IC (intregated circuit)

IC (INTEGRATED CIRCUIT) TECHNOLOGY

A.  Sejarah IC

·  1952, G. W. A. Dummer

Peralatan elektronik dapat difabrikasikan pada blok padat tanpa kabel penghubung. Blok tersebut dapat tersusun dari lapisan-lapisan material insulator, konduktor, penyearah dan penguat, fungsi elektronik dapat dihubungkan dengan memotong daerah pada berbagai lapisan.

·  1959, Paten Kilby

Mendeskripsikan bagaimana rangkaian dapat diinterkoneksikan dengan lapisan konduktor, misal emas, yang diletakkan diatas material insulator untuk membuat koneksi divais.

·  1965, Gordon Moore

Kenaikan eksponensial dalam jumlah transistor dalam rangkaian terintegrasi (hukum moore).

B.  Fabrikasi IC

Proses fabrikasi IC

1. Oksidasi Termal
2. Lithografi dan Pemindahan Pola
3. Pemberian Doping dan Difusi
4. CVD
5. Interkoneksi
6. Pemodelan Proses

Langkah Pemrosesan Dioda

1. Substrat awal silicon tipe-p
2. Oksidasi medan
3. Lhitografi dan etsa
4. Difusi tipe-N
5. Oksidasi #2
6. Lithografi dan etsa pola #2
7. Deposisi alumunium
8. Lithografi dan etsa pola #3

C.  CARA KERJA TRANSISTOR (NMOS)

1. V_GS = 0, tidak ada aliran arus
2. V_GS ≥V_T, terbentuk inversion layer—kanal
3. Diberikan V_DS agar arus mengalir dari DRAIN ke Source
4. Panjang kanal L, sepanjang aliran arus
5. Lebar kanal W, tegak lurus arah aliran arus
6. Aliran arus ≈rasio _W/L

D.  VARIABEL PADA TRANSISTOR

1. V_GS  -- tegangan gate - source
2. V_DS  -- tegangan drain – source
3. I_DS  -- arus yang mengalir antara drain dan source
4. V_T – tegangan ambang transistor, V_T > 0 – NMOS, V_T < 0 – PMOS, bergantung pada proses.
5. K’ – konduktansi Transistor, K’ > 0 untuk NMOS dan PMOS
6. Rasio W/L transistor, layout dari transistor

E.  FABRIKASI NMOS GATE-MATERIAL

Berikut adalah prosesnya :

1. Oksidasi medan
2. Etsa daerah S/D
3. Difusi dan drve in S/D dan oksidasi kering
4. Etsa gate
5. Oksidasi gate
6. Etsa kontak
7. Metalisasi dan etsa AI

F.   FABRIKASI NMOS GATE-POLY

Berikut adalah prosesnya :

1. Implant channel spot
2. Oksidasi medan
3. Etsa nitrida dan oksida
4. Implant pengaturan V_T
5. Oksidasi gate dan deposisi polisilikon
6. Etsa daerah S/D dan implant S/D
7. Oksidasi, etsa kontak dan metalisasi

G.  CMOS (COMPLEMENTARY MOS)

Berikut tentang CMOS :

1. Devais NMOS dan PMOS pada satu struktur
2. Aplikasi well (P/N)
3. Metode pedopingan utama : implantasi Ion pengaturan tegangan ambang, pembuatan well, implan S/D untuk NMOS/PMOS) 

H.  FABRIKASI CMOS

Berikut adalah prosesnya :

1. Definisi N-well
2. Pemindahan pola pada oksida medan
3. Oksidasi gate pada deposisi polisilikon
4. Implantasi tipe-P untuk S/D PMOS
5. Implantasi tipe-N untuk S/D NMOS
6. Pembuatan lubang kontak

FOTO LITHOGRAFI DAN ETSA IC

1.    Lithografi

Adalah proses pemindahan pola rangkaian atau devais dari layout ke wafer.

a.    Proses Lithografi I

ü Layout blok fungsional (atau gunakan rancangan sebelumnya) dan gunakan alat bantu softeare untuk wiring koneksi antar blok fungsional.

ü Cek pelanggaran desain rule dengan software

ü Simulasi level sistem dan rangkaian untuk performansi

ü Informais dari perancangan dipindahkan ke mesin pembuat masker. 

b.    Proses Lithografi II

ü Gunakan masker untuk mengrxpose resist menggunakan photo aligner (menciptakan citra aerial dari pola masker pada resist)

ü Resist didevelop (menghilangkan region terexposed)

ü Resist digunakan untuk memindahkan pola ke wafer (implantasi ion, oksidasi, etsa,dll)

Berikut dibawah ini adalah gambar prosesnya :

2.    Komponen Fungsional Dari Lithografi

Ada beberapa komponen dari Lithografi diantaranya adalah :

a.    Sumber Energi (gelombang atau partikel)

ü Sumber energi dibutuhkan untuk memodifikasi resist

ü Sumber energi tercitra secara aerial pada resist

ü Pencitraan dapat dilakukan dengan scaning berkas energi atau dengan memasking berkas energi.

ü Sumber yang terang biasanya diperlukan untuk daya tembus yang tinggi.

		Wavelenght	Energy
Light	UV	400 mm	3,1 eV
	Deep UV	250 mm	4,96 eV
	X-Ray	0,5 mm	2480 eV
Particles	Electronic	0,62 A	20 keV
	Ions	0,12 A	100 eV
E = hv = hc / λ

b.    Masker

ü Memblok radiasi yang tidak diinginkan (menyerap radiasi). Membutuhkan material opaque pada panjang gelombang yang diinginkan.

ü Mentransmisikan radiasi yang diinginkan. Membutuhkan material dengan transmisi tinggi pada panjang gelombang yang diinginkan.

ü Untuk lithografi optik masker adalah : gelas kuarsa (transparan) + Cr (opaque)

ü Untuk lithografi X-Ray, masker adalah : film silicon Nitrida + Au

c.    Aligner

ü Mensejajarkan pola masker pada pola sebelumnya di wafer.

ü Ekspos resist dari pola radiasi yang merupakan citra aerial dari masker

ü Tipe aligner : kontak, proksimitas, proyeksi.

d.   Resist

ü Larutan  viskos yang memilki bentuk padat ketika pelarut dihilangkan.

ü Dilapisis secara spin pada permukaan yang akan dipolakan.

ü Ekspos resis pada energi/radiasi menyebabkan reaksi (foto) kimia dan mengubah laju kelarutan dari resist di developer.

ü Resist yang tercipta cukup padat untuk melindungi (mask) substrat dibawahnya pada proses berikutnya.

e.    Substrat atau optik fotholithografi

ü Ukuran dari sistem lithografi

ü Tinjauan optik lithografi : difraksi, apartur numerik, resolusi

ü Aligner : kontak, proksimitas, proyeksi

ü Photomask : daerah gelap, daerah terang

3.    Ukuran Dari Sistem Lithografi

a.    Resolusi (dimensi terkesil yang bisa dicetak)

ü Ditentukan oleh sistem optik, resist dan proses etsa

ü Control Critical Dimension (CD)

b.    Registrasi

ü Ditentukan oleh sistem optik dan aligner

c.    Kontrol dimension (keseragaman divais, wafer)

ü Ditentukan oleh sistem optik, resist, masker, dan proses etsa.

d.   Keluaran (jumlah wafer/jam)

ü Ditentukan oleh sistem optik dan resist

ULASAN OPTIK

A.  Sumber Optik

Ada beberapa sumber otpik dalam IC adalah sebagai berikut :

a.    Sistem lithografi saat ini menggunakan Hg tekanan tinggi yang memiliki intensitas tinggi pada beberapa puncak.

ü Puncak - g (346 nm)

ü Puncak – h (406 nm)

ü Puncak – i (365 nm)

b.    Sistem optik untuk penggunaan dimasa depan Laser excimer

ü UV dalam (308-157 nm)

ü KrF (248 nm) – pembangkit saat ini

ü ArF (193 nm) – generasi berikutnya

B.  Aligner Optik

Ada  beberapa jenis aligner optik, diantaranya adalah :

1.    Aligner kontak – resist menempel dengan sisi chrome dari masker saat exposure citra masker : citra resist adalah 1 : 1, tidak terbatai oleh difraksi.

2.    Aligner prosimitas – resist tidak kontak dengan masker (terpisah beberapa mikron) citra masker : citra resist adalah 1 : 1, terbatas dengan difraksi fresnell.

3.    Aligner proyeksi – resist tidak kontak dengan masker, citra maske diproyeksikan ke resist dengan lensa. Terbatas dengan difraksi Fraunoffer.

Ada juga beberapa perbandingan aligner, adalah sebagai berikut :

1.    Printing kontak, masker dikontakkan dengan wafer. Masalahnya adalah :

ü  Terdapat celah pada kontak ≥ 1 mikron, partikel debu.

ü  Kontak langsung mengakibatkan kerusakan pada masker, cacat, penggumpalan.

2.    Printing Proksimitas, celah kecil 2-20 um antara masker dengan wafer (kerusakan masker dihilangkan. Masalahnya adalah :

ü  Efek difraksi fresnell, reproduksi masker yang tepat gagal untuk 1

ü  Timbul bayangan jika cahaya tidak fokus

3.    Printing Proyeksi, serupa dengan fotografi dan memproyeksikan citra pada wafer dengan reduksi 1:1, 5:1, atau 10:1. Masalahnya adalah :

ü  Membuthkan lensa yang bagus untuk ukuran citra

ü  Mencetak daerah yang sempit lalau diulang

ü  Trade-of resolusi dengan kecepatan

C.  Photo Mask

1.    Difabrikasi dengan penulisan langsung E-beam menggunakan data base elektrnik oleh perangkat CAD.

ü  Tedapat beberapa tipe substrat (transparan) : kuarsa, gelas ekpansi rendah, gelas soda karbon.

ü  Terdapat material opaque untuk memblokir cahaya. (chrome, emulsi, oksidasi besi)

2.    Biasanya masker terbuat dari kuarsa, lalu pola dipidahkan kegelas ekspansi yang lebih murah yang  diulang beberapa kali untuk memebuat beberapa dies.

3.    Terdapat dua polaritas masker. (medan terang/LF dan medan gelap / DF)

Adapun juga phase shift mask yang bertujuan untuk :

1.    Meningkatkan resolusi dari sistem lithografi yang ada saat ini

2.    Mengambil keuntungan dari sifat gelombang cahaya

3.    Mengubah fasa 180⁰ pada pola yang bersebrangan dan menghasilkan interfrensi destruktif.

4.    Meningkatkan kualitas citra aerial pada wafer.