FBE- Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Yazar "Atakül, Hüsnü" ile FBE- Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgePolisilikon Tabaka Üzerine Fotolitografi Yöntemi İle 0,3 Μm Şekillendirme Proses Adımlarının Optimizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014-06-16) Özdoğan, Zeliha ; Atakül, Hüsnü ; 10036296 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringYarı iletken teknolojisi haberleşme, bilişim ve otomasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılır ve bu alanlardaki gelişmeler aynı zamanda yarı iletken teknolojisinin gelişimine bağlıdır. Yarı iletken teknolojisi temel olarak; optik yöntemler ve ince film kaplama teknolojileri (litografi) kullanılarak, kritik boyutun nanometre seviyesine inmesiyle birlikte gelişmektedir. Litografi prosesinin gelişimi sayesinde boyutların küçülerek birçok devrenin aynı anda üretilmesi, elektronik devrelerin ucuz ve az güç harcayan yapılar haline gelmesini sağlanmıştır. Yarıiletken teknolojisinde, teknolojik seviyeyi belirleyen en önemli kriter tümdevredeki en küçük boyuttur ve kritik boyut olarak tanımlanır. Kritik boyutun küçülmesi daha hızlı çalışan devrelerin üretilmesini, iş kabiliyetinin artmasını, maliyetin düşmesini ve güç tüketiminin azalmasını sağlar ve kritik boyut küçüldükçe de litografi teknolojisindeki gelişmeler kaçınılmaz olmuştur. 1950’li yıllarından sonra yarıiletken üretim süreçlerinde çoğunlukla fotolitografi (optik litografi) kullanılmaya başlanmıştır ve tümdevre üretim basamakları arasında önemli bir yere sahiptir. Günümüzde fotolitografi işlemi için tercih edilen yöntemlerden biri UV-litografidir. Belirli bir dalga boyundaki UV ışık bir maske üzerinden, bu dalga boyundaki ışığa duyarlı, silisyum pul üzerine serilmiş olan fotoreziste (ışığa duyarlı polimer) iletilir. Maskenin üzerinde bulunan mikro ya da nano boyutlu şekiller, birbirini takip eden bir takım kimyasal işlemler sonunda yarı iletken üzerine transfer edilmiş olur. Kritik boyut, şekillendirme yapılan dalga boyu ve ‘k’ sabiti ile doğru orantılı, lensin sayısal açıklığı (NA) ile de ters orantılıdır. Dalga boyu ve sayısal açıklık, şekillendirme cihazı (stepper) ve ışık kaynağı’ nın özellikleri olduğu için kullanılan teknolojiye ait değerlerdir. Bu nedenle ‘k’ sabitinin standart proses şartlarında aldığı değer (0,75) çeşitli yöntemlerle düşürülerek, dalga boyundan daha küçük şekillendirmeleri gerçekleştirmek mümkün olur. Bu yöntemlerden en pratik ve ekonomik olanı, termal ve kimyasal proseslerden oluşan litografi prosesinin adımlarını optimize etmek ve şekil bozukluklarında en büyük paydaya sahip olan ince film ve yansıtıcı alt yüzey etkisini azaltmaktır. Şekillendirilecek boyut küçüldükçe, yüzey topografisi düzgün olmayan ve yansıtıcı olan pul yüzeyinde kritik boyut kontrolünü sağlamak ve ince film etkisini ortadan kaldırmak en kritik problemlerdir, çünkü ışığın istenmeyen bölgelere yansıması şekil bozukluklarına ve ince film etkisi de kritik boyut farklılıklarına neden olur. Bu çalışmadaki amaç da SiGeC HBT BiCMOS Teknolojisi için 0,3 mikron şekillendirme prosesini 365 nm dalga boyunda gerçekleştirebilmek için litografi prosesinin tüm adımlarını optimize etmek ve düzgün yüzey topografisine sahip olmayan yansıtıcı pul yüzeyinin negatif etkisini en aza indirmektir Standart koşullarda 365 nm (UV) dalga boyundaki ışık kaynağı ile şekillenebilecek en küçük kritik boyut 0,35 µm’dir. Litografi prosesinin tüm adımlarının sonuç değişkenleri ile bunları etkileyen faktörler ve seviyeleri, literatür ve kullanılan cihazların özellikleri dikkate alınarak belirlenmiştir. Fotorezist ve yansıma önleyici kaplamanın pul yüzeyine serilmesi ve son adım olan sertleştirme prosesi için faktörlerin optimum seviyeleri, deneysel tasarım metotlarından biri olan Taguchi yöntemi kullanılarak tespit edilmiştir. Yarı iletken üretimi hem maliyetli hem de üretimi etkileyen çok fazla parametre olduğu için deneysel tasarım metotlarının, özellikle de Taguchi yönteminin sıklıkla kullanıldığı bir sektördür. Fotolitografi işlemi tespit edilen optimum parametre seviyelerinde gerçekleştirilerek düzgün bir profile sahip olan 0,3 mikron şekillendirme gerçekleştirilmiştir. Yapılan şekillendirme işlemi de ‘k’ sabitinin standart olan 0,75 değerinden 0,5 mertebesine düştüğünü göstermektedir. Bu süreçte en önemli adımlar; yansıma önleyici kaplamanın seçimi ve şekillendirme ile kuru aşındırma prosesleri dikkate alınarak, optimum fotorezist kalınlığının belirlenmesi olmuştur. Hem krtik boyut kontrolünü sağlamak ve hem de alt tabandaki topografiden dolayı şekillerde oluşacak bozulmayı önlemek için en etkili yöntemin alt taban üzerine uygulanan yansıma önleyici kaplama olduğu sonucuna varılmıştır. Yapılan deneylerin sonuçları özetlenirse; • Şekillerin profilini bozmadan kritik boyutu sağlayabilmek için fotorezist kalınlığının aşındırma prosesine dayanacak şekilde incelmesi gerekmektedir. Fotorezist kalınlığı 0,6 mikrona indirildiğinde kritik boyut sağlanmış ve fotorezist dibe kadar açılarak profil bozulmamıştır. • Fotorezist kalınlığı üzerinde en etkili olan faktör serme işlemi sırasındaki son döndürme hızıdır ve 600 nanometre fotorezist kalınlığı için optimum seviye 5000 devir/dk‘ dır. Pulun yüzeyini tamamen kaplamak için gerekli olan rezist akıtma süresi 3 sn. (3 ml/sn) olarak bulunmuştur. • Pul yüzeyindeki yansımayı ve yansıma değişimini minimum seviyeye düşürmek için serme prosesi parametrelerinin optimum seviyeleri, yansıma önleyici kaplama miktarı için 2 ml, ilk döndürme hızı için 500 devir/dk ve son döndürme hızı için 2500 devir/dk olarak bulunmuştur. Bu proses parametreleri kullanılarak pul yüzeyindeki yansıma düz silisyum pula göre %6 seviyesine düşürülmüştür. • Işıklandırma sonrası yapılan kürleme işlemi 110 Cº’ de gerçekleştirildiğinde, hem kritik boyutun sağlandığı hem de profil açısının 90º’ye daha yakın olduğu görülmüştür. Sıcaklık yükseldikçe profil bozulmuştur. • Pul yüzeyindeki ışıklanmış ve ışıklanmamış alanların yansıma farkı karşılaştırılarak optimum banyo süresinin 60 saniye olduğu görülmüştür. • Litografi prosesinin son adımı olan fotorezistin sertleştirme işlemine etki eden parametreler (son pişirme süresi, son sıcaklık ve yükselme eğimi), kuru aşındırma prosesine karşı pozitif fotorezistin direnci ve kritik boyuttaki değişim göz önünde bulundurularak değerlendirilmiştir. Son pişirme süresi ve yükselme eğiminin optimum seviyeleri 10 saniye ve 1,5 Cº/saniye ‘dir. Sadece aşınma direnci dikkate alındığında son sıcaklığın optimum seviyesi 170 Cº olarak bulunmuş, fakat bu seviye 60 nm kritik boyut değişimine neden olduğu için, her iki sonuç değişken de dikkate alınarak optimum seviye 150 Cº olarak belirlenmiştir.