TEKNOLOGI RANGKAIAN TERPADU, RANKAIAN DASAR TERPADU MONOLITIK, RANGKAIAN PERTUMBUHAN EPITAKSIAL DAN DIFUSI PENCAMPUR

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Teknologi Rangkaian Terpadu

Fabrikasi rangkaian terpadu didasarkan pada bahan-bahan, proses-proses dan prinsip-prinsip perncanaan yang membentuk suatu teknologi semi konduktor yang telah jauh berkembang. Struktur dasar dari suatu rangkaian terpadu terdiri dari empat lapisan dasar yang berbeda, yaitu :

1. Lapisan terbawah / landasan (subsrate)

Terbuat dari silikon jenis -p tebal sekitar 6 mil (1mil = 0.001 inchi) diatas lapisan inilah akan dibangun semua komponen aktif dan pasif yang diinginkan. Lapisan ini berperan sebagai landasan (substrate).

2. Lapisan kedua (epitaksial)

Terbuat dari silikon jenis -n tebal sekitar 1 mil. semua komponen aktif dan pasif dibangun pada lapisan ini dengan menggunakan serangkaian langkah-langkah difusi. Komponen – komponen tersebut adalah transistor, dioda, kapasitor dan tahanan yang dibuat dengan mendifusikan pencampur-pencampur jenis –p dan jenis –n.

3. Lapisan ketiga (oksida)

Terbuat dari dioksida logam berfugsi melindungi lapisan epitaksial dari kontaminasi luar, dimana difusi harus terjadi.

4. Lapisan keempat (lapisan metalik)

Terbuat dari metalik atau aluminium yang ditambahkan untuk memberi sambungan antar komponen.

2.2 Rangkain Terpadu monolitas dasar

Rangkaian terpadu monolitas terbentuk diatas sepihan silicon tunggal . kata “monolitis” diperoleh dari bahasa Yunani, monos yang berarti “tunggal”, lithos yang berarti “batu”. Jadi rangkaian monolitas dibangun menjadi satu batu tunggal atau kristal tunggal. Dalam seksi ini akan dijelaskan secara kualitatif proses fabrikasi difusi – epitaksial yang lengkap untuk rangkaian terpadu.

Rangkaian monolitas dibentuk menurut tahap – tahap dibawah ini :

2.2.1 Pertumbuhan kristal dari landasan.

Kristal silikon yang amat kecil disangkutkan pada suatu tongkat dan dimasukkan kedalam tempat peleburan silikon yang kedalamnya telah ditambahkan pencampur akseptor. Pada saat tongkat dengan perlahan – lahan ditarik keluar dari cairan silikon yang dengan hati – hati dikendalikan kondisinya, suatau batang kristal jenis –p tunggal yang berdiameter sekitar 3 inchi ( 7,5 cm ) dan panjang 20 inchi (50 cm) ditumbuhkan batang tersebut kemudian diiris-iris menjadi lempengan bundar kira – kira setebal 6 mil untuk membentuk landasan, yang diatasnya semua komponen terpadu akan dibangun. Salah satu sisi dari lempengan tersebut dibersihkan pada poles untuk menghilangkan ketidaksempurnaan permukaan sebelum dilakukan proses selanjutnya.

2.2.2 Pertumbuhan epitaksial

Suatu lapisan epitaksial jenis -n, setebal 5 sampai 25 μm,di tumbuhkan ke dalam landasan jenis-p yang mempunyai tahanan sekitar 10Ω cm. Proses epitaksial menunjukkan bahwa tahanan lapisan epitaksial jenis n dapat dipilih tanpa tergantung pada landasannya. Harga-harga 0,1 sampai 0,5 Ω cm dipilih untuk lapisan jenis –n.

2.2.3 Difusi isolasi

Difusi isolasi bermanfaat untuk mengisolir listrik diantara kompenen-kompenen yang berbeda, misalnya daerah isolasi yang berlainan harus digunakan untuk kolektor dari masing-masing transistor yang terpisah. Landasan jenis p harus dijaga tetap pada potensial yang negative dibanding dengan pulau-pulau isolasi agar hubungan-hubungan p-n tersebut tetap dicatu balik.

2.2.4 Difusi basis

Dalam proses ini lapisan baru oksida terbentuk diseluruh lempengan dan proses fotoligrafi digunakan lagi untuk membentuk pola pembukaan. Pencampur jenis p (boron) didifusikan melalui pembukaan tersebut. Dengan cara ini daerah transistor maupun tahanan – tahanan terbentu, anoda dari dioda – dioda dan kapasitor hubungan.

2.2.5 Difusi emitter

Lapisan oksida tebentuk lagi diseluruh permukaan, dan proses penutupan dengan kedok (masking) dan etsa digunakan lagi intuk membentuk jendela-jendela dalam daerah jenis p. Melalui pembukaan tersebut didifusikan pencampur jenis n (fosfor) untuk membentuk emitter transistor, dan katoda dioda, dan kapasitor hubungan.

2.2.6 Metalisasi aluminium

Semua hubungan p-n dan tahanan terbentuk dalam tahap-tahap sebelumnya. Sekarang perlu menghubungkan berbagai komponen rangkaian terpadu seperti yang dikehendaki oleh rangkaian. Untuk membuat sambungan ini set ke 4 jendela-jendela di buka kedalam lapisan SiO₂ yang baru terbentuk dititik-titik dimana kontak harus dilakukan. Sehubungan antar komponen dibuat terlebih dahulu dengan menggunakan deposisi vakum dari lapisan rata alumunium ke seluruh lempengan. Teknik fotoresis sekarang digunakan untuk mengetsa daerah – daerah aluminium yang tidak diperlukan.

2.3 Pertumbuhan Epitaksial

Reaksi kimia dasar yang digunakan untuk menjelaskan penumbuhan epitaksial silikon murni adalah sebagai berikut :

SiCl₄ + 2H₂ Si + 4HCl

2.4 Penutupan dengan Kedok dan Etsa

Metode fotoetsa digunakan untuk pelepasan SiO₂ pada teknik monolitis. Selama proses fotolitografi, lempengan dilapisi dengan film rata emulsi peka cahaya. Tata letak hitam putih yang besar dengan pola pembukaan yang diinginkan dibuat kemudian diperkecil dengan fotografi. Negatifnya dengan ukuran yang diperlukan diletakkan sebagai kedok (mask) diatas fotoresis.

2.5 Difusi Pencampur (Impurities)

Proses yang paling penting dalam fabrikasi rangkaian terpadu adalah difusi pencampur kedalam serpih silicon. Waktu difusi yang wajar (2jam) memerlukan difusi yang tinggi (~ 1.000⁰c). Karena itu, ruang bakar difusi temperatur tinggi, yang mempunyai temperatur yang baik terkendali diseluruh panjang daerah panas ruang bakar, merupakan peralatan standar dalam suatu fasilitas untuk fabrikasi rangkaian terpadu.