氮化硅（Si₃N₄）是一种重要的无机非金属材料，在半导体领域有多种关键应用，具体如下：

绝缘介质

- 用于栅介质层：在金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）中，氮化硅可作为栅介质层，能有效隔离栅极与沟道，控制沟道中载流子的流动，与传统的二氧化硅栅介质相比，氮化硅具有更高的介电常数，可实现更好的电荷存储和控制性能，有助于提高晶体管的开关速度和降低功耗。

- 作为层间绝缘层：在半导体器件的多层结构中，氮化硅用作层间绝缘层，能防止不同金属布线层之间的电流泄漏，保证各层之间的电气隔离，提高器件的可靠性和稳定性。

钝化保护

- 芯片表面钝化：在半导体芯片制造完成后，在其表面沉积一层氮化硅薄膜作为钝化层，可保护芯片免受外界环境中的水汽、氧气、杂质等的侵蚀，提高芯片的抗腐蚀能力和长期稳定性，还能减少表面电荷的积累，降低表面态密度，改善器件的电学性能。

- 器件结构保护：对于一些特殊结构的半导体器件，如垂直腔面发射激光器（VCSEL），氮化硅可以保护其内部的有源区和光学结构，防止在后续的工艺过程或使用过程中受到损伤，确保器件的光学和电学性能稳定。

刻蚀掩膜

- 图形转移：在光刻和刻蚀工艺中，利用氮化硅对某些刻蚀气体具有较好的抗刻蚀性能，将其作为掩膜材料。通过光刻工艺在氮化硅薄膜上定义出所需的图形，然后利用刻蚀工艺将图形转移到下层的半导体材料或其他薄膜材料上，能够精确地控制刻蚀的深度和形状，实现高精度的器件结构制造。

- 高深宽比结构制作：在制造高深宽比的半导体结构，如深沟槽、垂直纳米线等时，氮化硅掩膜能够在刻蚀过程中保持良好的稳定性，抵抗各向异性刻蚀的冲击，确保刻蚀出的结构具有光滑的侧壁和精确的尺寸，有助于提高器件的集成度和性能。

应力调节

- 应变工程：在一些先进的半导体工艺中，通过在半导体材料上沉积氮化硅薄膜引入应力，可使硅基材料产生应变，从而改变其电子迁移率等电学性能，能提高晶体管的驱动电流，提升器件的速度和性能，在高性能逻辑芯片和射频器件等的制造中发挥着重要作用。

- 晶圆翘曲控制：在半导体晶圆制造过程中，由于不同材料的热膨胀系数差异等原因，可能会导致晶圆翘曲。氮化硅薄膜可通过合理设计其沉积工艺和厚度，在晶圆表面产生一定的应力，补偿其他材料带来的应力差异，从而有效控制晶圆的翘曲度，提高晶圆的平整度，有利于后续工艺的进行。