Bab 2 Fabrikasi Rangkaian Terintegrasi (IC) Teori Dasar dan Simulasi dengan SUPREM Rangkaian terintegrasi (IC) adalah sebuah kristal tunggal silikon yang lazim disebut chip dengan ketebalan sekitar 0,25 mm serta luas area dari 1 mm2 sampai dengan 100 mm2. alam IC terdapat sekali sekaligus gus kom kompone ponen n akti! akti! (m (misa isalny lnyaa transi transisto stor) r) dan "uga "uga kom kompone ponen n pasi! pasi! (m (misa isalny lnyaa diode, diode, resistor, dan kapasitor). #ada bab ini akan di"elaskan proses pembuatan IC se$ara kualitati! mulai dari penyiapan %a!er, pengotoran lokal (local doping ) pelapisan oksida, dan metalisasi melalui sebuah teknologi yang disebut dengan deng an teknologi planar.
2!"! Te Teknologi knologi IC Monolitik &onolitik adalah kosa kata yang diambil dari bahaya 'unani mono (tunggal) dan lithos (batu), sehingga IC monolitik dapat diartikan sebagai implementasi rangkaian terintegrasi ke dalam sebu sebuah ah kris krista tall tung tungga gall atau atau yang yang bias biasaa dise disebu butt chip. isebut isebut rangka rangkaian ian terint terintegr egrasi asi karena karena kenyata kenyataanny annyaa bah%a bah%a dalam dalam krist kristal al tunggal tunggal terseb tersebut ut dibuat dibuat kom kompone ponenko nkompo mponen nen rangka rangkaian ian misalnya, misalnya, transisto transistor, r, diode, resistor resistor,, kapasitor kapasitor "uga interkoneksi interkoneksi antar komponenkom komponenkomponen ponen tersebut. elain IC monolitik monolitik terdapat rangkaian terintegrasi terintegrasi "enis lain yaitu yaitu IC haibrid (hybrid ). ). *ambar di ba%ah adalah perbedaan antara IC monolitik dan IC haibrid.
omponen Rangkaian (a)
(b)
Gambar (2.1) a). Rangkaian Terintegrasi Terintegrasi monolitik b). Rangkaian terintegrasi haibrid
2.1.1. +eknologi +eknologi #lanar
+ahaptahap porses pembuatan rangkaian terintegrasi ke dalam kristal tunggal silikon dilakukan dengan menggunakan teknologi planar. Contoh sederhana dari IC bipolar dengan menggunakan teknologi planar ditun"ukkan pada *ambar (2.2). 2 1 n p(a) -
ubstrat p
n-
Isolasi ptipe p-
(b)
Gambar (2.2) (a). Penampang lintang IC planar yang merupakan realisasi dari rangkaian Gambar (b).
eperti yang tampak pada *ambar (2.2) struktur IC planar terdiri atas beberapa lapisan bahan. ahanbahan tersebut antara lain semikonduktor tipe p dan n, lapisan oksida, dan lapisan logam. /apisan semikonduktor digunakan substrat atau bodi dimana komponenkomponen IC dibuat. /apisan ini "uga digunakan sebagai isolasi antar komponen satu dengan komponen lainnya. +erdapat tiga proses yang digunakan untuk pembentukan lapisan silikon, yaitu epitaksi, di!usi, dan ion ion impl implan anta tasi si.. /api /apisa san n oksi oksida da digu digunak nakan an untu untuk k meli melindu ndung ngii permu permukaa kaan n $hip $hip dari dari kontaminasi serta digunakan untuk pembentukan tipe n atau p pada lapisan semikonduktor pada derahdaerah derahdaerah tertentu. tertentu. /apisan oksida ini dapat di hilangkan dengan menggunakan menggunakan bahan kimia kimia (etsa). /apisan logam tipis biasany diperoleh dengan teknik C ($hemi$al apor deposition) bahan aluminum dan lapisan ini digunakan untuk interkoneksi antar komponen satu dengan komponen lainnya..
ibandingakan dengan rangakaia diskrit, IC memiliki beberapa keunggulan. i ba%ah ini adalah keunggulan rangkaian terintegrasi dibandingkan dengan rangkaian diskrit, antara lain (1). iaya pembuatannya murah (karena produksi masal). (2). erukuran ke$il. (3). eandalannya eandalannya tinggi. tinggi. arena semua komponen dibuat se$ara se$ara bersamaan, bersamaan, tidak dilakukan dilakukan penyolderan antar komponen, serta kesalahan mekanis dan elektrisnya rendah. (4). (4). ine iner" r"any anyaa baik. baik. are arena na biay biayaa pemb pembuat uatan anny nyaa mu mura rah h sehi sehingg nggaa memu memungk ngkin inkan kan untu untuk k digunakan rangkaian yang lebih komplek untuk memperbaiki karakteristik rangkaian. (5). #iranti #iranti yang $o$ok. arena semua semua transistor transistor dibuat se$ara se$ara bersamaan bersamaan dengan proses yang sama, maka karakteristik listrik piranti (terutama pengaruh suhu terhadap karakteristik listrik) relati! sama. 2 2
#rosesproses #lanar +erdapat atau 6 tahapan proses independen yang terdapat pada pembuatan IC se$ara planar, masingmasing adalah (1). #enumbuhan kristal semikonduktor yang digunakan sebagai %a!er. (2). #enumbuhan lapisan epitaksi. (3). 7ksidasi (4).potolitogra!i dan etsa se$ara kimia (5). i!!usi (). Ion implantasi (implantation ion) dan (6) tahap metalisasi (pelapisan dengan logam). erikut ini di"elaskan tahapan proses tersebut di atas.
2.1.2.1. #enumbuhan ristal +erdapat dua teknik yang digunakan untuk menumbuhkan kristal silikon dari bahan lelehan silikon, yaitu (1) teknik Czo$hralski dan (2) teknik ridgman. i ba%ah ini adalah pen"elasan dari kedua teknik tersebut di atas.
(1). +eknik Czo$hralski ekitar ekitar 809 penumbu penumbuhan han krista kristall semiko semikonduk nduktor tor dilakuk dilakukan an dengan dengan menggun menggunaka akan n teknik teknik Czo$hralski, terutama untuk penumbuhan kristal silikon dan kristal galium arsenid diameter besar. omponen utama teknik Czo$hralski adalah peralatan yang disebut puller seperti seperti yang ditun"ukkan pada *ambar 2.1. #ada puller terdapat tiga komponen utama, yaitu (a) +ungku
*ambar (2.1.) Crystal puller dengan teknik Czo$hralski 2 3
( furnace) yang terdiri atas $a%an, seseptor gra!it, rotator (searah "arum "am), elemen pemanas, dan po%er supply. (b) Crystal pulling yang terdiri atas seed holder , rotator (berla%anan "arum "am) dan (3) #engontrol yang terdiri atas sumber gas, pengatur alir, dan sistem pengatur sirkulasi udara. #ada puller "uga terdapat sistem kontrol berbasi mi$ropro$essor yang digunakan untuk mengatur parameter proses seperti suhu, diameter kristal, ke$epatan tarikan dan rotasi. alam proses penumbuhan kristal, silikon polikristalin ditempatkan didalam $a%an yang dipanaskan dengan tungku pada suhu di atas titik leleh silikon. ristal silikon dengan arah kristal yang sesuai (misalnya :111;) ditempatkan pada seed holder kemudian dimasukkan ke dalam $a%an hingga menyentuh lelehan silikon. ambil berputar seed holder ditarik keluar se$ara pelanpelan (beberapa millimeter per menit) sehingga diperoleh kristal yang disebut inggot. emudian silikon dalam bentuk inggot ini dipotong hingga men"adi %a!er dengan ketebalan tertentu digunakan sebagai substrat dimana rangkaian terintegrasi dibuat. ebelum dilakukan proses, salah satu dari sisi
%a!er
dibersihkan
dan
dilapisi
dengan
lapisan
khusus
untuk
menghilangkan
ketidaksempurnaan permukaan.
(2). +eknik ridgman +eknik ridgman sangat populer digunakan untuk penumbuhan kristal *a
*ambar (2.2) 2 4
kematis peralatan ridbman yang memiliki dua daerah suhu. ahan yang telah dimurnikan dilelehkan pada suhu sekitar 1250oC pada daerah bersuhu tinggi, kemudian se$ara perlahalahan dimasukkan ke dalam daerah bersuhu rendah (20oC) sampai mengeras. uhu 20oC ini dipilih agar se"umlah ke$il arsen (
ari proses penumbuhan kristal ini terbentuklah bahan kristal yang disebut ingot, kemudian dipotong untuk dibentuk men"adi %a!er. etebalan %a!er ini berkisar antara 0,2 sampai 0,6 mm dengan diameter berkisar antar 50 sampai 150 mm. #emotongan ingot men"adi %a!er dilakuan dengan pemotong yang terbuat dari diamond dan diputar dengan ke$epatan tinggi. ebelum pemotongan bidang datar a$uan diletakkan di dasar permukaan selinder untuk mendapatkan arah kristal yang diinginkan seperti yang ditun"ukkan pada *ambar (2.3).
*ambar (2.3) =a!er dengan identitas bidang datar udut a menandai beberapa karakteristik %a!er 2 5
2.1.2.2. #enumbuhan /apisan >pitaksi alam pembuatan IC, lapisan epitaksi ini digunakan untuk menumbuhkan lapisan silikon kristal tunggal sebagai pengembangan dari kristal %a!er yang telah ada dengan material yang sama. /apisan epitakasi ini ditumbuhkan di dalam sebuah tungku khusus yang disebut reaktor. ebrapa bentuk rektor ditun"ukkan pada *ambar (2.4)
(a)
*ambar (2.4) eberapa reaktor yang digunakan untuk penumbuhan lapisan epitaksi 2 ($)
+erdapat tiga teknik penumbuhan lapisa epitaksi, yaitu (1). apor phase epita?y (#>) (2) /i@uid phase epita?y (/#>), dan (3). &ole$ular beam epita?y (&>). engan menggunakan teknik #>, lapisan silikon diperoleh berdasarkan reaksi kimia 2A2 - iCl4
4ACl - i
B (2.1 )
#roses ini dilangsungkan pada suhu 1200oC (di ba%ah titik leleh silikon).
2.1.2.3. 7ksidasi /apisan i72 dalam pembuatan IC sering digunakan untuk insulator, diel$tri$, !ilm pelindung, masker, pasiator, dan sebagainya. +erdapat dua $ara pelapisan oksida pada %a!er silikon, masingmasing adalah
1). 7ksidasi ering ( Dry !idation) &etode ini didasarkan atas reaksi kimia
i72 - 72
i72 B (2.2)
/a"u tumbuh lapisan silikon dioksida dengan metode ini amat lambat, namun lapisan yang terbentuk sangat merata (uni!orm), se$ara relati bebas dari ke$a$atan, dan memiliki karakteristik listrik yang baik. &etode ini biasanya digunakan untuk pembuatan lapisan oksida untuk lapisan dielektrik tipis seperti yang digunakan dalam pembuatan &7>+ terutam lapisan di ba%ah area gate.
2). 7ksidasi asah ("et !idation) &etode ini didasarkan atas reaksi kimia
i72 - 2A27
i72 - 2A2 B (2.3)
'ang menghasilkan la"u tumbuh lebih $epat dibandingkan dengan metode oksidasi kering. /apisan oksidasi yang dihasilkan $o$ok untuk lapisan penyekat, lapisan pelindung, masker. i ba%ah ini adalah peralatan yang digunakan untuk penumbuhan lapisan oksidasi.
2 6
*ambar (2.5) #eralatan yang digunakan untuk penumbuhan lapisan oksida
etebalan oksida (?) yang terbentuk tegantung pada lama %aktu pemrosesan (t) dan diungkapkan dalam rumus
!
=
# 2
− 1 +
1+
)
4 $ t + τ
(
#
2
B(2.4)
dengan <, , dan τ adalah konstantakonstanta yang tergantung pada karakteristik proses oksidasi dan dapat di$ari dibuku semicoductor de%ice (&auro Dambuto). Entuk proses oksidasi tipis (oksidasi tipis ? ::
(
)
4 $ t + τ F #
2
<< 1
sehingga
persamaan (2.4) men"adi
!
≈
$ #
( t + τ )
B(2.5)
#ersamaan di atas memenuhi hukum pertumbuhan linear dan itu terlihat pada ketergantungannya nilai ? pada konstanta la"u tumbuh linear F<.
Entuk proses oksidasi tebal (oksidasi tebal ? ;;
!
≈
$(t + τ )
B (2.)
dan persamaan di atas merupakan la"u tumbuh parabolis, karena konstanta bernilai parabolis.
2.1.2.2. #hotolitogra!i dan >tsa e$ara imia alam pembuatan IC diperlukan pembuatan bukaan i72 untuk keperluan doping lokal. &etode yang digunakan untuk keperluan ini adalah metode photoe$hing dan diilustrasikan pada *ambar (2.).
*ambar (2.) #enuangan lapisan photoresist, (b) penyinaran photoresist dengan sinar E melalui masker, dan ($) etsa dengan larutan kimia
elama proses photolitogra!i , %a!er dilapisi dengan !ilm photosensiti! serba sama yang disebut dengan photoresist. &asker dengan pola hitam putih utuk pembuatan bukaan di tempattempat tertentu dilapiskan di atas photoresist lalu diekspose dengan sinar ultra iolet (E) sehingga pola masker terkopi pada lapisan photoresist. /alu masker dihilangkan dan %a!er etsa dengan menggunakan larutan kimia (seperti tri$hloroethylene dan asam hydro!luori$) sehingga terbentuk seperti *ambar (2..$). 2 8
2.1.2.5. i!usi i!usi atomatom pengotor ke dalam silikon merupakan tahap dasar dalam pembuatan IC se$ara planar. #roses di!usi dilakukan pada suhu sekitar 1000oC yang merupakan titik leleh silikon selama 1 sampai 2 "am. alam sekali proses bisa dimasukkan 20 %a!er silikon se$ara bersamaan ke dalam tabung @uartz. uhu ruang perlu dikontrol se$ara $ermat untuk men"aga homogenitas suhu ruangan tungku. umber atom pengotor dapat berupa gas (boron, arseni$, dan phosphorus), $airan, atau padatan yang diekposekan ke permukaan %a!er silikon dalam tungku
2.1.2.. Ion Implantasi Cara lain untuk memasukkan atomatom pengotor ke dalam %a!er silikon dapat dilakukan dengan peralatan yang disebut ion implanter. #eralatan ion implanter ditun"ukkan pada *ambar (2.6).
*ambar (2.6) istem ion implantation
alam metode ion implantasi ionion dopant diimplantasikan ke dalam bahan semikonduktor melalui berkas ion berenergi tinggi. &etode ini memiliki keunggulan dibandingkan dengan metode di!usi, antara lain konsentraso dopant dapat dikontrol se$ara lebih akurat, pri!ile impuritas lebih baik, dan suhu prosesnya lebih rendah. #ada *ambar (2.G) adalah perbandingan penggunaan metode di!usi dan ion implantasi.
2 10
*ambar (2.G) #ro!il doping antar metode di!usi dengan metode ion implantasi
aik metode di!usi dan ion implantasi keduaduanya digunakan dalam pembuatan komponen diskrit maupun rangkaian terintegrasi, karena kedua teknik ini saling melengkapi satu sama lainnya. ebagai $ontoh, metode di!usi digunakan untuk pembentukan deep &unction (seperti pembentukan p%ell pada C&7), sedangkan metode ion implantasi digunakan untuk pembentukan shallo' &unction (seperti drain &unction dan source &unction).
2.1.2.6. &etalisasi +ahap metalisasi digunakan untuk membentuk interkoneksi antar komponen dalam $hip. (+erkadang "uga digunakan sebagai hubungan ohmi$ (ohmi$ $onta$t) hubungan penyearah metalsemikonduktor (re$ti!ier metalsemi$ondu$tor $onta$t)) hal ini dilakukan dengan $ara mendeposisikan lapisan aluminum tipis di seluruh permukaan $hip.
2 11
/apisan tipis aluminum dapat dilakuan dengan berbagai $ara, misalnya physical %apor deposition ( PD) dan chemical %apor deposition (CD). Physical %apor deposition dilakukan pada tekanan hampa dengan teknik eaporasi dan per$ikan. #ada tabung hampa dilakukan penekanan dari tekanan atmos!er ke 15 pas$al kemudian diikuti penurunan tekanan hingga 5 × 105 pas$al atau lebih ke$il.
+eknik CD lebih sering digunakan untuk pelapisan metal, karena teknik ini mampu digunakan untuk melapsi se"umlah besar %a!er silikon se$ara bersamaan. Cara ker"a teknik C adalah sama dengan $ara yang digunakan untuk pelapisan bahan dielektrik dan polysili$on dengan tahanan listrik lebih rendah dibandingkan dengan teknik PD.
2.2. Contoh +ahap #embuatan H+ dan >+ #ada sub ini diberikan $ontoh pembuatan H+ (ipolar "un$tion transistor) dan >+ (ield >!!e$t +ransistor) dengan struktur seperti pada *ambar (2.8).
*ambar (2.8) #enampang lintang >+ dan H+
*ambar di atas adalah penampang lintang dari &etal 7?ide emi$ondutor ield >!!e$t +ransistor kanal p (p&7>+) dan ipolar +ransistor tipe #. erikut ini adalah urutan pembuatan struktur >+ dan H+ yang diambil dari %%%.e$e.uiu$.eduFe$e342.
2 12
RC< Clean #ada tahap ini dilakukan pembersihan salah satu sisi %a!er silikon untuk persiapan proses oksidasi. #roses ini dilakukan kurang lebih selama satu "am. e$uali atomatom phosphor sebagai atom pengotor, kemurnian silikon harus tinggi dan semua atomatom pengotor yang tidak diinginkan harus di"aga hingga tingkat serendah mungkin. *ambar (2.10) adalah bentuk %a!er silikon.
*ambar (2.10) =a!er silikon
Initial 7?idation #ada tahap ini kurang lebih dengan ketebalan 1500
*ambar (2.11) #enumbuhan lapisa i72
pin on #hotoresist
2 13
etelah tahap pelapisan i72, beberapa tetes $airan yang mahal (;J 1,000Fgal) yang disebut photoresist diteteskan di atas %a!er. engan memutar %a!er 3.000 rpm akan diperoleh lapisan serba sama setebal 3 mi$ron. *ambar (2.12) adalah penumbuhan lapisan photoresist di atas %a!er.
*ambar (2.12) #enumbuhan lapisan photoresist ake and >?pose the #hotoresist etelah pembakar %a!er di atas pelat panas sedemikian hingga lapisan photoresist sedikit mengeras, maka permukaan ini diekspose dengan menggunakan sinar ultra ungu (E) melalui suatu masker yang diberi pola dengan $hrome.
/apisan photoresist yang terkena E akan
mengalami reaksi kimia sehingga men"adi lapisan asam. *ambar (2.13) adalah penggambaran tahap ini.
*ambar (2.13) #roses penyinaran photoresist dengan E 2 14
eelop the #hotoresist #ada tahap ini dilakukan pengembangan %a!er dengan menggunakan larutan yang dapat menghilangkan lapisan asam (lapisan photoresist yang terekspose oleh sinar E). *ambar (2.14) men"elaskan tahap ini.
*ambar (2.14) +ahap pengembangan photoresist
ake #hotoresist and >t$h 7?ide /apisan photoresist pada tahap ini dibakar lagi di atas pelat panas sehingga dapat menahan larutan asam kuat yang digunakan untuk menghilangkan lapisan i72. /arutan asam Aydrolouri$ digunakan untuk menghilangkan oksida ini, tetapi tidak dapat menghilangkan silikon dan photoresist. *ambar (2.15) men"elaskan tahap ini.
*ambar (2.15) +ahap etsa oksida
trip the #hotoresist 2 15
#ada tahap ini dilakukan pengupasan lapisan photoresist sebelum dilakukan tahap berikutnya. *ambar (2.1) melukiskan tahap ini.
*ambar (2.1) #engupasan lapisan photoresist
oron #redeposition #ada tahap ini dilakukan pendopingan atom boron pada suhu tungku 850oC dengan menggunakan oron itride teroksidasi melalui "endela oksida. #endopingan ini akan menyebabkan terbentuknya daerah tipep di ba%ah "endela oksida. &asuknya atomatom boron ke dalam %a!er semikonduktor tipen ini ter"adi se$ara di!usi dan di dekat permukaan akan tumbuh lapisan tipis orosili$ate. *ambar (2.16) di halaman berikut men"elaskan keadaan ini.
*ambar (2.16) i!usi atom boron dan tumbuhnya lapisan orosila$ate
Remoe the orosili$ate *lass
2 1
#ada tahap ini dilakukan pengupasan lapisan orosili$ate dengan menggunakan laruatan asam hydro!luori$ dan $ampuaran antara asam nitride dan asam sul!ur. *ambar (2.1G) adalah hasil setelah tahap ini.
*ambar (2.1G) #engupasan lapisan orosili$ate oron rie #ada tahap ini dilakukan penumbuhan lapisan silikon dioksida lagi dengan suhu tungku 1100oC seperti yang dilakukan sebelumnya. arena pemanasan ini ter"adilah penyebaran atom boron. #enyebaran atomatom boron ini tidak menyebabkan ter"adinya perubahan konsentrasi oron. *ambar (2.18) memperlihatkan keadaan ini.
*ambar (2.18) #enumbuhan lapisan i72 dan penyebaran atom oron
#R2 (s$ond photoresist step) #ada tahap ini pola masker yang berbeda hendak di$opikan ke dalam lapisan silikon dioksida melalui lapisan photoresist seperti yang telah di"elaskan sebelumnya. #ada tahap ini pemasangan pola masker harus dilakukan se$ara $ermat agar tidak ter"adi kesalahan dengan pola yang telah ada pada %a!er sebelumnya. Aasil dari tahap ini di"elaskan pada *ambar (2.20)
2 16
*amabar (2.20) #mbuatan "endela oksida dengan masker ke 2
#hosphorous #redeposition #ada tahap ini dilakukan di!usi atomatom phosphor pada suhu 1000oC melalui "endela oksida yang telah dide!inisikan. onsentrasi atomatom phosphor ini mengungguli konsentrasi atom oron sehingga mengubah tipe semikonduktor dari tipep men"adi tipen. #ada daerah lain pendopingan atomatom phosphor ini akan menambah konsentrasi atom phsophor dan nanti akan digunakan sebagai kontak se$ara listrik. #ada daerah permukaan, akibat adanya lapisan tipis oksida dengan atom phosphor akan menyebabkan tumbuhnya lapisan #hosphosili$ate dan lapisan ini harus dihilangkan seperti pada lapisan orosili$ate glass setelah tahap predeposisi atom oron. Aasil setelah tahap *ambar (2.21)
. *ambar (2.21) i!usi atom phosphor
#R3 (third photoresist step)
2 1G
#ada tahap ini dilakukan pengupasan lapisan oksida dengan menggunakan photoresist ke tiga untuk membentuk daerah Ksour$eL dan KdrainM iled >!!e$t +ransistor. Aasil dari tahap ini di"elaskan pada *amabar (2.22)
*ambar (2.22) Aasil dari tahap photoresist tahap ke tiga *ate7?ydation #ada tahap ini dilakukan pembuatan lapisan oksida gate dengan ketebalan sekitar 300500 angstroms pada suhu tungku 1000oC. *ambar (2.23) men"elaskan tahap ini.
*ambar (2.23) Aasil setelah tahap pembuatan lapisan oksida
#R4 (ourth photoresist se@uen$e) #ada tahap ini pembuatan "endela pada lapisan silikon dengan pola masker yang lain. Erutan pembuatan "endela silikon seperti yang ditrangkan di depan. Hendela"endela ini nantinya digunakan sebagai kontak (elektrode) *ambar (2.24) melukiskan keadaan ini.
2 18
*ambar (2.24) Aasil dari pembukaan "endela dengan #R4
aporation #ada tahap ini dilakukan pelapisan %a!er silikon dengan aluminum. #elapisannya dilakukan dengan $ara penguapan aluminum di atas permukaan %a!er kemudian dipadatkan dengan ketebalan sekitar 1500 angstroms.Aasil dari tahap ini dilukiskan pada *ambar (2.25)
*ambar (2.25) Aasil dari pelapisan dengan aluminum
#R5 (!i!th photoresist se@uen$e) and $onta$t anneling #ada tahap ini dilakukan pengupasan lapisan aluminum dengan menggunakan #R5. etelah dilakukan pemanasa pada suhu 465oC untuk memperbaiki kontak aluminum dengan silikon
2 20
dilan"utkan, maka piranti yang dihasilkan telah siap untuk dilakukan pengetesan. Aasil dari tahap ini dilukiskan pada *ambar (2.2)
*ambar (2.20) Aasil dari pengupasan lapisan aluminum dengan menggunakan #R5
imulasi #embuatan #iranti erstruktur &7 dengan &enggunakan *PR+,-
*PR+,- adalah program simulasi yang dapat mensimulasikan berbagai langkah tahaptahap
proses dalam pembuatan piranti berstruktur , atau piranti lainnya. *PR+,- merupakan simulator D yang mampu menampilkan pro!il doping dalam arah lateral dan ertikal. alam *PR+,- sudah disediakan statemenstatemen atau komandokomando yang diperlukan untuk
pembuatan piranti, dan komandokomando itu diantaranya adalah
#! $RID $RID adalah daerah "aring penampang piranti dalam arah ertikal dan horisontal yang
menentukan in!ormasi daerahdaerah sambungan. etatemen yang diprlukan untuk pende!inisian GRID adalah /I0+ , sedang parameter tambahan yang diperlukan adalah loc yang menun"ukkan letak titik pada sumbu line spac yang merupakan besar daerah grid antar titik pada sumbu line dan besar tag yang merupakan penun"uk batas yang akan digunakan oleh setatemen berikutnya.
2 21
B! RE$I%&
Region adalah daerah "aring diais yang akan dikenai proses. etatemen yang digunakan adalah , sedang sebagai parameter tambahnnya adalah R+GI0 silicon yang menun"ukkan "enis material yang dipilih pada region. &aterial lain misalnya
adalah oxide, nitride, poly, gas, oxynitr, photores, aluminum. xlo, xhi, ylo, dan yhi adalah penun"ukkan batas region sedangkan nilainya diambil dari
statemen tag .
C! B%U&D#R'
ondary adalah daerah permukaan substrat yang dikenai proses, sedang statemennya adalah $*0D, parameter tambahan setatemen ini adalah exposed yang menun"ukkan batas permukaan substrat xlo, xhi, ylo, dan yhi adalah penun"ukkan batas region sedangkan nilainya diambil dari
setatemen tag .
D! I&ITI#
e!inisi ini bertu"uan untuk menentukan "enis, konsentrasi dan orientasi substrat yang digunakan dalam proses. etatemen yang digunakan adalah I0IT sedang parameter tambahannya adalah phos yang menun"ukkan "enis takmurnian yang dipilih.
sering digunakan adalah antimony, arsenic, dan boron. conc adalah parameter yang menun"ukkan besar konsentrasi atomatom takmurnia. orient adalah parameter yang menun"ukkan orientasi substrat, misalnya, (111)2 (133)2
(113)2 (131) dan lain sebagainya. inf adalah parameter yang menun"ukkan nama !ile yang akan diba$a pada program.
E! PR%CESS
+ahap ini merupakan langkah untuk menentukan "enis"enis proses yang akan dilakukan seperti oksidasi, di!usi, implantasi ion, pembuatan masker,
dan lain sebagainya. etatemen yang
digunakan antara lain DI44*+ untuk oksidasi dan di!usi, I,P/#0T untuk implantasi ion, +TC5 untuk membuka daerahdaerah tertentu sebagai "endela. parameter tambahan untuk
statemen ini adalah oxide, start , continue , dan done. 2 22
oxide adalah parameter yang menun"ukkan "enis material yang akan dietsa. start , continue , dan done adalah parameter yang menun"ukkan titik pada permukaan
diais yang akan dietsa.
F! P%T
omando PLO digunakan untuk memperlihatkan hasilhasil yang diperoleh dalam simulasi. *ambar yang dihasilkan dapat ditampilkan dalam 1 dimensi (1), 2 dimensi (2), atau 3 dimensi (3). tatemen yang digunakan adalah PLO . parameter tambahan untuk statemen Plot.1! adalah x."al, line (line.type), symb, y.min, y.max, x.min, dan x.max . x."al adalah parameter yang menun"ukkan nilai pada sumbu ? yang akan digambar. line adalah parameter yang menun"ukkan tipe atau %arna garis. symb adalah parameter yang menun"ukkan tipe simbol yang akan diikutkan pada gambar y.min dan y.max adalah parameter yang menun"ukkan rentang ariabel yang akan
digambar. Hika ariabel yang dimaksud berharga logaritmis $ukup ditulis dengan nilai pangkatnya sa"a, misal untuk menuliskan nilai antara 101 dan 1010 $ukup ditulis 1 dan 10 sa"a. x.min dan x.max adalah parameter yang menun"ukkan rentang nilai pada sumbu ?.
#arameter tambahan yang diperlukan untuk statemen Plot.D adalah bound, fill, y.min, dan y.max . bound adalah parameter yang menun"ukkan batasbatas diais dan antar muka material. fill adalah parameter yang menun"ukkan nilai rasio. y.min dan y.max adalah parameter yang menun"ukkan rentang nilai pada sumbu y.
eberapa statemen lain yang diperlukan dalam menampilkan gambar hasil simulasi adalah #elect $ dengan z adalah nilai ariabel yang akan digambar, %olor , dan Pause. #arameter tambahan
untuk statemen $olor adalah min.", max.", dan silicon color adalah parameter yang menu"ukkan %arna yang akan digunakan dalam
penggambaran diais. min." dan max." adalah parameter yang menun"ukkan rentang konsentrasi. silicon adalah parameter yang menun"ukkan material yang digambarkan.
2 23
edang statemen Pause bertu"uan agar gambar yang akan ditampilkan berhenti sampai ditekan tombol 41. erikut ini adalah implementasi urutan pembuatan piranti berstruktur &7 dengan menggunakan E#R>&4 (dalam bentuk proogram) yang dilakukan dalam 4 tahap.
# TAHAP PERTAMA
6 set a'al set e$ho option @uiet 6 definisi dimensi ! line ? lo$ N 0.0 spa$ing N 1.25 tag N le!t line ? lo$ N 6.5 spa$ing N 1.00 line ? lo$ N 25.0 tag N right 6definisi dimensi y line y lo$ N 0.0 spa$ing N 0.10 tag N top line y lo$ N 1.00 spa$ing N 0.04 line y lo$ N 1.0 spa$ing N 0.025 line y lo$ N 2.00 spa$ing N 0.03 line y lo$ N 2.0 spa$ing N 0.01 line y lo$ N 3.00 spa$ing N 0.0 line y lo$ N 12.00 tag N bottom 6 Penyiapan "afer ilikon region sili$on ?lo N le!t ?hi N right ylo N top yhi N bottom 6Definisi Daerah Permukaan yang #kan Diekspus bound e?pose ?lo N le!t ?hi N right ylo N top yhi N top 67onsentrasi #'al dan rientasi 7ristal ubstrat init phos $on$ N 5.20e14 orient N 100 6Pembuatan /apisan ksida di!!use time N 330 temp N 800 %eto2 6Pembuatan 8endela dengan ,asker I
et$h No?ide start ? N 6.5 y N 0.26 et$h o?ide $ontinue ? N 38.5 y N 0.26 et$h o?ide $ontinu ? N 38.5 y N 0.324 et$h o?ide done ? N 6.5 y N 0.324 6Proses Predeposisi untuk ,emasukkan #tom Impuritas di!!use time N 32 temp N 1050 boron gas.$on$ N 2.0e20
2 24
6Penggambaran Profil Piranti Tahap I plot.2d bound !ill label y.min N 0.5 y.ma? N 2.0 $olor $olor N 4 sili$on $olor $olor N 5 o?ide
sele$t z N log10(boron) $olor $olor N 1 min. N 15 ma?. N 16 $olor $olor N 2 min. N 16 ma?. N 18 $olor $olor N 3 min. N 18 ma?. N 20 pause sel zN(log10(phos)) title N Oistribusi #hospor #ada ? N3.5 (65Pa)O plot.1d ?.al N 3.5 line N 1 symb N 1 y.ma? N 21 y.min N 12 ?.min N 0.0 ?.ma? N 1.2 pause sel zN(log10(abs(boronphos))) title N Oistribusi oron #ada ? N .5 (65Pa)O plot.1.d ?.al N .5 line N 1 symb N 1 y.ma? N 21 y.min N 12 ?.min N 0.0 ?.ma? N 1.4 pause sel zN(log10(abs(boronphos))) title N Oistribusi oron pada ? N 23.5 (65Pa)O plot.1d ?.al N 23.5 line N 1 symb N 1 y.ma? N 21 y.min 12 ?.min N 0.0 ?.ma? N 1. pause 6Penyimpangan Data tru$ture out! N 654a.str @uit ila program ini di"alankan akan dihasilkan *ambar (2.26).
*ambar (2.26) 2 25
#enampang 2 dimensi hasil tahap pertma Q &'&P !*& 6 set a'al init in! N 654a.str 6Pembuatan /apisan ksida ke Dua di!!use time N 36 temp N 800 %eto2 et$h o?ide start ? N 0.0 y N 0.30 et$h o?ide $ontinu ? N 6.5 y N 0.35 et$h o?ide $ontinu ? N 6.5 y N 0.40 et$h o?ide done ? N 0.00 y N 0.35 6Pengambaran Profile Piranti Tahap II plot.2d bound !ill label y.min N 0.5 y.ma? N 2.0 $olor $olor N 4 sili$on $olor $olor N 5 o?ide
sele$t z N log10(boro) $olor $olor N 1 min. N 15 ma?. N 16 sili$on $olor $olor N 2 min. N 16 ma?. N 18 sili$on $olor $olor N 3 min. N 18 ma?. N 20 pause sel z N (log10(phos)) title NOistribusi #hospor #ada ? N 3.5 (65Pb)O plot.1d ?.al N .5 line N 1 symb N 1 y.ma? N 21 y.min N 12 ?.ma? N 0.0 ?.min N 1.2 pause sel z N (log10(abs(boronphos))) title NOistribusi oron #ada ? N .5 (65Pb)O plot.1d ?.al N .5 line N 1 symb N 1 y.ma? N 21 y.min N 12 ?.min N 0.0 ?.min N 1.4 pause sel zN(log10(abs(boronphos))) title N Oistribusi oron pada ? N 23.5 (65Pb)O plot.1d ?.al N 23.5 line N 1 symb N 1 y.ma? N 21 y.min N 12 ?.min N 0.0 ?.ma? N 1. pause 6Penyimpanan Data stru$ture !out! N 645b.str
@uit
2 2
*ambar (2.2G) adalah hasil yang diperoleh dari tahap ini.
*ambar (2.2G) #enampang 2 piranti setelah tahap 2
+ &'&P G& 6 set a'al init in! N 654b.str
6Pembuatan ksda Gate I di!!use time N 10 temp N 1100 dry72 6Pembukaan 8endela dengan ,asker III et$ o?ide start ? N 21.5 y N 0.3G et$h o?ide $ontinu ? N 25.0 y N 0.3G et$h o?ide $ontinu ? N 25.0 y N 0.15 et$h o?ide done ? N 21.5 y N 0.15 6Penggambaran Profil Piranti Tahap II plot.2d bound !ill label y.min N 0.5 y.ma? N 2.5 $olor $olor N 4 sili$on $olor $olor N 5 o?ide
2 26
sele$t z N log10(boron) $olor $olor N 1 min. N 15 ma?. N 16 sili$on $olor $olor N 2 min. N 16 ma?. N 18 sili$on $olor $olor N 3 min. N 18 ma?. N 20 sili$on pause sel z N(log10(phos)) title NOistribusi #hospor #ada ? N 3.5(654$)O plot.1d ?.al N 3.5 line N 1 symb N 1 y.ma? N 21 y.min N 12 ?.min N 0.0 ?.ma? N 1.5 pause sel z N (log10(abs(borophos))) title NOistribusi oron #ada ? N .5(645$)O plot.1d ?.al N .5 line N 1 symb N 1 y.ma? N 21 y.min N 12 ?.min N 0.0 ?.ma? N 2.5 pause sel z N (log10(abs(boronphos))) title NOistribusi oron #ada ?N3.5(654$)O plot.1d ?.al N 23.5 line N 1 symb N 1 y.ma?N21 y.min N 12 ?.min 0.0 ?.ma? N 3.0 pause 6Penyimpangan Data stru$ture out!N654$.str @uit Aasil dari tahap ini dapat dilihat pada *ambar (2.28).
*ambar (2.28) 2 2G
#enampang 2 setelah tahap 3
+ &'&P -P& 6 set a'al init in! N 654$.str
6Pembuatan +lektrode Drain2 Gate2 dan ource deposit aluminum thi$k N0.45 di N G 6Penghapusan /apisan #luminum dengan ,asker I et$h aluminu start ? N 0.0 y N 0.05 et$h aluminum $ontinu ? N 25.0 y N 0.05 et$h aluminum $ontinu ? N 25.0 y N 0.31 et$h aluminum done ? N 0.0 y N 0.31
et$h aluminum start ? N 10.0 yN0.1G et$h aluminum $ontinu ? N 18.0 y N 0.1G et$h aluminum $ontinu ? N 18.0 y N 0.31 et$h aluminum done ? N 10.0 y N 0.31 6Pembuatan +tsa yang ama stru$ture mirror le!t 6Penggambaran Profil Piranti 5asil Tahap I plot.2d bound !ill label y.min N0.5 y.ma? N 2.5 $olor $olor N4 sili$on $olor $olor N 5 o?ide $olor $olor N aluminum
sele$t zNlog10(boron) $olor $olor N 1 min.N15 ma?. N 16 sili$on $olor $olorN2 min. N16 ma?. N 18 sili$on $olor $olor N 3 min. N 18 ma?. N 20 sili$on pause sel zN(log10(phos)) titleNOistribusi #hospor #ada ?N3.5(654d)O plot.1d ?.alN3.5 line N 1 symb N 1 y.ma? N 21 y.min N12 ?.min N 0.0 ?.ma?N1.5 pause sel zN(log10(abs(boronphos))) title NOistribusi oron #ada ? N .5 (654d)O plot.1d ?.al N .5 line N 1 symb N 1 y.ma? N 21 y.min N12 ?.min N 0.0 ?.ma? N 2.5 pause sel zN(log10(abs(boronphos))) title NOistribusi oron #ada ? N 23.5 (654d)O plot.1d ?.al N 23.5 line N 1 symb N 1 y.ma? N 21 y.min N 12 ?.min N 0.0 ?.ma? N 3.0 pause 6Penyimpanan Data
2 28
struture out! N 654d.str @uit Aasil dari tahap ini dapat dilihat pada *ambar (2.30)(2.33). *ambar (2.31)
#enampang 2 setelah tahap 4 *ambar (2.31) Profil distribusi konsentrasi atom phospor pada sumbu ! 9 :2; mm
2 30
*ambar (2.31) Prifil distribusi lateral konsentrasi atom boron pada sumbu ! 9 <2; mm
*amabar (2.32) Profil distribusi %ertikal konsentrasi atom boron pada sumbu ! 9 :2; mm
2 31
