半導(dǎo)體制造技術(shù)

半導(dǎo)體制造技術(shù)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(jià)電殼、能帶理論與離子。解釋周期表，同時(shí)說明離子鍵與共價(jià)鍵如何形成。由電流之流動(dòng)觀點(diǎn)說明材料之3大分類。解釋電阻率、電阻與電容，并能詳細(xì)敘述這些參數(shù)於晶圓制造時(shí)之重要性。敘述純矽，同時(shí)說明為何其能成為最重要半導(dǎo)體材料之4項(xiàng)原因。解釋摻雜并且說明為何加入3價(jià)與5價(jià)摻質(zhì)可使得矽成為有用之半導(dǎo)體材料。討論p型矽(受體)與n型矽(施體)，描述加入摻質(zhì)如何改變其電阻率并解釋pn接面。討論其他的半導(dǎo)體材料，描述砷化鎵之優(yōu)缺點(diǎn)。

第2頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月原子結(jié)構(gòu)物質(zhì)元素核心質(zhì)子中子價(jià)電殼電子分子化合物電子電子能量?jī)r(jià)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(zhì)子(+)和中子，6個(gè)電子()繞原子核外圍軌道運(yùn)轉(zhuǎn)。價(jià)電子電子

(負(fù)電荷)中子

(中性)原子數(shù)

(質(zhì)子數(shù))核心

(原子中心；包含質(zhì)子和中子)軌道殼質(zhì)子

(正電荷)價(jià)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(dǎo)體導(dǎo)電帶價(jià)電帶電子能量導(dǎo)電帶價(jià)電帶絕緣體

電子能量導(dǎo)電帶價(jià)電帶重疊之能帶僅需一小能量便可傳導(dǎo)導(dǎo)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(dāng)一個(gè)原子失去一個(gè)電子成為正離子Na11----------Cl當(dāng)一個(gè)原子得到一個(gè)電子成為負(fù)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(jià)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(diǎn)(℃)*沸點(diǎn)(℃)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(lán)色則為鹼性，且顏色之深淺代表酸鹼性之強(qiáng)弱。此外，若同時(shí)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(xué)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(xué)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(jié)構(gòu)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(gè)原子共用一個(gè)電子，形成共價(jià)鍵HCl的共價(jià)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(dǎo)體絕緣體半導(dǎo)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(fù)端通過燈泡內(nèi)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(jià)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(shí)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(zhì)以增加其導(dǎo)電率鹽於水中解離成Na+和Cl

離子，提供一電流傳導(dǎo)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(jié)構(gòu)K=介電常數(shù)(F/cm)A=導(dǎo)電板面積(cm2)S=導(dǎo)電板間距離(cm)KASC=電容公式導(dǎo)體(金屬板)導(dǎo)體(金屬板)介電層(玻璃)導(dǎo)線導(dǎo)線電容器的符號(hào)

圖2.14

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

帶正電荷導(dǎo)電板帶負(fù)電荷導(dǎo)電板靜電場(chǎng)

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(chǔ)存電荷帶負(fù)荷平面電場(chǎng)

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(zhì)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(dǎo)體IVA族C，碳 6Si，矽 14Ge，鍺 32Sn，錫 50Pb，鉛 824A族元素半導(dǎo)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(jià)電子，形成似絕緣體的鍵結(jié)矽的共價(jià)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(zhì)晶片摻質(zhì)層摻質(zhì)原子擴(kuò)散通過矽沈積步驟驅(qū)入&擴(kuò)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(zhì)施體雜質(zhì)半導(dǎo)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(yīng)額外的電子形成n型矽磷原子當(dāng)作n型的摻質(zhì)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(yīng)的正端電子流電源供