Presentation is loading. Please wait.

Presentation is loading. Please wait.

Bab 2 : Pembuatan Wafer 2.1 Struktur bahan –Terdapat 3 struktur bahan yang berbeza Hablur tunggal Atom disusun di dalam ulangan corak yang sama Mempunyai.

Similar presentations


Presentation on theme: "Bab 2 : Pembuatan Wafer 2.1 Struktur bahan –Terdapat 3 struktur bahan yang berbeza Hablur tunggal Atom disusun di dalam ulangan corak yang sama Mempunyai."— Presentation transcript:

1 Bab 2 : Pembuatan Wafer 2.1 Struktur bahan –Terdapat 3 struktur bahan yang berbeza Hablur tunggal Atom disusun di dalam ulangan corak yang sama Mempunyai sifat 2 yg seragam berbanding dgn bhn polisilikon Struktur ini membenarkan aliran elektron yg seragam dan boleh diramalkan dlm semikonduktor.

2 Polihablur Struktur bahan yang mengandungi banyak bahagian 2 kecil hablur tunggal. Cth : Polisilikon Amorfus Atom adalah rawak, tidak mempunyai pengulangan sunsunan atom Cth : SiO 2 ( Kaca )

3 –Sel unit Ditakrifkan sebagai bahagian terkecil bagi sesuatu hablur yang akan membentuk keseluruhan struktur hablur berkenaan. Struktur hablur juga dikenali sebagai kekisi. Bahan berhablur mempunyai struktur hablur yang spesifik. –Atom Si mempunyai 16 atom tersusun dalam struktur intan –Hablur GaAs mempunyai 18 atom dalam sel unit yang dipanggil “ zinc blend”

4 2.2 Orientasi hablur –Wafer boleh dipotong dari hablur pada sudut yang berbeza, dengan setiap sudut mewakili suatu satah yang berlainan. –Setiap hiris melalui hablur akan juga melalui setiap sel unit, mendedahkan satah spesifik dalam setiap sel unit. –Setiap satah adalah unik, berbeza dalam bilangan atom dan tenaga ikatan antara atom. Ini menyebabkan sifat 2 kimia, elektrikal dan fizikal bagi setiap satah adalah berbeza.

5 –Terdapat 2 orientasi yang sering digunakan untuk wafer silikon. - digunakan untuk fabrikasi peranti dan litar MOS - digunakan untuk fabrikasi peranti dan litar dwikutub. –Satah hablur dapat ditentukan dengan menggunakan Indeks Miller. Indeks x - 1 persilangan pada paksi-x Indeks y - 1 persilangan pada paksi-y Indeks z - 1 persilangan pada paksi-z

6 X Z Y X Z Y Rajah 2.1 : Satah hablur

7 –Orentasi wafer boleh ditentukan dengan pemunaran. Pembelauan sinar-x atau pantulan cahaya. Rajah 2.2 : Penunjuk orientasi wafer. Broken Etched to reveal crystal defects 90 o 60 o

8 FABRIKASI WAFER SUMBER ASAS SILIKON GRED LOGAM SILIKON GRED SEMIKONDUKTOR PEMOTONGAN DAN PENGILAPAN WAFER SILIKON GRED ELEKTRONIK

9 2.3 Fabrikasi Si wafer –Peranti dan litar semikonduktor dibentuk di dalam dan di atas permukaan wafer dari bahan semikonduktor, biasanya silikon. –Wafer 2 tersebut mestilah mempunyai paras kontaminasi rendah di dop dengan paras kerintangan yang tertentu struktur hablur yang tertentu rata secara optikal memenuhi spesifikasi mekanik dan kebersihan.

10 Silikon gred logam –Pasir biasa SiO 2 boleh bertindak balas dengan karbon pada suhu tinggi untuk menghasilkan cecair Si dan karbon monoksida (CO). Tidak memerlukan karbon berketulenan tinggi Cth : Arang, kok dan kayu Suhu ~ C SiO 2 + 2C Si ( c ) + 2 CO ( g )

11 Rajah 2.3 : Relau arka elektrik Elektrod karbon SiO 2 + C CO Si

12 –Silikon bergred logam akan ditulenkan lagi dengan menukarkanya kepada SiHCl 3 ( gas-triklorosilana ) dalam “ fluidized bed rector ”. –Tindakbalas ini melibatkan serbuk Si dan HCl. –Selain menghasilkan SiHCl 3, halida Fe, Al & B juga dihasilkan di dalam rektor. –Untuk mengeluarkan halida Fe, Al & B, SiHCl 3 dididihkan pada suhu 31.8 o C BCl ( suhu didih = 13 o C ) PCl ( suhu didih = 74 o C ) Si(p) + 3HCl SiHCl 3 ( g ) + H O C Catalyst

13 Rajah : Skimatik proses untuk menghasilkan triklorosilana (TCS) ketulenan tinggi. Purifier TCS with % Silicon powder Reactor,300 o C Hydrochloride Condenser Si + HCl TCS

14 Silikon bergred elektronik –SiHCl 3 tulen ditukarkan kepada silikon bergred semikonduktor dengan menggunakan proses pemendapan wap kimia ( chemical vapor deposition- CVD ) –Si akan dimendapkan secara seragam di atas rod silikon yang nipis dan panas; dan juga berketulenan tinggi - dikenali sebagai rod teras nipis. –Bagi menghasilkan rod silikon berdiameter besar memerlukan masa yang lama ( beratus-ratus jam ). < 25 mm sehari SiHCl 3 ( g ) + H 2 ( g ) Si( p) + 3HCl ( g ) 1100 o C

15 Rajah 2.4 : Pemandapan Si gred elektronik Balang leloceng Rod teras nipis TCS cecair SiHCl 3 + H 2 Gas hampas Polisilikon Garfit H2H2 H 2 dan TCS

16 Silikon gred semikonduktor –Wafer semikonduktor dipotong daripada hablur besar bahan semikonduktor Hablur besar ini dikenali sebagai ingot Yg ditumbuhkan daripada ketulan 2 dan rod bahan intrinsik yang mempunyai struktur polihablur dan tidak di dop. –Proses penukaran ketulan polihablur ke hablur tunggal besar dengan orientasi yang betul dan mengandungi jumlah pendop yang betul dikenali sebagai pertumbuhan hablur.

17 Polisilikon Rod tanpa rekahanPecahan kecil Zon pengapungan - Si FZ Czochralski - Si CZ Bridgeman - GaAs Tanpa mangkuk pijar Dgn mangkuk pijar

18 Rajah 2.5 : Foto rod dan ketulan polisilikon.

19 Kaedah Czochralski –Kelemahan teknik ini ialah bendasing boleh diperkenalkan ke dalam hablur dari krusible. Silikon lebur bertindakbalas dengan silika membenarkan suatu kuantiti oksigen ( ~ 2 x cm -3 ) meresap ke dalam leburan. Boron bendasing umum dalam silika, juga meresap dalam leburan –Kehelan dapat dikawal dengan mengawal dinamik leburan aliran perolakan dalam leburan disebabkan oleh cerun terma. –Aliran perolakan menyebabkan perubahan suhu ketara di antaramuka cecair-pepejal - yang membawa kepada pembentukan cacat dalam hablur.

20 –Beberapa kaedah digunakan untuk mengawal suhu antaramuka putaran krusible merekabentuk semula geometri zon panas penggunaan medan magnet ~ 0.5 T –membentuk daya Lorentz ( qv x B ), dimana akan menukarkan pergerakan bendasing terion jauh dari antara muka cecair-pepejal. –Ini dapat mengurangkan kandungan bendasing dalam ingot.

21 Rajah 2.6 : Pertumbuhan hablur dari benih.

22 Foto pertumbuhan ingot kaedah CZ.

23 Rajah 2.5 : Pencirian aliran leburan. -Kepekatan O 2 tinggi dlm hablur -Pengurangan bahan pendop dibahagian tengah wafer -Kepekatan O 2 tinggi, taburan pendop yang lebih baik secara radikal - Bahan pendop tinggi di bahagian tengah wafer. - Kepekatan O 2 rendah dlm hablur w s large

24 Kaedah zon-pengapungan –Kesulitan menahan bahagian leburan dari jatuh ke bawah, kaedah ini telah dihadkan kepada hablur yang mempunyai diameter yang kecil ( < 76 mm ) –Oleh kerana mangkuk pijar tidak terlibat dlm kaedah ini, paras kontaminasi oksigen rendah. Kaedah ini berguna dlm penggunaan yang memerlukan kandungan O 2 yang rendah. –Teknik ini tidak boleh digunakan untuk penumbuhan Ge hablur tunggal yang berdiameter besar disebabkan oleh tegangan permukaannya ( surface tension ) yang rendah.

25 Rajah 2.7 : Sistem pertumbuhan zon-pengapungan

26 Perbezaan antara teknik CZ dan FZ

27 Teknik Bridgman –Dlm teknik ini, sebahagian kecil bahan polihablur dileburkan dan akan bergerak disepanjang krusible dalam kadar tertentu. –Kelemahan teknik ini ialah persentuhan antara kursible dengan leburan memberikan ganguan pada dinding kursible. Menghasilkan tegasan semasa pemejalan hablur dan menyebabkan sisihan pada struktur kekisi. –Masalah serius bagi Si yg ditumbuhkan menggunakan teknik ini. Si mempunyai takat lebur yang tinggi Dan juga mudah melekat pada dinding krusible.

28 Rajah 2.8 : Teknik Bridgman

29 Kaedah CZ pengkapsulan hablur cecair ( LEC ) –Kaedah ini digunakan untuk menumbuhkan GaAs & GaP ( berbetuk rod ). –Adalah pengubahsuaian daripada kaedah CZ standard. Perlu kerana sifat pengewapan arsenik dalam leburan –Pada suhu pertumbuhan, Ga & As akan bertindakbalas dan As akan merewap - hasilkan hablur yang tak seragam –Dua penyelesaian Tekanan dalam kebuk pertumbuhan diimbangi bagi menahan pengewapan As. Lapisan boron trioksida ( B 2 O 3 ) terapung diatas leburan untuk menahan As dari mengewap.

30 Rajah 2.11 : Sistem pertumbuhan hablur LEC.

31 2.4 Hablur dan kualiti wafer –Ketaksempuranaan hablur dikenali sebagai cacat hablur. Akan menyebabkan pertumbuhan lapisan SiO 2 yang tak rata Pemendapan filem epitaksi yang lemah. Lapisan pendop yang tak sekata dalam wafer. –Cacat hablur menyebabkan kebocoran arus yang tak dikehendaki dan boleh menahan peranti daripada beroperasi pada voltan yang diperlukan. –Terdapat 3 kategori cacat hablur Cacat titik Kehelan Cacat pertumbuhan

32 Cacat titik –Celahan-diri - apabila atom hos atau bendasing tersepit dalam struktur hablur. Meyebabkan ketegangan dalam kekisi –Kekosongan - atom hilang dari kekisi Fenomena semulajadi dalam hablur Memberi kesan kepada proses resapan, dimana kadar resapan dopant adalah fungsi bilangan kekosongan. –Gabungan celahan-diri dan kekosongan dikenali sebagai cacat Frenkel Jika ada suhu tinggi kedua 2 cacat ini akan bergerak dalam kekisi.

33 Rajah 2.9 : Cacat hablur.

34 Kehelan –Ialah sel unit yang disalahletakan diantara dua satah di dalam hablur tunggal. Contoh yang paling mudah ialah kehelan pinggir Dimana wujud kehelan ini pada salah satu hujung satah Kehadiran kehelan ini memberikan ketegangan kepada hablur. Kehelan ini boleh dijanakan ke bahagian dalam wafer apabila wafer diproses pada suhu tinggi. –Kehelan dapat ditonjolkan dengan kaedah pemunaran khas permukaan wafer. –Wafer biasanya mempunyai ketumpatan sebanyak 200 ke 1000 kehelan per cm 3.

35 Rajah 2.10 : Cacat kehelan.

36 Cacat pertumbuhan –Semasa pertumbuhan, pada keadaan tertentu boleh memberikan kecacatan pada hablur. –Iaitu gelinciran merujuk kepada gelinciran hablur pada satah hablur. –Masalah lain ialah twinning situasi dimana hablur tumbuh dalam dua arah berbeza pada antaramuka yg sama. Rajah 2.12 : Gelinciran hablur

37 Zon penapisan ( Refining zone ) –Penulenan bahan mula semikonduktor dapat dilakukan melalui pergerakan zon lebur ( spt. bridgeman & FZ ) ke atas ingot sebanyak beberapa kali laluan. –Pada antaramuka leburan dan pepejal, akan terdapat taburan bendasing di antara dua fasa ini. –k d atau koefisien taburan digunakan untuk menunjukan kuantiti ini. k d = C S C L C S = Kepekatan bahan larut dalam pepejal C L = kepekatan bahan larut dalam cecair.

38 –Koefisien taburan bukan sahaja digunakan untuk mengawal proses zon penapisan di dalam kaedah Bridgman dan FZ, ia juga penting bagi teknik pertumbuhan hablur yang lain, seperti dalam kaedah CZ. –Dalam kaedah CZ, koefisien taburan digunakan utk memasukkan atom pendop di dalam leburan. Maka nilai rintangan wafer yang tertentu dapat diperolehi. Dapat dilakukan dengan menimbang berat leburan, tentukan berat bendasing yang diperlukan dan tambah berat bendasing yang telah dikira ke dalam leburan. –Nilai 2 koefisien taburan bagi bendasing dalam Si Al As B O P Sb

39 Contoh : Satu rod ingot hablur Si telah ditumbuhkan menggunakan kaedah CZ, dan ingot ini perlu mempunyai kepekatan fosforus atom/cm 3. (a) Cari nilai kepekatan atom P yang perlu ada di dlm leburan utk memberikan nilai kepekatan ini di dlm hablur semasa peringkat permulaan pertumbuhan. k d = 0.35 bagi P dalam Si. (b)Jika beban awal Si dalam mangkuk pijar ilah 5 kg, berapa gram P perlu ditambah bagi mendapatkan nilai kepekatan P atom/cm 3. (Berat atom P ialah 31, ketumpatan Si ialah 2.33 g/cm 3 )

40 Anggapakan keseluruhan proses pertumbuhan pada keadaan keseimbangan. C S = k d C L C L = = 2.86 x atom/cm Ketumpatan leburan Si ialah 2.33 g/cm 3 Maka, isipadu leburan = 5 x 10 3 = 2146 (cm) Jumlah bilangan P dalam leburan = 2.86 x ( cm -3 ) x 2146 ( cm ) = 6.14 x atom

41 31 g P mengandungi x atom Maka, jumlah P yang perlu ditambah ke dalam leburan = 31 x 6.14 x = 3.16 x g P 6.02 x –Jika dilihat kepekatan Si lebih banyak didalam leburan, maka Si akan digunakan lebih kerap semasa pertumbuhan. –Leburan akan menjadi lebih kaya dengan P semasa proses berterusan, dan hablur akan lebih didopkan dengan P pada peringkat akhir pertumbuhan.

42 2.5 Pemotongan & pengilapan wafer. –Memangkas hujung Memangkas hujung hablur yang runcing ( tirus ) dengan gergaji. –Mengisar datar Mengisar hablur ke diameter tertentu. Pengisaran diameter ialah operasi mekanikal yang dijalankan dalam pengisaran tanpa pusat.

43 Rajah 2.13 : Proses pengisaran

44 –Pemeriksaan orientasi hablur, kekonduksian dan kerintangan. Orientasi wafer –Kebanyakan wafer ditumbuhkan sedikit terpesong daripada satah major bagi untuk beberapa sebab - seperti penanaman ion. Jenis wafer –Guna penduga panas ( hot-point probe ). Kerintangan wafer –Guna penduga empat titik ( four point probe ) –Diperiksa disepanjang paksi, disebabkan perubahan pendop semasa pertumbuhan.

45 –Pengisaran datar Untuk menunjukkan jenis kekonduksian dan satah hablur. Datar berfungsi sebagai rujukan penglihatan kepada orientasi wafer, yg digunakan untuk meletakan topeng corak pertama ke atas wafer, supaya orientasi cip sentiasa pada satah hablur major.

46 Rajah 2.14 : Pengisaran datar ingot.

47 Rajah 2.15 : Kedudukan datar wafer.

48 –Pemotongan wafer Ingot dipotong kepada wafer 2 individu. Dipotong dengan menggunakan gergaji intan Gergaji berbentuk sekeping logam nipis, bulat dengan satu lubang dipotong ditengah-tengahnya. Bahagian dalam lubang merupakan pinggir memotong dan disaluti dengan intan. Gergaji ini adalah tegar ( rigid ) tetapi nipis - utk mengurangkan saiz lebar potongan bagi menelakan pembasiran hablur semasa pemotongan Bagi wafer 300mm - gergaji dawai digunakan bagi memastikan permukaan rata dan mengelakan permukaan tirus (tapering)

49 Rajah 2.16 : Pemotong gergaji intan.

50 Rajah 2.17 : Pemotong dawai.

51 –Penandaan wafer Bagi wafer berdiameter 200mm, datar akan di gantikan dengan notch. Ini bagi memberikan luas permukaan bagi fabrikasi peranti. Bagi membezakan orientasi wafer dan jenis kekonduksian, pengeluar wafer menggunakan laser untuk menulis kod wafer. Cth : DZ211147KOE SEG5

52 Rajah 2.17 : Notch ID

53 –Pengisaran pinggir Ialah proses mekanikal yang memberikan pinggir wafer berbentuk bulat. Ini bagi mengurangkan sumbing pinggir dan kerosakan semasa fabrikasi yang mana akan menyebabkan wafer pecah atau menerbitkan neukleus untuk garisan kehelan. Rajah 2.1 : Pengisaran pinggir wafer.

54 –Pengilapan kasar Pengisaran bahan las ( abrasive ) untuk menghilangkan kerosakan semasa proses pemotongan wafer. Adalah proses mekanikal konventional. Ketaksekataan ialah keperluan proses penayangan imej corak ke atas permukaan wafer. Jika tak datar imej yang ditayangkan akan menjadi herot.

55 –Pengilapan mekanikal-kimia ( Chemical-mechanical polishing - CMP ) Langkah terakhir dalam proses pengilapan. Melibatkan gabungan pemunaran kinia dan gilap mekanikal. Menggunakan buburan ( slurry ) silika yang diampaikan didalam pemunar KOH ( potassium hydroxide ) Titik 2 tinggi diatas wafer dikeluarkan sehingga permukaan yang sangat datar diperolehi Jika permukaan dipanjangkan ke kaki, ia akan berubah hanya ~  2 inci di keseluruhan panjang. Kaedah ini juga digunkan bagi menyatahkan wafer (planarize ) wafer dalam proses fabrikasi peranti.

56 Rajah 2.18 : Proses CMP.

57 Rajah 2.1 : Ketebalan wafer.

58 –Pemprosesan sebelah belakang Dlm kebanyakan kes, hanya sebelah hadapan wafer yang mengalami proses CMP. Bahagian belakang wafer mungkin ditinggalkan kasar atau dipunar kepada permukaan yang terang. Untuk sesetengah peranti, bahagian belakang menerima proses khas untuk mencetuskan kerosakan hablur - yg dikenali sebagai kerosakan bahagian belakang ( backside damage ). Kerosakan bahagian belakang memyebabkan pertumbuhan kehelan yang menjalar ke dalam wafer. Kehelan ini akan berlagak sebagai perangkap cemaran ionik bergerak yang diperkenalkan ke dalam wafer semasa proses fabrikasi. Fenomena perangkap ini dipanggil gettering.

59 –Penilaian wafer Sebelum dibungkus, wafer ( atau sample ) akan diperiksa untuk beberapa parameter seperti yang telah dispesifikasikan oleh pelanggan. Menjadi tumpuan utama ialah masalah partikel, cemaran dan kabut. Masalah ini dikesan dengan menggunakan cahaya berkeamatan tinggi atau mesin pemeriksa automatik.

60 Rajah 2.1 : Spesifikasi wafer 200 mm yang tipikal.

61 –Pengoksidaan Wafer ditumbuhkan dengan lapisan SiO 2 bagi melindungi wafer daripada cakaran dan cemaran semasa penghantaran. –Pembungkusan Bahan pembungkusan adalah tak-statik, tak- menjanakan zarah, danperalatan dan operator dibumikan untuk mengalirkan cas statik yang menarik partikel kecil ke atas wafer. Dilakukan dalam bilik bersih.


Download ppt "Bab 2 : Pembuatan Wafer 2.1 Struktur bahan –Terdapat 3 struktur bahan yang berbeza Hablur tunggal Atom disusun di dalam ulangan corak yang sama Mempunyai."

Similar presentations


Ads by Google