Manufaktur semikonduktor bergantung pada berbagai macam gas, yang dapat dikategorikan menjadi tiga jenis utama: gas massal, gas khusus, dan mengetsa gas. Gas-gas ini harus memiliki kemurnian yang sangat tinggi untuk mencegah kontaminasi, yang dapat merusak proses fabrikasi yang rumit dan rumit.

Gas Massal

Nitrogen (N₂):

Peran: N₂ memiliki berbagai tujuan, termasuk membersihkan ruang proses dan menyediakan atmosfer inert selama berbagai tahap pembuatan semikonduktor.
Catatan Tambahan: Nitrogen sering digunakan dalam pengangkutan dan penyimpanan wafer silikon untuk meminimalkan oksidasi. Sifatnya yang lembam memastikan tidak bereaksi dengan bahan lain, sehingga ideal untuk menjaga kebersihan lingkungan pemrosesan.

Argon (Ar):
Peran: Selain keterlibatannya dalam proses plasma, argon berperan penting dalam proses yang memerlukan komposisi gas yang terkontrol.
Catatan Tambahan: Karena tidak bereaksi dengan sebagian besar bahan, argon juga digunakan untuk sputtering, yang membantu dalam pengendapan film logam atau dielektrik yang permukaannya harus dijaga tanpa kontaminasi.

Helium (Dia):
Peran: Sifat termal Helium membuatnya sangat berharga untuk mendinginkan dan menjaga konsistensi suhu selama proses reaktif.
Catatan Tambahan: Sering digunakan dalam sistem laser energi tinggi untuk litografi karena sifatnya yang non-reaktif dan kemampuannya menjaga jalur optik bebas dari kontaminasi.

Hidrogen (H₂):
Peran: Selain penerapannya dalam anil, hidrogen juga membantu membersihkan permukaan wafer dan dapat terlibat dalam reaksi kimia selama epitaksi.
Catatan Tambahan: Penggunaan hidrogen dalam pengendapan film tipis memungkinkan kontrol yang lebih besar terhadap konsentrasi pembawa dalam bahan semikonduktor, sehingga mengubah sifat listriknya secara signifikan.

Gas Khusus dan Dopan

Silana (SiH₄):
Peran: Selain sebagai prekursor deposisi silikon, silan dapat dipolimerisasi menjadi film pasif yang meningkatkan karakteristik elektronik.
Catatan Tambahan: Reaktivitasnya memerlukan penanganan yang hati-hati karena masalah keselamatan, terutama bila dicampur dengan udara atau oksigen.

Amonia (NH₃):
Peran: Selain memproduksi film nitrida, amonia berperan penting dalam memproduksi lapisan pasivasi yang meningkatkan keandalan perangkat semikonduktor.
Catatan Tambahan: Ia dapat terlibat dalam proses yang memerlukan penggabungan nitrogen ke dalam silikon, sehingga meningkatkan sifat elektronik.

Fosfin (PH₃), Arsine (AsH₃), dan Diborane (B₂H₆):
Peran: Gas-gas ini tidak hanya penting untuk doping tetapi juga penting untuk mencapai sifat listrik yang diinginkan pada perangkat semikonduktor canggih.
Catatan Tambahan: Toksisitasnya memerlukan protokol keselamatan yang ketat dan sistem pemantauan di lingkungan fabrikasi untuk mengurangi bahaya.

Gas Etsa dan Pembersihan

Fluorokarbon (CF₄, SF₆):
Peran: Gas-gas ini digunakan dalam proses etsa kering, yang menawarkan presisi tinggi dibandingkan metode etsa basah.
Catatan Tambahan: CF₄ dan SF₆ penting karena kemampuannya untuk mengetsa bahan berbasis silikon secara efisien, memungkinkan resolusi pola halus yang penting dalam mikroelektronika modern.

Klorin (Cl₂) dan Hidrogen Fluorida (HF):
Peran: Klorin memberikan kemampuan etsa yang agresif, terutama untuk logam, sedangkan HF sangat penting untuk menghilangkan silikon dioksida.
Catatan Tambahan: Kombinasi gas-gas ini memungkinkan penghilangan lapisan secara efektif selama berbagai tahap fabrikasi, memastikan permukaan bersih untuk langkah pemrosesan selanjutnya.

Nitrogen Trifluorida (NF₃):
Peran: NF₃ sangat penting untuk pembersihan lingkungan dalam sistem CVD, merespons kontaminan untuk mempertahankan kinerja optimal.
Catatan Tambahan: Meskipun ada kekhawatiran mengenai potensi gas rumah kaca, efisiensi NF₃ dalam pembersihan menjadikannya pilihan utama di banyak pabrik, meskipun penggunaannya memerlukan pertimbangan lingkungan yang cermat.

Oksigen (O₂):
Peran: Proses oksidasi yang difasilitasi oleh oksigen dapat menciptakan lapisan isolasi penting dalam struktur semikonduktor.
Catatan Tambahan: Peran oksigen dalam meningkatkan oksidasi silikon untuk membentuk lapisan SiO₂ sangat penting untuk isolasi dan perlindungan komponen sirkuit.

Gas yang Muncul di Manufaktur Semikonduktor

Selain gas tradisional yang disebutkan di atas, gas lain juga mendapat perhatian dalam proses pembuatan semikonduktor, termasuk:

Karbon Dioksida (CO₂): Digunakan dalam beberapa aplikasi pembersihan dan etsa, khususnya yang melibatkan material canggih.

Silikon Dioksida (SiO₂): Meskipun bukan gas dalam kondisi standar, bentuk silikon dioksida yang menguap digunakan dalam proses pengendapan tertentu.

Pertimbangan Lingkungan

Industri semikonduktor semakin fokus pada pengurangan dampak lingkungan yang terkait dengan penggunaan berbagai gas, khususnya yang merupakan gas rumah kaca yang kuat. Hal ini mengarah pada pengembangan sistem pengelolaan gas yang canggih dan eksplorasi gas alternatif yang dapat memberikan manfaat serupa dengan jejak lingkungan yang lebih rendah.

Kesimpulan

Gas yang digunakan dalam manufaktur semikonduktor memainkan peran penting dalam memastikan presisi dan efisiensi proses fabrikasi. Seiring kemajuan teknologi, industri semikonduktor terus berupaya meningkatkan kemurnian dan pengelolaan gas, sekaligus mengatasi masalah keselamatan dan lingkungan yang terkait dengan penggunaannya.