modul mikroelektronika
TRANSCRIPT
MIKROELEKTRONIKA
Disempurnakan olehBambang Apriyanto
PERTEMUAN 1 & 2
Atom & Struktur Molekul
Struktur Suatu Atom
Teori Atom Carl H. Snyder Ambil segenggam paper clip dengan ukuran & warna yang sama :
1. Bagi kedalam tumpukan yang sama. 2. Bagi kembali tumpukan yang lebih kecil kedalam 2 tumpukan yang sama. 3. Ulangi langkah 1 & 2 sampai ke suatu tumpukan yang hanya terdiri dari sebuah paper clip. Paper clip tersebut masih memiliki fungsi sebagai penjepit kertas yaitu menjepit kertas agar tidak berantakan. 4. Sekarang ambil gunting potong sebuh paper clip tersebut menjadi dua bagian. Pertanyaan : Dapatkah setengah paper clip tersebut memiliki fungsi yang sama dengan sebuah paper clip?
Jika kita lakukan hal yang sama dengan elemen apa saja, maka kita akan mencapai suatu kondisi dimana bagian suatu benda tidak dapat dibagi lagi tetapi masih memiliki sifat yang sama seperti sebuah paper clip tadi. Bagian yang tidak dapat dibagi lagi inilah yang disebut Atom.
Teori Atom John DaltonSetiap Elemen terbentuk dari Atom-atom – Tumpukan paper clip. Semua atom-atom dari suatu elemen memilki sifat yang sama – Semua paper clip dalam tumpukan memiliki ukuran dan warna yang sama. Atoms dari elemen yang berbeda adalah berbeda(ukuran dan ciri-ciri) – seperti perbedaan ukuran dan warna paper clip. Atoms dari elemen yang berbeda dapat dikombinasikan untuk membentuk campuran – Kita dapat menghubungkan ukuran dan warna yang berbada dari paper clip untuk membentuk struktur baru. Dalam reaksi kimia, atom tidak dapat dibuat, di musnahkan, atau dirubah – tidak ada paper clip baru yang muncul, tidak ada paper clip yang hilang dan tidak ada paper clip yang berubah dari satu ukuran/warna ke ukuran/warna lainnya. Dalam berbagai campuran, nomor dan jenis dari atom tetap sama – Jumlah total dan type paper clip pada saat mulai dan akhir adalah sama.
PITA ENERGIHukum dasar yang menjelaskan hubungan antara elektron dengan
kulit orbit : elektron bergerak dalam kulit orbit. Elektron tidak dapat
mengelilingi inti atom dalam ruangan yang ada antara dua buah kulit orbit.
setiap kulit orbit berhubungan dengan sebuah range energi khusus,elektron-elektron yang bergerak dalam suatu kulit orbit akan memilki sejumlah energi yang sama.Catatan : level energi dalam kulit akan meningkat ketika makin jauh dari inti atom. Hal ini dapat disimpulkan maka elektron valensi selalu memilki level energi yang tertinggi dalam setiap atom.
elektron untuk berpindah dari suatu kulit ke kulit yang lain menyerap energi untuk menyesuaikan level energi antara level energi kulit awal dengan level energi kulit yang dituju.
Jika suatu atom menyerap cukup energi untuk berpindah dari suatu kulit yang satu kekulit yang lain, sebenarnya elektron ini kembali melepaskan energi yang diserapnya dan mengembalikannya ke kulit energi yang rendah
Celah & level energi SilikonPita Konduksi
Celah Energi
Pita Valensi
e1
e2
e3=0.7eV
e4=1.8eV
Pita energi untuk Konduktor, semi konduktor, dan Isolator
PERTEMUAN 3 & 4
Gejala Transport dalam Semikonduktor
Bahan Semikonduktor Silikon elemen yang mudah didapat – contohnya adalah bahan utama pasir dan kuarsa. Letak unsur Silikon dalam Tabel Periodik adalah berada disebelah aluminum, dibawah Karbon dan diatas germanium. Karbon, silikon and germanium juga memilki ciri khusus dalam struktur elektronnya – setiap unsur memilki 4 elektron terluar dalam orbitnya. Ini menyebabkan unsur-unsur tersebut dalam membentuk kristal yang baik. Keempat elektron tersebut membentuk ikatan Kovalen yang sempurna dengan atom-atom tetangga. Bentuk Kristal dari Karbon adalah BERLIAN. IBentuk Kristal silikon berwarna perak dan kemilau seperti logam. Logam merupakan konduktor listrik yang baik karena logam memiliki elektron-elektron bebas yang dapat bergerak mudah antar atom. Dampak Ikatan kovalen pada bahan semikonduktor menyebabkan Semikonduktor lebih menyerupai ISOLATOR.
Tabel Periodik Semikonduktor
Ikatan Kovalen Pada Silikon
In a silicon lattice, all silicon atoms bond perfectly to four neighbors, leaving no free electrons to conduct electric current. This makes a silicon crystal an insulator rather than a conductor.
DOPING pada Semikonduktor
There are two types of impurities: N-type - In N-type doping, phosphorus or arsenic is added to
the silicon in small quantities. Phosphorus and arsenic each have five outer electrons, so they're out of place when they get into the silicon lattice. The fifth electron has nothing to bond to, so it's free to move around. It takes only a very small quantity of the impurity to create enough free electrons to allow an electric current to flow through the silicon. N-type silicon is a good conductor. Electrons have a negative charge, hence the name N-type.
P-type - In P-type doping, boron or gallium is the dopant. Boron and gallium each have only three outer electrons. When mixed into the silicon lattice, they form "holes" in the lattice where a silicon electron has nothing to bond to. The absence of an electron creates the effect of a positive charge, hence the name P-type. Holes can conduct current. A hole happily accepts an electron from a neighbor, moving the hole over a space. P-type silicon is a good conductor.
PERTEMUAN 5 & 6
Diode Semikonduktor
Pengenalan Diode
Diode merupakan peranti semikonduktor yang dasar.Diode memiliki banyak tipe dan tiap tipe memiliki fungsi dan karakteristik masing-masing.
Kata Diode berasal dari Di (Dua) & Ode (Elektrode), jadi Diode adalah komponen yang memiliki dua terminal atau dua electrode yang berfungsi sebagai penghantar arus listrik dalam satu arah. Dengan kata lain diode bekerja sebagai Konduktor bila beda potensial listrik yang diberikan dalam arah tertentu (Bias Forward) tetapi diode akan bertindak sebagai Isolator bila beda potensial listrik diberikan dalam arah yang berlawanan (Bias Reverse) Tipe dasar dari diode adalah diode sambungan PN.
CONT.
Pada awalnya diode-diode berupa peranti-peranti tabung hampa dengan filamen panas (disebut Katode) yang memancarkan elektron-elektron bebas, dan suatu pelat positif (disebut Anode) yang mengumpulkan elektron-elektron tersebut.
Diode Modern adalah peranti semikonduktor dengan bahan tipe n yang menyediakan elektron-elektron bebas dan bahan tipe p yang mengumpulkannya.
Simbol Diode
Awal Diode
Kurva Karakteristik Diode
LAPISAN PENGOSONGAN
Bias Forward pada Diode
Bias Reverse pada Diode
Light Emiting Diode (LED)
Keuntungan Penggunaan Led
Konsumsi Daya Yang rendah
Reabilitas & Durabilitas Yang tinggi
Efisiensi Energi
Panas Yang ditimbulkan kecil
Kerugian : Biaya Pembuatan Led yang relatif mahal.
PN JUNCTION
Berhubungan dengan karakteristik dan sistematis simbol diode maka dapat diambil kesimpulan bahwa dioda akan berfungsi sebagai konduktor apabila dua syarat ini terpenuhi :1. Katode mendapat tegangan yang lebih negatif dari anode.2. Beda potensial antara anoda dan katoda melebihi potensial barier kira-kira 0.3 V untuk diode germanium dan 0.7 V untuk dioda silikon.
MODEL DIODE
Ada tiga model diode. Model adalah representasi dari suatu komponen atau rangkaian yang memiliki satu atau lebih Sifat atau karakteristik.
1. Model Diode Ideal
2. Model Diode Praktek
3. Model Diode Lengkap
MODEL DIODE IDEAL
Model diode ideal menggambarkan diode sebagai saklar sederhana yang dapat tertutup ( Conducting ) ketika dibias forward maupun tertutup ( nonconducting ) ketika dibias reverse. Model ini hanya digunakan untuk menentukan tahap awal troubleshooting (proses mencari kesalahan dalam perangkat elektronik).
Kondisi Karakteristik
OPEN *Infinite Resistansi Shg Arus nol
*Tegangan penuh pada kaki dioda
CLOSED *Resistansi nol Shg Arus Max
*Tegangan nol pada kaki dioda
CONT.
Berdasarkan karakteristik sebuah saklar, maka dapat diperoleh pernyataan2x untuk diode ideal :
1. Ketika dibias reverse ( Open Switch ) Diode memilki resistansi tak terbatas ( maksimum )
Diode tidak dialiri arus
Sumber Tegangan akan jatuh semua pada terminal diode
2.Ketika dibias forward ( Closed Switch ) Diode memilki resistansi nol ( minimum )
Diode dialiri arus
Tidak ada Sumber Tegangan jatuh pada terminal diode
MODEL DIODE PRAKTEK
Dalam model diode ideal banyak karakteristrik-karakteristik diode yang diabaikan. Contohnya : Tegangan maju. Tegangan maju biasanya diperhatikan dalam analisis matematika dari rangkaian diode. Pada aplikasi rangkaian yang digunakan diasumsikan dioda yang dipergunakan dioda silikon kalau ingin mengganti dengan dioda germaniun maka tegangan maju tinggal diubah dari 0.7V menjadi 0.3V
MODEL DIODE LENGKAP
Model dioda lengkap merupakan model yang paling akurat menggambarkan karakteristik-karakteristik operasional diode. 2 faktor yang menyebabkan model ini menjadi semakin akurat adalah Resistansi Bulk.
Kurva Karakteristik Untuk masing-masing Model Diode
IF
VF
IR
VR
IF
VF
IR
VRVK=0.7V
IF
VF
IR
VRVK=0.7V
RB= ΔV / ΔI
Model DiodeIDEAL
Model DiodePRAKTEK
Model DiodeLENGKAP
PERTEMUAN 7 & 8
Transistor
Transistor VS Diode
A transistor is created by using three layers rather than the two layers used in a diode. You can create either an NPN or a PNP sandwich. A transistor can act as a switch or an amplifier.
A transistor looks like two diodes back-to-back. You'd imagine that no current could flow through a transistor because back-to-back diodes would block current both ways. And this is true. However, when you apply a small current to the center layer of the sandwich, a much larger current can flow through the sandwich as a whole. This gives a transistor its switching behavior. A small current can turn a larger current on and off.
PERTEMUAN 9 & 10
Teknologi Pembuatan Semikonduktor
PERTEMUAN 11
Rangkaian Terpadu ( IC )
IC ( Integrated Circuit )
A silicon chip is a piece of silicon that can hold thousands of transistors. With transistors acting as switches, you can create Boolean gates, and with Boolean gates you can create microprocessor chips.
The natural progression from silicon to doped silicon to transistors to chips is what has made microprocessors and other electronic devices so inexpensive and ubiquitous in today's society. The fundamental principles are surprisingly simple. The miracle is the constant refinement of those principles to the point where, today, tens of millions of transistors can be inexpensively formed onto a single chip.
SEJARAH PERKEMBANGAN PIRANTI ELEKTRONIKA
Era perkembangan piranti elektronika :
1. Era tabung hampa (vacuum tube) awal
abad 20
2. Era transistor mulai tahun 1948
3. Era rangkaian terintegrasi (IC) mulai
tahun 1960
Era IC
1958 Kilby konsep monolitik ide menggunakan Germanium atau Silikon untuk seluruh rangkaian
1959 Kilby membuat oscillator dan multivibrator dari Germanium dengan konsep monolitik awal kelahiran IC
1959 Noyce dan Moore mengembangkan konsep monolitik dengan metode lithography
1959 Hoerni dan Fairchild konsep monolitik dengan metode planar atau difusi
1961 produksi masal IC 1964 High component density IC (chip) silikon
wafer berukuran 3 x 5 x 0.3 mm
Perkembangan teknologi IC
Teknologi Nama Jumlah
Komponen
Tahun
SSI Small Scale Integrated <100 Awal 1960
MSI Medium Scale Integrated
100-1000 Awal 1960
LSI Large Scale Integrated 1000-10000 Awal 1970
VLSI Very Large Scale Integrated
10000-10000 Akhir 1970
ULSI Ultra Large Scale Integrated
100000> Awal 1980
Teknologi Rangkaian Logika Digital
Teknologi Komponen Diskrit (tahun 50-an –awal 60-an)
bipolar
TRL DTL
Teknologi IC (tahun awal 60-an - sekarang)
bipolar MOS
RTL TTL I2L ECL PMOS NMOS CMOS
biCMOS
Teknologi Rangkaian Logika Digital (cont’d)
Teknologi Bipolar
TRL (Transistor Resistor Logic)
Jumlah resistor dimaksimalkan (resistor devais termurah)
DTL (Dioda Transistor Logic)
Kinerja ditingkatkan dgn mengganti kebanyakan resistor dgn dioda semikonduktor
RTL (Resistor Transistor Logic)
Teknologi mikroelektornika pertama
Menggunakan banyak transistor dan hanya sedikit resistor
TTL (Transistor Transistor Logic)
transistors berjumlah banyak dan terkait langsung satu sama lain; Sampai
sekarang tetap menjadi teknologi bipolar paling populer
I2L (Integrated-injection logic)
technology mereduksi kerapatan packing dari devais bipolar devices ke suatu ukuran mendekati ukurana devais MOS melalui “compressing” suatu rangkaian
logika yang terdiri dari dua transistor menjadi suatu satuan tunggal (a single unit).
Teknologi Rangkaian Logika Digital (cont’d)
ECL (emmitter-coupled logic)
Devais dikembangkan u/ aplikasi-2 yg membutuhkan kecepatan yang sangat tinggi (extremely high speed).
Mengkonsumi lebih banyak energi/power,
digunakan secara ekslusif pada komputer-2 Cray
Teknologi MOS (Metal Oxide Semiconductor) Menawarkan reduksi dalam hal persyaratan ruang yang besar dan konsumsi
daya/energi yang tinggi dari devais-2 bipolar.
Rangkaian elektronik MOS pertama devais MOS p-channel (PMOS) karena
paling mudah dibuat.
Tek. MOS lebih maju, devais MOS n-channel (NMOS) menggantikan devais PMOS karena teknologinya menawarkan kinerja kec. yg lebih tinggi u/ kerapatan, kompleksitas dan biaya yg sama.
Kebutuhan akan konsumsi daya yg lebih rendah pengembangan devais-2
complementary MOS (CMOS) devices yg lebih besar tapi konsumsi dayanya lebih efisien
Teknologi Rangkaian Logika Digital (cont’d)
Meskipun keuntungan kerapatan dan efisiensi daya dari teknologi MOS,namun teknologi high-speed bipolar masih tetap dikembangakn teknologibiCMOS : kombinasi keuntungan kecepatan dari tek. Bipolar modern dgnkeuntungan ruang dan daya dari tek. MOS. (Oldham, 1991).
Rangkaian Terintegrasi (IC) Monolitik
Definisi Rangkaian Terintegrasi (IC):
Realisasi secara fisik dari elemen-elemen rangkaian yang secara terpisah tetapi merupakan kesatuan yang berada di atas atau di dalam sebuah badan yang kontinyu ( a continuous body) untuk membentuk satu rangkaian
Misalkan, dalam sebuah potongan kristal tunggal Si, diatasnya terbentuk rangkaian yang memiliki fungsi tertentu dengan,
transistor, dioda, kapasitor, dll, disebut rangkaian terintegrasi (IC)
Karakteristik IC:1. Ukuran kecil
2. Harganya murah
3. Keandalan tinggi
4. Tepat untuk mempertinggi kinerja (performance)
Rangkaian Terintegrasi (IC) Monolitik (cont’d)Perbedaan IC menurut:
1. Struktur
2. Fungsi
3. Tingkat integrasi
Pembagian menurut struktur: Semikonduktor IC Bipolar, MOS
IC lapisan (monolitik)
IC hybrid lapisan tipis dan lapisan tebal
Pembagian menurut Fungsi: IC Digital DTL (dioda-transistor logic), TTL (transistor-transistor logic), CML
(cuurent mode logic), dll
IC Linier (analog) Penguat bidang lebar, Penguat operasional (Op-Amp),dll.
Pembagian menurut tingkat integrasi: IC SSI (Small Scale Integration) mengandung < 24 gate
IC MSI (medium Scale Integration) mengandung 24 –100 gate
IC LSI (large Scale Integration) mengandung > 100 gate
IC VLSI (Very Large Scale Integration)
IC ULSI (Ultra Large Scale Integration) dst
Rangkaian Terintegrasi (IC) Monolitik (cont’d)
Definisi Monolitik:
Mono: tunggal; lithos: batu batu tunggal
Pada IC monolitik sejumlah komponen aktif (mis transistor)
dan komponen pasif (mis. resistor, kapasitor, dll) berada dalam sekerat Silicon (Si) atau biasa disebut CHIP, DIE, atau PELLET
Dalam fabrikasi:
Basis-basis dan emitor-emitor dari transistor-2 dan komponen-2 lain dibentuk bersamaan
• Dalam hal transistor planartunggal : sejumlah transistor mem- punyai “common collector” (kolletor yg bersama-sama) dibentuk pada keping (wafer), kemudian dipotong-potong menjadi satu persatu
• Dalam hal IC monolitik: isolasi dan interkoneksi setelah dibentuk kemudian dipotong-potong dari wafer itu
Rangkaian Terintegrasi (IC) Monolitik (cont’d)
Catatan:
IC Hybrid: komponen-2 (spt transistor) dibuat diatas substrat keramik yg terhubung satu sama lain membentuk rangkaian dgn jalur kawat logam dsb.
IC monolitik
sangat baik u/ rangkain yg memiliki fungsi yg sama
Interkoneksi dilakukan hanya dgn 1 atau proses harganya lebih
murah dan reabilitasnya lebih tinggi, ketimbang IC-hybrid
PERTEMUAN 12
Teknik - Teknik Fabrikasi
Teknik Fabrikasi
Tiga metode fundamental U/ membentuk IC-monolitik (misL Transistor)
Metode-2 digunakan u/ membentuk sebuah struktur empat lapisan dan mengisolasi transistor satu sama lain
Perbedaan pembentuk daerah isolasi karena distribusi ketidakmurnian akibatnya perbedaan karakteristik transistor-2
1. Metode Difusi Epitaksi: Lapisan epitaksi tipe-n diatas substrat Si tipe-p
Didifusikan ketidak-murnian tipe-p secara selektif diatasnya hingga menembus mencapai substrat maka terbentuk daerah tiep-n terisolasi menjadi daerah kolektor transistor
2. Metode kolektor yg didifusikan: Sebuah daerah isolasi tipe-n (yg menjadi kolektor transistor)
didifusikan secara selektif ke dalam subtrat tipe-p
3. Metode difusi tripel: U/ membentuk daerah isolasi tipe-p diatas substrat tipe-n (sebuah
daerah isolasi yang menjadi kolektor transistor), ketidak murnian tipe-p didifusikan dua arah dari permukaan secara selektif, dan dari sisi lain, dgn intensif sehingga kedua daerah yg didifusi slaing bertemu
Teknik Fabrikasi (cont’d)Catatan: Metode difusi eptikasi banyak digunakan, karena banyak
keuntungannya: Tebal keping wafer tidak dibatasi Pembentukan laipsan epitaksi tidak tergantung pada subtrat-p Jumlah bahan yg di-dop-kan bebas Akibatnya: kapasitansi antara kolektor dan subtrat dapat tidak bergantung
pada konsentrasi daerah kolektor
Metode kolektor didifusi Konsentrasi ketidak murnian daerah kollektor menurun dibagian yg jauh
dari persambungan basis-kollektor menyebabkan kerusakan yaitu ada daerah deplesi yg meluas ke daerah basis
Selain itu, karena kosnetrasi ketidak munian pada daerah persmabungan basis-kollektor adalah tinggi maka tegangan breakdown rendah
Dalam hal ini, kapasitansi antara basis dan kolektor dintentukan oleh daerah kolektor dimana konsentrasi donornya tinggi
Metode difusi tripel Karena daerah kolektor didop secara uniform, tidak masalha dgn
kapasitansi Tapi difusi termal subtrat memakan waktu yg lama difusi jangakaunnya
terbatas Akbitanya: Wafer tidak dapat dipertembal tanpa batas
Diagram alir pembentukan IC transistor Rio)
Epiktasi Si Pembersihan lapisanepitaksi
Difusi dari lapisanterpedam
Oksidasi danEtsa foto
Difusi isolasi
Oksidasi danEtsa foto
Difusi basisOksidasi dan
Etsa foto
Difusi emiterOksidasi dan
Etsa fotoPembentukan
Lapisan u/ interkoneksi Al
Difusi emas
Etsa foto
skrab Bonding butiran
Bonding terminal
penutupan IC Komplit
Masa Depan Desain Devais Elektronik
Teknologi Informasi masuk kehidupan sehari-hari masyarakat (dr Ponsel digital, ATM, sampai PC) Dua alasan sederhana:
1. Cost IT yg canggih bertambah murah dan turunnya cukup cepat
2. Kapabilitasnya meningkat cepat “equally”
TI membekali kita dengan penguasaan inovasi teknologikal, memungkinkan kita menghadapi tantangan-2 baru (misal
Panas global atau deplesi ozon) Memungkinkan kita mengatasi masalah-2 kompleks
tentang alam kita yang senantiasa meningkat (misal bagaimana dan kapan alam itu terjadi)
Mengapa TI maju dengan cepat ?
Beberapa dekade yang lalu: Stratetgi yang berhasil peminiaturan ribuan atau jutaan devais elektronik memberikan “intelegensia” pada teknologi
Masa Depan Desain Devais Elektronik (cont’d)
DOWN-SCALING dari elektronik Menghasilkan lebih cepat devais-2
Memungkinkan banyak devais terintegrasi dalam setiap Chip SK (meningkatkan fungsionalitas duakali lipat)
Sayang, semakin kecil devais, down-scaling berikutnya menjadi lebih sulit tentunya menjadi tantangan
U/ menyelaraskan kemajuan TI, para teknolog berpaling ke Simulasi Berbasis komputer (computer-based simulation) dari fabrikasi dan operasi devais elektronik dan IC (Secara kolektif disebut TCAD (Technology computer aided design) ) untuk menentukan bagaimana kelanjutan Down-Scaling
Sejarah TCAD .. – 1980:
simulasi numerik bukan sesuatu bagian yang fundamental dalam pengembangan devais elektronik (meskipun telah digunakan dalam penelitian devais)
Melainkan, u/ mendesain devais generasi berikut, tahap-2 fabrikasi dan struktur devais generasi saat itu dimodifikasi berdasarkan suatu “set dari hukum skala yang sederhana” ( simple scaling laws)
Pengenalan Fabrikasi IC
Tujuan
• Menentukan dan menjelaskan pentingnya yield
• Menggambarkan struktur dasar sebuah cleanroom.
• Menjelaskan pentingnya protokol cleanroom
• Membuat list 4 dasar operasi pemrosesan IC
• Menamakan sekurang2nya 6 proses utama di
fabrikasi IC
• Menjelaskan tujuan packaging pada chip
• Menggambarkan standar wire bonding dan proses
bonding and flip-chip bump
Aliran Proses pada Wafer
Materials
Design
Masks
IC Fab
Test
Packaging
Final Test
Thermal
Processes
Photo-
lithography
Etch
PR stripImplant
PR strip
Metallization CMPDielectric
deposition
Wafers
Biaya Fabrikasi
• Biaya fabrikasi sangat tinggi, > $1B for 8”
fab
• Clean room
• Equipment, biasanya > $1M per tool
• Materials, high purity, ultra high purity
• Facilities
• People, training dan pay
Wafer Yield
total
good
WWafers
WafersY
Die Yield
total
good
DDies
DiesY
Packaging Yield
total
good
CChips
ChipsY
Yield Keseluruhan
YT = YWYDYC
Yield keseluruhan menentukan apakah
fabrikasi dapat menguntungkan atau
merugikan
Bagaimana Kerugian dalam
Fabrikasi Terjadi?• Biaya:
– Wafer (8”): ~$150/wafer*
– Proses: ~$1200 ($2/wafer/step, 600 langkah)
– Packing: ~$5/chip
• Penjualan:
– ~200 chips/wafer
– ~$50/chip (low-end microprocessor in 2000)
*Biaya wafer, chips per wafer dan harga variasi chip dan angka disini dipilih secara
random berdasarkan informasi umum.
Bagaimana Kerugian dalam
Fabrikasi Terjadi?• 100% yield: 150+1200+1000 = $2350/wafer
• 50% yield: 150+1200+500 = $1850/wafer
• 0% yield: 150+1200 = $1350/wafer
• 100% yield: 20050 = $10,000/wafer
• 50% yield: 10050 = $5,000/wafer
• 0% yield: 050 = $0.00/wafer
• 100% yield: 10000 - 2350 = $7650/wafer
• 50% yield : 5000 - 1850 = $3150/wafer
• 0% yield : 0 - 1350 = - $1350/wafer
Cost:
Sale:
Profit
Margin:
Pertanyaan
• Jika Yield setiap langkah proses adalah
99%, Berapakah yield proses keseluruhan
setelah 600 langkah proses?
Jawaban
• Sama dengan 99% x 600 times
• 0.99600 = 0.0024 = 0.24%
• Hampir tidak ada Yield
Hasil Fabrikasi (throughput)
• Jumlah wafer yang dapat diproses
– Fab: wafers/month (idealnya 10,000)
– Tool: wafers/hour (idealnya 60)
• Jika yieldnya Tinggi maka hasil
fabrikasinya juga tinggi
Kerusakan dan Yield
nDAY
)1(
1
Yield dan Ukuran Die
Y = 28/32 = 87.5% Y = 2/6 = 33.3%
Killer Defects
Ilustrasi produk wafer
Test die
Die
Scribe Lines
Dies
Test
Structures
Ilustrasi produk wafer
Ruangan Ganti
Gown Racks
Benches
Shelf of Gloves, Hair
dan Shoe Covers Disposal Bins
Wash/Clean
Stations
Storage
Shelf of
Gloves
Shelf of
Gloves
Entrance
Ke
Cleanroom
Modul proses fabrikasi IC
Photolithography
Thin film growth,
dep. and/or CMP
Etching
PR Stripping PR Stripping
Ion Implantation
RTA or Diffusion
Layout Ruangan Fabrikasi ICProcess Bays
Gowning Area
Corridor
Equipment Areas
Sliding Doors
Service Area
Mini-environment pada ruang
Fabrikasi
Ruang gantiEmergency Exits
Service Area
Process dan
metrology
tools
Proses-Proses yang
menggunakan Cairan
PengeringanEtching, PR strip, atau
pembersihan
Pembilasan
Tungku Pemanas (furnace)
Horisontal
Center Zone
Flat Zone
Distance
Temperature
Heating Coils
Quartz
TubeGas flow
Wafers
Tungku Pemanas (Furnace)
VertikalProcess
Chamber
Wafers
Tower
Heaters
Skema Sistem Integrasi Track
Stepper
Hot Plates
Prep
Chamber
Chill Plates
Chill PlatesSpin Coater
Developer
Stepper
Wafer
Movement
Wafer
Cluster Tool dengan Etch dan
Strip Chambers
Transfer
Chamber
PR Strip
Chamber
Loading Station
Etch
Chamber
PR Strip
Chamber
Etch
Chamber
Unloading Station
Robot
Cluster Tool dengan Dielectric
CVD dan Etchback Chambers
Transfer
Chamber
Loading Station
PECVD
Chamber
O3-TOES
Chamber
Unloading Station
Robot
Ar Sputtering
Chamber
Cluster Tool dengan PVD Chambers
Transfer
Chamber
Loading Station
Ti/TiN
Chamber
AlCu
Chamber
Unloading Station
Robot
AlCu
Chamber
Ti/TiN
Chamber
Dry-in Dry-out CMP System
Wafer Loading
and Standby
Post-CMP Clean
Rinse
Dryer and Wafer
Unloading
Multi-head Polisher
Polishing
Pad
Clean Station
Polishing
Heads
Process Bay dan Equipment Areas
Process Area
Equip
men
t A
rea
Equip
men
t A
rea
Process Tools
Tab
les
For
PC
and
Met
rolo
gy T
ools
Service Area
Sliding Doors
Wafer Loading Doors
Hasil Tes
Failed die
Struktur Chip-Bond
Chip (Silicon)Chip Backside
Metallization
SolderSubstrate
Metallization Substrate (Metal or Ceramic)
Perangkat Mikroelectronika dan
rangkaiannya
Melt and
Condense
Wire Bonding
Metal Wire
Formation of
molten metal ball
Bonding Pad Bonding Pad Bonding Pad
Press to make
contact
Head retreat
Wire Clamp
Wire Bonding
LeadBonding Pad Bonding Pad Lead
Lead contact with
pressure and heat
Clamp closed with heat
on to break the wire
IC Chip dengan Bonding Pads
Bonding Pads
IC Chip Packaging
Pins
Chip
Bonding
Pad
Chip dengan Bumps
Bumps
Flip Chip Packaging
Chip
Bumps
Socket Pins
Kontak Bump
Chip
Bumps
Socket Pins
Heating dan Bumps Melt
Chip
Bumps
Socket Pins
Flip Chip Packaging
Chip
Socket Pins
Molding Cavity Untuk Plastic
Packaging
Bonding Wires IC Chip
Lead Frame
Pins
Chip Bond Metallization
Top Chase
Bottom Chase
Molding Cavity
Ceramic Seal
Ceramic Cap
Bonding Wires IC Chip
Lead Frame, Layer 1
Pins
Cap Seal
Metallization
Chip Bond Metallization
Layer 2Layer 2
Ringkasan
• Yield keseluruhan
• Yield menentukan kerugian atau keuntungan dalam fabrikasi IC
• Cleanroom dan cleanroom protocols
• Proces bays
• Proces, equipment, and area fasiliti
• Die test, wafer thinning, die separation, chip packaging, dan final test