Почему некоторые процессы производства полупроводниковых устройств выполняются в вакууме?

При производстве полупроводниковых приборов, помимо необходимости сверхчистой среды, некоторые процессы необходимо проводить еще и в вакууме. Атмосферная среда, в которой мы живем, наполнена большим количеством азота, кислорода и других различных газовых молекул, и эти газовые молекулы все время находятся в движении. Когда эти молекулы газа движутся к поверхности объекта, некоторые из них прилипают к поверхности объекта. Это не имеет большого значения в повседневной жизни.

Однако в процессе производства полупроводниковых устройств, которые предъявляют чрезвычайно высокие требования к окружающей среде, эти незначительные изменения могут вызвать различные проблемы в производстве. Каждое полупроводниковое устройство содержит множество слоев различных материалов, и если молекулы газа смешиваются между этими различными слоями материалов, электрические или оптические свойства устройства могут быть нарушены. Например, когда желательно вырастить еще один слой кристалла на кристаллическом слое (называемый эпитаксией), молекулы газа, адсорбированные на поверхности нижележащего кристалла, будут препятствовать упорядоченному расположению атомов выше в соответствии со структурой решетки. , что приводит к внедрению большого количества дефектов в эпитаксиальный слой. , в тяжелых случаях удается вырастить даже не кристалл, а только поликристаллический или аморфный с неупорядоченным расположением атомов.

При атмосферном давлении каждая точка на поверхности кристалла будет подвергаться воздействию сотен миллионов молекул газа каждую секунду. Поэтому для получения чистой поверхности кристалла плотность молекул газа обычно уменьшают до сотен миллионов атмосферных плотностей. Требуется только одна деталь, то есть необходимо получить вакуумную среду. С этой целью люди создали большие и маленькие воздухонепроницаемые контейнеры и изобрели различные вакуумные насосы для откачки воздуха из этих воздухонепроницаемых контейнеров, создавая вакуумную среду внутри себя.

Многие полупроводниковые устройства, такие как проигрыватели оптических дисков (CD, VCD и DVD) и полупроводниковые лазеры, используемые в оптоволоконной связи, микроволновые интегральные схемы в радиолокационном или спутниковом коммуникационном оборудовании и даже многие обычные микроэлектронные интегральные схемы, имеют значительную часть производственный процесс. осуществляется в вакуум-контейнере. Чем выше уровень вакуума, тем лучше характеристики изготовленного полупроводникового прибора. Сегодня многие высокопроизводительные полупроводниковые устройства изготавливаются в условиях сверхвысокого вакуума. Для получения так называемого сверхвысокого вакуума плотность молекул газа в нем составляет всего стомиллиардную-стотриллионную плотности атмосферы!

Для получения среды сверхвысокого вакуума требуется очень сложная и дорогая система откачки. Кроме того, при обработке полупроводниковых устройств материал необходимо облучать и бомбардировать такими частицами, как электронные пучки, ионные пучки и молекулярные пучки. В атмосфере молекулы газа сталкиваются с этими частицами, сильно сокращая расстояние их перемещения, и в результате подавляющее большинство частиц не достигает поверхности материала.