Page 34 - bilgem-teknoloji-dergisi-11

Yarı İletken Teknolojileri BILGEM
TEKNOLOJI

Epitaksiyel Silisyum Tüm atomlar tam da olması gereken yerde ve ol- Ara yüzey kusurları, enerji

ması gerektiği şekilde… Kusursuz dizilim mümkün
tuzakları olarak davrandıkları
olmasa da kristal kusurlar ne denli azsa o denli ba-
şarılı bir film elde edilir. Epitaksiyel filmlerin CMOS,
HBT, çeşitli dalga boylarına hassas ışınım ölçme için baz bölgesinde istenmeyen
dedektörleri, DRAM (dinamik rasgele erişim belle- birleşme ve üretim (recombination/
ği) gibi uygulama alanları vardır. YİTAL’deki epitak- generation) olaylarına yol açar.
Tüm atomlar tam da olması gereken siyel film uygulama alanımız SiGe:C HBT BiCMOS
[Silisyum(Si)-Germanyum(Ge)-Karbon(C) Çift Ku-
yerde ve olması gerektiği şekilde… tuplu Tamamlayıcı Metal Oksit Yarı İletken] tekno- rılması sağlanır. Öte yandan RPCVD reaktörü, pul
lojisi olduğundan bu işlem üzerinden anlatılacaktır. içeriye alınmadan H varlığında yüksek sıcaklıkta
2
(1100 °C’e kadar) şartlandırılıp O ve H O safsızlık-
2
2
Duygu İşler Öksüz – Başuzman Araştırmacı, Bayram Andak - Başuzman Araştırmacı / BİLGEM UEKAE CVD (Kimyasal Buhar Biriktirme) ve MBE (Molekü- ları ortamdan uzaklaştırılır. RPCVD cihazının tüm
ler Demet Epitaksi) başlıca epitaksiyel film büyüt- istasyonlarından alınan gaz örnekleriyle anlık ola-
me yöntemlerindendir; CVD mikroçip üretim tesis- rak H O analizi yapılmakta ve filmin kalitesini etki-
2
n sevdiğiniz element nedir? Elementler arası bir Bir malzemede atomlar arası tekrarlayan bir örüntü lerinde tercih edilirken, MBE daha çok araştırma leyen parametreler takip edilmektedir.
yarış olsa sıradanlıktan fark yaratmaya tüm asa- varsa “kristal” diye tanımlanır ve bu örüntünün tek- amaçlı merkezlerde kullanılır. YİTAL’de CVD tek-
Eleti ve alçak gönüllüğü ile yükselerek elektronik rarlama biçimine göre kristal farklı isimlendirilir. Silis- niği ile epitaksiyel film büyütülmektedir. RPCVD Cihaz içi (in-situ) pul temizliği: Temizlenmiş pulun
devre elemanlarının üretiminde en çok tercih edilen yumun kristal örgü yapısı elmas kübik yapıdır. Taban (İndirgenmiş Basınçlı Kimyasal Buhar Biriktirme) RPCVD cihazına aktarılması sırasında oluşabilecek
“silisyum” şüphesiz güçlü bir aday olurdu. Bor, fosfor, malzemenin (substrate) kristal yapısını bozmadan cihazında gaz fazdan yüzeye tutunan atomlar doğal silisyum oksidin (native silicon oxide) temiz-
karbon, germanyum ve arsenik hepsinin ortak özelliği aynı kristal yapıyı devam ettirerek film oluşturmak; kimyasal reaksiyon sonucu silisyum taban üze- lenmesi için pul reaktöre alındıktan sonra H orta-
2
periyodik cetvelde Silisyumun çevresinde konumlan- epitaksiyel film büyütme veya tek kristal film büyütme rinde film oluşturur. mında yüksek sıcaklığa girer.
mış olmalarıdır. Atomik yoğunluğu “5×10 atom/cm³” olarak tanımlanır. Konu epitaksi olunca film depolama
22
olan Silisyum, bu arada kalmışlığı ustalıkla avantaja yerine film büyütme kavramı kullanılır. Bunun sebebi Homoepitaksi ve Heteroepitaksi Film büyütme: Son aşamada gaz akışları, sıcaklık
çevirip kristal yapısına bu atomları belli oranlarda or- ise, taban malzemeyi aynı örüntüde devam ettirme- YİTAL-ASELSAN-SSB işbirliği ile yürütülen 0.25 µm ve basınç değerlerini içeren; büyütülecek epitaksi-
tak edebildiği ve her biriyle farklı özellikler kazanabil- mizdir. Epitaksi kelimesi Yunanca kökenlidir; epi=üst, SiGe:C HBT BiCMOS (Silisyum-Germanyum-Kar- yel filme göre oluşturulmuş (proses) reçetesi ile epi
katman büyütülür.
diği için epitaksiyel film büyütmeye oldukça uygundur. taxis=düzenli anlamındadır. bon Çift Kutuplu Tamamlayıcı Metal Oksit Yarı
İletken) teknolojisiyle yüksek performans ve tüm-
leştirme avantajları kullanılarak faz dizili radarların Bir epitaksiyel yapı, büyütülen filmi oluşturacak
alıcı-verici modüllerinde kullanılan düşük güçlü atomlar taban atomları ile aynı ise homoepitaksiyel
çekirdek tümdevrelerin üretilebilir duruma gelme- (örn; Epitaksiyel silisyum), farklı ise heteroepitak-
si hedeflenmektedir. Bu teknolojide hem CMOS siyel (örn; Epitaksiyel silisyum-germanyum) film
(Complementary Metal Okside Semiconductor) olarak adlandırılır. YİTAL’de homoepitaksiyel uygu-
hem de HBT (Heterojunction Bipolar Transistor) lamamıza örnek olarak SiGe:C BiCMOS yapısının
yapıları aynı tümdevre içerisindedir. HBT'nin üç “kolektör” bölgesini verebiliriz.
ana bileşeni olan n-tipi kollektör, p-tipi baz ve n-ti-
pi emetör bölgeleri epitaksiyel filmlerden oluşur. Gömük tabaka iyon ekme işlemi sonrası silisyum
YİTAL’de uyguladığımız epitaksiyel büyütme işlemi aktif üzerine büyütülen epitaksiyel silisyum böl-
4 aşamadan oluşmaktadır. gesel olarak tekrar katkılanır (Kolektör katkısı
ve SIC-baz altı kolektör katkısı) ve transistörün
Cihaz dışı (ex-situ) pul temizliği: Silisyum taban ve kolektör bölgesi oluşturulur. Epitaksiyel silisyum
büyütmenin bize sağladığı avantaj, katkısını ayar-
üzerine büyüyecek olan epitaksiyel film arası (ara layabildiğimiz oksijeni ve karbonu daha düşük ko-
yüzey) oksijen konsantrasyonunun düşürülmesi lektöre olanak sağlamasıdır.
için; “SC-1 (NH OH-H O -H O) > SC-2 (H O -HCI-
2
2
2
2
2
4
H O)” seyreltik HF pasivasyonu” çevrimini izleyen Heteroepitaksi uygulamamıza örnek, SiGe:C HBT
2
pul sonrasında Marangoni kurutma (IPA buharı ile BiCMOS yapısının “baz” bölgesidir. Bu film oluşur-
kurutma) yöntemiyle kurutulur. Uygulanan temizlik ken RPCVD reaktörüne aşağıda yazılı gazlar bera-
işleminde kullanılan Deiyonize (DI) su, ppb merte- ber verilerek 10-20 Torr basınç aralıklarında p tipi,
besinde “suda çözünmüş oksijen” çözünmüş oksi- yaklaşık %15-20 Ge, “1-7E19 at/cm B” ve %0.2 C
3
jen ve toplam organik karbon (TOC) içerecek şekil- içeren SiGe:C:B baz bölgesi büyütülür.
de saflaştırılmaktadır.  Taşıyıcı gaz:H (Hidrojen),
2
 Silisyum kaynağı: SiH (Silan),
4
Reaktör şartlandırılması: Temizlenmiş pul, cihazın  Germanyum kaynağı: GeH (German),
4
yükleme kabinine alındıktan sonra ortam vakum-  Karbon kaynağı: CH SiH (Monometilsilan),
3
3
lanır ardından saflaştırıcıdan geçirilmiş N gazı ile  Bor kaynağı: B H (Diboran),
2
2
6
tekrar atmosferik basınca getirilir. Bu çevrim en az  Seçici büyütmenin sağlanması için: HCl
5 kere tekrarlanarak ortamın oksijenden arındı- (Hidrojen Klorür)
32 33