Fabrikasi Alat Alat Mikroelektronik
Terjemahan dari Fabrication of Microelektronik Devices
Disusun Oleh :
Nama : Salomo.Surbakti
No.reg : 5315067337
Tugas : Pemilihan Bahan Dan Proses
BAB 28
Fabrikasi Alat Alat Mikroelektronik
Bab ini menyajikan tentang ilmu pengetahuan dan teknologi pada proses produksi bahan terpadu. Antara lain :
· Bagian-bagian khusus dari silikon untuk menghasilkan oksida dan dopant.
- Lithography teknik untuk mendesain sirkuit ke lempengan (waver) silikon dalam proses fabrikasi IC
· perlakuan batang baja pencetak mesin operasi untuk menghasilkan sebuah disk
· Basah dan mengeringkan mengetsa karena suatu rangkaian pabrikasi.
· Tingkatan dari suatu transistor yang saling berhubungan
- Metode industri dan bahan terpadu untuk mencetak papan sirkuit dalam satu kemasan
Suku cadangnya menghasilkan: Prossesor komputer, chip memori, cetakan papan sirkuit, dan bahan terpadu dari segala tipe.
28.1 Pendahuluan
Meskipun bahan-bahan semikonduksi telah digunakan di dalam elektronika dalam jangka waktu yang lama, maka penemuan transistor ditemukan pada tahun 1947,serta menyiapkan tahap atas apa yang akan menjadi salah satu kemajuan teknologi yang terbesar di sepanjang sejarah. Mikroelektronika sudah memainkan satu peran yang terus meningkat di dalam hidup kita karena unit terpadu (IC) teknologi menjadi alat seperti kalkulator, arloji, perabotan rumah tangga kendali-kendali automotif, sistim informasi, telekomunikasi, robotika, ruang kendali persenjataan, dan komputer pribadi.
Keuntungan yang utama dari IC adalah ukuran mereka yang sangat kecil dan biayanya murah. Seperti teknologi pembuatan lebih diutamakan, ukuran dari peranti-peranti. Sebagai konsekwensi, karena lebih banyak komponen-komponen dapat ditaruh ke suatu chip. Suatu potongan yang kecil dari bahan semikonduksi.
Rangkaian itu dibuat. Sebagai tambahan, produksi massal dan automasi telah membantu mengurangi ongkos masing-masing rangkaian yang diselesaikan. Komponen-komponen pembuatan mencakup transistor, diode, resistor dan kapasitor.
Tipe chip yang dihasilkan ini mempunyai ukuran-ukuran mencakup dari 0.5mm x 0.5mm ke lebih dari (sekedar) 50 mm x 50 mm. Di masa lalu, tidak lebih dari 100 peranti dapat dibuat dalam satu chip; teknologi baru sekarang mengizinkan[membiarkan densitas-densitas sekitar 10 juta.
Gambar V.2: Alat-alat mikroelektronik dan mikroelektronik mekanik. Pada bagian-bagian mobil
Di Bab 28, kita menguraikan membuat dari wafer-wafer silikon dan alat-alat mikroelektronik, yang termasuk suatu pengolah-pengolah komputer yang luas, peranti memori, dan integrated sirkuit. Komputer dan alat-alat mikroelektronik telah tersebar luas di dalam masyarakat yang modern dan pasti mempunyai suatu dampak pada lingkungan. Komunikasi, hiburan, kendali, transportasi, desain rancang-bangun dan memproduksi, dan pengobatan semuanya telah diubah oleh ketersediaan kontan metal-oxide-semiconductor (MOS), biasanya berdasarkan silikon kristal tunggal. Mikro elektronik adalah contoh penting secara komersial dan terbaik yang dikenal dari pabrikasi mikro, dengan beberapa aspek dari aplikasi-aplikasi. Teknik-teknik yang digunakan di dalam membungkus dan merakit integrated sirkuit ke papan sirkuit tercetak telah diperkenalkan.
Produksi alat-alat skala yang mikro yang bersifat mekanika dan elektrik secara alami digambarkan di Bab 29. Tergantung tingkat pengintegrasian mereka. Yaitu disebut alat-alat micromechanical atau sistem electromechanical mikro (MEMS). Asal mula historis dari manufaktur MEMS berasal dari proses yang sama menggunakan sistem mikroelektronik dan proses produksi rangkaian masih digunakan, sejumlah proses yang unik telah dikembangkan karena manufaktur dari sistem skalamikro electromechanical. Alat-alat seperti chip (Gambar. 281). Pengintegrasian skala ini disebut (VLSI). Sebagian dari ICs berisi lebih dari (hanya) 100 juta alat, Integrasi skala besar ultra yang disebut (ULSI).
GAMBAR 281 (a) Delapan inchi wafer dengan dadu yang menyeluruh. (b) satu chip sebagai alat pemanggang bola (BGA). (c) Papan sirkuit tercetak.
Di dalam bab ini, kita menguraikan bahwa proses ini digunakan dalam pembuatan alat-alat dan integrated sirkit yang mikroelektronik sesuai pada garis besar menunjukkan di Fig. 28.2 Langkah-langkah yang utama di dalam membuat suatu transistor efek-medan semipenghantar oksida-logam (MOSFET transistor efek medan semikonduktor oksida logam) yang adalah salah satu dari alat-alat yang dominan yang digunakan di dalam teknologi IC yang modern ditunjukkan di Fig. 28.3.
Bab ini memperkenalkan dasar semipenghantar dan sifat dari silicon, kemudian masing-masing membuat langkah-langkah pembuatan yang utama. Pengemasan integrated sirkit dan merakit mereka ke papan sirkuit juga dibahas. Akhirnya, kita akan menguraikan trend yang ada di dalam industri mikro elektronik. MOSFET adalah pengembangan Teknologi Transistor Silikon yang akhirnya banyak diaplikasikan pada rangkaian-rangkaian terpadu (IC = Integrated Circuit). MOSFET memiliki keistimewaan yang lebih dibandingkan transistor Silikon biasa, yaitu: memiliki penguatan yang baik, mempunyai sifat isolator yang khas, dapat bekerja sebagai switch dengan kecepatan yang tinggi dan konsumsi daya yang rendah. menggambarkan potongan penampang sebuah MOSFET.
Teknologi fabrikasi MOSFET juga mendukung revolusi elektronika ini. Fabrikasi MOSFET memiliki keunggulan sebagai berikut:
v mampu memadukan devais elektronika secara rapat dengan isolasi yang baik
v mampu memproduksi struktur divais secara amat kecil secara presisi dan dapat diproduksi kembali
v mampu menghasilkan sistem yang kompleks dengan volume dan kehandalan yang tinggi.
GAMBAR 282 Urutan pembuatan outline yang umum untuk integrated sirkuit.
GAMBAR 28.3 pandangan Cross-sectional dari pembuatan suatu transistor MIOS
RC. Jaeger.
28.2 Clean rooms
Clean rooms adalah bagian yang penting dalam produksi integrated sirkuit.. Cara tersebut dapat dilihat dari skala tentang pabrikasi yang akan dilaksanakan. Pada umumnya integrated sirkuit memiliki ukuran panjangnya millimeter, dan fitur yang paling kecil pada transistor adalah sepuluh nanometer (nano = 10-9 ). Maka Selama pengolahan agar piranti – piranti tersebut tidak tercemar maupun tercampur virus, atau bakteri
pada suatu wafer silikon yang berbahaya maka dapat dibersihkan dengan integrated-circuit-manufacturing. Begitu pentingnya semua partikel partikel agar tidak berpotensi berbahaya karna ukuran-ukuran nya yang sangat kecil.
Untuk menghindari terjadinya pencemaran pada partikel- partikel yang disebabkan pada atmosphere, maka dapat dikondisikan melalui ventilasi udara atau disebut dengan High Performance Particulate Air ( HEPA). Sebagai tambahan, kelembaban udara meliputi relatif 21°C dan 45%.
Sumber dari pencemaran pada clean room tersebut adalah orang-orangnya. Artinya orang yang bekerja diruang clean room. Contohnya dari kulit, rambut, perlengkapan pakaian serta zat-zat seperti parfum, bakteri atau virus yang di semburkan dari orangnya secara alami. Supaya mengantisipasi pencemaran agar Clean rooms bersih maka diperlukan perlindungan khusus, seperti jas laboratorium yang putih, sarung tangan serta rambut diikat. Hindari zat parfum yang bau tak sedap. Kamar diwajibkan harus bersih dan aman dari benda asing.
Clean room dirancang supaya lokasi pengolahan partikelnya steril serta ruangannya memiliki ventilasi udara yang cukup.
GAMBAR 28.4 ukuran partikel Allowable pada perbandingan Clean room pada Class. Total nomor partikel per meter kubik.
28.3 Semikonductor dan Silikon
Seperti diketahui bahwa, bahan-bahan semikonduktor memiliki jenis jenis elektrik. Diantaranya adalah sebagai penghambat dan penghantar serta daya hambatnya antara 10-3 and 108 Ω-cm.
Semikonduktor telah menjadi dasar bagi alat-alat elektronik, karena jenis elektriknya dapat diubah ketika jumlah yang dikendalikan dari atom takmurni pilihan ditambahkan ke stuktur kristal. Atom takmurni (disebut Dopant) mempunyai lebih dari satu valence electron (n-type or negative dopant ) atau kurang dari satu valence electron (p-type or positive dopant).
Untuk silicon, dimana unsur Group IV dalam Daftar Susunan Unsur Kimia, n-type maupun p-type dopant termasuk jenis fosfor (Group V ) dan jenis borium (Group III ) secara berurutan. Pada operasional elektrikal alat alat semikonduktor dapat di kendalikan melalui diciptakannya type dan konsentrasi bahan yang berbeda.
Kemampuan menguasai teknologi tinggi adalah merupakan syarat mutlak bagi suatu negara untuk memasuki negara industri baru. Salah satu bidang teknologi tinggi yang sangat mempengaruhi peradaban manusia di abad ini adalah teknologi semikonduktor dan mikroelektronika. Bidang ini biasanya dianalogikan dengan tiga kata bahasa Inggris yang mempengaruhi kehidupan modern yaitu Computer, Component dan communication. Untuk komputer, topik utama dalam bidang ini adalah bagaimana membuat komputer menjadi lebih cepat, lebih ramping dengan fungsi yang lebih kompleks dan komsumsi daya yang makin kecil. Untuk tujuan tersebut, terdapat dua pendekatan yang saling mendukung yakni dari segi hardware dan software. Dari segi hardware adalah bagaimana membuat transistor sebagai komponen aktif terkecil menjadi semakin kecil dan berkecepatan tinggi. Dari segi software adalah bagaimana mendesain rangkaian terpadu (integrated circuit) yang makin kompleks menjadi semakin ramping dan kompak. Tulisan di bawah ini membahas mengenai pendekatan dari segi hardware yakni perkembangan dari divais-divais elektron (elektron devices) saat ini dan yang akan datang sebagai komponen dasar peralatan semikonduktor/elektronika, dengan tinjauan dari sudut material semikonduktor itu sendiri
Meski alat-alat elektronik paling awal dibuat di germanium, silikon sudah menjadi standar industri. Kelimpahan dari bentuk alternative dari silikon di dalam Bumi adalah detik/second hanya untuk bahwa dari oksigen, membuat nya menarik secara ekonomis. Keuntungan silikon yang utama (di) atas germanium sela tenaga yang besar nya (1.1 eV) bandingkan dengan yang dari germanium (0.66 eV). Sela tenaga ini mengizinkan[membiarkan alat-alat berbasis silikon untuk operasikan pada temperatur-temperatur dari tentang l50°C yang lebih tinggi dibanding alat-alat membuat di germanium, yang operasikan pada tentang 100°C.
Keuntungan pengolahan penting yang lain dari silikon adalah bahwa/karena oksidanya (dioksida silikon) adalah satu alat penyekat/bahan isolasi elektrik yang sempurna dan dapat digunakan untuk kedua-duanya pengasingan dan pemasifan bermaksud. Dan sebaliknya, oksida germanium adalah dapat larut dalam air dan tak serasi untuk alat-alat yang elektronik. Lebih lanjut, wujud yang dioksidasi dari silikon, SiO2, membiarkan produksi metal-oxide-semiconductor (MOS) alat-alat, yang merupakan dasar untuk MOS-transistors. Bahan-bahan ini menyusun peranti memori, pengolah-pengolah, dan semacamnya dan betul-betul volume yang paling besar dari material semipenghantar menghasilkan di seluruh dunia.
Struktur dari silicon. Struktur crystallographic dari silikon adalah suatu berlian tipe struktur fcc, seperti yang ditunjukkan di Fig. 28.5, beserta Indeks Miller dari suatu material fcc. Indeks Miller adalah suatu notasi yang bermanfaat untuk mengidentifikasi taraf atau bidang pada suatu sel satuan. Suatu Crystallographic digambarkan tentang menginterupsi di tiga kapak. Karena etchants yang anisotropik secara Iebih menyukai mencabut material di dalam pesawat-pesawat crystallographic yang tertentu, orientasi kristal silikon di suatu wafer adalah satu pertimbangan yang penting.
Keuntungan-dari kendali, silikon mempunyai suatu sela tenaga yang lebih besar (1.1 eV) dibanding oksida germanium dan oleh karena itu, mempunyai suatu temperatur operasi maksimum yang lebih tinggi (200°C). Pembatasan ini sudah mendorong pengembangan dari semipenghantar-semipenghantar campuran, secara rinci galium arsenide. Keuntungannya yang utama diatas silikon kemampuan nya untuk memancarkan cahaya, membiarkan pembuatan alat-alat seperti laser dan diode pemancar cahaya (LEDs)
GAMBAR 28.5 struktur Crystallographic dan Indeks Miller untuk silikon. (a) Konstruksi dari suatu jenis berlian memberi kisi dari sel-sel kubus terpusat muka interpenetrating; satu dari delapan sel penetrasi ditunjukkan. (b) Kisi-kisi jenis berlian dari silikon; atom-atom bagian dalam telah menaungi lebih gelap dibanding atom-atom permukaan. (c) Indeks Miller untuk suatu kisi kubik.
Alat-alat membuat di galium arsenida juga mempunyai operasi jauh lebih tinggi mempercepat dibanding yang membuat di silikon. Sebagian dari kerugian milik galium arsenida termasuk biaya nya yang yang lebih tinggi dengan sangat, kesulitan-kesulitan pengolahan lebih besar, dan kesukaran jubin tentang bertumbuh lapisan-lapisan oksida bermutu tinggi, kebutuhan akan yang diterangkan sepanjang sisa bab ini.
28.4 Crystal Growing and Wafer Preparation
Terjadinya silikon secara alami, tentu saja merupakan wujud-wujud dari dioksida silikon, dengan cara satu rangkaian mengalami langkah-langkah pemurnian agar menjadi kualitas yang bermutu, tidak cacat, material kristal tunggal yang diperlukan untuk pembuatan alat semipenghantar. Proses dimulai dengan pemanasan tanah kerikil dan karbon bersama-sama dalam satu dapur elektrik, yang mengakibatkan jumlah silikon 95%, polihabluran 98% murni. Material ini dikonversikan menjadi satu bentuk alternative (biasanya trichlorosilane), kemudian dibersihkan dan terjadi decomposed di suatu atmosfer hidrogen temperatur yang tinggi. Maka hasilnya yaitu silikon elektronik yang bermutu tinggi (EGs).
Single-crystal silikon biasanya memperoleh lewat proses Czochralski atau CZ, seperti kita sudah menggambarkan di Bagian 1.14. Proses ini terjadi karena kristal benih suatu silikon meleleh lalu dicabut pelan-pelan selagi. Dalam posisi ini, mengawasi sejumlah dari takmurnian dapat menambahkan untuk memperoleh suatu kristal doped.
Hasil dari proses CZ adalah suatu ingot/batang logam kristal tunggal yang silinder, pada umumnya 150 sampai 300 juta di dalam garis tengah dan diatas 1 seribu panjangnya. Sayangnya, teknik ini tidak mempertimbangkan kendali yang tepat dari garis tengah ingot/batang logam. Oleh karena itu, ingot/batang logam biasanya adalah tumbuh beberapa milimeter-milimeter lebih besar dari ukuran yang diperlukan dan adalah tanah(landasan ke(pada suatu garis tengah yang tepat. Wafer-wafer silikon. lalu dihasilkan dari ingot/batang logam silikon oleh suatu urutan tentang kerja mesin dan menyelesaikan operasi, seperti yang ditunjukkan di Gambar. 286. Suatu bentuk atau rumah susun dikerjakan mesin ke dalam silinder silikon untuk mengidentifikasi orientasi kristal nya, seperti yang ditunjukkan di Gambar. 28.6b.
Berikutnya, kristal itu adalah persik yang diiris ke dalam wafer-wafer yang individu dengan menggunakan berlian garis tengah dalam menjadi kerak mata pisau (lihat Gambar. 24.25f). Di dalam metoda ini, suatu berputar, cincin membentuk mata pisau dengan steknya bingkai di garistengah dalam itu digunakan. Sementara kedalaman substrat yang diperlukan untuk alat-alat paling elektronik tidak lebih dari (sekedar) beberapa mikron-mikron, wafer-wafer pada umumnya potong pada suatu ketebalan dari sekitar 05 min. Ketebalan ini menyediakan dukungan secara fisik perlu untuk penyerapan perubah-ubahan suhu dan dukungan yang mekanis perlu selama pembikinan/pemalsuan yang berikut.
Wafer itu kemudian adalah mengandaskan sepanjang tepi-tepinya dengan suatu roda berlian. Operasi ini memberi wafer suatu profil yang dibulatkan yang lebih resistan untuk memotong. Akhirnya, wafer-wafer yang harus disemir dan yang dibersihkan untuk mencabut kerusakan permukaan disebabkan oleh proses gergaji. Ini adalah biasanya dilaksanakan oleh pemolesan mekanika kimia (juga planarisasi dikenal sebagai mekanis kimia), sebagaimana digambarkan dalam Section 26.7.
Dalam posisi ini, wafer silikon kristal tunggal adalah tersedia bagi pembikinan integrated sirkit atau alat. Pembuatan berlangsung diatas seluruh permukaan wafer, dan banyak chip dihasilkan pada waktu yang sama, seperti yang ditunjukkan di Gambar. 28.1a. Untuk alasan ini, sejumlah pabrikan-pabrikan sirkit yang dikedepankan sudah memindahkan ke arah menggunakan silinder-silinder kristal tunggal lebih besar, dan 300 wafer-wafer garis tengah juta sekarang terus meningkat umum.
GAMBAR 28.6 operasi Finishing di suatu ingot/batang logam silikon untuk menghasilkan wafer-wafer: (a) ingot/batang logam; (b) penggerindaan akhir dan permukaan silindris dari suatu ingot/batang logam silikon; (c) kerja mesin suatu bentuk\ (d) pengirisan wafer; (e) penggerindaan akhir wafer; (f) pemolesan mekanika kimia wafer-wafer.
28.5 Film Deposition
film memiliki jenis-jenis yang berbeda digunakan secara ekstensif di dalam pengolahan alat yang mikroelektronik, terutama sekali membatasi dan melaksanakan film. film Deposition film termasuk polysilicon, silikon nitrida, dioksida silikon, tungsten, titanium, dan aluminium. Dalam beberapa peristiwa, wafer-wafer hanyalah bertindak sebagai suatu dukungan yang mekanis yang di atasnya lapis epitaksi tersesuaikan adalah tumbuh.
Epitaksi. Yang digambarkan sebagai pertumbuhan dari suatu penguapan air, epitaksi atau elektro terjadi ketika orientasi kristal deposito itu terkait secara langsung kepada orientasi kristal di dalam substrat dasar dari kristal/jernih. Keuntungan-keuntungan tentang pengolahan di ini tidak. film-film posited sebagai ganti di permukaan wafer yang nyata termasuk: lebih sedikit takmurnian (khususnya, karbon dan oksigen), kinerja alat yang diperbaiki, dan pekerjaan menjahit kekayaan material (yang tidak bisa dilaksanakan di wafer-wafer diri mereka).
Sebagian dari fungsi-fungsi yang utama film-film yang disimpan sedang menutup-nutupi dan melindungi permukaan semipenghantar. Di dalam menutup-nutupi aplikasi-aplikasi, film secara efektif harus menghalangi jalan lintasan dari dadah-dadah dan secara bersamaan tampilkan satu kemampuan yang untuk terukir; tegores ke dalam pola-pola dari resolusi yang tinggi. Atas penyelesaian pembikinan/pemalsuan alat, kemarahan film-film berlaku untuk melindungi untaian dasar. Memfilmkan yang digunakan untuk menutup-nutupi dan melindungi termasuk dioksida silikon, kaca fosforsilikat (PSG), dan silikon nitrida. Masing-masing bahan-bahan ini mempunyai keuntungan-keuntungan terpisah; jelas, dan mereka sering kali digunakan di dalam kombinasi.
Film-film digunakan untuk alat interkoneksi. Film-Film ini Harus mempunyai suatu daya hambat yang rendah, mampu membawa arus-arus yang besar, untuk koneksi kepada pengemasan terminal dengan ikatan-ikatan kawat. Secara umum, aluminium dan tembaga. Meningkatkan kompleksitas sirkit sudah memerlukan sampai dengan enam tingkat lapisan-lapisan yang memimpin, semua yang harus diceraikan dengan membatasi film-film.
Pemecatan film. Film-film bisa disimpan dengan sejumlah teknik-teknik, yang melibatkan bermacam tekanan-tekanan, temperatur-temperatur, dan sistem ruang hampa, seperti yang digambarkan di sini (lihat juga Bab 34):
· Salah satu dari metoda yang paling sederhana adalah penguapan, yang digunakan terutama untuk menyimpan film-film metal. Di dalam proses ini, logam itu dipanaskan di suatu ruang hampa kepada titiknya penguapan. Atas penguapan, yang metal membentuk suatu lapisan tipis di permukaan substrat. Panas untuk penguapan biasanya dihasilkan oleh suatu kawat pijar pemanasan atau berkas elektron.
· Metoda lain dari pemecatan metal adalah pompa percik-ion, yang memerlukan membom suatu target dengan notulen energi tinggi (biasanya argon, Ar+) di suatu ruang hampa. Memercik sistem biasanya termasuk suatu sumber daya DC untuk menghasilkan notulen yang diberi tenaga. Seperti notulen berbenturan di target, atom-atom menghentikan dan sesudah itu menyimpan di wafer-wafer menjulang di dalam sistim. Walaupun beberapa argon bisa terjerat di dalam film, pompa percik-ion mengakibatkan pemenuhan sangat yang seragam. Kemajuan di dalam ladang ini termasuk dengan suatu sumber daya frekwensi radio (RF pompa percik-ion) dan memperkenalkan medan magnet (pompa percik-ion magnetron).
· Dalam sebuah dari teknik-teknik yang paling umum, pengendapan uap kimia (CVD endapan uap kimia)), film yang menyimpan dicapai melalui reaksi dan/atau pembusukan campuran-campuran yang berupa gas. Menggunakan teknik ini, dioksida silikon disimpan secara rutinitas oleh oksidasi silana atau suatu klorosilana. Gambar 28.7a menunjukkan suatu reaktor CVD endapan uap kimia) yang berkelanjutan bahwa operasikan pada tekanan udara.
· Suatu metoda yang serupa bahwa operasikan pada tekanan-tekanan yang lebih rendah pengendapan uap kimia tekanan rendah dikenal sebagai (LPCVD) dan ditunjukkan di Fig. 28.7b. Mampu salutan ratusan wafer-wafer pada waktu yang sama, metoda ini mengakibatkan suatu nilai produksi yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan satu tekanan udara CVD endapan uap kimia) dan menyediakan keseragaman film superior dengan lebih sedikit konsumsi gas-gas pengangkut. Teknik ini biasanya digunakan untuk menyimpan polysilicon, silikon nitrida, dan dioksida silikon.
· pengendapan uap kimia Plasma-enhanced (PECVD) libatkan pengolahan wafer-wafer dalam satu RI: plasma yang berisi gas-gas sumber. Metoda ini memperoleh keuntungan dari temperatur wafer pemeliharaan rendah selama pemecatan.
Silikon cpitaxy lapisan-lapisan (di mana lapisan yang dari kristal dibentuk dengan substrat sebagai suatu kristal benih) dapat tumbuh dengan bermacam metoda-metoda. Jika silikon itu disimpan dari fasa-gas, prosesnya disebut sebagai tahap uap air cpitaxy (VPE).
Casino.lv: 20 Casinos Near Me (Las Vegas)
BalasHapusBest Casino in Las Vegas, NV - Closest 문경 출장샵 Ones. 고양 출장안마 We have more than 1,000 slot machines, over 300 양주 출장샵 table 광주 출장샵 games and the largest 김제 출장안마 poker room in town.