P HYSICAL VAPOR D EPOSITION ( PVD )
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
D EPOSISI
2
Depos eposis isii adalah lah sebu sebuah ah pros prose es di mana mana gas beru beruba bah h menj menjad adii pada padatt (juga (juga dik dikenal enal seba sebaga gaii desublimasi).
Depo Deposi sisi si meru merupa pak kan pros proses es yang ang mele melepa pask skan an energi atau eksotermik saat berubah fasa.
Proses Deposisi bisa diamati saat pembentukan salju di awan.
4/4/2011
D EPOSISI U A P
3
Deposisi Uap adalah proses yang digunakan secara luas dalam semikonduktor dan indu indusstri tri biot biotek ekno nolo log gi untu untuk k men menyimp yimpan an lapi lapisa san n tipi tipiss dari dari berb berbag agai ai mate materi rial al untu untuk k memodifikasi permukaan suatu benda.
4/4/2011
J ENIS D EPOSISI U A P
4
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.
4/4/2011
5
J ENIS D EPOSISI U A P
4/4/2011
H YSICS V APOR A POR D EPOSITION P HYSICS 6
( PVD ) Vapour Deposition (PVD) adalah teknik dasar pelapisan dengan cara penguapan, yang mel melibatkan tra transfer materia rial pada skala atomik. PVD merupakan proses alternatif dari elektroplating.
Physics
4/4/2011
C A R A K ERJA P V D
7
Proses PVD terjadi pada kondisi vakum. Proses PVD meliputi : 1.
Evaporasi
2.
Transportasi
3.
Reaksi
4.
Deposisi
4/4/2011
E VAPORASI
8
Pada tahap ini, sebuah target yang mengandung material yang ingin dien diendap dapk kan, an, dibo dibomb mbar ardi dirr menj menjad adii bagi bagian an-bagian kecil akibat sumber energi yang tinggi seperti seperti penemb penembak akan an sinar sinar elekt elektron ron.. Atom– atom yang keluar tersebut akhirnya menguap.
4/4/2011
T RANSPORTASI
9
Pros Proses es ini ini sec secara ara sede ederhan rhana a meru merupa pak kan perge pergera raka kan n at atomom-at atom om yang yang mengua menguap p dari targ ta rget et menuj menuju u subs substr trat at yang yang ingi ingin n dila dilapi pisi si dan secara umum bergerak bergerak lurus.
4/4/2011
R EAKSI
10
Pada ada bebe beberrapa apa kasus asus,, pela pelapi pisa san n meng mengan andu dung ng log logam Oksi Oksida da,, Nitr Nitrid ida, a, Karbi arbida da dan dan mate materi rial al seje sejen nisn isnya. Atom dari ari log logam akan akan ber bereaksi aksi dengan gas tertentu selama proses perpindahan atom. Untuk permasalahan di atas, gas reaktif yang ang mung mungki kin n adal adalah ah Oksi Oksige gen, n, Nitr Nitrog ogen en dan dan Metana.
4/4/2011
D EPOSISI
11
Merupakan proses terjadinya pelapisan pada permukaan substrat. substrat.
Beberapa reaksi terjadi antara logam target dan dan gas reak reakti tiff mung mungki kin n jug juga terj terjad adii pada pada permuk permukaan aan substr substrat at yang yang terjad terjadii seremp serempak ak dengan proses deposisi.
4/4/2011
K RITERIA P EMILIHAN P ROSES P V D
12
Jenis material yang akan diendapkan
Tingkat pengendapan
Keter eterba battasan asan yang ang dimi dimili liki ki oleh oleh sub substr strat, sepe sepert rtii temperatur deposisi maksimum, ukuran dan bentuk.
Adhesi dari deposisi ke substrat.
Kekuatan lompatan (tingkat dan distribusi ketebalan proses proses deposisi, deposisi, contoh contohny nya a semakin semakin tinggi tinggi kekuatan ekuatan lomp lompat atan an,, sema semaki kin n baik baik kemam emampu puan an pros proses es untu untuk k melapisi benda-benda yang berbentuk tidak beraturan beraturan dengan ketebalan seragam). 4/4/2011
K RITERIA P EMILIHAN P ROSES P V D
13
Kemurnian bahan pelapis
Persyaratan peralatan dan ketersediaan
Biaya
Pertimbangan ekologi
Kelimpahan bahan endapan
4/4/2011
J ENIS J ENIS P V D
14
Penguapan
( Evaporation )
Pemercikan
( Sputtering )
4/4/2011
E VAPORASI
15
Thermal Evaporation
Electron Beam Evaporation
4/4/2011
H ERMAL E VAPORATION VAPORATION T HERMAL
16
Meletakk Meletakkan an material material target target yang ingin diendapkan pada sebuah kontainer kontainer..
Panaskan kontainer tersebut hingga hingga suhu yang yang tinggi. tinggi.
Material target menguap
Uap dar dari mater ateriial targ arget tersebut bergerak dan menempel pada permukaan substrat.
Uap pelapi pelapiss mendi mendingi ngin n dan melekat di permukaan substrat.
4/4/2011
17
H ERMAL E VAPORATION VAPORATION T HERMAL
Wafers
Aluminum Charge
Aluminum Vapor 10-6 Torr
To Pump
High Current Source
1 Torr = 133.322 Pa = 1 mmHg 4/4/2011
18
H ERMAL E VAPORATOR VAPORATOR T HERMAL
4/4/2011
19
H ERMAL E VAPORATION VAPORATION T HERMAL
Foil Dimple Boat
Alumina Coated Foil Dimple Boat
Cr Coated Tungsten Rod
4/4/2011
L ECTRON B E A M E LECTRON 20
VAPORATION E VAPORATION Teknik
ini menyebabkan penguapan penguapan dari dari mate material rial oleh tembakan sinar elektron yang dipusa dipusatk tkan an pada pada permuk permukaan aan dari material. Uap dari material tersebut akan terurai dan akan menuju permukaan dari substrat
Dipanaskan pada tekanan uap yang tinggi oleh penembakan elektron pada keadaan vakum
4/4/2011
L ECTRON B E A M E LECTRON 21
VAPORATION E VAPORATION
Wafers
Aluminum Charge
Aluminum Vapor
Electron Beam
10-6 Torr
To Pump
Power Supply
1 Torr = 133.322 Pa = 1 mmHg 4/4/2011
L ECTRON B E A M E LECTRON 22
VAPORATION E VAPORATION
4/4/2011
23
VAPORATOR E - B E A M E VAPORATOR
4/4/2011
24
VAPORATOR E - B E A M E VAPORATOR
4/4/2011
P ERBANDINGAN E VAPORASI T HERMAL DAN E - B E A M
25
Evaporasi
Material
Jenis Evaporan
Ther Therma mall
Loga Logam m atau atau material dengan titik lebur rendah
Au, Ag, Al, Cr, Sn, Sb, Ge, In, Mg, Ga CdS, PbS, CdSe, NaCl, KCl, AgCl, MgF 2, CaF2, PbCl2
E-Be E-Beam am
Loga Logam m dan dan Dielektrik
Logam-logam di atas, ditambah : Ni, Pt, Ir, Rh, Ti, V, Zr, W, Ta, Mo Al2O3, SiO, SiO2, SnO2, TiO2, ZrO2
Pengotor
Tinggi
Rendah ndah
Range Suhu
Biaya
~ 1800 0C Rend endah
~ 300 3000 0C
Mahal
4/4/2011
M ASALAH S TOIKIOMETRI P ROSES E VAPORASI
26
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.
4/4/2011
J ENIS - J ENIS WADAH P ROSES E VAPORASI P V D
27
Logam Refraktori
Material
Titik Lebur (0C)
Suhu ketika Tekanan Uap 10 mTorr mTorr ( 0C)
Tungsten (W)
3380
3230
Tantalum (Ta)
3000
3060
Molybdenum (Mo)
2630
2530
Keramik Refraktori
Karbon Grafit
3799
2600
Alumina (Al2O3)
2030
1900
Boron Nitrida (BN)
2500
1600
4/4/2011
S PUTTERING
28
diperoleh deng dengan an mele melewa watk tkan an ion ion + iner inertt (Ar (Ar ) meng menggu guna nak kan arus DC atau RF di dalam plas lasma melalu laluii grad gradie ien n potensial untuk menghancurkan permu rmukaa aan n logam ogam yang ang ditargetkan.
Lalu material target tersebu ebut terper rperci cik k dan dan terd terdepo eposis sisii pada pada subst substra ratt yang diletakkan di anoda.
Sputtering
4/4/2011
S PUTTERING
29
Ar+
4/4/2011
D C D IODE S PUTTERING
30
serin ng dik dikenal nal seb sebagai agai DC Diod Diode e sput sputtterin ering g, seri catho athode de sput sputte teri ring ng, terjadi sebagai hasil sput sputte teri ring ng dari dari elek elektr trod ode e neg negat atif if oleh oleh gas ion ion positif karena adanya beda potensial yang tinggi antara antara 2 elektrode yang dipisahkan dipisahkan oleh gas pada tekanan 1 – 10 Pa.
4/4/2011
31
D C D IODE S PUTTERING
-V
Target
Argon Plasma
Wafer Chuck
Metal film
Wafer
4/4/2011
C OLLIMATED S PUTTERING
32
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
4/4/2011
33
C OLLIMATED S PUTTERING
Magnets Target
Plasma Collimator Film Via holes
4/4/2011
34
P ERBANDINGAN T HERMAL VAPORATION D A N S PUTTERING E VAPORATION
4/4/2011
35
® E NDURA
PVD S YSTEM
PVD Target PVD Chamber CVD Chamber
K EGUNAAN P ELAPISAN P V D
36
Alas Alasan an utam utama a pengg penggun unaa aan n pela pelapi pisa san n PVD PVD adal adalah ah untuk:
Meningkatkan terhadap aus
kekerasan
dan
Mengurangi gesekan
Meningkatkan ketahanan oksidasi
ketahanan
4/4/2011
K EGUNAAN P ELAPISAN P V D
37
Pengg enggun unaa aan n pela pelapi pisa san n sepe sepert rtii ini ini bert bertuj ujua uan n meni mening ngk kat atk kan efisi fisien ensi si mela melalu luii kine kinerj rja a yang ang meningkat dan masa pemakaian komponen yang lebih lama.
Pelap elapis isan an ini ini jug juga memu memung ngki kink nkan an kompo ompone nen n yang dilapis untuk beroperasi pada lingkungan di mana mana kompo ompone nen n yang ang tida tidak k dila dilapi piss tida tidak k bisa bisa bekerja.
4/4/2011
K EUNTUNGAN P ROSES P V D
38
Material yang telah dilapisi memiliki sifat yang lebi lebih h baik baik jik jika diba diband ndin ingk gkan an deng dengan an mate materi rial al sebelumnya.
Pros Proses esn nya lebi lebih h ramah amah ling lingk kung ungan dari daripa pada da proses electroplating.
4/4/2011
K ERUGIAN P ROSES P V D
39
Sulit untuk medapatkan permukaan lapisan yang seragam.
Biaya produksi yang tinggi.
Bebe Beberrapa apa pros proses esn nya bero berope perrasi asi pada pada kondi ondisi si vakum akum dan dan tempe emperrat atur ur yang ang ting tinggi gi sehi sehing ngg ga memerlukan operator yang terampil.
Prosesnya Prosesnya memerlukan panas dalam jumlah yang besar dan sistem pendinginan yang tepat.
Laju pengendapan pelapisannya biasanya lambat. 4/4/2011
40
T EKNIK P ENGUKURAN P V D
Calo tester : pengujian ketebalan pelapisan
Scratch tester : pengujian adhesi pelapisan
Pin on disc tester : pengujian koefisien aus dan gesekan
4/4/2011
41
C A L O T ESTER
4/4/2011
42
P I N O N D I S C T ESTER
4/4/2011
43
S CRATCH T ESTER
4/4/2011
A PLIKASI P V D
44
Aerospace
Otomotif
Alat-alat medis
Cetakan untuk pemrosesan material
Alat pemotong
Senjata api (Fire Arms)
4/4/2011
P ERBANDINGAN P V D DAN C V D
45
PVD
CVD
Tidak ada reaksi kimia pada permukaan.
Terjadi reaksi kimia pada permukaan.
Kualitas lebih baik karena lapisan yang dihasilkan lebih murni.
Selalu terdapat pengotor pada lapisan yang dihasilkan. dihasilkan.
Kondu ondukt ktiv ivit itas as lebi lebih h baik baik..
Kondu ondukt ktiv ivit itas as renda endah. h.
Mudah untuk mengendapkan alloy.
Sulit mengendapkan alloy.
4/4/2011
REFERENSI
46
http://en.wikipedia.org/wiki/Deposition
http://en.wikipedia.org/wiki/Deposition_physics
http://en.wikipedia.org/wiki/Physical_vapor_deposition
http://www.yieldengineering.com/default.asp?page=232
http://www.azom.com/Details.asp?ArticleID=1558
http://205.153.241.230/P2_Opportunity_Handbo http://205.153.241.230/P2_Oppo rtunity_Handbook/1_5.h ok/1_5.h tml Semua sumber diakses pada tanggal 30/10/2009 4/4/2011
47
4/4/2011
