Prosiding Pertemuan limiah limu Pengelahuan dan Teknologi Bahan '99Serpong, 19 -20 Oklober 1999 ISSN 1411-2213

PENGUKURAN DAN ANALISIS SIFAT LISTRIK SEMIKONDUKTORSILIKON YANG DIIMPLANT ASI DENGAN BERBAGAI DOSIS ION

OKSIGEN PADA ENERGI 60 keY DAN 100 keY

Darsonol, Toto Trikasjono2, Kusnanto3IPusat Penelitian daD Pengembangan Teknologi Maju Batan

l Pendidikan Ahli Teknik Nuklir Batan3Jurusan Teknik Nuklir Fakultas Teknik UGM

ABSTRAK

PENGUKURAN DAN ANALISIS SIFAT LISTRIK SEMIKONDUKTOR SILIKON YANG DIIMPLANT ASIDENGAN BERBAGAI DOSIS ION OKSIGEN PADA ENERGI 60 keY DAN 100 keY. Telah dilakukan pengukuran daDanalisis karakteristikkelistrikan Semikonduktor Silikontipe N yang diimplantasidengan ion Oksigen. Implantasi dilakukan padaenergi 60 keY daD 100 keY dengan dosis berturut-turut 9,715 x 1016ion-cm-l, 7,731 x 1017ion-cm-l, 2,472 x 1011ion-cm-l,6,181 x 1011ion-cm-l daD 1,275 x 1019ion-cm-l. Setelah diimplantasi CJplikan di anil pada suhu 1O00.C selama 300 menit.Cuplikan diukur resislivitasnya dengan metoda probe empat titik, kapasitansi diukur sebagai fungsi tegangan bias dengan LCRdigitaldaDtegangandadalnyaditentukan dengankarakteristikV-I.TebalSial untukenergi ion60 keY diukursecaratidak langsungdengan mengukur besarnya kapasitansi daTiMISyang terbentuk. Darihasil yang diperoleh, nilairesistivitas naik dengan kenaikandosis ion dan padadosis 1,275x 1019ion-cm-lbesarnyaadalah (3432:1:46)W-cm-luntuk energi 60 keY daD(4271:1:30)W-cm-luntukenergi 100keY. Sedangkannilai CIAmenurunsebagaifungsi dosis iondaDpadadosis 9,715 x 1016ion-cm-l besarnyaadalah(89,9:1: 0,40) pF-cm-l untuk energi 60 keY daD(73,1:1:0,20) pF-cm-l untuk energi 100 keY. Pada pengukuran metoda V-Ididapatkan tegangan dadal15 Volt untuk energi 60 keY daDdosis 1,275x 1019ion-cm-l,sedangkanteballapisan Silikon dioksidapada energi 60 keV daDdosis 1,275x 1019ion-cm-l adalah 0,4808 mm. Dapat disimpulkan bahwa nilai resistivitas, tegangandadal daDteballapisan silikondioksida akan semakinbesar denganbertambahnyadosis iondopan, sedangkan nilai kapasitansipersatuan luasnya akan semakin turun. Untuk dosis ion tetap, perubahan energi daTi60 keY menjadi 100 keVmenimbulkanperubahan nilai resistivitas daDkapasitansi sampel. '

ABSTRACT

MEASUREMENT AND ANALYSIS ELECTRICAL SILICON SEMICONDUCTOR FOR VARIOUS DOSE OFOXYGEN ION IMPLANTED AT ENERGY 60 keY AND 100 keY. It has been measured and analized the electrical characteristic

of the N-type Silicon semiconductor implanted by oxygen. The implantation was carried out at the energy of 60 keY and 100 keYfor ion dose 9.715 x 1016ion-cm-l; 7.731 x 1017ion/cml; 2.472 x 1011ion/cml; 6.181 x 1011ionlcml and 1.275 x 1019ionlcml

respectively. After implantation the samples were annealed at 1000 .C for duration of 300 minutes. The samples were thencharacterized their electrical behavior. The four point probe is used to measure their resistivity. Their capacitance were measuredas the function ofthe reverse bias voltage with digital LCR meter and their breakdown voltage were measured by determinationoff- V characteristic. The silicon dioxide layer thickness in the sample was measured indirectly, that is by measuring the amountof capacitance from the MIS shaped. Based on this measurement, the ~::sistivity value increases with increasing ion dose Atenergy 60 keY and 100 keY their resistivity were (3432:1:46) W/cml and (4271:1:30) W/cml for ion dose of 1.275xl019 ion-cm-l.While theC/A values decrease with increasing ion dose and their values at ion dose of9.715 x 1016ion-cm-l were (89.9:1:0.40) pFIcml for the energy of60 keY and were (73.1:1: 0.20) pF/cml.fortheenergy 100 keY. Based on the V-I measurement method, thebreakdown voltage was 15 Volt for the energy of60keV and ion dose of 1.275 x 1O'9ionlcml. Thebiggestthickness of the dioxideSilicon layer in the substrate was 0.4808 mm for the energy of60 keY and ion dose of 1.275 x 1019ionlcml. It was concluded thatthe resistivity value, breakdown voltage and silicon dioxide layer thickness increased with the increasing oxygen ion doses, on theother hand the capacitance decreased. For fixed ion dose the resistivity and capacitance ofthe sample change due to changing ofthe ion energy.

Kala kunci : Semikonduktor Silikon, Dosis ion, Implantasi, Resistivitas, Metode probe empat titik, Tegangan bias, Tegangandadal.

l.PENDAHULUAN mikroelektronika, sehingga penelitian-penelitian ternsdikembangkan. Jenisbahan semikonduktor yang palingbanyak digunakan adalah kristal Silikon (Si ). Untukmemperoleh sifat-sifat kelistrikan sesuai dengan yang

Semikonduktor merupakan bahan yang sangatpenting dalam teknologi pembuatan komponen

238

Pengukuran don AnalJsis Sifat Listrik SemJkonduktor Silikon yang diimplantasi dengan Berbaga/ Dosis Ion Oks/Ken PadaEnergi 60keV don 100 keV (Darsono)

diharapkan kristal Silikon tersebut perlu disisipi iondopan. Proses penyisipan tersebut dinamakan dopingclanatom ketidakmumian disebut dopan. Proses dopingdapat dilakukan dengan implantasi ionyaitusuatu prosespeyisipan atom-atom dopan dalam bentuk ion-ionkecepatan tinggi yang dihasilkan oleh mesin implantasiion ke dalam suatu target. Implantasi ion sebagai salahsatu metoda doping, mempunyai beberapa keunggulanhila dibandingkan dengan metoda-metoda sebelumnya(misalnya: metode paduan, metode difusi atau metodeepitaksi) yaitu proses singkat clan pada suhu kamal,homogenitas dopan tinggi, dosis clankedalaman dopandapat dikontrol dengan teliti, berbagaijenis dopan dapatdisisipkan [1,2]. Namun kekurangan teknik ini selainharganya mahal juga adanya efek kerusakan kisi kristalakibat interasksi ion. Bentuk nyata dari kerusakan bisaterdiridari sisipan,substitusiclanvakansi.Efek kerusakankisi kristal akibat interasksi ion dapat diperbaiki denganproses aniling pada temperatur tertentu [1,2]. Salah satupemanfaatan metoda implantasi ion ialah untukmendapatkanbahansemikonduktor Silikonyang unggulberstruktur SOl (Silicon on insulator) menggunakanteknik SlMOX (SiliconSeparated byImplanted Oxygen)untuk pembuatan mikroelektronik canggih [3,4].Disamping teknik SIMOX pembuatan struktur SOl bisajuga dengan metode Eltran [5] clanmetode ZMR (zonemelting recrystalization), wafer bounding, clanhomoepitaxialgrowthsepertidijelaskanpada acuan [5,6].KeunggulanlapisanSilikondioksida dalamwaferSilikonoleh implantasi ion adalah senyawa tersebut mempunyaisifat isolator yang baik, sifat kimianya stabil clanmudahditumbuhkan secara termal. Sehingga teknologi SOldenganSIMOXmenawarkankeuntunganyaitu hamburanlateral minimal yang memungkinkan untuk membuatkomponen dengan dimensi kecil, rendahnya kapasitansiparasitik untuk operasi kecepatan tinggi clanarus bocorsangat kecil sehingga penguatan arus akan lebih besarsertakemungkinanpembuatanIC tiga dimensi[5].Dalamteknologi VLSI(very largescale integration)circuit [7,8],di mana MOSFET(metal oxidesemiconductorfield effecttransistor) menjadi komponen utama, lapisan Silikondioksida (SiO2) digunakan sebagai pengisolasi antarakomponen clansebagai oksida gate pada struktur MOS(Metal Oxide Semiconductor ). Apabila digunakansebagai oksida gate, maka lapisan tersebut diharapkanmemiliki kualitas yang baik dengan ketebalan yangminimum. Lapisan isolator tersebut dapat dihasilkanmelaluiprosesimplantasiionOksigenpadakristalSilikonmemakaimesin implantasi.

Namun untuk mewujudkan mikroelektronikcanggih menggunakan bahan Silikon berstruktur SOldengan teknik SIMOX masih banyak fenomena yangmasih harus diteliti [9] yaitu bagaimana pengaruh dosisclanenergi pada implantasi ion terhadap cacat kisi yangterbentuk pada Silikon wafer, hubungan dosis terhadapketebalan insulasi, homogenitas lapisan insulasi yangterbentuk, pengaruh temperatur anil terhadap perbaikan

akibat implantasiionclansifat kelistrikannya. MengingatpembentukanlapisanSilikondioksidadalamwaferSilikonmelalui proses implantasi ion harus memenuhistokhiometri kimia maka dihipotesakan bahwa makinbesar dosis ion Oksigen makin tebal lapisan dioksidayang terbentuksehinggaakan mengakibatkan resistivitasSilikonwafer membesar.Namun sebaliknya hal ini akanmengakibatkan kapasitansi per luas;dari Silikon waferakan mengecil. Untuk energi ion yang berbeda akanmenghasilkan posisi kedalaman lapisan dioksida yangberbeda clan ini akan mempengaruhi pada resistivitasclankapasitansiSilikonwafer.

Tujuan umum penelitian ini ialahpengembanganteknologi implantasi ion untuk pembuatan bahan SOldengan teknik SIMOx. Adapun tujuan khusus ialahmeneliti sifat kelistrikan semikonduktor Silikon tipe-Nyang diimplantasi ion oksegen untuk berbgai dosis padaenergi yang berbeda. Sifat kelistrikan yang akan ditelitimeliputi resistivitas, konduktivitas clanwatak I-V sertawatak C-V pada berbagai dosis clan energi dopan.Disamping itujuga dilakukan perhitungan teballapisanSilikon dioksida yang terbentuk dari masing-masingcuplikanbasil implantasi. Sifat-sifat kelistrikan tersebutdiperlukansebagai salah satu carapernbuatan komponensemikonduktor yang memiliki kemampuan tinggi untukmt;ndukungkemajuan industrimikroelektronika di masarnendatang.

METODE DANTATA KERJA

Alat Penelitian :

a. Implantasiion 100keV/ ImA yang berfungsi sebagaialat untuk mendopingkan Oksigen ke dalam dalamsemikonduktorSilikon.

b. Probe empat titik digunakan untuk mengukur nilairesistivitaskepingSilikonbaik sebelum clan sesudahdiimplantasi. Probe empat titik yang digunakanadalah mode FPP-500 buatan Vecco yang beroperasipada tegangan220/240Volt (AC)/50Hz.

c. LCR-Meter berfungsi untuk mengukur nilaikapasitansidarimasing-masingcuplikan. LCR-Meteryang digunakan adalah digital type 4271B, yangberoperasi pada tegangan 220 Volt dengan Frekuensi1MHz

d. Voltmeter clanAmpermeter ( multimeter YF-3140)untukmengukurI-V.

Bahan-bahan

a. Keping Silikon type-n sebagai bahan yangdiimplantasi.

b. Gas Oksigen nitrit sebagai bahan yang dicangkokkan.c. Alkohol 90% untuk membersihkan sisa-sisa kotoran

yang menempel pada Silikon sebelum diimplantasi.d. Lem peTak (silver paint) clan kawat tembaga sebagai

kontak ohmik.

239

Prosiding Pertemuan IlmJah limu Pengetahllan dan Teknologi Bahan '99Serpong, 19 -20 Oktober 1999 ISSN 1411-2213

.

l""'. ' ".. ,

"",., "i AI:t....

- - ---- - --- ----- I""'. Mw.:.:,Ii"!J:or- '\"', II,-

l.Lj", .', ".'>",". '\,~,~\ Ttu!JI:1

I" ~ 'c ,.' '. chamber."', ."

~,,: \ \,I .>, '\.' ":> «'oiHlmli "<"""'~ "

. h~mp~ ',J"'" ,."".\ "

1(,,"""

"'engull:ur ~UU~ Ion ..L

I ftns;.aKw.a drup 0 I

«(((( ,h'

,.,'.' " ..', '"

-I' - T~AanAan

1Findrulclllr

- T':!Jtlllgt...;;!:; tlnOtll

NlAlJnntln----analy~.r

Ir

Gambar 1. Skema Sistem Implantasi Ion

Cars Penelitian

Mula-mula semikonduktor Silikon dipotongdengan luas permukaan tertentu. Potongansemikonduktor Silikon dengan ukuran sekitar 1x1 emtersebut dibersihkanmemakai alkoholdaDHF5 % untukmenghilangkankotoran daDlapisan Silikonoksida yangmenempel, kemudian langsung diukur resistivitasnyadengan probe empat titik. Langkah selanjutnyadibersihkandengan alkohol. Keping Silikon yang telahdibersihkan diletakkan dalam tempat target denganskema peralatan implantasi ion sepertipada Gambar I.

Proses implantasinya dengan eara menentukandosis ion dopan divariasi antara 9,715 x 1016ionlem2hingga 1,279 1019ion/em2 dengan eara mengaturbesamya arus berkas ion dari sistem ion sebesar100mA daD200 mA masing-masingpada energi 60 keVdaD 100 keV. Cuplikan yang telah diimplantasikemudian dianil pada suhu 1000"Cselama300 meRitdengan tujuan memulihkan kembali susunan atomkristal yang telah rusak akibat implantasi. Pengukuranresistivitas keping dari bahan yang diimplantasidaD telah melewati proses anil dilakukan denganmenggunakan probe empat titik type FPP 5000. Setelaheuplikan dianil, diukur resistivitas lapisnya (sheetresistivity) daD diberi kontak ohmik, kemudian diukurkapasitansinya fungsi bias mundur dari0 sampai dengan39,9 Volt, interval 2,5 Volt menggunakan LCR-meterdigital.Tegangandadal diperoleh dengan karakteristikarus tegangan. Oari karakteristik ini diperolehtegangan dadal (breakdown voltage) untuk masing-masing euplikan. Untuk setiap euplikan hanya dapatsatu kali dilakukan pengukuran tegangan dadalnya,schab euplikan yang telah diperoleh tegangan dadalnyaakan rusak.

BASIL DAN PEMBABASAN

Pengaruh dosis terhadap perubahan resistivitas SOl

Semikonduktor bulk bertipe-N yang konduksilistriknya disebabkan oleh elektron sebagai pembawamuatan mayoritas daDhole sebagai pembawa muatanminoritas,setelahdiimplantasidengan iondopan Oksigenyang bervalensi 6, maka semikonduktor tersebut akanterbentuk lapisan Silikon dioksida pada kedalaman dantebal tertentu tergantung daii besamya dosis daDenergiion dopan. Pembentukan lapisan dioksida basil prosesimplantasi ion dopan Oksigen pads substrat Silikonterseb";tharns memenuhiproses stokhiometri.Ketebalanlapisan insulator yang terbentuk ini tergantung padsbesamya dosis ion, Bila lapisan insulator makin tebalmaka akan mengakibatkanresistivitasSilikonwaferjugamakin besar. Pengaruh dosis daD energi ion dopanterhadap perubahan resistivitas lapis SOl ditunjukkanpads gambar 2 daD3.

II.AlleY I

0 lI.m01e 7.73£+17 2.47£01 e.1ee+1e 1.28E+1800111I0Il 00pIn 1IoII.cm.2)

Gamba, 2. Grafik hubungan antara dosis ion dopanterhadapresistivitaslapis SOl

240

Pengukuran daft Anal/s/s Slfat Llstrlk Semlkonduktor SlIIkon yang dl/mp/antasl dengan Berbagal Dos/s Ion Okslgen PadaEnergl60 keV daft 100 keV (Darsono)

Pada Gambar 2 yaitu untuk energi 60 keYmenunjukkanbahwasemakinbesardosisiondopanmakanUairesistivitas lapis SOl akan semakin besar. Terlihatbahwa pada dosis 9,715 1016ion-cm-2dan 7,731 1017ion-cm-2,nUai resistivitas lapis SOl naik seeara bertahap/landai berarti terbentuknya lapisan Silikon dioksidamasihrelatifkeeU,hat inidisebabkanpada dosistersebut,struktur SOl belum dapat dieapai seeara optimum. Padapembentukan lapisan Si02 terkuburdidalam substrat iniakan memenuhi proses stokhiometri. Sedangkan padadosis2,472 10" ion-cm-2,kenaikanresistivitasSOl seearatajamlcuramberartiketebalanSi02semakinbesar,terbuktikenaikan resistivitasSOl meneapai2285,3 %.Padadosision 6,18 1018ion-em-2dan 1,28 1019ion-em-2kenaikanresistivitas lapis SOl landail datar karenadimungkinkanterbentuknya lapisan Silicon On Insulator sudahoptimum.

..4IICIO

4-g3000g25ClO

1

=10lIO

500

I E-IOOkeVI

00 USE+"I.m." 7.73E+11 2.47E+18

Do_Ion DupIn Ifon-Cm"

Gambar J. Grafik hubungan antara dosis ion dopanterhadapresistivitaslapis SOl denganenergi 100 keY

Pada Gambar 3 terlihat bahwa kenaikanresistivitas lapis SOl pada energi 100keY menunjukkanadanya keeenderungan semakin besar dosis ion dopanmaka nUairesistivitas lapis SOl akan bertambah seearatajam. Hal ini disebabkan untuk dosis yang sarna, ion-ion yang berenergi lebihbesar (E=I00keV) akan masukkedalam target lebih dalam, daTi pada ion-ion yangberenergi lebih rendah (E=60 keV), ini disebabkantumpang tindihnya kerusakan akibat dosis ion yangberenergi tinggi lebih besar dibandingkan dengan yangberenergi rendah. PerUakuumum dari kelimadosisyangdigunakan dengan energi 60 keY daD 100 keY adalahnilai resistivitas lapis SOl akan semakin tinggi denganbertambahnya dosis ion yang dimplantasikan padasemikonduktor Silikon terse but, dengan demikianterbentuknya lapisan SiUkon dioksida juga semakinbesar. Terbukti pada pengukuran resistivitaslapisuntukdosis yang sarna (1,28 1019ion-em-2),diperoleh nilairesistivitas lapis untuk energi 60 keY adalah(3432:t 46) O-em-2,sedangkan untuk energi 100 keYsebesar (4271 :t 30 ) O-cm-2. Pada kenaikan dosis iondopan tertentu, nUai resistivitas lapis SOl mempunyaiperubahan yang sangat keeil daD hampir konstandikarenakan ion-ion Oksigen yang diimplantasikan padasubstrat Silikon sudah meneapai optimum/ jenuh.

Pengaruh dosis terhadap perubahan teballapisan SOl

Pengukuran teballapisan keping SUikondioksidapada penelitian ini menggunakan tara tidak langsungyaitu dengan mengukur besarnya kapasitansi lapisandeplesi dari struktur MIS (Metal InsulatorSemiconductor) yang terbentuk. Metode ini dapatdUakukan karena energi ion dopan masih relatif keeil(60 keY) sehingga lapisan Si02 pada kedalaman yangsangatdangkalataumasihpada permukaankristaISilikon.Dengan demikian setelah permukaan Silikonterimplantasi, dilapisi dengan Aluminium pada ruanghampa, maka persambungan MIS yang terbentuk dapatdianggap sebagai kapasitor plat sejajar daD pemisahkedua plat merupakan fungsi tegangan yang dikenakan.Setelahbesarnya kapasitansi lapisandeplesi terukur teballapisan Si02 dapat dihitung. Graflk hubungan antarawaktu implantasiterhadap teballapisan Si02 pada energi60 keV yang ditunjukkanpada Gambar 4.

Dari graflk terlihat bahwa dengan dosis semakin

0.1

I r.-6ObV I

10.&

~ 0.4.-

jo.sJ 0.2

I... 0.1

°° . 1150150 DI 2!050 1111

WIIdu .....

Gambar 4. Grafik hubungan antara waktu implantasiterhadap tebal laplsan Sial dengan energi 60 keY,I = 200 I1A

tinggi diperoleh lapisan Si02 semakin tebal. Untuk dosisyangsama, ion-ionyang berenergi besar (lOOkeV)akanmasuk ke dalam target semikonduktor akan lebih dalamdaTi pada ion-ion yang berenergi rendah (60 keY),sehinggaresistivitas lapisSOl akan lebih besardari yangberenergi lebih rendah. Didapatkan pada dosis2,472 1018ion-em-2daDenergi 60 keY, tebal Si02 sebesar0,266 Ilm. Dibandingkan dengan penelitian-penelitianyang telah dilakukan sebelumnya perbedaannya relatifkeeil. PeneUtian yang telab dilakukan oleh Burke DE.,dkk [10]untukdosis2,0 1018ion-cm-2pada suhu annealing1210 °C lama anil 360 menit teballapisan Si02 yangdiperoleh sebesar 0,318 f.1m. HasH simulasi denganperangkat lunak SRIM (Stoping and range Ion inMatter) versi 96 [11] untuk 60 ke V dan 100 ke V ion Oksigen

yang ditembakkan pada substrat Silikon sejumlah99.999 ion setelah keseluruhan proses ImplantasidiIakukan, diperoleh distribusi jarak tempuh ion (ionranges ), pada energi60 keV sebesar 0,13 f.1msedangkanpada energi 100 keV sebesar 0,21 j.lI1\.

'UI

ho"dlng Pel1emuan 11m/allllmu Pengetttlruan dan TeinDlogl Bahan '99Snpong, 19-2001ctober/91J9 '

ISSN 1411-2213

Pengaruh tegangan bias terhadap perubahan, klplsitlnsi

Graflk hubungan antara dosis ion dopan terhadapnilai kapasitansi per luas (CIA) disajikan pacta Gambar S.

:!!III

l"Et...v...e-.~].rD

~2!01&.-,&-

g 110tOO

50

U2C+lf 1,'/IE,'1 t41E+l. "'81.18 1,211.,.

Dolilion Dopan (ion.cm")

Gambar S. Otafik hubungan antata dosis ion dopanterhadapQUaiCIA denganvariasienetgi ion dopan

Dari graflk tersebut dapat dijelaskan sebagaiberikut. Karena basil implantasi dengan energi masihcukuprendah60keV maka lapisanSilikondioksidaberadapada permukaan, sehingga keping Silikon tersebut akanterbentuk metal, insulator dan semikonduktor. Dengandemikiancuplikan tersebut akan menjadipersambunganMIS daDberlaku sebagai dioda Schottky. Pada masing-maslngtipe persambunganteroapatpenumpukanmuatannegatif dan positij. sehigga dapat dianggap sebagaikapasitor. Pada gambar tersebut terlihat babwa semakinbesar dolls yang diimplantasikan, semakin leecHkapasitansinya, balk untuk energi 60 keY maupun100 keV. Hal tersebut dikarenakan semakm besar dollsion Oksigen yang diimplantasikan pada kepmg SilikonmateRlapisan Silikon dioksida yang terbentuk akInsemakin tebal, sehingga lapisan deplesinya (depletionlayer) semakin besar yang akan menyebabkankapasitansinya semakin turun. Pada dosis yang sarnaion yang berenergi tinggi (100 keV) akan mempunyald:azhdo?p1:A 1:hh1:i:arJ<a1em]:pHnSiOJ semaklnbesar, sehingga nilai kapasitansinya lebih keendibandingkan dengan yang berenergi rendah,(60 keV).Terbukti pada pengukuran kapasitansi per satuan luasCIA dengan dosis 1,275 1019ion-em'2, untuk energi60 keV didapatkan (89,9 :t:0,40) pF-cm-2,sedangkan padaenergi IOOkeVdihasiikansebesar(73,1:i: O,20)pF-cm4.Karakterisasikapasitansi lapisandeplesi fungslteganganbias Mondor (reverse bias) nilainya akan dlpengaruhioleh tegangan bias tersebut. Grafik hubungan antarakapasitansi sambungan MIS fungsi tegaltgan biasMondor pada energi 60 keY dengalt dosis2,412 10" ion-cm,2disajikanpada Gambar6.

Garnbar 6 menunjukkan babwa tegangan biasmundur akan mempengaruhi nilai kapasitansi dati MISyang terbentuk. Dengan demikian kelakuan kapasitansiltegangan dapat memberikan informasi tentang swktur

_.

240'+CI.TIIIII"'C28'1a 2-'-C3a'lllc ~

2111-..........-.

--......

1l1li OU5U~Wqm.~.m.~.~u., .. --I'11III

Gambar 6. Grafik hubungan kapasitansi tethadaptegangan bias mundur untuk dosls Ion dopan2,472.10. ion.cm,zpadaenetgi 60 keY

sambungan MIS tersebut. Terlihat bahwa untuk teganganbias Mondor semakin besar, mengakibatkan nilaikapasitansinya akin menurun atau mengecil. Padakeadaan ini daerah deplesi W membesar, dengan kalalain W membesar dengan naiknya bias mundur sepertihalnya daerah moRtaR ruang pada sambungan p-n.Naiknya tegangan bias mundur menyebabkan elektronakan bergerak dalam arab yang berlawanan sehinggadipermukaan akIn terbentuk lapisan deplesi yangmembesar daD mengakibatkan kapasitansinya akInmengecil.Ketikategangan bias mundur, VRdikontakkandengan sistim diode Schottky, sehingga rapat ams totalyang mengalir, I=lo(e"VRlkT-1) mendekati 10-+ I l1li10,karena

VIljauh lebih besar darl kT/e. Pada dosis yang sarnaterlihatbahwa dengan naiknya energi iondan kedalamanpenelusupan (penetration); menyebabkan kapasitansilapisan deplesi akIn menurunl mengecil. Hal inidisebabkan oleh naiknya jangkauan yang teruraisehmgga deviasijangkauan (AR,) membesar. Penentuanperubaban kapasitansi dengan pengamh tegangan biasini sangat penting karena akan menentukan balk tidaknyakarakteristik piranti semikonduktor yang dlbuat,dikarenakan Ida tiga daerah kerja apabila struktuttersebut diberikan tegangan bias. Pada saat teganganpolitiC dikenakan pada MIS dengan substrat tipe-N,elektron akIn terakumulasi pada permukaansemikonduktor sehingga kondlsi ini disebut daerahakumulasi. Bila tegangan bias diubah menjadi lebihnegatif, maka elektron akan bergerak dalam arab yangberlawanan sehingga dlpermukaan akIn terbentuklapisan deplesi. Selanjutnya dengan bertambahnyateganLan negatif, maka akan terbentuk lapisan mversiatau pembalikan karena daerab permukaan ini berubahtipe konduktivitasnya (inversion region). Potensialbarier (barrier potential) pada bidIng mutt logarnsemikonduktor, dengan snafU lapisan deplesi Itaulapisan inversi tersebut dimuka sarna halnya dengansumbungau p-n didalarnkristal semikonduktor. Deugaudemikian basil pengukuran kapasitansi laplsan deplesifungsi tegangan bias mundur pada sambungan logaminsulator sernikonduktor dapat untuk menentukan

Pengukuran dan Ana/isis Sifat Listrik SemikJ;tfliiktfjliYiltRimYn)fgijJli'hiPlltlifiti{:ae'~ka;rBe;iJlig~lhb~lsibWO'ksih~ii'P1dat£1tergl60'kuJtdan 100 keV (Darsono) .,-'" ""~,,,'h~ - .\1,"<';'"

10~~y~ @q§e~trJt~i;p@q$;tJfl!\l.(o.41lffi~t:poncentta(r.oW, hQID08c;;O!daniiYlidatitik fp'l1neaktrtempun yili leg angan1o9i.!!E!ij11>iYc~J..uJHq\&rmJmgRtltAwi-tWteMialnbarij{ier clan \:ltdaclah)iaRg.pating:besal::'hat ini'dikarenaklmtk:edalaiiian

ibtfga,!1ganig(lp~ fg!M"~~tY~~~ib.Mi~n;.?'5 1(1'1'1 Ij)peneluBupan'.} ion\dopatl\Oksigen lpada'sllbgtraf'Silikon

K"

' I V" nt j

" ,,

(\i?e,

'

,

j,,) I metYgikutMistrib,

usi::s.aU&.,

'Kar,

akteristik,

"1ni1,

's...t~,gangan

araktensasl":' danpen~ Qaq egan~nMaa -t_":,ADC\':I"' d'b

"" I:":'h ' n"

lck'" "'--' ~,'it..!\""y '\"'" \;':"\V't"" .L". !;.1r' i t. ,:h,,'H ,U-J .!:UWI:'J'P'"J.an~ l uahe u imenunJu anaCliUlya,responiF, n '\Peligujiati1Imrakteristik'M\1g'.t'egan~hrd1triMIS terhadapteganganbiasyang diberikanJI:)engau-demikian(cyung'dibuatxda lalki"P~oetiti;1nfiIf~ijerhijti'Ht?untuk t \.liaikhywdosigdarl\energi idn:ddpMt yangliiitltp tan~an!' cmengeHlhuh<\\e'$amya,~tegangah:kIfu:fa1Jrii~iHgfln1aslihg"padatarget '1Iaknn~enyeb:lbkan\tsetnakiin''beSar tebat

auplikah dengan -~vari'asi,'dos:ist'dah \'encrgi,)iooi dopan .Iliapi$anl'SiIUson ,orokSida 'sehiriggk"Sem'akiJl~ tinggir Ok sig en(y angr~clap atdij e~!'tsk\1fi.lise01\gai!:'b'er ik ut. ..,\tegang~n~i1daMari: MIS,yang terberttuk. !radi sambuhgan

Semikonduktor yang telah diitriplantaSi"f(emticlian diukur 'MlSC,yang dibu:at 'pacla peneliti'an?ini S'Udah dapat, karakteristik'1-V,dengan'diberiitegangah'6iasmtiju 'Oigunakan,sebagai diod'a walaupun belumsesempurna

lforwardbias :Vo/fage ) clan teganganbiaS'1mundur. hila dibandingkan dengan MIS yang dihasilkan dariBesarnya dosis clan energi ion dopan OksJgen akan fabrikasi.menentukan karakteristik I-V clan tegangan dadaI , :.1"

persambungan (junction) MIS yang terbentuk. Selainitu tegangan dadaljuga bergantung pada energi selanya. KESIMPULANPada sambungan MIS saat diberi tegangan bias mundurmelebihi arus maksimum maka akan terjadi tegangandadal. Bila diberi tegangan bias mundur melebihibesarnya tegangan dadal, maka akan terjadi kerusakanpada MIS yang terbentuk. Dengan mengetahuitegangandadal dari MIS yang terbentuk, maka bahan yang telahdiimplantasi dapat digunakan dengan balk sesuai bataskemampuannya, yaitu tegangan yang dipakaitidakbolehmelebihi tegangan dadalnya,

Grafik yang menunjukkan karakterisasi arus-tegangan serta besarnya tegangan dadal pada dosis1,2751019ion-em'2clanenergi iondopan60keYdisajikanpada Gambar 7.

__""""'-':,~i" "" ,-, " .. "..-. 'II!

1!!1 ~T2 -13 , ~

iM~ ~(

Tegangan(Volt!

,~

~

Gombar 7, Grafik karakteristik arus-tegangan pada dosision dopan 1,275 1019 ioncm-2 untuk energi 60 keY,arus 200 JlA

Gambar 7 adalah karakteristik arus-teganganuntuk tiga titik pengukuran, yang diimplantasi denganenergi 60 keY, dosis ion dopan 1,2751019ion-em"2,suhuanil 1000 °C, resistivitas lapis 3432,5 O-cm"2clanteballapisanSilikondioksidasebesar0,4808/lID,menghasilkantegangandadaI7,5Volt, 15Voltdan 10,0Volt. Darigraftkarus-tegangan untuk ketiga titik pengukuranmenunjukkan bahwa besarnya tegangan dadal tidak

.fJ . !

Berdasarkan data yang cliperoleh dan basilpembahasan, dapat ditarik kesimpulan bahwa :I. Lapisan Silikon dioksida yang terbentuk pada energi

60keV masihdipennukaankristalSilikon,terbuktidatikarakteristik arus-tegangan yang terbentuk sehinggasusunan perangkat terse but menyerupai diodaSchotky-barrier,

2. Diperoleh nilai resistivitas lapis pada closistertinggiadalah (3432:t 46) O-cm-2untuk energi 60 keY, clanpada energi 100 keY sebesar (4271:t 30) O-em-2,sedangkan nilai CIA terkeeil (89,9 :t 0,40) pF-em"2energi 60 keYclan(73, I :t 0,20) pF-em"2pada energilookeV,

3. Pada pengukuran metode I-V didapatkan tegangandadal terbesar adalah 15 volt, sedangkan hasilperhitungan tebal lapisan'Silikon dioksida terbesarpadadosis 1,2751O19ion-cm-2denganenergi60keVadalab0,4808/lID.

4. Didapatkannilai resistivitas lapis, tegangan dadal clantebal lapisan Silikon dioksida akan semakin besardengan bertambahnya dosis ion dopan, sedangkannilai kapasitansi per satuan luas akan semakin keei!.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis menyampaikan terima kasih kepada BapakA. Sunarto clan Bapak Sumaryadi alas bantuan yangtelah diberikannya selama penulis melaksanakanpenelitian di laboratorium Akselerator Batao Yogyakartasehingga paper ini dapat tersusun.

DAFT AR PUST AKA

[1]. RYSSEL,H. AND RUGE, I. Ion Implantation, JohnWileyand SonsLtd, New York, USA, (1986).

[2]. Sudjatmoko,AkseleratorImplantaSiion, PadaDiklatpengenal an daD aplikasi Akselerator Pusdiklat

... ,-, , -, ",.. -,"'_..n.'_'.'--"_'II!""~H_'"~.,-,_..,,,~-.~--~,~-, ,,-".- '_'_',0,"'_- -"~,':'-

Prosiding Pertemaan llmiah lima Pengetahuan don Teknologi Bahan '99Serpong, 19 -20 Oktober 1999 ISSN 1411-2213

Pusdiklat Badan Tenaga Atom Nasional, (1998).[3]. STURN, J.C., ET.AL., "Silicon-On-Insulator and

Buried Metals in Semiconductors", Material

Research Society, vol. 107, Boston USA, (1987)[4]. ALLES, M.I., Thin-Film SOl Emerges, IEEE Spectnun,

June (1997)[S]. SULHADI, DADI RUSDIANA dan SUKIRNO,

"Fabrikasi Wafer SOl dengan metoda Eltran",

Simposium Fisika Nasional XIX, Yogyakarta, (1998).[6]. SUKIRNO, "Simulasi Implantasi ion Oksigen pada

substrate Silikon dengan energi JOO - 400 Kevdengan Software TRIM', Simposium FisikaNasionalXN, (1996).

[7]. TSAUR B-Y, "Assessment of Silicon On InsulatorTecnologiesfor VLSf', Material Research Society,vol. 107,Boston USA,(1987)

[8]. Ibis Technology Corporation, SemiconductorInternational of The Industrial Source Book forProcessing, Assembly and Testing, Danvers, April(1997)

[9]. COLINGE, J.P., ET,AL., "Physical and Technicalproblems of SOl Structureand Device",NATO ASISeries-3,HighTechnology,volA,Nedherland,(1995)

[10].BURKEDE dkk, "Precipitateand defectFormationin Oxygen Implanted Silicon On InsulatorMateriaf', Material Research Society, vol. 107,BostonUSA, (1987)

[11].ZIEGLERJF,etal. "The Transportof Ions in Matter(TRIM96)". Yoktown, New York IBM-Research,1996.

244