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。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(lái)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(wú)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(lái)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(lái)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(wàn)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(guò)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。