Полупроводниковая промышленность

Бурное развитие микроэлектроники, в первую очередь дальнейшая миниатюризация и усложнение интегральных схем, связано с разработкой принципиально новых технологических процессов, осуществление которых зачастую возможно только в условиях вакуума. Проведение технологических процессов в вакууме позволяет не только получать интегральные схемы с более плотной компоновкой элементов при высоком уровне контроля процессов, но и снизить себестоимость интегральных схем. Кроме того, такие технологии, как правило, более безопасны для здоровья обслуживающего персонала. Вот почему на смену диффузионному легированию приходит ионная имплантация, фотолитографии — электронно-лучевая литография, химическому травлению—плазменное.

Большинство из этих процессов не требует сверхвысокого вакуума (они проводятся, как правило, при давлении около  10-4  Па). С другой стороны, все научно-поисковые работы, связанные с дальнейшим совершенствованием технологии изготовления интегральных схем, обычно выполняются в условиях сверхвысокого вакуума, чтобы по возможности уменьшить до минимума влияние неконтролируемых факторов. Одним из методов, широко применяемых в настоящее время в производстве кремниевых полупроводниковых структур, является эпитаксия. Материалы, получение которых в виде кристаллов затруднено, можно выращивать в виде тонких монокристаллических слоев на монокристаллических подложках. Причем кристаллическая структура слоя и подложки должна быть сходной или одинаковой для обеспечения роста ориентированного монокристаллического слоя, свободного от дефектов.

Большинство методов эпитаксии основано на технологии осаждения из жидкой фазы или парогазовой смеси при повышенных температурах. В последнее время широко применяется новый метод — молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ), в основе которого лежит конденсация молекулярных пучков. Молекулярные пучки создаются в условиях вакуума с помощью небольших печей с отверстием (источник Кнудсена) и конденсируются на нагретой подложке.

Характерной особенностью метода МЛЭ, по сравнению с другими методами выращивания эпитаксиальных слоев, является возможность получения значительно более гладких поверхностей и поверхностей раздела. Эта возможность наиболее существенна при изготовлении материалов с особыми оптическими свойствами, используемых в твердотельных лазерах. Кроме того, метод МЛЭ позволяет получать более точный профиль легирования, выращивать слой по месту, а также очень точно управлять процессом легирования.

При изготовлении полупроводниковых элементов применяют напыление в вакууме. У тонких пленок полупроводниковых веществ отмечена очень высокая подвижность электронов; поэтому при напылении с целью получения сложных схем следует обеспечить высокую степень чистоты полупроводниковых элементов, а для этого применять высокий вакуум. Если определенная примесь инертного газа не играет заметной роли, то примесь такого газа, как кислород, может резко изменить сопротивление пленки. В первую очередь поэтому следует добиваться высокого вакуума по тому газу, который отрицательно влияет на процесс, и снизить его парциальное давление до необходимого минимума.