Bab 2 - Proses Pembikinan Litar Bersepadu(Part 1)

PROSES 1-TUMBESARAN HABLUR

STRUKTUR HABLUR SILIKON:

• Susunan atom berbeza.
• Bilangan atom, kedudukan relatif atom & daya tarikan antara atom berbeza. 
• Bahan separa pengalir – Silikon & Germanium mempunyai susunan atom yang tetap.
• OIeh itu, ia dipanggil sebagai hablur (crystal).
• Hablur Silikon mempunyai susunan atom berbentuk berlian dan 16 atom. 

JENIS-JENIS STRUKTUR HABLUR SILIKON:

= Polihablur

• Terdiri dari banyak kawasan hablur tunggal.
• Untuk penghasilan MOSFET.  

=Hablur Tunggal 

  

• Atom yang sangat keras dan padat.
• Tersusun secara seragam dan mempunyai ciri yang sama seperti:-

-jalur tenaga ( Eg )

-kebolehgerakan pembawa ( µ )

-keberintangan bahan ( ρ )

=Amorfus

• Tiada susunan
• Tiada bentuk
• Tidak seragam
  
  
  

PENYEDIAAN SILIKON:

Kadar Ketulenan Silikon Yang Terhasil Ialah 99.9999999 %

PROSES 2-PENYEDIAAN WAFER

Terdapat 2 kaedah untuk mendapatkan silicon dalam struktur hablur tunggal iaitu:

=Kaedah Czochralski:

• Bekas kuartza diisi dengan silikon tulen yang dicampur dengan bendasing terkawal (dopan) - bagi penghasilan bahan jenis N & jenis P.
• Campuran dalam bekas kuartza dipanaskan sehingga lebur. 
• Hablur biji (crystal seed) dimasukkan ke dalam cecair silikon dan ditarik ke atas perlahan-lahan sambil dipusing setiap masa.
• Apabila silikon cair menyejuk,  ia akan mengeras & membentuk struktur hablur tunggal. 
• Ia di panggil sebagai BOULE (ingot selinder) dan panjangnya di antara 1 hingga 3 meter.

=Kaedah Zon Terapung (Floating Zone):

• Rod polisilikon dikepit hujung atas & hujung bawahnya bersentuhan dengan hablur semaian.
• Pemanas RF untuk memanas polisilikon supaya menjadi leburan hablur tunggal. 
• Semasa pemanasan,satu kawasan kecil yang berhampiran dengan pemanas akan menjadi lebur.
• Peringkat permulaan pemanas akan diletakkan pada hujung bawah rod yang bersentuhan dengan hablur semaian.
• Kemudian gelung pemanas akan dianjakkan ke atas untuk melebur kawasan atas.
• Apabila suhu pada kawasan leburan pertama menjadi rendah leburan silikon akan mula memejal mengikut saiz hablur semaian. 
• Pada akhir proses ini keseluruhan rod ini akan mempunyai struktur hablur tunggal yang sedia untuk digunakan.

Mengisar Diameter Jongkong:

• Untuk mendapatkan diameter yang seragam.
• Kisaran jongkong akan membentuk tepi wafer.
• Punaran dilakukan untuk melicinkan lagi permukaan wafer.

Membuat Takukan Di Sepanjang Wafer:

• Satu takukan dibuat sebagai satah penghalaan kekisi atom dalam wafer.
• Takukan kedua dibuat untuk mengetahui jenis dopan.
• Kod maklumat ditulis guna laser pada jongkong.

Menghasilkan Hirisan Wafer:

• Dalam bentuk kepingan wafer.
• Bahagian wafer dipotong menggunakan gergaji bermata intan.

Menggilap Permukaan Wafer:

• Kesan penggergajian wafer akan meninggalkan kecacatan hablur pada permukaannya dan bahan punar digunakan untuk menghilangkan kesan ini.
• Permukaan ini mesti benar-benar rata sehingga berupa cermin dan bersifat hidrofobik.
• Wafer digilap melalui suatu proses ‘ mechanochemical ’.
• Lapisan wafer setebal 1.5 hingga 2.0 mm boleh disingkatkan.

Wafer silicon yang sedia untuk pembikinan Litar Bersepadu:

• Wafer dibersihkan dan dibilas sehingga tiada air bilasan tertinggal diatas permukaan wafer.
• Boleh dialihkan guna pensil vakum yang menggunakan prinsip Bernoulli yang tidak menyentuh wafer.
• Wafer ini sedia untuk dijalankan proses-proses seterusnya dalam pembikinan LB.

PROSES 3-PENGOKSIDAAN


=Proses kimia dimana silicon bertindakbalas dengan oksigen untuk menghasilkan lapisan oksida iaitu silicon dioksida.
=Suatu proses penubuhan satu lapisan silicon dioksida keatas permukaan substratum dengan menggunakan suhu yang tinggi.
=Untuk menghasilkan satu lapisan penebat oksida yang nipis diatas permukaan silicon.
=Proses Umum:

• Lapisan   penebat   oksida (topeng)  - menghalang   bahan   tercemar / bendasing  dari  meresap  ke  dalam lapisan epitaksi (keadaan bersih).
• Untuk penghasilan kapasitor -sifat  slikon  dioksida  yang  mempunyai  nilai  dielektrik  yang tinggi iaitu  3.5 °F.
• Proses  pengoksidaan  boleh  dipercepatkan  dengan  cara  memanaskan  wafer pada suhu 1000 °C hingga 1300 °C. 

=2 kaedah pengoksidaan ialah:

• Pengoksidaan Kering (tanpa air)
• Pengoksidaan Basah  (dengan air)

=Lapisan Oksida :
Lapisan Oksida Tebal ( Field Oxide ):

• Digunakan untuk pemencilan transistor.
• Mempengaruhi arus lds.
• Kepantasan pensuisan. 

Lapisan Oksida Nipis ( Thin Oxide ):

• Digunakan untuk membentuk lapisan nipis oksida get.

=Fungsi lapisan oksida SiO2:

• Melindungi permukaan wafer secara fizikal dari calar. 
• Melindungi wafer dari tindakbalas kimia oleh bahan cemar. 
• Membantu dalam pemilihan kawasan punaran semasa fotolitografi - membantu memencilkan satu komponen dari yang lain. 
• Menjadi penebat semasa proses pengedopan.
• Bertindak  sebagai  dielektrik  pada  permukaan  wafer  bagi  mengelakkan litar pintas antara lapisa-lapisan perlogaman. 
• Bertindak sebagai komponen dielektrik dalam komponen-komponen seperti transistor  MOS. Tujuannya  adalah  bagi  mengaruhkan  cas  ke  dalam terminal pintu (gate). 

=Faktor yang mempengaruhi ketebalan lapisan oksida:

• Ketumpatan bendasing
• Suhu
• Masa tindakbalas

=PROSES PENGOKSIDAAN BASAH:

• Wap basah + silicon= menghasilkan silicon oksida.
• Gas oksigen disalurkan ke dalam balang berisi air dengan oksigen dipanaskan sehingga takat didih.
• Wap air dibebaskan dan memasuki relau pemanas yang mengandungi kepingan wafer silicon.
• Tindak balas kimia yang berlaku semasa tindakbalas silicon dengan wap air ialah  Si  +  2H2O    SiO2 + 2H2.
• Hasilnya satu lapisan penebat silicon dioksida terbentuk diatas permukaan wafer silicon.
• Masa yang singkat tetapi oksida yang dihasilkan biasanya adalah tebal tetapi kurang bermutu berbanding dengan Oksida Kering.

=PROSES PENGOKSIDAAN KERING:

                                   

• Kepingan-kepingan wafer disusun dalam tiub kuarza.
• Gas oksigen kering disalurkan ke dalam tiub kuarza.
• Wafer dipanaskan pada suhu 1100 ‘C dengan kehadiran gas oksigen kering. 
• Gas oksigen kering tersebut akan diserapkan secara perlahan-lahan keatas permukaan wafer  melalui tindak balas kimia berikut :Si  +  O2    SiO2
• Hasilnya satu lapisan penebat silicon oksida terbentuk di atas permukaan wafer.

=Kelebihan:

Oksida yang terhasil ;

• Berkualiti tinggi walaupun tumbesaran mengambil masa yang lama berbanding dengan kaedah Oksida Basah.
• Bebas daripada kesan lubang jarum atau lompang air yang biasanya terjadi apabila oksida ditumbuhkan secara mendadak.
• Nipis.
• Tahan lama. 

                                      

PROSES 4-PENGEDOPAN

Tafsiran :

• Adalah proses dimana atom-atom silikon dalam substratum silikon diganti dengan atom-atom dopan jenis n atau jenis p.
• Kaedah ini biasanya digunakan dalam pembuatan simpang p-n. 

Operasi:

• Bilangan  penderma  dan  penerima  yang  sedia  ada  pada substratum diubah suai pada bahagian-bahagian tertentu supaya menjadi bahan jenis p atau jenis n. 
• SiO2 digunakan sebagai bahan penopengan kerana fotorintangan tidak dapat bertahan pada suhu yang tinggi dimana 1000 celsius hingga 1300 celsius.
• Oleh itu,kawasan yang tidak perlu diresapkan mestilah diliputi oleh SiO2 dan kawasan yang terdedah kepada cahaya UV dipunarkan dan dibersihkan melalui proses punaran. 

=Dua kaedah pengedopan :-

• Resapan.
• Penanaman Ion. 

Dalam  transistor  dwikutub, proses  ini  akan  membentuk  kawasan-kawasan seperti tapak, pemungut dan pengeluar.Manakala jenis transistor MOS , proses ini menghasilkan get,salir dan punca.

=Faktor-faktor untuk penambahan bahan jenis p atau n kepada wafer :

• Ditambah atas @ bawah permukaan wafer.
• Ketebalan lapisan ( atas permukaan wafer ).
• Kedalaman lapisan ( bawah permukaan wafer ).
• Kejituan nilai ketebalan/ kedalaman & ketumpatan.
• Suhu maksimum yang diperlukan.
• Keupayaan kendalian sesuatu peralatan.
• Kos peralatan.

=Kaedah Resapan:

• Gas dopan diresapkan ke dalam lapisan epitaksi melalui bukaan SiO2 yang dibuat semasa proses fotolitografi untuk membentuk bahan jenis p atau jenis n.
• Bahan dopan yang digunakan terdiri daripada gas-gas seperti gas fosferus,gas arsenik dan gas boron.

=Terdapat dua (2) langkah dalam proses resapan iaitu :-

• Praendapan 
• Pacu ke dalam 

=Praendapan: 

• Wafer dipanaskan  antara  1000 - 1300 C. 
• Sumber dopan dibekalkan.
• Dengan mengawal suhu dan masa mengikut jumlah dopan,dopan-dopan dimasukkan (dikumpul di atas permukaan wafer) .
• Bendasing akan terendap ke atas permukaan wafer sehingga mencapai satu takat tepu yang dipanggil takat kebolehlarutan  pepejal.  

=Pacu ke dalam:

 

• Ketika proses ini dopan tidak dibekalkan lagi. 
• Tujuan adalah memacu dopan yang berada di permukaan substratum mengikut ke dalaman yang dikehendaki dengan mengawal masa dan suhu. 

=Jenis-jenis Resapan:

Resapan Pemencilan  ( ISOLATION DIFFUSION )

• Bukaan-bukaan pada lapisan SiO 2 digunakan untuk Proses Resapan Pemencilan. 
• Untuk menghasilkan kawasan-kawasan pemisahan bagi komponen-komponen aktif atau pasif pada kepingan silikon. 
• Pemanasan kepingan wafer bersama dengan bendasing dalam relau (lihat rajah di atas) boleh digunakan. 
• Kawasan-kawasan pemencilan jenis-n akan dipisahkan oleh kawasan-kawasan dopan tinggi jenis-p (p+). 

Resapan Tapak ( BASE DIFFUSION )

• Satu lapisan perlindungan nipis Silikon Dioksida (SiO 2) yang baru disalutkan.
• Proses Fotolitografi dilakukan sekali lagi bagi membentuk bukaan-bukaan baru dalam kawasan-kawasan pemencilan jenis-n. 
• Bendasing jenis-p (Boron) diresapkan ke dalam bukaan-bukaan baru ini. 

Resapan Pengeluar (EMITTER DIFFUSION) 

• Satu lapisan perlindungan nipis Silikon Dioksida (SiO 2) yang baru disalutkan pada permukaan. 
• Proses Fotolitografi dilakukan sekali lagi bagi membentuk bukaan-bukaan baru dalam kawasan-kawasan resapan jenis-p yang terbentuk semasa proses Resapan Tapak. 
• Bendasing jenis-n (Fosforus) diresapkan ke dalam bukaan-bukaan baru ini.