Home / Berita / Mengenal Fabrikasi Rangkaian Mikroelektronik

Mengenal Fabrikasi Rangkaian Mikroelektronik

SEBUAH peralatan elektronik biasanya merupakan gabungan dari komponen aktif seperti transistor yang digabungkan dengan komponen pasif lainnya seperti resistor dan kapasitor. Komponen-komponen tersebut dibuat secara terpisah, sehingga untuk membuat peralatan elektronik, kita harus merakitnya dengan menghubungkan komponen-komponen dengan kawat.

Devais juga terdiri dari transistor, resistor dan kapasitor, namun perbedaannya adalah bahwa komponen-komponen ini berikut interkoneksinya pada satu substrat.

Mikroelektronik dibagi dalam dua katagori yaitu komponen diskrit dan rangkaian terpadu (Integrated Ciruit, IC). Komponen ini memegang peranan yang penting dalam industri elektronik. Devais Mikroelektronik dengan ukurannya yang kecil telah digunakan dalam berbagai bidang, seperti bidang Hankam, Perbankan, Medis, bidang Industri dan bidang Sosial, namun pengaruh yang besar dari teknologi ini adalah karena fungsi elektronik menjadi lebih “reproducible”, lebih andal dan lebih murah. Substitusi devais mikroelektronik untuk komponen diskrit mengakibatkan biaya peralatan elektronik menjadi lebih murah. Hal ini tidak hanya karena harga devais sendiri yang lebih murah tapi juga karena alasan lainnya:
a. Interkoneksi IC lebih “reliable” dari pada sambungan solder atau konektor-konektor sehingga biaya pemeliharaan akan berkurang.
b. Integrasi rangkaian menjadikan harga yang murah karena ratusan rangkaian dapat dibuat secara serentak dalam sebuah waterisubstrat.
c. IC mempunyai daya yang Iebih kecil sehingga rak-rak dan kabinet dimensinya akan lebih kecil pula.
d. Bagi pemakai, dengan ukuran IC yang kecil serta daya yang diperlukan selama operasional juga kecil, semua ini memungkinkan penghematan ruangan dan tidak memerlukan alat pendingin.

Artikel ini menunjukkan gambaran proses rangkaian mikroelektronik dan fasilitas Clean-room (ruang yang benar-benar bersih) yang merupakan persyaratan ruangan dalam fabrikasi rangkaian mikroclektronik. Dan pada kesempatan ini akan diuraikan gambaran umum proses pembuatan rangkaian mikroclektronik atau IC.

FABRIKASI RANGKAIAN MIKROELEKTRONIK
Umumnya fabrikasi rangkaian mikroelektronik terdiri dari: 1. Pembutan wafer 2. Desain rangkaian & pembuatan photomask 3. Pemrosesan wafer 4. Asembling & testing

1.PEMBUATAN WAFER.
Bahan substrat yang dipergunakan untuk membuat rangkaian mikroelektronik adalah bahan semikonduktor Silicon (Si) dan Galium Arsinide (GaAs), namun teknologi pembuatan kristal Si memegang peranan yang dominan dalam fabrikasi rangkaian mikroelektronik, bahan ini dikenal sebagai Wafer Si.

Pembuatan wafer biasanya tidak dilaksanakan oleh pembuat komponen semikonduktor tetapi oleh perusahaan yang khusus menangani wafer tersebut. Wafer dibuat dengan kemurnian yang tinggi, berbentuk ingot, lalau dipotong-potong menjadi lempengan yang tipis, setelah itu wafer dipoles.

Industri mikroelektronik biasanya tinggal membeli wafer Si yang telah siap untuk diproses. Tebal Si ini sekitar 400 um atau 0,4 mm (untuk diameter 3 inchi) dimana salah satu per-mukaannya dipoles sehingga nampak halus dan berkilat. Hal yang menjadi perhatian para produsen semikonduktor adalah mengenai besar diameter wafer karena diameter wafer ini akan menentukan jumlah chip/wafer.

Wafer yang tersedia di pasaran terdiri dari bermacam-macam ukuran tipe beragam. Kita dapat memperoleh dengan tipe-p atau tipe-n maupun jenis wafer yang sudah diepitaksi.

2. DESAIN RANGKAIAN DAN PEMBUATAN PHOTOMASK
Struktur IC cukup rumit. Sturktur ini dibuat dari beberapa lapisan dan masing-masing lapisan mengandung pola rangkaian tertentu. Beberapa lapisan terdapat di dalam wafer Si dan yang lainya disusun di atas Si. Proses pembuatannya terdiri dari pembentukan lapisan-lapisan secara akurat menurut desainer/perancang rangkaian.

Sebelum melanjutkan bagaimana lapisan-lapisan ini dibentuk, terlebih dahulu kita tinjau prosedur bagaimana suatu IC dapat ditransformasikan dari suatu konsep desainer kebentuk Fisik. Langkah pertama adalah desainer menentukan karakteristik dari fungsi devais. Mereka juga harus memilih langkah-langkah proses yang akan diperlukan untuk memprosesnya.

Setelah itu dimulai desain devais yang sebenarnya, dan diperkirakan ukuran dan lokasi masing-masing elemen rangkaian. Pekerjaan ini dapat dilaksanakan dengan bantuan Computer Added Desaign (CAD). Komputer dapat mensimulasi operasi rangkaian. Keuntungan simulasi ini ialah desainer dapat merubah elemen-elemen rangkaian tersebut melelui pengetikan keyboard dan dapat segera mengamati efek dari modifikasi rangkaian.

Pembuatan disain rangkaian dalam bentuk Fisik (phyccical lay-out) akan menentukan posisi bermacam-macam elemen rangkaian, dan ini juga dibuat dengan bantuan komputer. Gambar layout ini menentukan pola dari masing-masing lapisan IC untuk mencapai fungsi rangkaian yang diinginkan, dengan dimensi/ukuran sekecil mungkin.

Setelah itu langkah selanjutnya adalah pembuatan phomask. Gambar 1 menunjukkan urutan langkah kegiatan mulai dari disain rangkaian sampai dengan photomask. Dari gambar tersebut terlihat bahwa setelah selesai pembuatan gambar layout dengan bantuan komputer, layout tersebut disimpan dalam magnetic tape yang merupakan input untuk alat “Pattern Generator”. Dengan alat ini akan diperoleh gambar pattern/pola diatas kaca dengan ukuran 10 X lebih besar dari ukuran sebenarnya yang disebut “reticle”

Kemudian dengan menggunakan alat “Step & Repeat Camera”, reticle ini diperkecil lagi dan sekaligus diperbanyak secara matriks sehingga diperoleh photomask atau masker dengan ukuran sebenarnya. Master mask ini kemudian dibuat lagi oleh alat “Contact Printer” untuk memperoleh masker tiruan yang akan digunakan dalam proses. Masker ini merupakan gambar/pola rangkaian yang sangat kecil di atas substrat kaca.

Ukuran mask bermacam-macam tergantung kebutuhan: 3″ X 3″ , 4″ X 4″, 5″ X 5″, atau 6″ X 6″ dengan total 0.060 inchi.

Dalam fabrikasi rangkaian mikroelektronik, akan diperlukan satu set masker dimana masing-masing masker ini mengandung pola untuk masing-masing lapisan rangkaian.

Setelah diperoleh satu set masker yang lengkap, pola yang terdapat pada masker tersebut lalu ditransfer ke wafer Si melalui prosesphotolithography.

3. PEMROSESAN WAFER
Pemrosesan wafer merupakan sejumlah tahap proses membuat wafer menjadi IC.

Dalam fabrikasi wafer Si diproses melalui proses photolithography, oksidasi, epitaksi, doping, deposisi, dengan menggunakan masker dan photolithography yang berulang.

Gbr. 2. menunjukkan proses dasar pembuatan IC. Dari gambar tersebut terlihat bahwa contoh sustrat yang dipergunakan adalah wafer Si tipe-p. Pada bahan tersebut akan dibuat komponen-komponen yang harus terisolir satu sama lain.

Isolir ini dapat diperoleh dengan difusi tipe-p melalui lapisan epitaksi tipe-n pada daerah tertentu samapai menembus substrat tipe-p. Sebelum proses epitaksi, difusi lapisan terpendam n+ juga diperlukan dalam proses IC untuk mengurangi tahanan dari kolektor dari transistor. Setelah selesai proses isolasi, akan diperoleh sejumlah “pulau-pulau” (island) tipe-n yang nantinya akan berfungsi sebazai daerah kolektor dari transistor npn dan mungkin juga sebazi keping kapsitor atau katoda dari dioda.

Difusi basis dilakukan untuk mem-bentuk daerah basis dari transistor dan juga serentak membuat komponen-koponen dioda dan kapasitor serta bermacam-macam harga resistor yang diperlukan. Difusi selanjutnya membentuk daerah emitor dari transistor, daerah kontak kolektor serta mungkin kapasitor MOS (Metal Oxide Silicon).

Setelah itu pembukaan daerah kontak untuk masing-masing komponen kemudian proses evaporasi atau sputtering alumunium keseluruh permukaan wafer. Penentuan daerah-daerah mana yang perlu mendapat terminal dan keluar hubungan kontak satu sama lain dilakukan dengan proses metalisasi.

Selanjutnya adalah test listrik untuk menentukan baik tidaknya hasil proses, lalu pemisahan chip-chip dari wafer dan proses, boding untuk menghu-bungkan terminal-terminal dari chip ke kaki-kaki frame benang emas.

Kemudian adalah proses kapsulasi dan test akhir. Langkah-langkah di atas merupakan gambaran umum dari proses pembuatan IC secara garis besar.

Pemrosesan wafer IC ini dilakukan dalam clean-room untuk mencegah kontaminasi yang akan mengakibatkan IC tidak berfungsi. -(bersambung)-

Oleh : ika Ismet

Sumber: Majalah AKUTAHU/ JANUARI 1993

Share
%d blogger menyukai ini: