physical vapor deposition

P HYSICAL VAPOR D EPOSITION ( PVD )

1. 2. 3.

4.5. 6. 7.

8.9.

2

D EPOSISI

Deposisi adalah sebuah proses di mana gas berubah menjadi padat (juga dikenal sebagai desublimasi).

Deposisi merupakan proses yang melepaskan energi atau eksotermik saat berubah fasa.Proses Deposisi bisa diamati saat pembentukan salju di awan.

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

3

D EPOSISI U AP

Deposisi Uap adalah proses yang digunakan secara luas dalam semikonduktor dan industri bioteknologi untuk menyimpan lapisan tipis dari berbagai material untuk memodifikasi permukaan suatu benda.

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

4

J ENIS D EPOSISI U AP

PVD ( Physics Vapor Deposition) Lapisan dibentuk oleh atom yang secara langsung dipindahkan dari sumber ke substrat pada saat fase gas.

CVD (Chemical Vapor Deposition) Lapisan dibentuk dari reaksi kimia yang terjadi pada permukaan substrat.

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

5

J ENIS D EPOSISI U AP

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

6

P HYSICS VAPOR D EPOSITION ( PVD ) Physics

Vapour Deposition (PVD) adalah teknik dasar pelapisan dengan cara penguapan, yang melibatkan transfer material pada skala atomik. PVD merupakan proses alternatif dari elektroplating.

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

7

C ARA K ERJA PVDProses PVD terjadi pada kondisi vakum. Proses PVD meliputi :1. 2. 3. 4.

Evaporasi Transportasi Reaksi Deposisi

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

8

E VAPORASI

Pada tahap ini, sebuah target yang mengandung material yang ingin diendapkan, dibombardir menjadi bagianbagian kecil akibat sumber energi yang tinggi seperti penembakan sinar elektron. Atom atom yang keluar tersebut akhirnya menguap.

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

9

T RANSPORTASI

Proses ini secara sederhana merupakan pergerakan atom-atom yang menguap dari target menuju substrat yang ingin dilapisi dan secara umum bergerak lurus.

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

10

R EAKSI

Pada beberapa kasus, pelapisan mengandung logam Oksida, Nitrida, Karbida dan material sejenisnya. Atom dari logam akan bereaksi dengan gas tertentu selama proses perpindahan atom. Untuk permasalahan di atas, gas reaktif yang mungkin adalah Oksigen, Nitrogen dan Metana.

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

11

D EPOSISI

Merupakan proses terjadinya pelapisan pada permukaan substrat.

Beberapa reaksi terjadi antara logam target dan gas reaktif mungkin juga terjadi pada permukaan substrat yang terjadi serempak dengan proses deposisi.

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

12

K RITERIA P EMILIHAN P ROSES PVD

Jenis material yang akan diendapkan Tingkat pengendapan Keterbatasan yang dimiliki oleh substrat, seperti temperatur deposisi maksimum, ukuran dan bentuk. Adhesi dari deposisi ke substrat.

Kekuatan lompatan (tingkat dan distribusi ketebalan proses deposisi, contohnya semakin tinggi kekuatan lompatan, semakin baik kemampuan proses untuk melapisi benda-benda yang berbentuk tidak beraturan dengan ketebalan seragam).TUGAS ELEKTROKIMIA 4/4/2011

13

K RITERIA P EMILIHAN P ROSES PVD

Kemurnian bahan pelapis Persyaratan peralatan dan ketersediaan Biaya Pertimbangan ekologi Kelimpahan bahan endapan

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

14

J ENIS J ENIS PVD Penguapan ( Evaporation )

Pemercikan ( Sputtering )

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

15

E VAPORASI

Thermal Evaporation

Electron Beam Evaporation

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

16

T HERMAL E VAPORATION

Meletakkan material target yang ingin diendapkan pada sebuah kontainer. Panaskan kontainer tersebut hingga suhu yang tinggi. Material target menguap Uap dari material target tersebut bergerak dan menempel pada permukaan substrat. Uap pelapis mendingin dan melekat di permukaan substrat.TUGAS ELEKTROKIMIA 4/4/2011

17

T HERMAL E VAPORATION

Wafers

Aluminum Charge

Aluminum Vapor 10-6 Torr

To PumpTUGAS ELEKTROKIMIA

High Current Source4/4/2011

1 Torr = 133.322 Pa = 1 mmHg

18

T HERMAL E VAPORATOR

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

19

T HERMAL E VAPORATION

Foil Dimple Boat

Alumina Coated Foil Dimple Boat

Cr Coated Tungsten Rod

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

20

E LECTRON B EAM E VAPORATION Teknik

ini menyebabkan penguapan dari material oleh tembakan sinar elektron yang dipusatkan pada permukaan dari material. Uap dari material tersebut akan terurai dan akan menuju permukaan dari substrat pada tekanan uap yang tinggi oleh penembakan elektron pada keadaan vakum

Dipanaskan

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

21

E LECTRON B EAM E VAPORATIONWafers

Aluminum Charge

Aluminum Vapor

Electron Beam

10-6 Torr

To PumpTUGAS ELEKTROKIMIA

Power Supply4/4/2011

1 Torr = 133.322 Pa = 1 mmHg

22

E LECTRON B EAM E VAPORATION

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

23

E-B EAM E VAPORATOR

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

24

E-B EAM E VAPORATOR

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

25

P ERBANDINGAN E VAPORASI T HERMAL DAN E-B EAMEvaporasi Material Jenis Evaporan Pengotor Range Suhu Biaya

Thermal

Logam atau material dengan titik lebur rendah

Au, Ag, Al, Cr, Sn, Sb, Ge, In, Mg, Ga CdS, PbS, CdSe, NaCl, KCl, AgCl, MgF2, CaF2, PbCl2

Tinggi

~ 1800 0C Rendah

E-Beam

Logam dan Dielektrik

Logam-logam di atas, ditambah : Ni, Pt, Ir, Rh, Ti, V, Zr, W, Ta, Mo Al2O3, SiO, SiO2, SnO2, TiO2, ZrO2

Rendah

~ 3000 0C

Mahal

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

26

M ASALAH S TOIKIOMETRI P ROSES E VAPORASI

Beberapa senyawa temperatur tinggi.

material

rusak

pada

Masing-masing komponen memiliki tekanan uap yang berbeda-beda, sehingga laju deposisi yang dihasilkan pada lapisan substrat berbeda dengan sumber material.

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

27

J ENIS -J ENIS WADAH P ROSES E VAPORASI PVDLogam Refraktori Material Tungsten (W) Tantalum (Ta) Molybdenum (Mo) Karbon Grafit Alumina (Al2O3) Boron Nitrida (BN) Titik Lebur (0C) 3380 3000 2630 Keramik Refraktori 3799 2030 2500 2600 1900 1600 Suhu ketika Tekanan Uap 10 mTorr (0C) 3230 3060 2530

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

28

S PUTTERING

Sputtering diperoleh dengan melewatkan ion inert (Ar+) menggunakan arus DC atau RF di dalam plasma melalui gradien potensial untuk menghancurkan permukaan logam yang ditargetkan. Lalu material target tersebut terpercik dan terdeposisi pada substrat yang diletakkan di anoda.

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

29

S PUTTERING

Ar+

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

30

DC D IODE S PUTTERING

DC Diode sputtering, sering dikenal sebagai cathode sputtering, terjadi sebagai hasil sputtering dari elektrode negatif oleh gas ion positif karena adanya beda potensial yang tinggi antara 2 elektrode yang dipisahkan oleh gas pada tekanan 1 10 Pa.

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

31

DC D IODE S PUTTERING-V Target

Argon Plasma

Wafer Chuck

Metal filmTUGAS ELEKTROKIMIA

Wafer

4/4/2011

32

C OLLIMATED S PUTTERING

Digunakan untuk deposisi Ti dan TiN Collimator membuat atom logam atau molekul untuk tetap bergerak pada arah vertikal Mencapai celah yang sempit di bawah / melalui lubang Meningkatkan cakupan permukaan bawah

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

33

C OLLIMATED S PUTTERINGMagnets Target

Plasma Collimator Film Via holesTUGAS ELEKTROKIMIA 4/4/2011

34

P ERBANDINGAN T HERMAL E VAPORATION DAN S PUTTERING

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

35

E NDURA PVD S YSTEM

PVD Target PVD Chamber

CVD Chamber

---DERSUN---

36

K EGUNAAN P ELAPISAN PVD

Alasan utama penggunaan pelapisan PVD adalah untuk:

Meningkatkan terhadap aus

kekerasan

dan

ketahanan

Mengurangi gesekan Meningkatkan ketahanan oksidasi

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

37

K EGUNAAN P ELAPISAN PVD

Penggunaan pelapisan seperti ini bertujuan meningkatkan efisiensi melalui kinerja yang meningkat dan masa pemakaian komponen yang lebih lama. Pelapisan ini juga memungkinkan komponen yang dilapis untuk beroperasi pada lingkungan di mana komponen yang tidak dilapis tidak bisa bekerja.

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

38

K EUNTUNGAN P ROSES PVD

Material yang telah dilapisi memiliki sifat yang lebih baik jika dibandingkan dengan material sebelumnya. Prosesnya lebih ramah lingkungan daripada proses electroplating.

TUGAS ELEKTROKIMIA

4/4/2011

39

K ERUGIAN P ROSES PVD

Sulit untuk medapatkan permukaan lapisan yang seragam.

Biaya produksi yang tinggi.Beberapa prosesnya beroperasi pada kondisi vakum dan temperatur yang tinggi sehingga memerlukan operator yang terampil. Prosesnya memerlukan panas dalam jumlah yang besar dan sistem pendinginan yang tepat.

Laju pengendapan pelapisannya biasanya lambat.4/4/2011

TUGAS ELEKTROKIMIA

40

T EKNIK P ENGUKURAN PVD

Calo tester : pengujian ketebalan pelapisan Scratch tester : pengujian adhesi pelapisan Pin on disc t