Dalam pembuatan semikonduktor, meskipun fotolitografi dan etsa merupakan proses yang paling sering disebutkan, teknik epitaksial atau pengendapan lapisan tipis juga sama pentingnya. Artikel ini memperkenalkan beberapa metode pengendapan lapisan tipis umum yang digunakan dalam pembuatan chip, termasukMOCVD, penyemprotan magnetron, DanDepartemen Tenaga Kerja dan Transmigrasi.
Mengapa Proses Lapisan Tipis Penting dalam Pembuatan Chip?
Sebagai ilustrasi, bayangkan roti pipih panggang biasa. Jika dimakan begitu saja, rasanya mungkin hambar. Namun, dengan mengolesi permukaannya dengan saus yang berbeda—seperti pasta kacang gurih atau sirup malt manis—Anda dapat mengubah rasanya sepenuhnya. Lapisan penambah rasa ini mirip denganfilm tipisdalam proses semikonduktor, sementara roti pipih itu sendiri mewakilisubstrat.
Dalam fabrikasi chip, film tipis memiliki banyak fungsi—isolasi, konduktivitas, pasivasi, penyerapan cahaya, dll.—dan setiap fungsi memerlukan teknik pengendapan tertentu.
1. Deposisi Uap Kimia Organik Logam (MOCVD)
MOCVD merupakan teknik yang sangat canggih dan presisi yang digunakan untuk pengendapan lapisan tipis semikonduktor dan nanostruktur berkualitas tinggi. Teknik ini berperan penting dalam fabrikasi perangkat seperti LED, laser, dan elektronika daya.
Komponen Utama Sistem MOCVD:
- Sistem Pengiriman Gas
Bertanggung jawab atas pemasukan reaktan secara tepat ke dalam ruang reaksi. Ini termasuk kontrol aliran:
-
Gas pembawa
-
Prekursor logam-organik
-
Gas hidrida
Sistem ini dilengkapi katup multi-arah untuk beralih antara mode pertumbuhan dan pembersihan.
-
Kamar Reaksi
Inti dari sistem tempat terjadinya pertumbuhan material yang sebenarnya. Komponennya meliputi:-
Suseptor grafit (pemegang substrat)
-
Sensor pemanas dan suhu
-
Port optik untuk pemantauan in-situ
-
Lengan robot untuk pemuatan/pembongkaran wafer otomatis
-
- Sistem Pengendalian Pertumbuhan
Terdiri dari pengontrol logika terprogram dan komputer induk. Ini memastikan pemantauan dan pengulangan yang tepat selama proses pengendapan. -
Pemantauan In-situ
Alat seperti pirometer dan reflektorometer mengukur:-
Ketebalan film
-
Suhu permukaan
-
Kelengkungan substrat
Ini memungkinkan umpan balik dan penyesuaian secara waktu nyata.
-
- Sistem Pengolahan Gas Buang
Mengolah produk sampingan beracun menggunakan dekomposisi termal atau katalisis kimia untuk memastikan keamanan dan kepatuhan lingkungan.
Konfigurasi Kepala Pancuran Kopling Tertutup (CCS):
Pada reaktor MOCVD vertikal, desain CCS memungkinkan gas disuntikkan secara merata melalui nosel bergantian dalam struktur kepala pancuran. Hal ini meminimalkan reaksi prematur dan meningkatkan pencampuran yang merata.
-
Itupenerima grafit berputarselanjutnya membantu menghomogenkan lapisan batas gas, meningkatkan keseragaman film di seluruh wafer.
2. Penyemprotan Magnetron
Sputtering magnetron merupakan metode deposisi uap fisika (PVD) yang digunakan secara luas untuk mendepositkan film tipis dan pelapis, khususnya dalam bidang elektronik, optik, dan keramik.
Prinsip Kerja:
-
Bahan Sasaran
Bahan sumber yang akan diendapkan—logam, oksida, nitrida, dsb.—dipasang pada katode. -
Ruang Vakum
Proses ini dilakukan dalam ruang hampa tinggi untuk menghindari kontaminasi. -
Pembangkit Plasma
Gas inert, biasanya argon, diionisasi untuk membentuk plasma. -
Aplikasi Medan Magnet
Medan magnet membatasi elektron di dekat target untuk meningkatkan efisiensi ionisasi. -
Proses Sputtering
Ion membombardir target, melepaskan atom-atom yang bergerak melalui ruang dan mengendap pada substrat.
Keuntungan Magnetron Sputtering:
-
Deposisi Film Seragammelintasi wilayah yang luas.
-
Kemampuan untuk Mendepositkan Senyawa Kompleks, termasuk logam paduan dan keramik.
-
Parameter Proses yang Dapat Disesuaikanuntuk pengendalian ketebalan, komposisi, dan mikrostruktur yang tepat.
-
Kualitas Film Tinggidengan daya rekat dan kekuatan mekanis yang kuat.
-
Kompatibilitas Material yang Luas, dari logam hingga oksida dan nitrida.
-
Operasi Suhu Rendah, cocok untuk substrat yang sensitif terhadap suhu.
3. Deposisi Uap Kimia yang Ditingkatkan dengan Plasma (PECVD)
PECVD banyak digunakan untuk pengendapan film tipis seperti silikon nitrida (SiNx), silikon dioksida (SiO₂), dan silikon amorf.
Prinsip:
Dalam sistem PECVD, gas prekursor dimasukkan ke dalam ruang vakum di manaplasma pelepasan cahayadihasilkan menggunakan:
-
Eksitasi RF
-
Tegangan tinggi DC
-
Sumber gelombang mikro atau pulsa
Plasma mengaktifkan reaksi fase gas, menghasilkan spesies reaktif yang mengendap pada substrat untuk membentuk lapisan tipis.
Langkah-langkah Deposisi:
-
Pembentukan Plasma
Dirangsang oleh medan elektromagnetik, gas prekursor terionisasi membentuk radikal dan ion reaktif. -
Reaksi dan Transportasi
Spesies ini mengalami reaksi sekunder saat bergerak menuju substrat. -
Reaksi Permukaan
Setelah mencapai substrat, mereka menyerap, bereaksi, dan membentuk lapisan padat. Beberapa produk sampingan dilepaskan sebagai gas.
Manfaat PECVD:
-
Keseragaman yang sangat baikdalam komposisi dan ketebalan film.
-
Daya Rekat Kuatbahkan pada suhu pengendapan yang relatif rendah.
-
Tingkat Deposisi Tinggi, membuatnya cocok untuk produksi skala industri.
4. Teknik Karakterisasi Lapisan Tipis
Memahami sifat-sifat lapisan tipis sangat penting untuk pengendalian kualitas. Teknik-teknik umum meliputi:
(1) Difraksi Sinar-X (XRD)
-
Tujuan: Menganalisis struktur kristal, konstanta kisi, dan orientasi.
-
Prinsip:Berdasarkan Hukum Bragg, mengukur bagaimana sinar-X terdifraksi melalui bahan kristal.
-
Aplikasi: Kristalografi, analisis fase, pengukuran regangan, dan evaluasi lapisan tipis.
(2) Mikroskop Elektron Pemindaian (SEM)
-
Tujuan: Amati morfologi permukaan dan mikrostruktur.
-
Prinsip: Menggunakan berkas elektron untuk memindai permukaan sampel. Sinyal yang terdeteksi (misalnya, elektron sekunder dan elektron yang dihamburkan kembali) mengungkap detail permukaan.
-
Aplikasi: Ilmu material, nanoteknologi, biologi, dan analisis kegagalan.
(3) Mikroskop Gaya Atom (AFM)
-
Tujuan: Permukaan gambar pada resolusi atom atau nanometer.
-
Prinsip: Sebuah probe tajam memindai permukaan sambil mempertahankan gaya interaksi yang konstan; perpindahan vertikal menghasilkan topografi 3D.
-
Aplikasi: Penelitian nanostruktur, pengukuran kekasaran permukaan, studi biomolekuler.
Waktu posting: 25-Jun-2025