ELEKTRO INDONESIA Edisi ke Tiga, Juli 1996
Teknologi Planar
Pada teknologi planar yang selalu menjadi perhatian serius saat ini adalah dalam pengolahan bahan baku silikon semikonduktor menjadi bentuk wafer, yang merupakan bahan yang siap dikonversi menjadi bentuk-bentuk piranti seperti IC. Adapun proses yang termasuk menjadi langkah pembuatan wafer silikon yaitu proses produksi silikon polikristalin, pengembangan kristal, serta pemotongan dan pembentukan wafer.
SiO2 + 2-------> Si + 2CO
Dengan hanya berupa sebagian kecil fraksi dari metallurgical grade silicon yang telah dibersihkan maka bahan ini dapat digunakan dalam berbagai macam terapan dalam perakitan piranti-piranti untuk industri semikonduktor.
Proses pembersihan Metallurgical grade silicon diselesaikan dengan pengubahan material ini ke dalam Trichlorosilane (SiHCl3), yaitu dengan cara fraksinasi sederhana (atau bisa juga dengan distilasi) sehingga bahan silikon menjadi bahan semikonduktor yang standar. Trichlorosilane kemudian dikurangi dengan H2 supaya sekali lagi memberikan hasil suatu polycrystalline silicon. Reaksi untuk membentuk SiHCl3 adalah sebagai berikut:
Si + 3HCI --------> SiH3 + H2
1250o C
[hasil reaksi lain +SiCiH4]
Fraksinasi terpisah SiHCl3 merupakan hasil utama dari reaksi SiCl3 (silicon tetracloride), doping pengotor klorida (seperti fosfor, boron dan galium) dan klorida logam (seperti besi dan tembaga).
Silikon tingkat semikonduktor (yaitu silikon yang kurang lebih terdiri dari 1 bagian per satu milyar impurotas/pengotor) sekarang bisa diproduksi dengan pengurangan temperatur tinggi dari SiHCl3 yang telah bersih. Reaksi kimia ini terjadi dalam suatu kamar yang disebut "decomposer". Reaksi pengurangan yang merupakan reaksi balik dari reaksi di atas adlah sebagai berikut :
SiHCl3 + H2 --------> Si + 3HCl
100oC
Pada saat ini umumnya dimensi wafer bervariasi dari sekitar 50 sampai 150 mm diameternya dengan ketebalan berkisar 0,5 sam 0,7 mm, bergantung pada diameternya.
Orientasi wafer ditunjukkan dengan himpunan tiga bilangan bulat dalam bentuk (XYZ), ini dikenal dalam istilah teknologi semikonduktor dengan sebutan "index Miller". Indeks Miller menunjukkan bidang datar yang dibatasi oleh garis-garis perpotongan pada sumbu tiga dimensi X, Y dan Z. seperti yang terlihat pada contoh Gambar 1a. Orientasi atom-atom kristal pada indeks (iii) mengandung arti bahwa posisi atom-atom mayoritas kristal terdapat pada luasan bidang diagonal datar abc yang dibentuk dari perpotongan garis sumbu X, Y dan Z.
Dalam kalangan industri semikonduktor ada dua jenis wafer yang secara komersial banyak digunakan untuk pembuatan piranti IC yaitu wafer dengan orientasi (111) dan (000). Kedua jenis wafer ini disebut primary flat. Sedangkan wafer dengan orientasi selain (111), (000) digunakan untuk bahan tambahan wafer primary flat sehingga hasil akhir setelah menjadi piranti misalnya IC, piranti tersebut dapat diidentifikasikan tipe-nya (tipe-nya biasanya berupa tipe-P atau tipe-N).Bahan yang ditambahkan pada wafer primary flat itu dikenal dengan istilah secondary flat yang orientasinya berupa (100), (110), (001) dan (011). Pada Gambar 2 dapat dilihat ilustrasi karakteristik secondary flat yang besar alfa merupakan besar sudut yang relatif terhadap primary flat.
Setelah wafer diidentifikasikan maka pada akhirnya permukaan wafer dipotong dan dihaluskan sampai mengkilat untuk memberikan bentuk-bentuk bahan yang siap diproses selanjutnya pada teknologi semikonduktor menjadi piranti-piranti yang sirkuitnya terintegrasi.