Düşük sıcaklıkta kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemiyle epitaksiyel sige film büyütme ve film karakterizasyonu

Tez çalışması kapsamında, indirgenmiş basınçta kimyasal buhar biriktirme (RPCVD) yöntemiyle, düşük sıcaklıkta, silisyuma karşı seçici, silisyum üzerine tek kristal formda silisyum-germanyum-karbon (SiGeC) ve silisyum (SiCap) filmleri büyütülmüştür. Film büyütmede silisyum kaynağı olarak silan (SiH4), germanyum kaynağı olarak german (GeH4), bor kaynağı olarak diboran (B2H6) ve karbon kaynağı olarak da metilsilan (CH3SiH3) gazı kullanılmıştır. Büyütülen filmler, 0,25 µm SiGeC BiCMOS (Silisyum-Germanyum-Karbon Çift Kutuplu Tamamlayıcı Metal Oksit Yarı İletken) teknolojisi üretiminin ilk basamağı olan SiGeC HBT (Silisyum-Germanyum-Karbon Heterojonksiyon Çift Kutuplu Transistör) üretiminde transistörün baz bölgesinde uygulanmış ve filmlerin transistördeki elektriksel performansı değerlendirilmiştir. Çalışmanın ilk basamağında, RPCVD reaktöründe silan gazı kullanarak çalışılabilecek en uygun film büyütme sıcaklığı belirlenmiştir. Büyütülen SiGeC filmin kalınlığı, germanyum oranı ve film kalitesi spektroskopik elipsometre ile karakterize edilmiştir. Film kalınlığı ve büyütme süresi birlikte değerlendirildiğinde, 0,25 µm SiGeC BiCMOS teknolojisi üretiminin ilk basamağı olan SiGeC HBT üretiminde baz bölgesine büyütülecek tek kristal SiGeC film için en uygun sıcaklık değerinin 625°C olduğu görülmüştür. İkinci olarak, SiGeC HBT teknolojisinde baz çukuru yan duvarlarında silisyum nitrür film bulunduğundan, büyütülen epitaksiyel SiGeC film için silisyuma karşı seçicilik çalışılmıştır. Seçicilik sağlayabilmek için film büyütme gazları içerisine hidroklorik asit (HCl) ilave edilmiştir. Spektroskopik elipsometre ile film kalınlığı, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yan duvar filmlerin (0,1-1,0 µm ölçeğinde) morfolojik görüntüleri elde edilmiştir. Yapılan karakterizasyonlar sonucunda epitaksiyel SiGeC film büyütmede 625°C' de 25 ml/dk HCl akışında silisyuma karşı seçiciliğin sağlandığı görülmüştür. Çalışmanın ikinci basamağında, transistörün emiter bölgesine katkılanan fosfor iyonlarının baz bölgesine difüzyonunu engellemek için SiGeC filmi üzerine silisyuma karşı seçici, katkısız, tek kristal, silisyum (SiCap) filmi büyütülmüştür. İlk olarak, RPCVD reaktöründe silan gaz kaynağı ile çalışılabilecek, transistörde uygulanabilecek minimum film büyütme sıcaklığı belirlenmiştir. İkinci olarak, SiGeC film büyütmede olduğu gibi SiCap filminde de silisyuma karşı seçicilik çalışılmıştır. Yapılan karakterizasyonlar sonucunda epitaksiyel SiCap film büyütmede 675°C'de 35 ml/dk HCl akışında silisyuma karşı seçiciliğin sağlandığı görülmüştür. Büyütülen filmlerin yapısal ve morfolojik karakterizasyonu spektroskopik elipsometre, SEM, geçirmeli elektron mikroskobu (TEM), ikincil iyon kütle spektroskopisi (SIMS) ve yüksek çözünürlüklü X-ışınları difraksiyonu (HRXRD) analizleri ile yapılmıştır. SIMS analizinde transistör baz bölgesine silan ile düşük sıcaklıkta (625°C) büyütülen filmdeki bor iyonlarının transistörün baz bölgesinden kolektör bölgesine difüzlenmediği görülmüştür. HRXRD analizi ile SiGeC filminin tek kristal formda olduğu ve filmin gerinmiş yapıda olduğu ispatlanmıştır. TEM analizi ile SiGeC filminin tek kristal formda olup, dislokasyon yoğunluğunun 3×107 cm-2 mertebesinde olduğu görülmüştür. Büyütülen filmlerin elektriksel karakterizasyonu için, SiGeC ve SiCap filmleri SiGeC HBT transistörün baz bölgesine büyütülmüş ve transistörün elektriksel performansı için akım-gerilim (I-V) ölçümleri yapılmıştır. Diklorosilan ile yüksek sıcaklıkta büyütülen film ile silan ile düşük sıcaklıkta büyütülen film SiGeC HBT yapısına uygulanıp elektriksel olarak karşılaştırıldığında, silan gazı kullanılarak üretilen transistörün akım kazancının yaklaşık 10 kat fazla olduğu görülmüştür.