maaf ini juga copas..

1. Physical Vapor Deposition
ZIKKY SURYO PERMADI
5353117330
TUGAS PERLAKUAN PERMUKAAN
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
2014

2. BAB 1
PENDAHULUAN
The thin film hard coating dan Thermal Diffusion adalah metode coating
/pelapisan yang paling baru untuk meningkatkan lifetime stamping tool dan
meningkatkan qualitas hasil stamping. Applikasi metode ini terus meningkat dan
yang paling penting adalah meningkatkan keuntungan kepada pemakai Stamping tool
dan alat kerja lainnya. The thin film hard coating (Lapisan keras tipis) adalah Nitride
dan Keramik bahan dasar-Carbide dengan ketebalan 0.2-10µm. Metode ini
mempunyai dua teknik, diantaranya :
 Chemical Vapor Deposition (CVD), di mana material coating (contoh :
Titanium dan Nitrogen) berbentuk gas, dan reaksi thermochemical untuk
membentuk coating tool. Kemudian dipanaskan mendekati. 1,000 °C. yang
dikenal sebagai "Hot Process"
 Physical Vapor Deposition (PVD), di mana material coating berbentuk padat
(Solid) dengan menggunakan ruang hampa Tinggi. Dan pembuatan metal
atom oleh evaporasi, sputter dan metoda pemboman ion, pada temperatur
500°C. yang dikenal dengan "Cold Process"
Physical Vapor Deposition (PVD) adalah bagian dari Vacuum coating
technology istilah umum yang digunakan untuk menjelaskan dari berbagai metoda
untuk deposit thin film oleh kondensasi yang di evaporasi dari material ke berbagai
permukaan. Semua metoda PVD yang digunakan memerlukan ruang hampa tinggi,

3. secara relatif mengijinkan melekul bebas, metal dari atom dan gas yang dicampur
untuk membentuk reaksi dari permukaan tool. Ada beberapa sistim PVD untuk
menghasilkan metal ion dan reaksi thermochemical untuk membentuk lapisan
diantaranya :
1. Electron Gun, mengarahkan suatu arus dari energy elektron yang tinggi ke
arah Material deposisi dalam suatu tempat dan penguapan di ruang hampa
tinggi dari sistem deposisition.
2. Sputtering, di mana argon yang di ionisasi membom target deposisi metal
dan atom yang diperlukan untuk reaksi pembentukan pelapisan.
3. Arc, Evaporasi material deposisi dan melempar dengan cepat ke arah tool
surface(Substrate) , bersama-sama dengan gas reaktif ( Nitrogen atau Carbon
gas dari metan).
1. PROSES PVD ARC
PVD Arc atau Cathodic Arc Deposition adalah Proses Physical Vapor
Deposition di mana suatu busur cahaya digunakan untuk Evaporasi material dari
suatu target katode. Material yang di evaporasi kemudian dikondensasi di suatu
substrate, membentuk suatu film yang tipis. Teknik ini dapat digunakan untuk
deposit metalik, ceramic dan film komposit. Proses Arc evaporation dimulai
dengan membentuk suatu busur cahaya Arus tinggi, Voltage yang rendah dari
suatu katode (yang dikenal sebagai TARGET) pada umumnya beberapa
mikrometer lebar/luas, kegiatan pancaran area dikenal sebagai Cathode Spot.

4. Temperatur disekitar cathode spot sangat tinggi (sekitar 15000 °C), yang
mengakibatkan suatu percepatan yang tinggi (10 km/s). Pancaran dari material
katode yang dievaporasi, meninggalkan suatu kawah/lubang ledakan di sekitar
permukaan katode. Cathode Spot adalah hanya aktip untuk jangka pendek
(Triger), Perilaku ini disebabkan oleh gerakan arc. Arc pada dasarnya adalah
konduktor pembawa arus yang dapat dipengaruhi oleh medan elektromagnetis,
yang dalam prakteknya digunakan untuk mempercepat perpindahan gerakan
busur cahaya keseluruh permukaan target sehingga total permukaan dikikis dari
waktu ke waktu. Arc mempunyai rapat daya sangat tinggi yang menghasilkan
ionisasi yang lebih tinggi (30-100%), multiply charged ion, unsur partikel netral,
cluster dan macro-particles (droplets). Jika reaktif gas diperkenalkan sepanjang
proses penguapan, pemisahan, eksitasi dan ionisasi dapat terjadi selama interaksi
dengan perubahan ion terus menerus dan composite film akan dideposit.
2. Mesin PVD
Teknik PVD tidak terlalu susah untuk dipahami, yang penting kita harus
mengerti : Teknik Vacuum, Evapouration, Deposition, Ionization dan Electronic
Automation . Proses PVD melibatkan penarikan ruang hampa/vacuum chamber
yang tertutup rapat dan bersih. dimana penarikan ruang hampa yang cukup akan
mempunyai jarak yang sangat besar diantara atom di dalam ruang chamber. pada
dasarnya chamber harus hampa seperti di angkasa luar.
Mesin PVD adalah chamber yang sederhana dengan apa yang disebut sebagai

5. cathode metal plate di dalamnya. Bagian dalam yang dilengkapi dengan berbagai
alat ukur yang digunakan untuk mengontrol reaksi yang ada. Ruang hampa dan
plat metal yang mempunyai electric arc untuk melempar material ke permukaan
yang di coating, ini menyebabkan permukaan Target bangkit dan meluncurkan
ion logam pada tingkatan energy tinggi melalui bukaan pada mesin sampai
mereka menghadapi medan plasma di sekitar part yang di coating. medan plasma
ini sangat dibebankan oleh kelompok partikel unsur yang memancarkan warna
tertentu tergantung pada gas yang digunakan (ingat bola lampu neon, HID
automotive head light atau plasma cutting) Gas yang dibangkitkan ini (yang
dibuat dari Nitrogen) detemui oleh ion logam yang dipancarkan dari plat metal,
yang sudah dijelaskan di permulaan ini. Ion logam (Titanium+plasma+Nitrogen)
menciptakan Titanium nitride (TiN). kombinasi lapisan sederhana dari metal dan
gas.
Contoh :
1. Titanium + Nitrogen = TiN
2. Aluminum + Titanium + Nitrogen = AlTiN
3. Titanium + Aluminum + Nitrogen = TiAlN
4. Titanium + Nitrogen + C2H2 (Acetylene) = TiCN
5. Chromium + Nitrogen = CrN

6. 6. Cr + Ti + C2H2 (Acetylene) + Nitrogen - CrTiCN
3. Preparasi (surface preparation) :
Semua tool steels dapat dilapisi dengan teknik ini - Temperature coating dari
300 sampai 500 ° C sungguh baik karena di bawah temperatur normal heat
treatment. Ukuran dan dimensi dari alat tetap tidak berubah setelah proses
coating.
 Semua permukaan part harus bebas dari oksidasi, cat marker atau potensi
kontaminasi.
 Perubahan dangkal yang diproduksi oleh EDM cutting, ion nitriding "White
layer" atau oksidasi heat treatment harus dibersihkan secara mekanik.
 Semua insert, baud, dan lain lain harus dihilangkan, supaya pembersihan
benar2 komplit.
 Welded repair diperbolehkan dengan welding continous tanpa ada crack dan
kontaminasi.
 Permukaan kerja secara menyeluruh dipolising, mirror finish (0.1-0.4µm).
 sangat direkomendasikan untuk mengikuti surface finish quality.
Jika alat mempunyai kerusakkan lapisan tipis, dapat dibersihkan dengan
metode mekanis (dry blasting) atau bahan kimia. Pembersihan mekanis
memerlukan juga re-polishing dari permukaan kerja, dengan 0.02 sampai 0.04
mm. perubahan yang dimensional di permukaan masing-masing.

7. Cost proses PVD coating adalah 2 - 3 kali lebih tinggi dibanding Hard
Chrom, 2 kali lebih rendah dari CVD dan 3 - 4 kali lebih rendah dari TD. Hasil
yang ekonomis bervariasi tergantung dari aplikasi.
Benda kerja diendapkan dengan uap melalui reaksi kimia oleh gas yang
terdiri dari senyama kimia. Ketebalan pelapisan biasanya dalam skala micron.
Material yang mampu diendapkan di antaranya logam, paduan, karbida, nitride,
borides, keramik, atau oksida. Dua metode dalam vapor deposition
4. Physical vapor deposition
Terdiri dari tiga tipe yaitu vakum, sputtering, dan ion plating.
Temperature kerjanya 2000 – 5000C. partikel diendapkan ke benda kerja melalui
reaksi kimia
1. Vacuum deposition
Logam diuapkan pada temperature tinggi dalam vakum dan
diendapkan dengan substrate (substrate bertemperatur kamar). Pelapisan ini
bersifat uniform meskipun bentuknya kompleks. Dalam endapan oleh busur
listrik, pelapisan material (katode) diuapkan dengan penguap busur listrik.
Kemudian uap akan terkondensasi. Aplikasi metode ini pada hardware,
perhiasan, dan alat-alat rumah tangga. Pulsed laser deposition, hampir sama

8. dengan dua metode sebelumnya namun sumber energinya menggunakan sinar
pulsa.
2. Sputtering
Medan listrik diionisasi dengan gas inert. Ion positif menyerang benda
kerja yang akan dilapisi (katode) dan menyebabkan sputtering (percikan) pada
atom.atom kemudian terkondensasi pada benda kerja sehingga meningkatkan
kekuatan ikatan. Dalam reactive sputtering, gas inert digantikan dengan gas
reaktif yang menyebabkan teroksidasi dan oksida diendapkan. Karbida dan
nitride juga diendapkan dengan reactive sputtering. Radio frequency
menggunakan material nonkonduktif sebagai isolator listrik dan peralatan
semikonduktor.

9. 3. Ion plating
Kombinasi antara vakum dengan sputtering. Medan listrik
menyebabkan asap dan menimbulkan plasma. Atom yang teruapkan
terionisasi sebagian. Ion beam enhanced deposition cocok untuk
menghasilkan lapisan tipis saat pelapisan semikonduktor, aplikasi optic, dan
tribological. Dual ion beam deposition pelapisan hybrid, gabungan dari
physical Vapor deposition dengan ion beam bombardment. Aplikasinya pada
bearing keramik dan instrument pada gigi.

10. 5. Chemical Vapor Deposition
Merupakan sebuah proses termokimia. Aplikasinya pada pelapisan titanium
nitride, peralatan yang ditempatkan pada grapit. CVD biasanya lebih tebal
dibandingkan PVD. CVD berlangsung lama terdiri dari 3 jam pemanasan, 4 jam
pelapisan, dan 6-8 jam pendinginan. Ketebalan pelapisan tergantung dengan gas
yang digunakan, waktu, dan temperature.
CVD memiliki kekuatan ikatan yang berubah-ubah. Mampu menghasilkan
pelapisan berlian tanpa pengikat.
Deposisi uap fisik ( PVD ) menjelaskan berbagai metode deposisi vakum
digunakan untuk deposit film tipis dengan kondensasi bentuk menguap dari
bahan film yang diinginkan ke berbagai permukaan benda kerja ( misalnya , ke
wafer semikonduktor ) .
Metode pelapisan melibatkan murni proses fisik seperti suhu tinggi vakum
penguapan dengan kondensasi berikutnya , atau plasma menggerutu penembakan

11. daripada melibatkan reaksi kimia di permukaan yang akan dilapisi seperti
deposisi uap kimia .
Istilah deposisi uap fisik awalnya muncul dalam 1.966 buku Vapor Deposition
oleh CF Powell , JH Oxley dan JM Blocher Jr. , (tapi Michael Faraday
menggunakan PVD untuk deposit lapisan sejauh 1838 ) . Fisik lapisan deposisi
uap adalah proses yang saat ini sedang digunakan untuk meningkatkan sejumlah
produk , termasuk suku cadang otomotif seperti roda dan piston , alat-alat bedah
, bor , dan senjata .
Versi saat ini dari deposisi uap fisik selesai pada tahun 2010 oleh para ilmuwan
NASA di NASA Glenn Research Center di Cleveland , Ohio . Lapisan ini deposisi
uap fisik terdiri dari lapisan tipis logam yang terikat bersama-sama melalui rig bahwa
NASA selesai berkembang pada tahun 2010. Dalam rangka untuk membuat lapisan ,
pengembang menempatkan bahan penting ke dalam rig , yang menjatuhkan tekanan
atmosfer sekitarnya untuk satu torr ( 1/760 dari atmosfer kita sehari-hari ) . Dari sana
, lapisan dipanaskan dengan obor plasma yang mencapai 17.540 derajat Fahrenheit
atau 9.727 derajat Celcius . NASA PS - PVD adalah salah satu dari hanya dua
fasilitas seperti di Amerika Serikat dan salah satu dari empat di dunia . Dalam dunia
otomotif , itu adalah alternatif terbaru untuk plating chrome yang telah digunakan
untuk truk dan mobil selama bertahun-tahun . Hal ini karena telah terbukti
meningkatkan daya tahan dan berat kurang dari lapisan krom , yang merupakan

12. keuntungan karena akselerasi dan efisiensi bahan bakar kendaraan akan meningkat .
Fisik uap deposisi lapisan mulai populer karena berbagai alasan , termasuk bahwa itu
meningkatkan daya tahan produk. Bahkan , penelitian telah menunjukkan bahwa hal
itu dapat meningkatkan umur produk yang tidak dilindungi sepuluh kali lipat .
Varian dari PVD termasuk , dalam urutan abjad :
Katodik Arc Endapan : Di mana busur listrik berdaya tinggi habis di target ledakan (
source) materi pergi beberapa menjadi uap yang sangat terionisasi harus disetorkan ke
benda kerja .
Elektron balok deposisi uap fisik : Di mana material yang akan disimpan
dipanaskan dengan tekanan uap tinggi dengan penembakan elektron dalam " tinggi "
vakum dan diangkut oleh difusi harus disetorkan oleh kondensasi pada ( dingin )
benda kerja .
Deposisi evaporasi : Di mana material yang akan disimpan dipanaskan dengan
tekanan uap tinggi dengan pemanasan listrik resistif di " rendah " vakum [ 1 ] [ 2 ] .
Laser deposisi berdenyut : Di mana laser daya tinggi ablates bahan dari target
menjadi uap .
Menggerutu deposisi : Di mana debit cahaya plasma ( biasanya terlokalisasi di
sekitar " target" oleh magnet ) membombardir bahan sputtering beberapa pergi
sebagai uap untuk deposisi berikutnya .
PVD digunakan dalam pembuatan barang-barang , termasuk perangkat
semikonduktor , PET film aluminized untuk balon dan tas makanan ringan , dan alat
pemotong dilapisi untuk logam . Selain alat PVD untuk fabrikasi , alat kecil khusus (

13. terutama untuk tujuan ilmiah ) telah dikembangkan . Mereka terutama melayani
tujuan film tipis ekstrim seperti lapisan atom dan digunakan sebagian besar untuk
substrat kecil . Sebuah contoh yang baik adalah evaporator e - beam Mini yang dapat
menyimpan monolayers dari hampir semua bahan dengan peleburan poin hingga
3500 ° C .
Pelapis umum yang diterapkan oleh PVD adalah Titanium nitrida , Zirkonium nitrida
, Chromium nitrida , Titanium aluminium nitrida . [ 3 ]
Bahan sumber terhindarkan juga disimpan pada sebagian besar permukaan lain
interior untuk ruang vakum , termasuk fixture untuk memegang bagian .
Beberapa teknik yang digunakan untuk mengukur sifat fisik lapisan PVD adalah :
 Calo tester : uji ketebalan lapisan
 nanoindentation: Uji kekerasan untuk lapisan film tipis
 Scratch tester : lapisan uji adhesi

14. BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Pengendapan lapisan tipis adalah suatu proses yang digunakan di industri
semikonduktor untuk mengembangkan material elektronik, di industri penerbangan
untuk membentuk lapisan pelindung termal atau kimia untuk melindungi permukaan
dari lingkungan yang bersifat korosif, pada optik dapat memberikan sifat reflektif
yang diinginkan dan sifat tranmisi pada substrat dan dimana saja pada industri untuk
mengubah permukaan yang bermacam-macam sesuai sifat yang diinginkan. Proses
pengendapan secara luas dapat di klasifikasikan yaitu physical vapor
deposition (PVD) dan chemical vapor deposition (CVD). Pada CVD, pengembangan
lapisan membutuhkan temperatur yang tinggi, yang utama berdasarkan bentuk dari
hasil gas korosif, dan akan menghasilkan kotoran pada lapisan. Proses PVD
dilakukan pada temperatur pengendapan yang rendah dan tanpa hasil yang korosif
tetapi laju pengendapan rendah.
2.1. Physical Vapor Deposition
Physical Vapor Deposition adalah teknik dasar pelapisan dengan cara
penguapan, yang melibatkan transfer material pada skala atomik. PVD merupakan
proses alternative dari elektroplating. Physical Vapor Deposition terdapat beberapa
metode, diantaranya:

15. 1. Sistem penguapan
 Penguapan Thermal/arus panas
 Penguapan sinar elektron atau plasma
2. Sistem Percikan (sputtering)
 DC diode
 DC triode
 RF Dioda
 DC magnetron
Pada sistem percikan lebih serikali digunakan DC magnetron karena hasil
lapisan lebuh baik dan lebih seragam.
Semua proses ini terjadi di dalam ruang hampa udara pada tekanan kerja 10-2
sampai 10-4 mbar dan secara umum melibatkan pemecahan dari substrat untuk
dilapisi dengan ion bermuatan positif yang reaktif selama proses pelapisan untuk
menaikan densitas tinggi. Tambahan pula, gas-gas reaktif seperti nitrogen, asetilena
atau oksigen bisa dimuat ke dalam ruang vakum selama pengendapan logam untuk
menciptakan berbagai komposisi-komposisi pelapisan. Hasilnya adalah suatu ikatan
sangat kuat antara pelapis dan substrat pembuatan alat dan secara fisik, struktural
yang dikhususkan dan tribological kekayaan lapisan.
Cara kerja Physical Vapor Deposition (PVD) meliputi tahapan evaporasi,
transportasi, reaksi dan deposisi.
1. Evaporasi

16. Pada tahap ini, sebuah target yang mengandung material yang ingin
diendapkan, dibombardir menjadi bagian-bagian kecil akibat sumber energi
yang tinggi seperti penembakan sinar elektron. Atom-atom yang keluar
tersebut akhirnya menguap.
2. Transportasi
Proses ini secara sederhana merupakan pergerakan atom-atom yang
menguap dari target menuju substrat yang ingin dilapisi dan secara umum
bergerak lurus.
3. Reaksi
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 ini, gas
reaktif yang mungkin adalah oksigen, nitrogen dan metana. Merupakan
proses terjadinya pelapisan pada permukaan substrat.
4. Deposisi
Beberapa reaksi terjadi antara logam target dan gas reaktif mungkin juga
terjadi pada permukaan substrat yang terjadi serempak dengan proses
deposisi.
Physical Vapor Deposition merupakan deposisi uap dengan reaksi fisika yang
dapat dikategorikan menjadi dua jenis:
1. Sputtering (DC atau RF)

17. Sputerring adalah proses pengeluaran atom dari permukaan suatu material
yang dihasilkan dari benturan antar partikel dengan energi yang besar. Atom-atom
dari permukaan target dapat terlepas akibat ion yang dipercepat menumbuk
permukaan target melalui proses transfer momentum. Pada system sputtering model
planar dua elektroda yaitu katoda dan anoda anoda dalam vakum chamber berada
pada posisi berhadapan dan Katoda dihubungkan dengan sumber RF (radio frekuensi)
atau DC dengan tegangan negatif sedangkan anoda tegangan positif. Antara katoda
dan anoda terbentuk medan elektromagnet yang berperan menginduksi gas-gas
membentuk plasma.
Gambar 1. Skema Proses Sputtering
Sputtering sebagai teknik pengendapan yang memiliki langkah-langkah sebagai
berikut:
1. Penghasilan dan pengendapan ion-ion kepada material
2. Percikan ion-ion atom dari target material

18. 3. atom yang dipercikan berpindah ke substrate yang bertekana rendah
4. atom yang dipercikan mengendap ke substrat, berubah jadi lapisan tipis
Dalam pembuatan VLSI, sputtering memiliki keuntungan yang lebih
dibanding metode PVD yang lain, seperti:
1. Sputtering dapat dilakukan dengan ukuran target yang besar, pengendapan
yang tipis dengan ketebalan yang seragam.
2. Ketebalan lapisan mudah ditentukan dengan parameter pengoperasian yang
tepat dan waktu pengendapan yang sesuai
3. Pengendalian komposisi paduan dapat dilakukan dengan mudah
dibandingkan proses evaporasi.
4. Substrat sputter-cleaning terbentuk dalam ruang hampa sebelum
pengendapan lapisan.
5. Kerusakan dari pengoperasian sinar X dapat dihindari
Namun sputtering juga memiliki beberapa kekurangan, seperti:
1. Biaya awal yang mahal.
2. Beberapa material padatan didapatkan dengan peledakan ion.
3. Sputtering lebih cenderung memberikan kemurnian yang lebih kurang
dibandingkan proses evaporasi.
2. Evaporasi
Evaporasi dibagi menjadi dua tipe:
a. Thermal Evaporation

19.  Meletakkan material target yang ingin diendapkan pada sebuah
container.
 Panaskan container tersebut hingga suhu yang tinggi.
 Material pelapis menguap
 Uap dari material target tersebut bergerak dan menempel pada
permukaan substrat.
 Uap pelapis akan menurun suhunya sehingga akan mengeras dan
melekat dipermukaan substrat
Gambar 2. Skema Proses Evaporasi secara umum

20. Gambar 3. Skema proses penguapan thermal pada uap Alumunium
Pada proses penguapan thermal diatas sebagai contoh pada uap
alumunium pelapis komponen yang diatas diistilahkan wafers. Batang
alumunium ditempatkan diantara filamen tungsten yang keduanya akan dialiri
arus listrik. Arus listrik yang dibutuhkan besar. Ketika dialiri oleh arus listrik,
filamen tungsten tersebut mengalami pemanasan begitu pula pada batang
alumunium. Panas dari filamen dan alumunium tersebut menimbulkan
perpindahan konduktifitas panas dimana ion alumunium akan melepaskan
elektronnya sehingga membentuk lapisan uap alumunium. Tekanan panas
pada tungsten dan batang alumunium sangat tinggi sehingga elekton uap akan
naik sehingga memembentuk permukaan wafers.
Kondisi wafers yang mendapatkan hantaran panas dari filamen dan
batang alumunium akan sedikit mengubah karakterisrik permukaan benda
kerja. Partikel elektron uap alumunium tersebut akan mengisi sedikit demi
sedikit permukaan lapisan wafers sehingga permukaan benda kerja akan
terselimuti oleh endapan dari elektron alumunium. Prinsip kerja ini sama
halnya seperti eletrolisis, namun yang jadi perbedaan adalah ukuran dari ion
yang melapisi dan melibatkan uap dari material logam.

21. b. Electron Beam Evaporation
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.
Dipanaskan pada tekanan uap yang tinggi oleh penembakan elektron pada
keadaan vakum.
Gambar 4. Skema Electron Beam Evaporation secara umum

22. Tak jauh berbeda dengan proses penguapan thermal yang membedakan
adalah cara menghasilkan uap logam yang dicontohkan oleh alumunium. Uap
alumunium dihasilkan dari tembakan lectron untuk mengeluarkan partikel
lectron pada alumunium sehingga dapat dijadikan uap. Partikel lectron
alumunium akan membentuk endapan yang akan menyelimuti benda kerja
Gambar 5. Skema proses penguapan Electron Beam Evaporation pada uap
Alumunium
HighCurrent
Source
Wafers
Aluminium
Charge
Tungsten
FilamentAluminium Vapour

23. Berikut Perbandingan antara Thermal Evaporation dan Electron Beam
Evaporation dapat dijelaskan melalui tabel dibawah ini.

24. 2.2. Chemical Vapor Deposition
Chemical Vapour Deposition (CVD) merupakan reaksi kimia yang
dimaksudkan untuk meningkatkan kemurnian dan hasil yang tinggi dari suatu
material padat. Proses ini sering digunakan dalam industri semikonduktor untuk
menghasilkan lapisan yang tipis. Dalam beberapa tipe CVD, substrat diarahkan ke
satu atau beberapa bagian yang mudah menguap, sehingga reaksi terjadi pada bagian
permukaan substrat untuk menghasilkan endapan yang diinginkan. Seringkali
dihasilkan produk sampingan yang mudah menguap yang terdistribusi oleh gas yang
mengalir dalam ruang reaksi.
Proses microfabrication kebanyakan menggunakan CVD untuk
mengendapakan material dalam berbagai bentuk, seperti monocrystalline,
polycrystalline, amorphous, and epitaxial. Material yang diendapkan biasanya silikon, serat
karbon, carbon nanofibers, filaments, carbon nanotubes, SiO2, silikon-germanium,
tungsten, silicon nitride, silikon oxinitrit, titanium nitrit. CVD juga biasa digunakan
untuk pembuatan berlian sintetik.
Jenis-Jenis Deposisi Uap Kimia

25. Gambar 6. Hot-wall thermal CVD (batch jenis operasi)
Gambar 7. Plasma assisted CVD
Beberapa proses CVD sering digunakan dan literaturnya sering disesuaikan.
Proses-proses ini dibedakan dari reaksi kimia yang aktif dan kondisi proses.
1. Penggolongan Berdasarkan Tekanan Operasi
a) Atmoshpheric pressure CVD (APCVD) dimana proses CVD terjadi
pada tekanan atmosfer.
b) Low-pressure CVD (LPCVD) dimana proses CVD terjadi pada
tekanan rendah. Pengurangan tekanan biasanya ditujukan untuk
mengurangi reaksi-reaksi fasa gas yang tak diinginkan dan
memperbaiki pendistribusian lapisan pada target. Proses ini pun
termasuk yang paling modern diantara yang lain.
c) Ultrahigh vacuum CVD (UVCVD) dimana CVD terjadi pada tekanan
yang sangat rendah, pada umumnya di bawah 10-6 Pa (~10-8 torr).
2. Penggolongan Berdasarkan Ciri-ciri Fisik Dari Uap Air

26. a) Aerosol assisted CVD (AACVD) dimana proses CVD terjadi dengan
ditandai pendistribusian ke substrat dengan aerosol liquid ataupun gas.
Teknik ini cocok untuk material yang tidak mudah menguap.
b) Direct liquid injection CVD (DLICVD) dimana CVD terjadi dengan
ditandai dengan panyisipan zat cair. Larutan disuntikan pada ruang
penguapan, lalu uap air didistribusikan ke substrat .
 Diklasifikasikan oleh tekanan operasi
 Tekanan atmosfer CVD (APCVD)
Proses CVD pada tekanan atmosfer.
 Tekanan rendah CVD (LPCVD)
Proses CVD pada tekanan sub atmospheric. Mengurangi tekanan
cenderung mengurangi gas yang tidak diinginkan fase reaksi dan
meningkatkan keseragaman film di wafer. Paling modern proses CVD baik
LPCVD atau UHVCVD.
 Ultra High Vaccum CVD (UHVCVD)
Proses CVD pada tekanan sangat rendah, biasanya di bawah 10 -6 Pa (~
10 -8 torr ). Perhatikan bahwa dalam bidang lain, sebuah divisi yang lebih
rendah antara tinggi dan vakum ultra-tinggi adalah umum, seringkali 10 -7 Pa.
 Diklasifikasikan oleh karakteristik fisik dari uap
 Aerosol dibantu CVD (AACVD)

27. Sebuah proses CVD di mana prekursor diangkut ke substrat dengan cara
aerosol cair / gas, yang dapat dihasilkan ultrasonically. Teknik ini cocok untuk
digunakan dengan non-volatile prekursor.
 Direct Liquid Innjection CVD (DLICVD)
Sebuah proses CVD di mana prekursor dalam bentuk cair (cairan atau
padatan terlarut dalam pelarut yang sesuai). Solusi cair yang disuntikkan di
ruang penguapan menuju injector (biasanya injector mobil). Kemudian uap
prekursor diangkut ke substrat seperti dalam proses CVD klasik. Teknik ini
cocok untuk digunakan pada prekursor cair atau padat.Tingkat pertumbuhan
yang tinggi dapat dicapai dengan menggunakan teknik ini.
 Metode plasma
 Microwave plasma dibantu CVD (MPCVD)
 Plasma Enhanced CVD (PECVD)
CVD proses yang memanfaatkan plasma . untuk meningkatkan laju reaksi
kimia dari prekursor [2]proses deposisi PECVD memungkinkan pada
temperatur rendah, yang sering kritis dalam pembuatan semikonduktor.
 Remote Plasma Enhanced CVD (RPECVD)
Serupa dengan PECVD kecuali bahwa substrat wafer tidak langsung di
wilayah debit plasma. Menghapus wafer dari wilayah plasma memungkinkan
pengolahan suhu turun ke suhu kamar.
 Atom lapisan CVD ( ALCVD )

28. Simpanan lapisan yang berurut dari zat yang berbeda untuk menghasilkan
berlapis, kristalin film. Lihatepitaksi lapisan Atom .
 Pembakaran Chemical Vapor Deposition (CCVD)
Pembakaran Chemical Vapor Deposition adalah proses suasana terbuka,
api berbasis teknik untuk menyimpan film berkualitas tinggi tipis dan
Nanomaterials.
 Kawat panas CVD (HWCVD)
Dikenal sebagai CVD katalitik (Cat-CVD) atau filamen panas CVD
(HFCVD). Menggunakan filamen panas untuk menguraikan kimia gas
sumber. [3]
 Deposisi uap kimia metalorganik (MOCVD)
Proses CVD berdasarkan metalorganik prekursor.
 Hybrid Fisik-Kimia Vapor Deposition (HPCVD)
Proses deposisi uap yang melibatkan kedua dekomposisi kimia gas
prekursor danpenguapan dari sumber yang solid.
 CVD termal cepat (RTCVD)
Proses CVD yang menggunakan lampu pemanas atau metode lain untuk
cepat panas substrat wafer.Pemanasan hanya substrat daripada dinding kamar
gas atau membantu mengurangi reaksi fasa gas yang tidak diinginkan yang
dapat menyebabkan partikel formasi.
 Epitaksi fase uap (VPE)

29. Bahan Yang digunakan Dalam CVD Untuk Intergrated Circuits
Bagian ini membahas proses CVD sering digunakan untuk sirkuit
terpadu (IC). Bahan tertentu yang disimpan terbaik dalam kondisi tertentu.
 Polysilicon
Silikon polikristal diendapkan dari silan (SiH4), dengan menggunakan reaksi
berikut:
SiH4 → H + 2 Si2
Reaksi ini biasanya dilakukan dalam sistem LPCVD, baik dengan bahan baku
silan murni, atau larutan silan dengan 70-80 % nitrogen . Suhu antara 600 dan 650° C
dan tekanan antara 25 dan 150 Pa menghasilkan tingkat pertumbuhan antara 10 dan
20 nm per menit. Sebuah proses alternative menggunakan hidrogen solusi
berbasis. Hidrogen mengurangi tingkat pertumbuhan, tetapi suhu dinaikkan sampai
850 atau bahkan 1050°C untuk mengkompensasi.
Polysilicon dapat ditanam langsung dengan doping, jika gas
seperti fosfin , arsine atau diborane ditambahkan ke ruang CVD. Diborane
meningkatkan tingkat pertumbuhan, namun arsine dan fosfin menguranginya.
 Silikon dioksida
Silikon dioksida (biasanya disebut hanya "oksida" dalam industri
semikonduktor) dapat disimpan oleh proses yang berbeda. Sumber gas umum
termasuk silan dan oksigen ,dichlorosilane (SiCl2H2) dan oksida nitrogen (N2O), atau
tetraethylorthosilicate (TEOS: Si (OC2H5) 4). Reaksi adalah sebagai berikut:

30. SiH4 + O2 → SiO2 + 2 H2
SiCl2H2 + 2 N2O → SiO2 + 2 N2 + 2 HCl
Si (OC2H5)4 → SiO2 + sampingan
Pemilihan sumber gas tergantung pada stabilitas termal dari substrat,
misalnya, aluminium sensitif terhadap suhu tinggi. Deposito silan antara 300 dan
500°C, dichlorosilane pada sekitar 900°C, dan TEOS antara 650 dan 750°C,
menghasilkan lapisan oksida suhu rendah (KPP). Namun, silan menghasilkan oksida
kualitas lebih rendah daripada metode lain (lebih rendah kekuatan dielektrik,
misalnya), dan deposito non conformally. Setiap reaksi ini dapat digunakan dalam
LPCVD, namun reaksi silan juga dilakukan di APCVD. CVD oksida selalu memiliki
kualitas lebih rendah dari oksida termal , tetapi oksidasi termal hanya dapat
digunakan pada tahap awal pembuatan IC.
Oksida juga dapat ditanam dengan kotoran ( paduan atau " doping "). Ini
mungkin memiliki dua tujuan. Selama langkah proses lebih lanjut yang terjadi pada
suhu tinggi, kotoran dapat berdifusi dari oksida ke dalam lapisan yang berdekatan
(terutama silikon) dan obat bius mereka.Oksida mengandung kotoran 5-15% massa
sering digunakan untuk tujuan ini. Selain itu, silikon dioksida paduan dengan fosfor
pentoksida("P-kaca") dapat digunakan untuk kelancaran keluar permukaan yang tidak
rata. P-kaca melembutkan dan reflows pada suhu di atas 1000°C. Proses ini
memerlukan konsentrasi fosfor minimal 6%, tetapi konsentrasi di atas 8% dapat
menimbulkan korosi aluminium. Fosfor diendapkan dari gas phosphin dan oksigen:

31. 4 PH3 + 5 O2 → 2 P2O5 + 6 H2
Kacamata yang mengandung boron dan fosfor (kaca borophosphosilicate,
BPSG) menjalani aliran viskos pada suhu yang lebih rendah; sekitar 850°C adalah
dicapai dengan gelas mengandung sekitar 5% berat dari kedua konstituen, tapi
stabilitas di udara bisa sulit untuk dicapai. Fosfor oksida dalam konsentrasi tinggi
kelembaban ambien berinteraksi dengan untuk menghasilkan asam fosfat. Kristal
BPO4 juga dapat endapan dari gelas mengalir pada pendinginan, ini kristal tidak
mudah tergores dalam plasma reaktif standar yang digunakan untuk pola oksida, dan
akan mengakibatkan kerusakan sirkuit dalam pembuatan sirkuit terpadu.
Selain itu kotoran yang disengaja, oksida CVD mungkin berisi produk
sampingan dari proses pengendapan. TEOS menghasilkan oksida relatif murni,
sedangkan silan memperkenalkan kotoran hidrogen, dan dichlorosilane
memperkenalkan klorin .
Menurunkan suhu deposisi dari silikon dioksida dan gelas doped dari TEOS
menggunakan ozon bukan oksigen juga telah dieksplorasi (350 sampai 500°C). Gelas
ozon telah conformality sangat baik tetapi cenderung higroskopis - yaitu, mereka
menyerap air dari udara karena penggabungan silanol (Si-OH) di kaca. Spektroskopi
inframerah dan regangan mekanik sebagai fungsi temperatur adalah alat diagnostik
yang berharga untuk mendiagnosis masalah seperti itu.
 Silikon nitrida

32. Silikon nitrida sering digunakan sebagai insulator dan hambatan kimia di
bidang manufaktur IC. Dua berikut reaksi deposito nitrida dari fase gas:
3 SiH4 + 4 NH3 → Si3N4 + 12 H2
3 SiCl2H2 + 4 NH3 → Si3N4 + 6 HCl H2
Silikon nitrida yang disimpan oleh LPCVD berisi hingga 8% hidrogen. Ini
juga pengalaman tarik yang kuat stres , yang dapat retak film tebal dari 200
nm. Namun, memiliki tinggi resistivitas dan kekuatan dielektrik dari isolator yang
paling umum tersedia dalam microfabrication (10 16 Ω ·cm dan 10 M V / cm,
masing-masing).
Dua reaksi dapat digunakan dalam plasma untuk deposit Sinh:
2 SiH 4 + N 2 → 2 H + 3 Sinh 2
SiH 4 + NH 3 → H + 3 Sinh 2
Film-film ini memiliki stres jauh lebih sedikit tarik, tapi sifat listrik lebih
buruk (resistivitas 6 - 15 Ω. cm, dan kekuatan dielektrik 1 sampai 5 MV / cm).
 Logam
Beberapa logam (terutama aluminium dan tembaga ) jarang atau tidak pernah
disimpan oleh CVD. Tembaga pengendapan logam telah dilakukan kebanyakan
oleh elektroplating, dalam rangka untuk mengurangi biaya. Aluminium dapat
disimpan dari tri- isobutil aluminium (TIBAL), tri etil/metil aluminium (TEA, TMA),

33. atau hidrida dimethylaluminum (DMAH), namun fisik deposisi uap metode biasanya
disukai.
Namun demikian, CVD proses untuk molibdenum , tantalum , titanium , nikel,
dan tungsten banyak digunakan. Logam ini dapat membentuk silisida ketika disimpan
ke silikon. Mo, Ta dan Ti yang disimpan oleh LPCVD, dari pentachlorides
mereka. Nikel, molibdenum, dan tungsten dapat disimpan pada suhu rendah dari
prekursor karbonil mereka. Secara umum, untuk sebuah M logam sewenang-wenang,
reaksi adalah sebagai berikut:
2 MCL5 + 5 H2 → 2 M + 10 HCl
Sumber biasa untuk tungsten heksafluorida , yang dapat disimpan dalam dua cara:
WF6 → W + 3 F2
WF6 + 3 H2 → W + 6 HF
 Semprot elektrostatik dibantu deposisi uap (ESAVD)
Semprot elektrostatik dibantu deposisi uap (ESAVD) adalah teknik (yang
dikembangkan oleh sebuah perusahaan bernama IMPT) untuk deposit kedua
lapisan tipis dan tebal pelapisan ke berbagai substrat . Dalam istilah yang
sederhana prekursor kimia yang disemprotkan di sebuah elektrostatik medan
menuju substrat dipanaskan, bahan kimia menjalani reaksi kimia terkontrol dan
diendapkan pada substrat sebagai pelapis yang diperlukan. Teknik penyemprotan

34. elektrostatik dikembangkan pada 1950-an untuk penyemprotan partikel
terionisasi pada substrat dibebankan atau dipanaskan.
ESAVD digunakan untuk banyak aplikasi di banyak pasar termasuk:
 Termal penghalang pelapis untuk mesin jet turbin pisau
Berbagai lapisan tipis dalam pembuatan panel layar datar
dan photovoltaic panel :
a. Komponen elektronik
b. Pelapis Biomedis
c. Kaca pelapis (seperti membersihkan diri)
d. Korosi perlindungan lapisan
Proses ini memiliki keunggulan dibandingkan teknik lain untuk deposisi
lapisan (Plasma, Electron-Beam) karena tidak memerlukan penggunaan
setiap vakum , sinar elektron atau plasma sehingga mengurangi biaya
produksi. Hal ini juga menggunakan daya yang lebih kecil dan bahan baku
sehingga lebih ramah lingkungan. Juga menggunakan medan elektrostatik
berarti bahwa proses dapat melapisi bagian 3D yang kompleks dengan mudah.
 ALD (Atomic Layer Depositiion)
ALD adalah self-limiting (jumlah bahan film disimpan di masing-masing
siklus reaksi adalah konstan), kimia permukaan sekuensial yang deposito konformal

35. film tipis bahan ke substrat komposisi yang bervariasi. ALD adalah serupa dalam
kimia untuk deposisi uap kimia (CVD), kecuali bahwa reaksi ALD istirahat reaksi
CVD menjadi dua setengah-reaksi , menjaga bahan prekursor terpisah selama
reaksi. Karena karakteristik membatasi diri dan reaksi permukaan, pertumbuhan film
ALD membuat skala kontrol deposisi atom mungkin. Dengan menjaga prekursor
terpisah selama proses pelapisan, lapisan kontrol atom pertumbuhan film dapat
diperoleh sehalus ~ 0,1 Å (10 pm ) per siklus.Pemisahan dilakukan dengan prekursor
berdenyut gas pembersihan (biasanya nitrogen atau argon ) setelah setiap pulsa
prekursor untuk menghapus kelebihan prekursor dari ruang proses dan mencegah
'parasit' deposisi CVD pada substrat.
ALD pertama kali diterbitkan di bawah nama "Layering Molekuler" di awal
tahun 1960 oleh Prof SI Kol'tsov dari Leningrad (Lensovet) Institut
Teknologi (LTI). Percobaan ini dilakukan ALD di bawah pengawasan ilmiah sesuai
anggota dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Prof VB Aleskovskii. Konsep proses
ALD pertama kali diusulkan oleh Prof VB Aleskovskii di gelar Ph.D. tesis diterbitkan
pada tahun 1952. ALD telah dikembangkan dan diperkenalkan di seluruh dunia
dengan nama epitaksi lapisan atom (ALE) pada akhir tahun 1970. Untuk film
tipis electroluminescent (TFEL) display panel datar, berkualitas tinggi dan dielektrik
film bercahaya yang diperlukan pada besar-daerah substrat, sehingga metode deposisi
ALD dikembangkan. Minat ALD telah meningkat dalam langkah-langkah pada
pertengahan 1990-an dan 2000-an, dengan kepentingan terfokus pada silikon
berbasis mikroelektronika. ALD adalah dianggap sebagai salah satu metode deposisi

36. dengan potensi terbesar untuk memproduksi sangat tipis, film konformal dengan
kontrol dari ketebalan dan komposisi film yang mungkin pada tingkat atom. Sebuah
kekuatan pendorong utama untuk kepentingan terakhir adalah calon dilihat ALD di
skala bawah perangkat mikroelektronik.
ALD dapat digunakan untuk deposit beberapa jenis film tipis, termasuk
berbagai oksida (misalnya Al 2O3, TiO2, SnO 2, ZnO, HFO2), logamnitrida (misalnya
TiN, Tan, WN, NbN), logam (misalnya Ru, Ir, Pt), dan logam sulfida (ZnS misalnya).
 Proses ALD
Pertumbuhan lapisan material oleh ALD terdiri dari mengulangi
karakteristik berikut empat langkah:
 Paparan dari prekursor pertama.
 Bersihkan atau evakuasi dari ruang reaksi untuk menghapus prekursor
non-bereaksi dan reaksi gas dengan-produk.
 Paparan dari prekursor kedua - atau pengobatan lain untuk
mengaktifkan permukaan lagi untuk reaksi dari prekursor pertama.
 Bersihkan atau evakuasi dari ruang reaksi.
Setiap siklus reaksi menambah jumlah tertentu dari bahan ke
permukaan, disebut sebagai pertumbuhan per siklus. Untuk
menumbuhkan lapisan bahan, siklus reaksi diulang sebanyak yang
diperlukan untuk ketebalan film yang diinginkan. Satu siklus dapat
mengambil waktu dari 0,5 s untuk beberapa detik dan deposito antara 0,1

37. dan 3 Å ketebalan film. Sebelum memulai proses ALD, permukaan stabil
untuk sebuah negara, yang dikenal dikendalikan, biasanya dengan
perlakuan panas. Karena reaksi diri mengakhiri, ALD adalah suatu proses
yang dikendalikan permukaan, di mana parameter proses selain prekursor,
substrat, dan suhu memiliki pengaruh sedikit atau tidak ada. Dan, karena
kontrol permukaan, ALD-tumbuh sangat film konformal dan seragam
ketebalan. Ini film tipis juga dapat digunakan dalam korelasi dengan
metode fabrikasi lainnya umum.
 Keuntungan Dan Keterbatasan
 Keuntungan
Menggunakan ALD, ketebalan film hanya bergantung pada jumlah
siklus reaksi, yang membuat kontrol ketebalan yang akurat dan
sederhana. Tidak seperti CVD, ada kurang perlu homogenitas fluks
reaktan, yang memberikan area yang luas (batch yang besar dan skala up-
mudah) kemampuan, conformality sangat baik dan reproduktifitas, dan
menyederhanakan penggunaan prekursor padat. Juga, pertumbuhan
struktur multilayer berbeda adalah lurus ke depan. Keunggulan ini
membuat metode ALD menarik untuk mikroelektronika untuk pembuatan
sirkuit terpadu generasi masa depan. Keuntungan lain dari ALD adalah
berbagai macam bahan film yang tersedia, kepadatan tinggi dan tingkat

38. kenajisan rendah. Juga, suhu deposisi yang lebih rendah dapat digunakan
dalam agar tidak mempengaruhi substrat sensitif.
 Keterbatasan
Keterbatasan utama dari ALD adalah kelambatan; biasanya hanya
sebagian kecil dari monolayer disimpan dalam satu siklus. Untungnya,
film-film yang dibutuhkan untuk masa depan generasi IC sangat tipis dan
dengan demikian lambatnya ALD bukanlah suatu isu penting.
Meskipun pemilihan bahan film tumbuh dengan ALD adalah luas,
bahan teknologi penting ( Si , Ge , Si 3 N 4 , beberapa multi-komponen
oksida, logam tertentu) saat ini tidak dapat disimpan oleh ALD dengan
cara yang hemat biaya.
ALD adalah teknik kimia dan dengan demikian selalu ada risiko residu
yang tersisa dari prekursor. Isi pengotor dari film tergantung pada
kelengkapan reaksi. Dalam proses oksida logam halida khas di mana
senyawa alkil yang digunakan bersama dengan air sebagai prekursor,
kotoran ditemukan dalam film berada pada tingkat 0,1-1% atom.