【康沃真空網(wǎng)】半導(dǎo)體產(chǎn)品制造過程中涉及大量的真空工藝應(yīng)用。半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)，除需要超凈的環(huán)境外，有些工序還必須在真空中進(jìn)行。為什么一定要在真空環(huán)境下進(jìn)行呢，一起來了解下。
在我們生活的大氣環(huán)境中，充滿了大量的氮?dú)?、氧氣和其他各種氣體分子，這些氣體分子時(shí)時(shí)刻刻都在運(yùn)動(dòng)著。當(dāng)這些氣體分子運(yùn)動(dòng)到物體的表面時(shí)，就會(huì)有一部分黏附在該物體的表面。這在日常生活中，不會(huì)產(chǎn)生多大的影響。
但在對(duì)周圍環(huán)境要求極高的半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)工序中，這些細(xì)微的變化就會(huì)給生產(chǎn)帶來各種麻煩。
每一半導(dǎo)體器件都包含著許多層各種各樣的材料，如果在這些不同的材料層之間混入氣體分子，就會(huì)破壞器件的電學(xué)或光學(xué)性能。比如，當(dāng)希望在晶體層上再生長(zhǎng)一層晶體時(shí)(稱為外延），底層晶體表面吸附的氣體分子，會(huì)阻礙上面的原子按照晶格結(jié)構(gòu)進(jìn)行有序排列，結(jié)果在外延層中引入大量缺陷，嚴(yán)重時(shí)，甚至長(zhǎng)不出晶體，而只能得到原子排列雜亂無章的多晶或非晶體。
在一個(gè)大氣壓下，晶體表面的每一點(diǎn)上，每秒鐘內(nèi)都將受到幾億個(gè)氣體分子的撞擊，所以，要得到干凈的晶體表面，通常要使氣體分子的密度降低到大氣密度的幾億分之一才行，即需要獲得一個(gè)真空環(huán)境。為此，人們制造了大大小小的密封容器，并發(fā)明了各種各樣的真空泵，將空氣從這些密封容器中抽出，使其內(nèi)部成為真空環(huán)境。
很多半導(dǎo)體器件，如光碟機(jī)(CD、VCD和DVD)和光纖通信中用的半導(dǎo)體激光器，雷達(dá)或衛(wèi)星通信設(shè)備中的微波集成電路，甚至許多普通的微電子集成電路，都有相當(dāng)部分的制作工序是在真空容器中進(jìn)行的。真空程度越高，制作出來的半導(dǎo)體器件的性能也就越好?，F(xiàn)在，很多高性能的半導(dǎo)體器件都是在超高真空環(huán)境中制作出來的。
要獲得所謂超高真空，就是其中的氣體分子密度只有大氣中的幾千億分之一至幾百萬億分之一!要獲得超高真空環(huán)境，需要非常復(fù)雜而昂貴的抽氣系統(tǒng)。
此外，在半導(dǎo)體器件的加工過程中，需要用電子束、離子束和分子束等粒子對(duì)材料進(jìn)行照射和轟擊。在大氣中，氣體分子會(huì)和這些粒子發(fā)生碰撞，大大縮短它們的行進(jìn)路程，結(jié)果導(dǎo)致絕大多數(shù)粒子到達(dá)不了材料表面。
把這些加工過程放在真空環(huán)境中進(jìn)行，就可避免這個(gè)問題。
半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，在集成電路、消費(fèi)電子、通信系統(tǒng)、光伏發(fā)電、照明、大功率電源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域都有應(yīng)用。以較為核心的集成電路來說，IC設(shè)計(jì)、晶圓制造、芯片封測(cè)三大環(huán)節(jié)，單就其中的晶圓制造過程中，會(huì)涉及擴(kuò)散、光刻、蝕刻、離子注入、薄膜沉積、拋光、金屬化等諸多環(huán)節(jié)。
比如像刻蝕、薄膜沉積等一些與輝光放電相關(guān)的工藝，需要工藝設(shè)備腔體內(nèi)的真空環(huán)境不僅要達(dá)到一定的真空度，真空度過高也不行。真空度不夠，粒子碰撞過多無法滿足輝光放電的起輝條件，真空度過高，粒子太少則無法實(shí)現(xiàn)輝光自持。其他像涉及到需要用電子束、離子束、分子束等粒子對(duì)材料進(jìn)行照射和轟擊的，沒有真空環(huán)境，受大量氣體分子的影響，也會(huì)大大縮短它們的行進(jìn)路程，導(dǎo)致絕大多數(shù)粒子到達(dá)不了材料表面。
與此同時(shí)，真空環(huán)境可以最大程度的減少塵埃等顆粒掉落的情況，避免破壞半導(dǎo)體產(chǎn)品的晶格結(jié)構(gòu)、各層材料的覆蓋性等等。例如，從薄膜的形成來說，半導(dǎo)體工藝中所需薄膜厚度都在納米級(jí)別，而且在很多器件的性能嚴(yán)重依賴于薄膜質(zhì)量，需要保證成膜過程中原子級(jí)別的清潔表面，不被外界雜質(zhì)與微粒污染，因此這個(gè)過程只能是在真空或超高真空中進(jìn)行。
另外，半導(dǎo)體產(chǎn)品制造過程中會(huì)涉及一些化學(xué)反應(yīng)，比如刻蝕和CVD，真空環(huán)境可以最小程度減小環(huán)境中的物質(zhì)對(duì)于反應(yīng)的影響，如一些可能發(fā)生的氧化反應(yīng)，從而有利于更好地控制反應(yīng)，提高反應(yīng)的質(zhì)量和可控性。
總之，半導(dǎo)體制造生產(chǎn)需要一個(gè)極其潔凈的環(huán)境以保證生產(chǎn)過程中產(chǎn)品不受空氣等污染或擾動(dòng)的影響。為此，一個(gè)潔凈的真空環(huán)境需求就成為必然。
