电子封装课件：半导体工艺

第一部分：半导体简介硅的晶体结构掺杂金属—氧化物层—半导体场效应晶体三级管(MOSFET)第二部分：半导体工艺洁净室清洗氧化化学气相沉积光刻蚀刻扩散离子注入金属化半导体、概念与工作原理硅的晶体结构：Si原子结构、Si晶体结构、单晶硅与多晶硅掺杂：掺杂、正掺杂、负掺杂MOSFET：什么是MOSFET、MOSFET种类PMOS简介、PMOS工作原理NMOS简介、NMOS工作原理CMOS简介、CMOS工作原理Si是现在各种半导体中只用最广泛的电子材料，他的来源极其广泛，就是我们脚下的所踩的砂子。硅的含量占地壳的25％。Si的提纯比较容易，提纯成本低，因此成为制作半导体集成电路的主要材料。如常见的CPU，DRAM……等，都是以Si

为主要材料。在元素周期表中，他属于4价元素，排在三价的铝和五价的磷之间。硅属于四价元素，原子序数为14。虽然原子内所含的电子相当多，但是因为较接近原子核的电子被外层电子遮蔽，所以内层电子对整体材料的电性能影响也比较小。只有最外层的四个电子影响硅的性质。最外层的四个电子称为价电子。共价键：在硅晶体内部，每个硅原子外层的四个价电子分别与四个临近硅原子的一个外层价电子形成化学键结合，这种电子共有的化学键结构称为共价键。硅的晶体结构：硅的晶体结构同于金刚石结构。在三维空间中硅晶体由很多四面体单元连接构成，四面体中心有一个硅原子，此外有有四个硅原子位于四面体上的四个顶点，八个四面体构成的立方体结构成为金刚石结构。物质可分为晶体和非晶体。晶体的特点就是材料内的原子或分子在三维空间中以周期性方式排列。硅晶体便是以金刚石结构为单位，晶体内的硅原子呈规则周期性的排列。单晶硅与多晶硅：当一硅材整体的原子排列结构呈现规则排列，则此硅材称为单晶硅；半导体技术中所用的硅晶圆就是单晶硅。当硅材是由许多小单晶结构构成且各单晶颗粒之间的原子排列方向互异，此硅材称为多晶硅。掺杂在半导体材料中加入三价（或五价)原子,从而引入自由电子或空穴的过程成为掺杂。半导体就是利用电子或空穴来传导电信号。掺杂可分为正掺杂与负掺杂。正掺杂在硅晶体中，掺入周期表中的三族元素（如硼原子，此掺杂元素称为施主原子），由于和硅原子结合需要四个电子，三族元素原子仅可提供三个电子，因而形成了一个电子的空缺，称为空穴。当外加一电压时，空穴向负电位方向移动，形成了电的传导。此掺杂的区域称为P区，主要的传导载流子为空穴。负掺杂在硅晶体中，掺入周期表中的五族元素（如磷原子，此掺杂元素也称为施主原子），由于和硅原子结合需要四个电子，五族元素原子却可提供五个电子，因而多了一个电子，而成为自由电子。当外加一电压时，自由电子向正电位方向移动，形成了电的传导。此掺杂的区域称为N区，主要的传导载流子为电子。MOSFET就是金属—氧化物层—半导体场效应晶体三级管，其结构是由金属、氧化层及半导体叠在一起而构成。MOSEFT依据载流子不同可分为PMOS和NMOS两种。若将这两种MOS和在一起则成为互补型金属氧化物场效应晶体三极管——CMOS。PMOS指的是利用空穴导电的金属氧化物半导体管，符号为：结构为：由正型掺杂形成的源极、漏极、门极、氧化物构成。门极漏极源极PMOS的工作原理：当在门极施加负电压时，就会在氧化层下方薄区内感应出许多空穴，当在源极与漏极施加一偏压后，聚集的空穴可就可以经由源极与漏极之间的通道导通。NMOS指的是利用电子导电的金属氧化物半导体管，符号为：结构为：由负型掺杂形成的源极、漏极、门极、氧化物构成。NMOS的工作原理：当在门极施加正电压时，就会在氧化层下方薄区内感应出许多电子，当在源极与漏极之间施加一偏压后，聚集的电子可就可以经由源极与漏极之间的通道导通。CMOS的电路符号为：若将PMOS与NMOS的门极相连，且将PMOS和NMOS的漏极相连，即构成一个基本的反相器。当输入端（Vin)为高电平（1）时，NMOS导通，而P