半導體制造技術

半導體制造技術第1頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月課程大綱描述原子，包含其價電殼、能帶理論與離子。解釋周期表，同時說明離子鍵與共價鍵如何形成。由電流之流動觀點說明材料之3大分類。解釋電阻率、電阻與電容，并能詳細敘述這些參數(shù)於晶圓制造時之重要性。敘述純矽，同時說明為何其能成為最重要半導體材料之4項原因。解釋摻雜并且說明為何加入3價與5價摻質可使得矽成為有用之半導體材料。討論p型矽(受體)與n型矽(施體)，描述加入摻質如何改變其電阻率并解釋pn接面。討論其他的半導體材料，描述砷化鎵之優(yōu)缺點。

第2頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月原子結構物質元素核心質子中子價電殼電子分子化合物電子電子能量價電殼

固態(tài)能帶理論

離子第3頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月碳原子的元素模式碳原子：原子核包含相同數(shù)目的質子(+)和中子，6個電子()繞原子核外圍軌道運轉。價電子電子

(負電荷)中子

(中性)原子數(shù)

(質子數(shù))核心

(原子中心；包含質子和中子)軌道殼質子

(正電荷)價電殼

(原子外殼)C6++NN+NN++N+N------圖2.1

第4頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月氫原子模型的電子殼層圖2.2

K=2L=8M=18N=32O=32P=10Q=2第5頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月Na和Cl的電子軌跡模型-----------Na11鈉原子氯原子Cl17-----------------圖2.3

第6頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月能帶半導體導電帶價電帶電子能量導電帶價電帶絕緣體

電子能量導電帶價電帶重疊之能帶僅需一小能量便可傳導導體

電子能量圖2.4

能隙能隙第7頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月NaClNa+

當一個原子失去一個電子成為正離子Na11----------Cl當一個原子得到一個電子成為負離子Cl17------------------圖2.5

第8頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月周期表常用元素的特性離子鍵共價鍵

第9頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月元素周期表圖2.6

Rf104Ha105Sg106Uns107Uno108Une109IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBIBIIBIIIAIVAVAVIAVIIAVIIIAVIIIBHydrogenH11.008BerylliumBe49.012Na11Sodium22.989Li3Lithium6.93912

24.312MgMagnesium19KPotassium39.102Ca2040.08CalciumSc21Scandium44.956Ti22Titanium47.90V23Vanadium50.942ManganeseMn2554.938Fe26Iron55.847Co27Cobalt58.933Ni28Nickel58.71Rh45Rhodium102.91Zn30Zinc65.37As33Arsenic74.922Se34Selenium78.96Br35Bromine79.909Kr36Krypton83.80Al13Aluminum26.981Si14Silicon28.086P15Phosphorus30.974S16Sulfur32.064Cl17Chlorine35.453Ar18Argon39.948B5Boron10.811C6Carbon12.011N7Nitrogen14.007O8Oxygen15.999F9Florine18.998Ne10Neon20.183He2Helium4.0026Rb37Rubidium85.47Sr38Strontium87.62Y39Yttrium88.905Zr40Zirconium91.22Nb41Niobium92.906Molybde-numMo4295.94Cr24Chromium51.996TechnitiumTc4399Ru44Ruthenium101.07Cd48Cadmium112.40Cu29Copper63.54PalladiumPd46106.4SilverAg47107.87Sm62Samarium150.35Ga31Gallium69.72In49Indium114.82Ge3272.59GermaniumSn50Tin118.69Sb51Antimony121.75Te52Tellurium127.60I53Iodine126.904Xe54Xenon131.30Cs55Cesium132.90Ba56Barium1137.34La57Lanthanum138.91Hf72Hafnium178.49Ta73Tantalum180.95W74Tungsten183.85Re75Rhenium186.2Os76Osmium190.2Ir77Iridium192.2Pt78Platinum195.09Au79Gold196.967Hg80Mercury200.59Tl81Thallium204.37Pb82Lead207.19Bi83Bismuth208.98Po84Polonium210At85Astatine210Rn86Radon222Uun110Fr87Francium223Ra88Radium226Ac89227ActiniumCe58Cerium140.12Pr59Praseodym-ium140.9160NdNeodym-ium144.24Pm61Prome-thium147EuropiumEu63151.96Gd64Gadolin-ium157.25Tb65Terbium158.92Dy66Dyspro-sium162.50Ho67Holmium164.93Er68Erbium167.26Tm69Thulium168.93Yb70Ytterbium173.0471LuLutetium174.97Th90Thorium232.04Pa91Procat-inium231U92Uranium238.03Np93Neptunium237Pu94Plutonium242AmericiumAm95243Cm96Curium247BerkeliumBk97247Cf98Califor-nium249Es99Einstein-ium254Fm100Fermium253Md101Mendelev-ium256102NoNobelium253Lr103Lawren-cium257TransitionMetalsNonmetalsMetalloids(semimetals)LanthanidesActinides第10頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月C612.011152.035703470s.?0.77原子量陰電性酸鹼特性?

原子數(shù)

熔點(℃)*沸點(℃)原子半徑(?)* 基於碳12.()表示大部分穩(wěn)態(tài)或同位素。? s.表示升華。?氧化物之區(qū)分，若為紅色則為酸性，若為藍色則為鹼性，且顏色之深淺代表酸鹼性之強弱。此外，若同時顯示兩色，則表示具備兩種特性。周期表的元素方格圖2.7

第11頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月常用於晶圓制造之族群化學元素特性Continuedonnextslide表2.1

第12頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月常用於晶圓制造之族群化學元素特性(續(xù))表2.1

第13頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月具離子鍵的NaCl結構Cl-Na+圖2.8

第14頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月---------------Cl17---H1氫原子氯原子H+ClHCl2個原子共用一個電子，形成共價鍵HCl的共價鍵圖2.9

第15頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月材料之分類導體絕緣體半導體

第16頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月電子電流圖2.10

銅線提供電子流通電徑，從負端通過燈泡內的白熱絲且回到電池正端。e-6Volt電池

e-e-e-第17頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月銅原子價電殼之孤立電子---------------Cu29--------------KLMN銅(Cu)的自由電子流殼層KLMN總數(shù)每層電子最大數(shù)目 2 8 18 32 60每層電子實際數(shù)目 2 8 18 1 29圖2.11

第18頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月線的尺寸如何影響電阻高電阻低電阻LAR

=圖2.12

第19頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月晶圓加入雜質以增加其導電率鹽於水中解離成Na+和Cl

離子，提供一電流傳導路徑。e-e-e-e-+-6Volt電池Na+Cl-H2O圖2.13

第20頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月基本電容器結構K=介電常數(shù)(F/cm)A=導電板面積(cm2)S=導電板間距離(cm)KASC=電容公式導體(金屬板)導體(金屬板)介電層(玻璃)導線導線電容器的符號

圖2.14

第21頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月電池對電容器的充電1.5V開關

帶正電荷導電板帶負電荷導電板靜電場

e-e-e-e-e-1.5V電池圖2.15

第22頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月電容儲存電荷帶負荷平面電場

1.5V帶正荷平面圖2.16

第23頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月低k介電材料金屬層2介電材料*金屬層1電容*低k介電材料降低兩金屬層間的等效電容圖2.17

第24頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月矽純矽為何采用矽？具摻雜之矽摻質之材料n型矽p型矽摻雜矽之電阻率pn接面

第25頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月半導體IVA族C，碳 6Si，矽 14Ge，鍺 32Sn，錫 50Pb，鉛 824A族元素半導體圖2.18

第26頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi原子共用價電子，形成似絕緣體的鍵結矽的共價鍵圖2.19

第27頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二氧化矽(SiO2)矽晶片矽晶片上的SiO2圖2.20

第28頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月矽的摻雜PSiSiSiSiSiSiPPPP涂布雜質晶片摻質層摻質原子擴散通過矽沈積步驟驅入&擴散步驟晶片基板活化步驟圖2.21

第29頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月GroupIII(p型)硼 5鋁 13鎵 31銦 49GroupIV碳 6矽 14鍺 32錫 50GroupV(n-型)氮 7磷 15砷 33銻 51受體雜質施體雜質半導體*劃線元素使用於矽基板的IC制程。矽摻雜圖2.22

第30頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月施體原子供應額外的電子形成n型矽磷原子當作n型的摻質多出的電子()SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiPPP摻雜磷以形成n型矽圖2.23

第31頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月自由電子流在n型矽自由電子往正端流電源供應的正端電子流電源供