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 Dalton Setiap 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 ENERGI Hukum 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 Silikon Pita Konduksi
e4=1.8eV Celah Energi
Pita Valensi e3=0.7eV e2 e1
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. Ptype 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 OPEN
Karakteristik *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 karakteristrikkarakteristik 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 karakteristikkarakteristik operasional diode. 2 faktor yang menyebabkan model ini menjadi semakin akurat adalah Resistansi Bulk.
Kurva Karakteristik Untuk masing-masing Model Diode IF
IF
IF
RB= ΔV / ΔI
VR
VF
IR
Model Diode IDEAL
VR
VK=0.7V
IR
Model Diode PRAKTEK
VF
VR
VK=0.7V
IR
Model Diode LENGKAP
VF
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 DTL
TRL
Teknologi IC (tahun awal 60-an - sekarang) bipolar RTL
TTL
I2L
MOS ECL
PMOS
biCMOS
NMOS
CMOS
Teknologi Rangkaian Logika Digital (cont’d) Teknologi Bipolar
TRL (Transistor Resistor Logic)
DTL (Dioda Transistor Logic)
Teknologi mikroelektornika pertama Menggunakan banyak transistor dan hanya sedikit resistor
TTL (Transistor Transistor Logic)
Kinerja ditingkatkan dgn mengganti kebanyakan resistor dgn dioda semikonduktor
RTL (Resistor Transistor Logic)
Jumlah resistor dimaksimalkan (resistor devais termurah)
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 teknologi biCMOS : kombinasi keuntungan kecepatan dari tek. Bipolar modern dgn keuntungan 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. 2. 3. 4.
Ukuran kecil Harganya murah Keandalan tinggi Tepat untuk mempertinggi kinerja (performance)
Rangkaian Terintegrasi (IC) Monolitik (cont’d)
Perbedaan IC menurut: 1. 2. 3.
Pembagian menurut struktur:
Semikonduktor IC Bipolar, MOS IC lapisan (monolitik) IC hybrid lapisan tipis dan lapisan tebal
Pembagian menurut Fungsi:
Struktur Fungsi Tingkat integrasi
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 IC IC IC IC
SSI (Small Scale Integration) mengandung < 24 gate MSI (medium Scale Integration) mengandung 24 –100 gate LSI (large Scale Integration) mengandung > 100 gate VLSI (Very Large Scale Integration) 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: • Dalam hal transistor planar tunggal : Basis-basis dan emitor-emitor dari transistor-2 dan komponen-2
laintransistor dibentukmembersamaan sejumlah 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
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
1.
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
Metode Difusi Epitaksi:
2.
Metode kolektor yg didifusikan:
3.
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 Sebuah daerah isolasi tipe-n (yg menjadi kolektor transistor) didifusikan secara selektif ke dalam subtrat tipe-p
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:
Metode kolektor didifusi
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 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 lapisan epitaksi Difusi dari lapisan terpedam
Oksidasi dan Etsa foto
Difusi isolasi
Oksidasi dan Etsa foto
Difusi basis
Oksidasi dan Etsa foto
Difusi emiter
Oksidasi dan Etsa foto
Difusi emas
Pembentukan Lapisan u/ inter koneksi Al
Etsa foto skrab
Bonding butiran
penutupan
Bonding terminal
IC Komplit
Masa Depan Desain Devais Elektronik
Teknologi Informasi masuk kehidupan sehari-hari
masyarakat (dr Ponsel digital, ATM, sampai PC) Dua alasan sederhana: 1.
2.
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
Cost IT yg canggih bertambah murah dan turunnya cukup cepat Kapabilitasnya meningkat cepat “equally”
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
IC Fab Metallization
CMP
Dielectric deposition
Test
Wafers Thermal Processes
Implant PR strip
Etch PR strip
Packaging
Masks Photolithography Design
Final Test
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
YW
Wafers good Waferstotal
Die Yield
YD
Dies good Dies total
Packaging Yield
YC
Chips good Chips total
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? Cost:
• 100% yield: 150+1200+1000 = $2350/wafer • 50% yield: 150+1200+500 = $1850/wafer • 0% yield: 150+1200 = $1350/wafer
Sale:
• 100% yield: 20050 = $10,000/wafer • 50% yield: 10050 = $5,000/wafer • 0% yield: 050 = $0.00/wafer
• 100% yield: 10000 - 2350 = $7650/wafer Profit • 50% yield : 5000 - 1850 = $3150/wafer Margin: • 0% yield : 0 - 1350 = - $1350/wafer
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
1 Y n (1 DA)
Yield dan Ukuran Die Killer Defects
Y = 28/32 = 87.5%
Y = 2/6 = 33.3%
Ilustrasi produk wafer Die
Test die
Ilustrasi produk wafer Test Structures
Scribe Lines
Dies
Ruangan Ganti Shelf of Gloves, Hair dan Shoe Covers
Gown Racks
Entrance
Disposal Bins Shelf of Gloves Ke Cleanroom
Wash/Clean Stations
Shelf of Gloves
Storage
Benches
Modul proses fabrikasi IC Thin film growth, dep. and/or CMP
Photolithography Etching
Ion Implantation
PR Stripping
PR Stripping RTA or Diffusion
Layout Ruangan Fabrikasi IC Equipment Areas
Process Bays
Corridor
Service Area Sliding Doors
Gowning Area
Mini-environment pada ruang Fabrikasi Process dan metrology tools
Service Area Emergency Exits
Ruang ganti
Proses-Proses yang menggunakan Cairan
Etching, PR strip, atau pembersihan
Pembilasan
Pengeringan
Tungku Pemanas (furnace) Horisontal Heating Coils Quartz Tube
Temperature
Wafers
Gas flow Center Zone
Flat Zone
Distance
Tungku Pemanas (Furnace) Vertikal Process Chamber
Heaters
Wafers Tower
Skema Sistem Integrasi Track Stepper Wafer
Prep Chamber
Spin Coater
Chill Plates
Stepper
Chill Plates
Developer
Hot Plates
Wafer Movement
Cluster Tool dengan Etch dan Strip Chambers PR Strip Chamber
Etch Chamber
PR Strip Chamber
Etch Chamber
Robot
Loading Station
Transfer Chamber
Unloading Station
Cluster Tool dengan Dielectric CVD dan Etchback Chambers O3-TOES Chamber
Ar Sputtering Chamber
PECVD Chamber Robot
Loading Station
Transfer Chamber
Unloading Station
Cluster Tool dengan PVD Chambers AlCu Chamber
Ti/TiN Chamber Robot
Loading Station
AlCu Chamber
Ti/TiN Chamber Transfer Chamber
Unloading Station
Dry-in Dry-out CMP System Wafer Loading and Standby
Polishing Pad
Post-CMP Clean
Polishing Heads
Rinse
Multi-head Polisher Dryer and Wafer Unloading Clean Station
Process Bay dan Equipment Areas
Process Area Service Area
Wafer Loading Doors
Equipment Area
Process Tools Tables For PC and Metrology Tools
Equipment Area
Sliding Doors
Hasil Tes Failed die
Struktur Chip-Bond Perangkat Mikroelectronika dan rangkaiannya Chip Backside Metallization
Chip (Silicon) Solder
Substrate Metallization
Substrate (Metal or Ceramic)
Melt and Condense
Wire Bonding Metal Wire
Wire Clamp
Bonding Pad
Bonding Pad
Bonding Pad
Formation of molten metal ball
Press to make contact
Head retreat
Wire Bonding
Bonding Pad
Lead
Lead contact with pressure and heat
Bonding Pad
Lead
Clamp closed with heat on to break the wire
IC Chip dengan Bonding Pads Bonding Pads
IC Chip Packaging Chip Bonding Pad
Pins
Chip dengan Bumps Bumps
Flip Chip Packaging Bumps Chip
Socket
Pins
Kontak Bump
Bumps Chip
Socket
Pins
Heating dan Bumps Melt
Bumps Chip
Socket
Pins
Flip Chip Packaging
Chip
Socket
Pins
Molding Cavity Untuk Plastic Packaging Top Chase
Bonding Wires
Molding Cavity
IC Chip
Lead Frame Chip Bond Metallization Pins Bottom Chase
Ceramic Seal Bonding Wires Cap Seal Metallization
IC Chip
Ceramic Cap Layer 2
Layer 2
Lead Frame, Layer 1 Pins Chip Bond Metallization
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
