Mikro/nano entegre devrelerde çeşitli ara bağlantı ve transistör üretim yaklaşımlarının aygıt performansına etkisinin incelenmesi
Analysing the effect of various interconnect structures and transistor production approaches on the device performance in micro/nano integrated circuits
Yazar: GÖKHAN KURT
Danışman: PROF. DR. MEHMET KABAK
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: CuO-Au film sistemi = CuO-Au film system ; MOS transistör = MOS transistor ; Oksitli bakır = Oxidized copper

Özet:
Günümüzde yarı iletken endüstrisinin önemli bir kısmını transistörler ve mikro entegre devreler oluşturmaktadır. Özellikle yüksek elektron mobiliteli transistörler ve bunlardan faydalanılarak üretilen monolitik mikro ya da milimetre dalga entegre devreler savunma sanayii, telekomünikasyon ve enerji uygulamalarında tercih edilmektedir. Silisyum Karbür alttaş üzerine epitaksiyel olarak büyütülen Galyum Nitrür yongalar kullanılarak üretilen monolitik mikro entegre devreler ile yüksek frekanslı ve yüksek güçlü uygulamalar gerçekleştirilebilmektedir. Ayrıca Silisyum üzerine epitaksiyel olarak büyütülmüş Galyum Nitrür yongalar da yüksek güç uygulamaları için sıklıkla kullanılmaktadır. Her geçen gün artan talebi karşılayabilmek için güç transistörlerinin ve monolitik mikro entegre devrelerin seri üretimleri yapılmaktadır. Ülkemizde de seri üretimlerine başlanan bu yarı iletken aygıtlarda ön yüz üretim prosesinin son adımı olan ara bağlantı aşamasında kalın metal kaplaması yapılmaktadır. Konvansiyonel olarak altın metali ile gerçekleştirilen bu aşamada kullanılan altın, seri üretimde maliyetleri önemli seviyede artırıcı bir faktördür. Bu tez çalışmasında, kalın metal ara bağlantı yapıları için bakır metali uygulaması yapılmıştır. Çalışmanın ilk kısmında, elektro kaplama ve elektron demeti buharlaştırma yöntemleriyle kalın metal bakır kaplama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Elektron demeti buharlaştırma yöntemiyle bir eş düzlemli dalga kılavuzu üretilmiş, sonuçlar altın ile üretilen aygıtla yapılana benzer deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak bakırlı yapının altınlıyla aynı performansı gösterdiği ortaya konulmuştur. Çalışmanın ikinci kısmında ise güç uygulamalarına yönelik olarak silisyum üzeri Galyum Nitrür yonga ile 'normally off' yüksek elektron mobiliteli transistörler üretilmiş, ölçüm ve karakterizasyonları yapılmıştır. 'Normally off' mod'lu transistör elde edebilmek için çeşitli proses tiplerinin uygulandığı hibrit bir yaklaşım gerçekleştirilmiş ve bu proses tipleri her yönüyle ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir.

Abstract:
High electron mobility transistors and monolithic micro or millimeter-wave integrated circuits are preferred in the defense industry, telecommunications, and energy applications. High frequency and high power applications can be realized with monolithic micro integrated circuits fabricated by using Gallium Nitride wafers, which are grown epitaxially on Silicon Carbide substrates. In addition, Gallium Nitride wafers, which are epitaxially grown on Silicon, are also frequently used for very high power applications. In these semiconductor devices, the thick metal deposition is made in the interconnection step, which is the final step of the front-end fabrication process. Gold is conventionally used for the interconnection. However gold is a factor that significantly increases costs in such mass production. In the scope of this thesis, copper was deposited for thick metal interconnection structures. In the first part of the study, the thick metal copper deposition was carried out by electroplating and electron beam evaporation methods. A coplanar waveguide was fabricated by the electron beam evaporation method and compared to the device fabricated with gold. As a result, it is revealed that the copper structure shows the same performance as the golden structure. In the second part of the study, 'normally off' high electron mobility transistors were fabricated with the Gallium Nitride on silicon wafers for power applications. Their measurements and characterizations were also performed. To obtain a 'normally off' mode transistor, a hybrid approach was applied in which a wide variety of process types. These process types were thoroughly examined in all aspects.