半導(dǎo)體制造教育材料

半導(dǎo)體制造教育材料KEC-C技術(shù)部11.什么是半導(dǎo)體2.半導(dǎo)體的理論3.半導(dǎo)體的歷史4.半導(dǎo)體的功能5.半導(dǎo)體的制造6.晶體管7.封裝8.芯片圖樣內(nèi)容2⊙開關(guān)閉合

燈亮=開關(guān)閉合后有電流流過

=金屬線是導(dǎo)體⊙開關(guān)閉合

燈不亮

=開關(guān)閉合后沒有電流流過

=玻璃是絕緣體⊙開關(guān)閉合

燈？=取決與有無電流=(溫度,光照強(qiáng)度,半導(dǎo)體的摻雜,...)1-1.實(shí)驗(yàn)1.什么是半導(dǎo)體3半導(dǎo)體的電導(dǎo)率介于導(dǎo)體和絕緣體之間半導(dǎo)體的電導(dǎo)率隨著熱度，光照和摻雜等因素而變化所以它有時(shí)候是導(dǎo)體，有時(shí)候是絕緣體。導(dǎo)體+絕緣體半導(dǎo)體半導(dǎo)體的電導(dǎo)率通過參加少量的不同元素就能很容易的被控制，這就叫摻雜。1-2.定義1.什么是半導(dǎo)體4

物質(zhì)的分類有很多種方法其中一種分類方法是按照它們的電導(dǎo)率來分

有以下三個(gè)范圍：1.導(dǎo)體〔金屬〕—當(dāng)提供一定電壓時(shí)會(huì)有很多電流通過.2.半導(dǎo)體—當(dāng)提供一定電壓時(shí)會(huì)有少量電流通過3.絕緣體—當(dāng)提供一定電壓時(shí)沒有電流通過1.什么是半導(dǎo)體1-3.物質(zhì)的分類5物質(zhì)的電導(dǎo)率取決于物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)。一般情況下，電子是圍繞原子核運(yùn)行的，只有擺脫原子核的束縛，形成自由電子時(shí)，才會(huì)形成電流。1.導(dǎo)體:有許多自由電子，如：鋁(Al)(FIG2-1a)2.半導(dǎo)體:有少量自由電子，如：硅(Si)(FIG2-1b)3.絕緣體:沒有自由電子，如：二氧化硅(SiO2)(FIG2-1c)

Al+++Al+++Al+++Al+++SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiOOOFig2-1aFig2-1bFig2-1c2.半導(dǎo)體的理論2-1.結(jié)合模型62.半導(dǎo)體的理論：B硼(boron),Si硅(silicon),Ge鍺(germanium),As砷(arsenic),Sb銻(antimony),Tb鋱(terbium),Po釙(polonium),At砹(astatine)7SicoreSicoreSicoreSicoreSicoreSicore2.半導(dǎo)體的理論原子模型8

?SiliconAtomicModel〔硅的原子模型〕

?SiliconAtomicCombineMode〔硅原子的結(jié)合模型〕IntrinsicSemiconductor〔本征半導(dǎo)體〕2.半導(dǎo)體的理論9硅，是半導(dǎo)體制造的常用材料，最外層4個(gè)電子。在正常的晶體結(jié)構(gòu)中，以共價(jià)鍵形式結(jié)合，如圖Figure2-2所示。〔絕對(duì)零度條件下〕SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiFigure2-22.半導(dǎo)體的理論10假設(shè)在絕對(duì)零度以上,一些電子獲得足夠的能量就會(huì)掙脫原子核的束縛，成為自由電子。如圖Fig2-3a所示。而形成的空位就假想為空穴，如圖Fig2-3b所示。Atanytemperatureaboveabsolutezero,someoftheelectronsinthelatticegainsufficientenergytobreakfreeasshowninFig2-3a.Thenumberofbrokenbonds,ni,asafunctionoftemperatureisshownSp2.Inasemiconductor,theabsenceofanelectron,referredtoasahole,isalsoavailabletoconductcurrentasshowninFig2-3b.SiSiSiSiSiSiSiSiSiFig2-3aSiSiSiSiSiSiSiSiSiFig2-3b2.半導(dǎo)體的理論11半導(dǎo)體技術(shù)關(guān)鍵是增加電子或空穴的數(shù)量。電子數(shù)量n的增加可以通過摻雜5價(jià)元素，這類元素稱為施主元素，濃度符號(hào)為ND。Semiconductortechnologydependsontheabilitytoincreaseeitherthenumberofconductionelectronsorthenumberofholes.Thisisthekeytothemanufactureofelectricaldevicessuchasdiodes,resistors,capacitors,andtransistors.Thenumberofconductionelectrons/cm3,n,canbeincreasedbyreplacingsomeoftheatomsinthesiliconlatticewithatomsthathaveonemoreelectronthansiliconintheiroutershell.SuchatomsarefoundinColumnVofthePeriodicTable,andarecalleddonoratoms.theirconcentrationisdenotedbythesymbolND.ThisbehaviorisshowninFigure2-4a.SipSippSiSippExtraelectroneasytomove2.半導(dǎo)體的理論Fig2-4a.N型半導(dǎo)體P:磷12

?Silicon+Dopant(P)AtomicModel硅+摻雜〔磷〕的原子模型+N-TypeSemiconductor〔N-型半導(dǎo)體〕ResidualElectronGeneration〔多余電子發(fā)生〕2.半導(dǎo)體的理論磷PhosphorusSilicon13類似的，空穴數(shù)量p的增加可通過摻雜3價(jià)元素來實(shí)現(xiàn)，它們被稱為受主，濃度符號(hào)為NASimilarly,thenumberofholes/cm3,p,canbeincreasedbyreplacingsomeoftheatomsinthesiliconlatticewithatomscontainingonelesselectronthansiliconintheiroutershell.TheseatomsarefoundinColumnIIIofthePeriodicTable,andarecalledacceptoratoms.TheirconcentrationisdenotedbythesymbolNA.ThisbehaviorisshowninFig2-4b.SiBSiBBSiSiBBExtraholeeasytomoveFig2-4b.2.半導(dǎo)體的理論P(yáng)型半導(dǎo)體B:硼14

?Silicon+Dopant(BORON)AtomicModel硅+摻雜〔硼〕的原子模型+P-TypeSemiconductor〔P-型半導(dǎo)體〕ResidualHoleGeneration〔多余空穴發(fā)生〕2.半導(dǎo)體的理論硼B(yǎng)ORONSilicon153.半導(dǎo)體的歷史真空管晶體管集成電路164-1-1.Rectify(整流):電信號(hào)有兩種，交流和直流。整流就是將交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?，或直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣?。最常見就是二極管〔Diode)4.半導(dǎo)體的功能4-1.電信號(hào)的轉(zhuǎn)變174-1-2.Amplification(放大)-將小信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮盘?hào)-最常見的就是三極管〔Transistor)4.半導(dǎo)體的功能184-1-3.Converting(變換):-ElectricsignalLight〔電信號(hào)光〕-LightElectricalSignal〔光電信號(hào)〕:CCD半導(dǎo)體4.半導(dǎo)體的功能194-2-1.Converting(轉(zhuǎn)換):-AnalogSignal〔模擬信號(hào)〕DigitalSignal〔數(shù)字信號(hào)〕.4-2-2.Store&Memory〔存儲(chǔ)和記憶〕:-Store&MemoryofData&Information

〔數(shù)據(jù)和信息的存儲(chǔ)和記憶〕4-2-3.Count&Calculation〔計(jì)數(shù)和計(jì)算〕

4-2-4.Control〔控制〕:Microprocessor〔微處理器〕4-2.電子信號(hào)的處理4.半導(dǎo)體的功能205.半導(dǎo)體制造〔fabrication,FAB〕5-1.概要215.半導(dǎo)體制造5-2.晶圓制造〔Fabrication〕的介紹5-2-1.晶圓〔Wafer〕:NTypeorPType225-2-2.氧化〔Oxidation〕5.半導(dǎo)體制造235-2-3.WindowOpen〔開窗〕5.半導(dǎo)體制造245-2-4.SourceDiff〔原料擴(kuò)散〕:PTypeorNType5.半導(dǎo)體制造255-2-5.Metalization〔金屬鍍膜〕5.半導(dǎo)體制造265-2-6.Sawing〔切割〕5.半導(dǎo)體制造275-3-1.Oxidation(氧化〕:1)原理:O2+SiSiO2(二氧化硅)2)反響溫度:700℃~1250℃3)目的:-SourceMasking-Passivation〔鈍化〕5-3.Fabrication的主要工程5.半導(dǎo)體制造285-3-2.PEP:PhotoEtchingProcess光蝕刻工程

:光蝕刻工程是利用光將圖象從主體轉(zhuǎn)移到另一媒體上的工程SiO2PhotoResist〔光阻膜〕Mask〔掩膜〕暴光5.半導(dǎo)體制造295.半導(dǎo)體制造Exposure暴光Develop顯影Etching蝕刻P/RRemoveP/R去除305-3-3.擴(kuò)散〔DIFF〕:SourceDiffusion-Deposition+DriveIn5.半導(dǎo)體制造315-3-4.IMP:Implantation〔注入〕:MechanicalSourceInjection機(jī)械性的原料注入5.半導(dǎo)體制造326.晶體管Chip芯片Wire金線leadframe引線框架Mold塑封6-1.晶體管的構(gòu)造33CollectorBaseEmitterCollectorBaseEmitter6-1-1.結(jié)構(gòu)6-1-2.結(jié)構(gòu)(垂直)6-1-3.符號(hào)EmitterBaseCollectorEmitterBaseCollectorNPNTRPNPTR6-2.晶體管的符號(hào)6.晶體管34放大開關(guān)6-3.晶體管的功能6.晶體管半導(dǎo)體元件最重要的功能是放大(Amplification)和開關(guān)(Switching)35符號(hào)描述hFE直流電流放大系數(shù)，共射極VCEOCollector-Emitter間擊穿電壓,

Base開路VCBOCollector-Base間擊穿電壓,Emitter開路VEBOEmitter-Base間擊穿電壓,Collector開路VCE(sat)Collector-Emitter飽和電壓Icmax最大Ic電流6-4.晶體管的特性6.晶體管366-5.晶體管制造6.晶體管我公司（KEC-C）首先投入品種NPNPNPK1335K1517K1336K1518K1310K1311K1474K147537步驟圖例WaferThickness〔厚度〕=630umNType6.晶體管例：K1335制造流程38步驟圖例Epi生長(zhǎng)InitialOxide初始氧化EpiLayerEpiLayerSiO2=10000?LightDopedLayer輕摻雜層tEPI=12um6.晶體管39步驟圖例BasePEPImpOxideBaseWindowSiO2=1000?6.晶體管40步驟圖例BaseImpBaseDiffVAC=40KeV“BoronSource〞硼1150℃200minDepth〔深度〕=2.75um6.晶體管41步驟圖例EmPEPEmDepoEmWindowOpenEmSourceDepo“POCl3〞6.晶體管42步驟圖例EmDiff+EmOxideContactPEPEmSourceDriveIn930℃100minContactWindowOpen6.晶體管43步驟圖例MetalizationMetalPEPAlEvapotAl=1.75um6.晶體管44tSlN=8000?PadOpen步驟圖例PassivationPadPE