản;
kiểm soát căng thẳng;
Tính chọn lọc khắc nghiệt;
Khả năng tương thích quy trình;
Độ tin cậy lâu dài.

Ưu điểm của SiON là nó cung cấp không gian có thể điều chỉnh được giữa các yếu tố hiệu suất này.

Điều này đặc biệt có giá trị trong các cấu trúc màng đa lớp, chẳng hạn nhưSiON + SiO₂ + SiNkết hợp, trong đó các vật liệu khác nhau có thể thực hiện các chức năng chống phản chiếu, đệm, rào chắn và bảo vệ riêng biệt để tối ưu hóa cấu trúc tổng thể.

Phương pháp kết hợp vật liệu-này phản ánh một nguyên tắc quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn:

Vật liệu không được sử dụng riêng biệt; họ đạt được giá trị của mình thông qua thiết kế cấu trúc và kết hợp quy trình.

suy nghĩ cuối cùng

SiON silicon oxynitride là vật liệu điện môi chức năng điển hình được sử dụng trong sản xuất chất bán dẫn.

Giá trị cốt lõi của nó không đến từ sự xuất sắc ở một tài sản duy nhất mà đến từ sự xuất sắc của nó.khả năng điều chỉnh và hiệu suất cân bằng. Bằng cách kiểm soát chính xác tỷ lệ oxy-trên{2}}nitơ, SiON có thể đạt được sự cân bằng thực tế giữa chỉ số khúc xạ, ứng suất, hiệu suất rào cản và khả năng tương thích của quy trình.

Đối với sản xuất chất bán dẫn, loại vật liệu màng mỏng-có thể thiết kế và điều khiển này là nền tảng quan trọng để truyền mẫu có độ chính xác- cao, cải thiện độ tin cậy của thiết bị và cửa sổ quy trình được tối ưu hóa.

Khi cấu trúc thiết bị bán dẫn tiếp tục trở nên phức tạp hơn, các vật liệu điện môi chức năng như SiON sẽ tiếp tục đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất tấm bán dẫn, kỹ thuật in thạch bản,-lắng đọng màng mỏng và bảo vệ thiết bị.