半导体制造技术

半导体制造技术第1页，课件共37页，创作于2023年2月课程大纲描述原子，包含其价电壳、能带理论与离子。解释周期表，同时说明离子键与共价键如何形成。由电流之流动观点说明材料之3大分类。解释电阻率、电阻与电容，并能详细叙述这些参数於晶圆制造时之重要性。叙述纯矽，同时说明为何其能成为最重要半导体材料之4项原因。解释掺杂并且说明为何加入3价与5价掺质可使得矽成为有用之半导体材料。讨论p型矽(受体)与n型矽(施体)，描述加入掺质如何改变其电阻率并解释pn接面。讨论其他的半导体材料，描述砷化镓之优缺点。

第2页，课件共37页，创作于2023年2月原子结构物质元素核心质子中子价电壳电子分子化合物电子电子能量价电壳

固态能带理论

离子第3页，课件共37页，创作于2023年2月碳原子的元素模式碳原子：原子核包含相同数目的质子(+)和中子，6个电子()绕原子核外围轨道运转。价电子电子

(负电荷)中子

(中性)原子数

(质子数)核心

(原子中心；包含质子和中子)轨道壳质子

(正电荷)价电壳

(原子外壳)C6++NN+NN++N+N------图2.1

第4页，课件共37页，创作于2023年2月氢原子模型的电子壳层图2.2

K=2L=8M=18N=32O=32P=10Q=2第5页，课件共37页，创作于2023年2月Na和Cl的电子轨迹模型-----------Na11钠原子氯原子Cl17-----------------图2.3

第6页，课件共37页，创作于2023年2月能带半导体导电带价电带电子能量导电带价电带绝缘体

电子能量导电带价电带重叠之能带仅需一小能量便可传导导体

电子能量图2.4

能隙能隙第7页，课件共37页，创作于2023年2月NaClNa+

当一个原子失去一个电子成为正离子Na11----------Cl当一个原子得到一个电子成为负离子Cl17------------------图2.5

第8页，课件共37页，创作于2023年2月周期表常用元素的特性离子键共价键

第9页，课件共37页，创作于2023年2月元素周期表图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页，课件共37页，创作于2023年2月C612.011152.035703470s.†0.77原子量阴电性酸硷特性‡

原子数

熔点(℃)*沸点(℃)原子半径(Å)* 基於碳12.()表示大部分稳态或同位素。† s.表示升华。‡氧化物之区分，若为红色则为酸性，若为蓝色则为硷性，且颜色之深浅代表酸硷性之强弱。此外，若同时显示两色，则表示具备两种特性。周期表的元素方格图2.7

第11页，课件共37页，创作于2023年2月常用於晶圆制造之族群化学元素特性Continuedonnextslide表2.1

第12页，课件共37页，创作于2023年2月常用於晶圆制造之族群化学元素特性(续)表2.1

第13页，课件共37页，创作于2023年2月具离子键的NaCl结构Cl-Na+图2.8

第14页，课件共37页，创作于2023年2月---------------Cl17---H1氢原子氯原子H+ClHCl2个原子共用一个电子，形成共价键HCl的共价键图2.9

第15页，课件共37页，创作于2023年2月材料之分类导体绝缘体半导体

第16页，课件共37页，创作于2023年2月电子电流图2.10

铜线提供电子流通电径，从负端通过灯泡内的白热丝且回到电池正端。e-6Volt电池

e-e-e-第17页，课件共37页，创作于2023年2月铜原子价电壳之孤立电子---------------Cu29--------------KLMN铜(Cu)的自由电子流壳层KLMN总数每层电子最大数目 2 8 18 32 60每层电子实际数目 2 8 18 1 29图2.11

第18页，课件共37页，创作于2023年2月线的尺寸如何影响电阻高电阻低电阻LAR

=图2.12

第19页，课件共37页，创作于2023年2月晶圆加入杂质以增加其导电率盐於水中解离成Na+和Cl

离子，提供一电流传导路径。e-e-e-e-+-6Volt电池Na+Cl-H2O图2.13

第20页，课件共37页，创作于2023年2月基本电容器结构K=介电常数(F/cm)A=导电板面积(cm2)S=导电板间距离(cm)KASC=电容公式导体(金属板)导体(金属板)介电层(玻璃)导线导线电容器的符号

图2.14

第21页，课件共37页，创作于2023年2月电池对电容器的充电1.5V开关

带正电荷导电板带负电荷导电板静电场

e-e-e-e-e-1.5V电池图2.15

第22页，课件共37页，创作于2023年2月电容储存电荷带负荷平面电场

1.5V带正荷平面图2.16

第23页，课件共37页，创作于2023年2月低k介电材料金属层2介电材料*金属层1电容*低k介电材料降低两金属层间的等效电容图2.17

第24页，课件共37页，创作于2023年2月矽纯矽为何采用矽？具掺杂之矽掺质之材料n型矽p型矽掺杂矽之电阻率pn接面

第25页，课件共37页，创作于2023年2月半导体IVA族C，碳 6Si，矽 14Ge，锗 32Sn，锡 50Pb，铅 824A族元素半导体图2.18

第26页，课件共37页，创作于2023年2月SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi原子共用价电子，形成似绝缘体的键结矽的共价键图2.19

第27页，课件共37页，创作于2023年2月二氧化矽(SiO2)矽晶片矽晶片上的SiO2图2.20

第28页，课件共37页，创作于2023年2月矽的掺杂PSiSiSiSiSiSiPPPP涂布杂质晶片掺质层掺质原子扩散通过矽沈积步骤驱入&扩散步骤晶片基板活化步骤图2.21

第29页，课件共37页，创作于2023年2月GroupIII(p型)硼 5铝 13镓 31铟 49GroupIV碳 6矽 14锗 32锡 50GroupV(n-型)氮 7磷 15砷 33锑 51受体杂质施体杂质半导体*划线元素使用於矽基板的IC制程。矽掺杂图2.22

第30页，课件共37页，创作于2023年2月施体原子供应额外的电子形成n型矽磷原子当作n型的掺质多出的电子()SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiPPP掺杂磷以形成n型矽图2.23

第31页，课件共37页，创作于2023年2月自由电子流在n型矽自由电子往正端流电源供应的正端电子流电源供