Kuru aşındırma yöntemiyle titanyum silisite seçici kontak aşındırma prosesinin optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, kontak aşındırma prosesi optimize edilmesi amaçlanmıştır. Bunun için, kontak aşındırma prosesi reaktif iyon aşındırma reaktöründe iki aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamanın, silisyum üzerinde oluşturulan titanyum silisit katmanına karşı seçici olması gerekmektedir. Titanyum silisit, kontak içlerine doldurulacak metal ile silisyum arasında ara bağlantı elemanı olarak görev yapmaktadır. Kontak direçlerinin yüksek olmaması için kontak içlerinde aşındırma sonrası dielektrik malzeme (silisyum dioksit) kalıntısı veya aşındırma sırasında oluşan polimer kalıntısı kalmaması çok önemli olduğu gibi, silisyum dioksit aşındırılırken alt katmanında bulunan titanyum silisitin aşındırılmaması da çok önemlidir. Bunun gibi birden fazla katmanın bulunduğu ve alt katmanın aşındırılmaması istenen durumlarda uygulanacak yöntemin alt katmana mümkün olduğunca seçici olması istenmektedir. Bu tezde sunulan çalışmada; güç, basınç ve gaz değişkenlerinin etkisini incelemek amacıyla deneyler gerçekleştirilmiş ve deneyler iki aşamalı olarak planlanmıştır. Birinci aşamada, sabit bir gaz oranında basınç ve güç parametreleri değiştirilerek en iyi seçicilik değerini veren basınç ve güç değeri belirlenmiştir. İkinci aşamada ise birinci aşamada belirlenen basınç ve güç değeri sabit tutularak gaz bileşimi değiştirilmiş ve optimum gaz akış miktarı belirlenmiştir. Birinci aşamada, "Minitab Statistic" programı ile deneysel tasarım yöntemlerinden tam faktöriyel tasarım yöntemi ile deney parametreleri belirlenmiş, ikinci aşamada ise karışım tasarımı yöntemi ile gaz karışımları belirlenmiştir. Seçiciliği yüksek olan numunelere FIB-SEM cihazı ile kesit görüntüsü alınmış ve boyut ve profil kontrolü yapılmıştır.

In this study, the design of experiment methods (DOE) is used. The experiments are planned in two steps. For the first step, the effect of power and pressure are examined at the same gas proportions via the full factorial design method. Etch selectivity and contact profile are the results that are analyzed. After finding the optimum power and pressure value, the second step began. With is found power and pressure value, the effect of gas proportions is analyzed via the mixture design method on DOE in the second step. After all of them, optimum power, pressure, and gas proportions were found for SiO2 towards TiSi2 etch selectivity and contact profile. The design of experiments was analyzed on Minitab Statistics software. Results were characterized by a few methods. The thickness of SiO2 and TiSi2 were measured with Spectroscopic Reflectometry and Spectroscopic Ellipsometry technics. Titanium silicide sheet resistance was measured by the four-point probe (4pp). The contact profile was analyzed by Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy (FIB-SEM). In the first step with 3 levels, 2-factor full factorial design, 9 experiments were carried out, and was found 150 millitorr pressure and 400-watt RF power is the best etch selectivity of SiO2/TiSi2 which is 10,1 at gases proportions which are CHF3:35 sccm; CF4: 7 sccm; He: 65 sccm (standard cubic centimeters per minute). As power increased etch selectivity and etch rate of both SiO2 and TiSi2 are increased at the same pressure values but TiSi2 etch rate increased less than SiO2 etch rate so etch selectivity of SiO2 towards TiSi2 is raised. However, as pressure increased, etch selectivity and etch rate of both SiO2 and TiSi2 decreased at the same power values. It's because as pressure increases mean free path which is the path is atoms and ions gone is decreased so etch rate is reduced. On the other hand, as power rises effect of pressure on etch rate and selectivity is reduced. According to full factorial design, the analysis with a sensitivity value of 95% statistically gives the same result as the experimental values. In the second step which is done with mixture design; it is done 11 experiments and was found CHF3:34 sccm; CF4: 11 sccm; He: 61 sccm is the best selectivity of SiO2/TiSi2 which is 10,4 at 150 millitorr pressure and 400 watt RF power. When the results are analyzed, on the quadratic model p-value of the effect of CHF3*CF4 and CHF3*He are the smallest. In this case, the binary combined effect of two gases is greater than the effect of one or three gases. According to the mixture design, the analysis with a sensitivity value of 95% statistically gives the same result as the experimental values.