Page 37 - bilgem-teknoloji-dergisi-11

Yarı İletken Teknolojileri BILGEM
TEKNOLOJI

Bu reaksiyonda silisyum taban üzerinde epitak- bu da gerinimli (strained) SiGe filminin oluşmasına nin oluşturulmasına sıra
siyel SiGe:C büyürken; sccm (cm /dk) mertebele- sebep olur. (Şekil 1) geldiği zaman yapıda hem
3
rinde HCl ilavesinin ile “silisyum dioksit (SiO ) ve
2
silisyum nitrür (SixNy)” yalıtkan bölgeleri üzerin- Bu tarz gerinimli büyüyen filmlere: “pseudomorp- tek kristal hem de silisyum
de film oluşmaz. Seçici epitaksiyel büyütme ola- hic” filmler denir. Gerinimli SiGe filmi, büyütülen dioksit kısımlar “Emetör
rak adlandırılan bu işlemde, silisyum ve german film kalınlığı ve film içindeki Ge konsatrasyonunun filminin oluşturulmasına
kaynağı sayesinde bir yandan film büyürken, bir türevi olan efektif gerinim tarafından belirlenen sıra geldiği zaman yapıda
yandan da HCl gazı ile oluşan film aşındırılır. Bu sınırların içinde kalmak koşulu ile termodinamik hem tek kristal silisyum
büyüme-aşınma reaksiyonundan hızlı olan kaza- olarak kararlıdır. SiGe film kalınlığı arttıkça gerinim hem de silisyum dioksit
nır; Si yüzey üzerinde büyüme hızlı iken yalıtkan enerjisi dengeyi koruyamayacak kadar artar ve kısımlar bulunur. Oluştur-
kısımlarda aşınma baskın gelir, Si’a seçici film bü- dislokasyon oluşmaya başlar ve film artık gevşe- maya çalıştığımız yapıda
yütülür. HCl akışını 2-3 sccm düşük ya da yüksek hedefimiz tek kristal baz
seçmek filmin seçici büyümesini engelleyebilir. miş (relaxed) duruma geçer. Ara yüzey kusurları,
enerji tuzakları (energy traps) olarak davrandıkları üzerinde “mono- emetör”
SiGe (silisyum-germanyum) ikilisi bir noktaya ka- için baz bölgesinde istenmeyen birleşme ve üretim dediğimiz epitaksiyel filmi
dar oldukça uyumludur. Germanyum da silisyum (recombination/generation) olaylarına yol açar. Bu büyütmektir.” Oluşturmaya
gibi elmas kübik kristal örgü yapısındadır, atomlar sebeple baz bölgesinde hedefimiz, gerinimli film çalıştığımız yapıda hedefi-
arası mesafeyi tanımlayan “kafes parametresi” ve büyütmektir. miz tek kristal baz üzerinde
atom boyutu farklılığına rağmen belli bir kalınlığa “mono-emetör” dediğimiz
kadar sanki aynı yapıya uygun gibi beraber büyür- Film büyürken aynı anda bor ile katkılanarak (in epitaksiyel filmi büyütmek-
ler. (Silisyumun kristal kafes sabiti 5.431 Å, Ger- situdoping) p tipi baz bölgesi oluşturulur. Karbon tir. Bu büyüme sırasında
manyumun kristal kafes sabiti 5.657 Å) ise hem bor, atomlarının difüzyonunu (yayınımını) eş zamanlı olarak silis-
engeller hem de germanyum ve silisyuma göre kü- yum dioksit kısımlarda poli
HBT’nin üstünlüğü de tam olarak bu uyum için- çük olduğu için gerinimli büyümeye yardımcı olur. emetör oluşur. Poli filmde
deki uyumsuzluktan gelir. Silisyumun valans bant Karbonun bu iki amaca hizmet etmesi için iki şart düzenli kristaller, rastge-
ile iletkenlik bandı arası enerjiyi ifade eden yasak vardır: kristal kafes içinde yer alan formda bulun- le yönelimde oluşmuştur.
bant genişliği 1,12 eV iken Germanyumun yasak ması ve yapıda en fazla “%0.1- %0.2” bulunmasıdır. Kendi içinde düzenli her bir
bant genişliği (Eg) 0.66 eV’dur. Yapıya eklenen Bu orandan fazlası kristal kusur eğilimini artırır. forma “tane”; bu tanelerin birbirleriyle buluştuğu lizlerde her şeyin yerinde olduğu kolektör, baz,
her %1’lik Ge ile transistörün baz bölgesinin ya- yüzeylere ise “tane sınırı” denir. (Şekil 2) emetör epitaksiyel filmler bütünü de yeterli değildir.
sak bant aralığı yaklaşık 7.5 meV düşürülür böy- Gerinimli büyümeye bir diğer destek 250 Å SiGe:C
lece transistörün akım kazancı artar, hızlı ve daha filmi üzerine büyütülen “100-150 Å” silisyum filmden HBT yapısından alınmış kolektör; baz, emetö- Önemli olan diğer katmanlarla uyumdur, yapının
az gürültülü transistör elde edilir. Ge kafes sabiti gelir. Gerinimli SiGe:C filmi iki silisyum film arasında tüm işlemlerinin tam ve hatasız ilerlemesi ile
%4’e kadar daha büyük olduğu için SiGe katmanı sandviç yapısına benzer şekilde kalır. Bu kadar ince repitaksiyel filmlere ait TEM ( Geçirimli Elektron başarı sağlanır.
“Si” taban üzerinde büyüdükçe “SiGe” kafes yapısı ayar gerektiren baz bölgesi, karbon-bor-german- Mikroskobu) görüntüsüne aittir. Bütünü oluştu-
taban kafes yapısına uyum sağlamak için sıkılaşır, yum yüzdesi ve profillerinin transistör içerisindeki ran parçalar bu denli önemli olduğundan malze-
durumlarını gösterecek şekilde me karakterizasyonu epitaksiyel film büyütmede SiGe:C BiCMOS yapısı, toplamda 300 temel iş-
analiz edilir. başarının ilk anahtarıdır. lem basamağından oluşur; her bir işlemin de
kendi içerisinde en az 10-20 adımdan oluştuğu
Film yükleme etkisi (loading Karakterizasyon Teknikleri düşünülürse yarı iletken araştırmacısı olmak için
effect) sebebiyle, transistör YİTAL’de büyütülen kristal filmlerin boyut, bile- ilk vasıf sabır ilkesidir diyebiliriz. Bir işlemi, en iyi
de: 0,28 um x transistör uzun- şim ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi için hale getirmek zamana karşı içsel gücü koruma-
luğu geniş alanda büyüdüğü Spektroskopik Elipsometre (SE), Taramalı Elekt- yı gerektirir. “Sabretmek, öylece durup beklemek
yapıya göre hem kalınlık hem ron Mikroskobu (SEM), Yüksek Çözünürlüklü değildir; sabır dikene bakıp gülü, geceye bakıp
konsantrasyon olarak farklı X-ışınları Difraksiyonu (HRXRD), Geçirimli Elekt- gündüzü tahayyül edebilmektir” der Şems… Biz-
sonuçlar verir. Yükleme et- ler de epitaksiyel filmler üzerine çalışırken ülke-
kisinin her bir değişken için ron Mikroskobu (TEM), İkincil İyon Kütle Spekt- mizde üretilen tüm faz dizili radarların çekirdek
oranını bilmek ve ona göre roskopisi (SIMS) ve Dört Nokta Probu (4PP) tümdevrelerini (Core Chip) üretmeyi hedefliyo-
geniş alanda çalışmalar yap- karakterizasyon teknikleri kullanılır. 4PP, depo- ruz. Aktarmaya çalıştığımız epitaksiyel film bü-
mak gerekir. lanan filmlerin tabaka dirençlerinin tespiti için yütme konusu disiplinler arası bir çalışma konu-
kullanılırken diğer karakterizasyon tekniklerinin su olduğundan fizik-kimya-malzeme-elektronik
HBT'nin “Emetör” (Yayıcı) kıs- kullanım amaçları Şekil 3’te listelenmiştir. konusunda uzmanlar olarak aynı konu üzerine
mı yukarıdaki baz ve kolektör çalışıp ilerletmekteyiz. Bu ilerleme serüveninin
kısıml arından farklıdır. Fil- Tümdevre üretiminde bütüne hizmet eden işlem bir yerlerinde bulunmuş olan; Emre HEVES, Ne-
min epitaksiyel büyümesi için (process) parçalarının tek başına iyi olmaları cip SEZEN, Enes CESUR ve Aylin KANGALLI’ya
tek kristal taban malzemeye gereklidir fakat yeterli değildir. Bu sebeple; ana- teşekkür ederiz.
ihtiyaç vardır. Emetör filmi-

34 35