Yrd. Doç. Dr. Mehmet Oğuz GÜLER Litografi Yöntemleri Yrd. Doç. Dr. Mehmet Oğuz GÜLER

Süper İletken Kuantum Interferans Cihazı LİTOGRAFİ Unif Süper İletken Kuantum Interferans Cihazı

LİTOGRAFİ Mikro üretim kontrollü bir ortamda ve sürekli bir film formunda bir desen oluşturma işlemidir. Mikro desenler altlık malzeme üzerine “litografi” adı verilen bir görüntüleme işlemi ile gerçekleştirilir. Unif

LİTOGRAFİ Başlangıç Bitiş Altlık Üzerinde İnce Film Mikro Yapılandırılmış İnce Film Unif

LİTOGRAFİ Unif

LİTOGRAFİ E-ışınları ile üretilmiş Nano Gitar Unif 50 nm’llik tellere sahip olan “nano-gitar”

LİTOGRAFİ Moore’un Öngörüsü Unif

LİTOGRAFİ Moore’un Öngörüsü Unif

LİTOGRAFİ Moore’un Öngörüsü İşlemci Adı P1266 P1268 P1270 P1272 P1274 45 nm 32 nm 22 nm 14 nm 10 nm İlk Üretim 2007 2009 2011 2013 2015 Unif

LİTOGRAFİ Moore’un Öngörüsü Unif Ticari olarak satılmakta olan 167,2 mm2’lık alana ve 25 nm’lik genişliğe sahip 8 GB’lık NAND Flash bellek.

LİTOGRAFİ Temel Üretim Yöntemleri Yüzey Mikro İşlemler Kütlesel Mikro İşlemler LIGA (“LIGA Benzeri”) Robert Bosch GmbH Sandia National Laboratories IBM Unif HT Micro

Bütünleyici Metal Oksit Yarıiletken (CMOS) Esas Alınarak LİTOGRAFİ Yüzey Mikro İşlemler Bütünleyici Metal Oksit Yarıiletken (CMOS) Esas Alınarak Alternatif yapısal ve kurban edilecek tabakalar kaplanır, işlenir ve dağlanır. Kurban Tabakalar işlem sonunda çözündürülür ve arzu edilen serbest yapılar elde edilir. Malzeme türleri CMOS tipi malzemelerle sınırlıdır (Polikristalin silikon, silikon oksit, Silikon nitrit, BPSG ve PSG) Yapısal oranlar çok düşüktür ve bazen 2,5B olarakta adlandırılırlar (aşırı düzlemsel) Sandia National Laboratories IBM Unif HT Micro

LİTOGRAFİ Kütlesel Mikro İşlemler Alternatif yapısal ve kurban edilecek tabakalar kaplanır, işlenir ve dağlanır. Çok geniş yüzey alanına sahip silikon altlıkların kütlesel olarak kuru yada yaş dağlama işlemlerini içerir. İnce membranlar, piezo rezistörler ve kantileverler gibi geniş hacim alanına ve dar akış kanalları içeren bileşenlerin üretilmesinde kullanılan önemli bir tekniktir.… Sandia National Laboratories IBM Unif HT Micro

(Lithography Galvo Abformung) LİTOGRAFİ LIGA Almanca bir terimdir (Lithography Galvo Abformung) Bu proseste x-ışınları litografisi, elektrokaplama ve kalıplama yada bu proseslerin farklı kombinasyonları kullanılır. Sandia National Laboratories IBM Çok geniş yelpazede malzeme işlenebilir Elde edilen yapılar çok geniş oranlara sahiptir – Tam anlamıyla 3B’ludurlar. Unif HT Micro

LİTOGRAFİ Yüzey Mikroişleme Malzemeleri Kurban Tabakalar Silikon Dioksit Yapısal Tabakalar Poli kristalin Silikon Izolatörler Silikon dioksit, Silikon Nitrit Kaplamalar SAM – Kendi kendine oluşan tek tabaka Sandia National Laboratories IBM Unif HT Micro

LİTOGRAFİ Kurban Tabaka Nedir? Sandia National Laboratories IBM Unif HT Micro

LİTOGRAFİ Yüzey Mikro İşleme Prosesleri Silikon Waferların üretimi İnce film malzemesinin kaplanması (yada büyütülmesi) Desen Oluşturma (Foto Litografi) Dağlama (Yaş ve/veya Kuru Dağlama) İkincil filmin kaplanması Desenin tekrarlanması, Dağlama, sonrasında tekrar Kaplama Son aşamada kurban tabakaların çözündürülmesi ile yapısal tabakaların elde edilmesi. Sandia National Laboratories IBM Unif HT Micro

LİTOGRAFİ Yüzey Mikro İşleme Prosesleri Tek kristal Silikon üretimi İngotlar dilimlenir ve Parlatılır Czochralski yöntemi IBM Yüzeyi Parlatılır Unif HT Micro Waferlar Dilimlenir Ingot

LİTOGRAFİ Üretim Yöntemleri İki Gruba Ayrılabilir Kimyasal reaksiyonlarla elde edilen ince filmler: Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) Elektrokaplama Epitaksi Termal Oksidasyon Bu prosesler ağırlıklı olarak gaz ve/veya sıvı kompozisyonlar yada altlık malzeme ile kimyasal reaksiyonlar sonucu elde edilir. Katı olarak elde edilen film genellikle reaksiyona giren ürünlerden farklıdır. Ürünler gaz, sıvı ve hatta diğer katılarda olabilir. Unif

LİTOGRAFİ Üretim Yöntemleri İki Gruba Ayrılabilir 2. Fiziksel bir reaksiyon sonucu elde edilen filmler: Fiziksel Buhar Biriktirme (PVD) Buharlaştırma Sıçratma Döküm Bu proseslerde malzemeler fiziksel olarak altlık yüzeyine taşınır. Diğer bir deyişle, altlık yüzeyinde ince filmi oluşturan herhangi bir kimyasal reaksiyon yoktur. Unif

LİTOGRAFİ Litografinin Temelleri Sonuç: Farklı malzemelerin çoklu desene sahip tabakaları Unif

LİTOGRAFİ Litografinin Temelleri Unif

LİTOGRAFİ Litografinin Temelleri Foto Resist ile waferın kaplanması, Desen oluşumu için Pozlama, Resist Geliştirme, Resistin tek başına pişirilme sonrası dağlama. Unif

LİTOGRAFİ Litografik Prosesler: Wafer Üretimi Temiz ve Düz bir yüzeye sahip wafer üretimi Tek kristal silikon ingotu Tek kristal silikon waferı Unif

LİTOGRAFİ Litografik Prosesler: Wafer Üretimi Kaplanmış silikon waferlar Unif

LİTOGRAFİ Spin Kaplama ile Fotoresist Kaplama Unif

LİTOGRAFİ Maskeleme Unif

LİTOGRAFİ Başlangıç Bitiş Altlık Üzerinde İnce Film Mikro Yapılandırılmış İnce Film İlk Adım: maskeleme = Bir malzemeyi seçici olarak işleme tabi tutabilmek amacı ilk fiziksel bir bariyer oluşturma işlemidir… Unif

LİTOGRAFİ Avantajlar / Dezavantajlar: - Köşe kalitesi 2B Düz Plaka: Folyo yada cam 3B Damga → Fotolitografi → Yumuşak Litografi Avantajlar / Dezavantajlar: - Köşe kalitesi - minimum nitelik boyutu - maliyet - esneklik - Uzun dönemli kullanım Unif

LİTOGRAFİ Maskeleme İşlem için Pozitif Maske Maskenin yokedilmesi Unif

LİTOGRAFİ Maskeleme Unif

LİTOGRAFİ Pozlama Unif

LİTOGRAFİ Pozlama → Maskelenmiş altlık yüzeyine yansıtılan ışık tam şiddette yüzeye düşürülmüş ve arzu edilen desen elde edilmiştir. → Özellikle pozitif maskelenmiş altlık malzemelerde görülür. Kenar keskisliği zayıftır. Unif → Maskelenmiş altlık yüzeyine zayıf olarak pozlama yapıldığında aşırı pozlamanın tersine benzeyen bir geometride bozuk yapılar ortaya çıkar…

LİTOGRAFİ Dağlama Dağlama: • ıslak dağlama • kuru dağlama Unif

LİTOGRAFİ Dağlama Foto Resist Kaplama Sıcaklık Negatif Foto Resist Pozitif Foto Resist Unif

LİTOGRAFİ Dağlama Unif

LİTOGRAFİ Kompleks Yapılar için İşlemler Tekrarlanır Unif

LİTOGRAFİ Nihai Ürünler Unif

LİTOGRAFİ Nihai Ürünler MEMS litografisi ışık gibi bir radyasyon kaynağı kullanılarak bir desenin oluşumu arzu edilen bir altlık malzeme üzerinde gerçekleştirilebilir. Unif

LİTOGRAFİ Dağlama Bir altlık yüzeyinde fonksiyonel bir MEMS yapısı elde edilebilmesi için altlık üzerine daha önceden kaplanmış olan ince filmin dağlanması gerekmektedir. MEMS üretiminde bilinen iki türlü dağlama yöntemi bulunmaktadır: Yaş Dağlama: Waferın bir kimyasal çözelti içerisine batırılması ile maske malzemesinin çözündürülmesi. Kuru Dağlama: Reaktif iyonlar yada buhar fazında dağlayıcılar kullanılarak gerçekleştirilen dağlama işlemi. Unif

LİTOGRAFİ Yaş Dağlama Maske malzemesinin bir çözelti içeren kap içerisinde çözündürülmesi işlemidir. Ancak, silikon gibi bazı tek kristal malzemeler dağlanma esnasında anizotropik özellik gösterirler. Unif Anizotropik dağlama malzemenin farklı yönlerinde farklı dağlama oranlarının gözlemlenmesidir. Buna örnek olarak <100> düzlemine sahip tek kristal silikonun KOH çözeltisi içerisinde <111> yönünde dağlanmasında gözlemlenir. Dağlanma işlemi soununda yuvarlak bir yarıçaptan ziyade piramit benzeri bir pinholün elde edilmesi ortaya çıkar.

LİTOGRAFİ Kuru Dağlama Kuru dağlama teknolojisi reaktif iyon dağlaması (RIE), sıçratma ile dağlama ve buhar fazında dağlama olmak üzere üçe ayrılır. Unif RIE prosesinde altlık bir reaktör içerisine yerleştirilerek birden fazla gaz ile plazma oluşturulur. Reaktör içerisindeki gazlar RF sinyali ile ateşlenerek gazlar iyonlarına ayrıştırılır ve plazma oluşturulur. İyonlar malzeme yüzeyine hızlandırılarak çarptırılır. İyonların yeterli güce sahip olması ile malzeme yüzeyinde herhangi bir kimyasal reaksiyon gerçekleştirilmeden dağlama işlemi tamamlanır.

LİTOGRAFİ Kuru Dağlama Kuru dağlama teknolojisi reaktif iyon dağlaması (RIE), sıçratma ile dağlama ve buhar fazında dağlama olmak üzere üçe ayrılır. Unif RIE prosesinde altlık bir reaktör içerisine yerleştirilerek birden fazla gaz ile plazma oluşturulur. Reaktör içerisindeki gazlar RF sinyali ile ateşlenerek gazlar iyonlarına ayrıştırılır ve plazma oluşturulur. İyonlar malzeme yüzeyine hızlandırılarak çarptırılır. İyonların yeterli güce sahip olması ile malzeme yüzeyinde herhangi bir kimyasal reaksiyon gerçekleştirilmeden dağlama işlemi tamamlanır.

LİTOGRAFİ Anizotropik ve İzotropik Dağlama Anizotropik: Tek yönlü – Kesilen kısım derinlikten çok daha küçüktür. İzotropik: Çok yönlü – Kesilen kısım derinlikten yüksektir. Unif

LİTOGRAFİ Yaş (İzotropik) Dağlama Unif

LİTOGRAFİ Kuru (Anizotropik) Dağlama Unif

Maskelerin Tasarlanması Silikon Altlık LİTOGRAFİ Örnek Çalışma Maskelerin Tasarlanması Silikon Altlık 5K Angstrom Kalınlığında Oksit Tabakası Maske 1 Deseni Uygulama Yaş Dağlama Resist Tabakanın Kaldırılması Alüminyum Biriktirme (PVD - Buharlaştırma) Metal Dağlama Resist Tabakanın Temizlenmesi Unif

Maskeler (Tasarım) Maske 1 Maske 2

İşlem Görmemiş Silikon Tabaka İşlem görmemiş Saf Silikon ile işleme başlanır

Oksitleme Termal olarak 5K Angstromluk Oksidasyon

Litografi – Resist Kaplama Oksit tabakası fotoresist tabaka ile kaplanır. Foto rezist tabaka ışığa duyarlıdır. UV ışığına maruz bırakıldığında çözünür. (maske ışık ile pozlanır ve geliştirme safhasında çözündürülür.) Kullanılacak olan maske

Pozlama Kaplanmış wafer alınır İlk maske uygulanır UV ile pozlanır Maske kaldırılır Pozlanmış alanın görüntüsü

Geliştirme Pozlanmış resizt tabaka kaldırılır. Geliştirme safhasına geçilir. Açık olan yeşil alan bir sonraki aşamada yaş dağlama işlemine tabi tutulur.

Islak Dağlama Çok ince bir açıklığa sahip oksit kaplı bir wafer elde edilmiştir. İşlenmiş wafer alınır Oksit dağlama çözeltisi içerisine yerleştirilir. Sadece oksit tabakasını ortadan kaldıracak sürede işlem gerçekleştirilir. Dağlamadan sonra resizst tabaka kaldırılır. Portakal rengi oksit tabakasında meydana gelen kalınlık değişiminden dolayıdır.

Alüminyum Kaplama Dağlanmış oksitli wafer ile işleme başlanır. Alüminyum Kaplama Yapılır - PVD – Termal Buharlaştırma! Dağlanmış oksitli wafer ile işleme başlanır.

Maske 2 – Pattern Oluşturma & Al’un Dağlanması Wafer rezist ile kaplanır Rezist tabaka tamamen çözündürülür. Wafer Dağlanır. Pozlanmış rezist tabaka geliştirilir. Maske yerleştirilir UV ışığı ile pozlanır