ניטריד על סיליקון (Si₃N₄)
פרוסות עם Si₃N₄ (LPCVD/PECVD) 20 ננומטר – 2 מיקרומטר. עבור MEMS, פסיבציה, מסכות קשות.
מהו ניטריד סיליקון על סיליקון?
ניטריד סיליקון (Si₃N₄) הוא סרט דיאלקטרי צפוף וכימית אינרטי המושקע על פרוסות סיליקון באמצעות השקעה כימית מפאזה גזית (CVD). שלא כמו SiO₂ תרמי, הגדל תוך צריכת המצע, Si₃N₄ הוא סרט מושקע — המאפשר שליטה בלתי תלויה בעובי, בהרכב ובמאמץ. תכונותיו יוצאות הדופן — יעילות מחסום דיפוזיה, חוזק דיאלקטרי גבוה, עמידות לתצריבה סלקטיבית ומאמץ מכני ניתן לכוונון — הופכות אותו לדיאלקטרי הרב-תכליתי ביותר בעיבוד סיליקון אחרי SiO₂.
שני מסלולי ההשקעה העיקריים משרתים יישומים שונים: LPCVD (CVD בלחץ נמוך) ב-~820°C מפיק Si₃N₄ צפוף וסטויכיומטרי בעל עמידות כימית גבוהה ביותר ותכולת מימן נמוכה ביותר — אידיאלי לשכבות מבנה של MEMS ולמסכות קשיחות ל-KOH. PECVD (CVD בסיוע פלזמה) ב-250–400°C מאפשר השקעה על מבנים רגישים לטמפרטורה (פסיבציה לאחר מטליזציה) בקצבי השקעה גבוהים יותר ובמאמץ ניתן לכוונון מלחיצה למתיחה באמצעות כוונון הספק RF ויחס הגזים.
GINECHIP מספקת פרוסות ניטריד סיליקון ב-LPCVD וב-PECVD בפורמולציה סטויכיומטרית (n ≈ 2.0) ובעלת מאמץ נמוך עתירת סיליקון (n ≈ 2.2–2.4). כל מנה כוללת מיפוי עובי ומקדם שבירה באליפסומטריה, מדידת מאמץ לפי עיקום הפרוסה ואימות קצב תצריבה ב-BOE. מתקני השקעה מוסמכים ISO 9001:2015 עם עקיבות מלאה.
ניטריד סיליקון LPCVD לעומת PECVD
הבחירה בין ניטריד LPCVD ל-PECVD כרוכה בפשרות יסוד בין איכות הסרט, התקציב התרמי והמאמץ המכני. הטבלה שלהלן מספקת השוואה מקיפה להכוונת בחירת התהליך.
| תכונה | LPCVD (DCS/NH₃) | PECVD (SiH₄/NH₃) |
|---|---|---|
| טמפרטורת השקעה | 780–850°C (typically 820°C) | 250–400°C |
| צפיפות הסרט | 3.1 g/cm³ (קרוב ל-Si₃N₄ בצובר) | 2.4–2.8 g/cm³ (less dense) |
| מקדם שבירה | 2.00 ± 0.02 (סטויכיומטרי) | 1.90–2.10 (משתנה לפי יחס SiH₄/NH₃) |
| מאמץ הסרט (סטויכיומטרי) | 800–1200 MPa מתיחה | –200 עד +200 MPa (ניתן לכוונון מלחיצה למתיחה) |
| פורמולציה במאמץ נמוך | < 50 MPa tensile (Si-rich, n ≈ 2.2–2.4) | < 100 MPa (תדר כפול בהספק RF נמוך) |
| אחידות על פני הפרוסה | ±2% (תנור אופקי) | ±3–5% (כור לוחות מקבילים או ICP) |
| תכולת מימן | 1–3 at% (Si–H, N–H bonds) | 10–25 at% (השתלבות גבוהה של Si–H, N–H) |
| קצב תצריבה (5:1 BHF, 25°C) | 0.5–1.5 nm/min (very low) | 20–200 nm/min (משתנה לפי הצפיפות) |
| סלקטיביות תצריבת KOH (Si:Si₃N₄) | >1000:1 (מסכה מצוינת) | 10:1 – 100:1 (porous, poor mask) |
| עמידות ל-HF | מצוין (כמעט חסין ל-HF מדולל) | גרוע עד בינוני |
| כיסוי מדרגות / קונפורמיות | >95% (קונפורמיות מצוינת) | 60–85% (בינוני, דופן צד דקה יותר) |
| קצב השקעה | 3–5 nm/min | 50–200 nm/min |
| השפעה על קשת הפרוסה | משמעותי בסרטים עבים (>200nm) | ניתן לניהול (טמפ' נמוכה, מאמץ ניתן לכוונון) |
| מתאים במיוחד ל | MEMS, מסכות קשיחות, מחסומי דיפוזיה, עצירות CMP | פסיבציה, דיאלקטרי בין-מתכתי, אטימה בטמפ' נמוכה |
ארכיטקטורת מחסנית חומרים Si₃N₄/Si
סרט ניטריד סיליקון מושקע. צפוף, כימית אינרטי, מחסום דיפוזיה מצוין. זמין בסטויכיומטרי (n=2.0) לעמידות כימית מקסימלית או עתיר סיליקון (n=2.2–2.4) למאמץ מתיחה נמוך מבוקר.
מצע סיליקון חד-גבישי בכל הקטרים והאוריינטציות הסטנדרטיים. עבור פרוסות מלוטשות משני הצדדים, ניתן להשקיע ניטריד על שני הצדדים כדי לאזן את המאמץ ולמזער את קשת הפרוסה.
הנדסת מאמץ סרט בניטריד סיליקון
שליטה במאמץ מכני בסרטי Si₃N₄ היא קריטית לשלמות המבנית של MEMS, למניעת סדקים בסרטים עבים ולניהול קשת הפרוסה עבור חפיפת ליתוגרפיה. Si₃N₄ סטויכיומטרי ב-LPCVD הוא מטבעו בעל מתיחה גבוהה (800–1200 MPa), העלולה לגרום לסדקים בסרטים עבים מ-~200nm על סיליקון חשוף. GINECHIP מציעה שתי אסטרטגיות לשליטה במאמץ:
ניטריד LPCVD עתיר סיליקון
הגדלת יחס הגזים DCS:NH₃ במהלך LPCVD מפיקה סרטי SiNx עתירי סיליקון עם מקדם שבירה 2.2–2.4 ומאמץ מתיחה המופחת ל-< 50 MPa. זוהי הגישה הסטנדרטית בתעשייה עבור ממברנות וקונסולות MEMS שבהן השטיחות היא קריטית.
PECVD בתדר כפול
ב-PECVD ניתן לאזן מאמץ לחיצה מהפצצת יונים (הספק HF) כנגד מאמץ מתיחה מהתכווצות הסרט (הספק LF). כורי תדר כפול מאפשרים שליטה בלתי תלויה באנרגיית היונים ובשטף הרדיקלים, ומפיקים סרטים של < 100 MPa ב-300–400°C.
חיסום להקלת מאמץ
חיסום תרמי מהיר (RTA) לאחר ההשקעה ב-1000–1100°C בסביבת N₂ יכול להקל חלקית על מאמץ המתיחה בניטריד LPCVD באמצעות זרימה צמיגה ופליטת מימן. בדרך כלל מפחית את המאמץ ב-30–50% מערכי ההשקעה.
יישומים ופלחי שוק
MEMS Membranes & Structures
Low-stress LPCVD Si₃N₄ as free-standing membranes for pressure sensors, microphones, micro-hotplates, and AFM cantilevers. Stress-controlled films enable flat, crack-free membranes with diameters exceeding 1mm.
Final Passivation Layer
PECVD Si₃N₄ as the top-level hermetic passivation over completed ICs. Excellent Na⁺ and H₂O diffusion barrier protects underlying aluminum and copper metallization from corrosion and ionic contamination.
Hard Mask for Deep Etching
LPCVD Si₃N₄ hard mask for deep silicon etching (DRIE) and KOH/TMAH wet anisotropic etching. Etch selectivity of >1000:1 in KOH enables high-aspect-ratio structures for MEMS and 3D integration.
Diffusion Barrier
Dense LPCVD Si₃N₄ as a barrier against dopant diffusion, selective oxidation (LOCOS mask), and against mobile ion penetration (Na⁺, K⁺). Essential for reliable MOS device fabrication.
CMP Stop Layer
Si₃N₄ as a chemical-mechanical polishing stop in shallow trench isolation (STI) and damascene processes. High hardness and chemical resistance provide excellent polish selectivity against SiO₂ slurries.
Optical Waveguide Core
Stoichiometric Si₃N₄ as a low-loss waveguide core material for visible and near-IR photonic integrated circuits. Propagation loss < 0.1 dB/cm from 400nm to 1600nm with high Kerr nonlinearity.
Gate Dielectric (MIS/MNOS)
Ultra-thin Si₃N₄ as the charge-trapping layer in SONOS/MONOS non-volatile memory transistors and as a high-κ supplement in composite gate dielectric stacks for power devices.
Encapsulation & Barrier Coatings
Conformal PECVD Si₃N₄ encapsulation for optoelectronics (LEDs, laser facets), biomedical implant coatings, and anti-reflective coatings on solar cells. Excellent hermeticity with WVTR < 10⁻⁶ g/m²/day.
מפרטים טכניים
| פרמטר | טווח זמין / ערכים |
|---|---|
| Si₃N₄ Thickness Range | 20nm – 2μm (LPCVD); 50nm – 5μm (PECVD, on request) |
| Thickness Uniformity | ±2% within-wafer (LPCVD, Std Dev); ±3% (PECVD) |
| Refractive Index (n) | 2.00 ± 0.02 at 632.8nm (stoichiometric LPCVD Si₃N₄) |
| Dielectric Breakdown Strength | >10 MV/cm (LPCVD stoichiometric, 25°C) |
| Film Stress (LPCVD stoich.) | < 100 MPa tensile (as-deposited); adjustable via Si-rich formulation |
| Film Stress (Low-Stress) | < 50 MPa tensile (Si-rich LPCVD SiN<sub>x</sub>, n ≈ 2.2–2.4) |
| Wafer Diameters | 100mm (4″), 150mm (6″), 200mm (8″), 300mm (12″) |
| Wafer Orientations | 〈100〉, 〈111〉, 〈110〉 (double-side or single-side deposition) |
| Deposition Methods | LPCVD (820°C, DCS/NH₃), PECVD (250–400°C, SiH₄/NH₃/N₂) |
| KOH Etch Selectivity | >1000:1 Si:Si₃N₄ in 30% KOH at 80°C (LPCVD nitride) |
| TMAH Etch Selectivity | >5000:1 Si:Si₃N₄ in 25% TMAH at 80°C (LPCVD nitride) |
מדידה והבטחת איכות
איכות סרט ניטריד הסיליקון מאומתת באמצעות פרוטוקול מטרולוגיה מקיף המותאם הן לסרטי LPCVD והן ל-PECVD. כל מנה מסופקת עם תעודת ניתוח (CoA) מלאה.
זקוקים לפרוסות Si₃N₄ לתהליך שלכם?
ציינו את עובי ה-Si₃N₄ הרצוי, שיטת ההשקעה (LPCVD או PECVD), דרישות המאמץ (סטויכיומטרי או מאמץ נמוך), קוטר הפרוסה והכמות — מומחי סרטי הדיאלקטרי שלנו יספקו הצעת מחיר מפורטת בתוך 24 שעות.