半导体制造教育材料

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1、1,半导体制造教育材料,KEC-C 技术部,2,1. 什么是半导体 2. 半导体的理论 3.半导体的历史 4.半导体的功能 5.半导体的制造 6. 晶体管 7. 封装 8. 芯片图样,内 容,3, 开关闭合 灯亮 = 开关闭合后有电流流过 = 金属线是导体, 开关闭合 灯不亮 = 开关闭合后没有电流流过 = 玻璃是绝缘体, 开关闭合 灯 ？ = 取决与有无电流 = (温度, 光照强度,半导体的掺杂, .),1-1. 实验,1. 什么是半导体,4,半导体的电导率介于导体和绝缘体之间 半导体的电导率随着热度，光照和掺杂等因素而变化 所以它有时候是导体，有时候是绝缘体。,导体 + 绝缘体 半导体 半

2、导体的电导率通过加入少量的不同元素就能很容易的被控制，这就叫掺杂。,1-2. 定义,1. 什么是半导体,5,物质的分类有很多种方法 其中一种分类方法是按照它们的电导率来分 有以下三个范围：,1. 导体（金属） 当提供一定电压时会有很多电流通过. 2. 半导体 当提供一定电压时会有少量电流通过 3. 绝缘体 当提供一定电压时没有电流通过,1. 什么是半导体,1-3. 物质的分类,6,物质的电导率取决于物质的电子结构。一般情况下，电子是围绕原子核运行的，只有摆脱原子核的束缚，形成自由电子时，才会形成电流。,1. 导体 : 有许多自由电子，如：铝 (Al) (FIG 2-1a) 2. 半导体 : 有

3、少量自由电子，如：硅 (Si) (FIG 2-1b) 3. 绝缘体 : 没有自由电子，如：二氧化硅 (SiO2) (FIG 2-1c),Fig 2-1a,Fig 2-1b,Fig 2-1c,2. 半导体的理论,2-1. 结合模型,7,2. 半导体的理论,：B 硼(boron), Si 硅(silicon), Ge 锗(germanium), As 砷(arsenic), Sb 锑(antimony),Tb 铽(terbium), Po 钋(polonium), At 砹(astatine),8,2. 半导体的理论,原子模型,9, Silicon Atomic Model（硅的原子模型）, Si

4、licon Atomic Combine Mode（硅原子的结合模型）,Intrinsic Semiconductor （本征半导体）,2.半导体的理论,10,硅，是半导体制造的常用材料，最外层4个电子。在正常的晶体结构中，以共价键形式结合，如图Figure 2-2 所示。（绝对零度条件下）,2. 半导体的理论,11,若在绝对零度以上,一些电子获得足够的能量就会挣脱原子核的束缚，成为自由电子。如图Fig 2-3a 所示。而形成的空位就假想为空穴，如图Fig 2-3b 所示。 At any temperature above absolute zero, some of the electron

5、s in the lattice gain sufficient energy to break free as shown in Fig 2-3a. The number of broken bonds, ni , as a function of temperature is shown Sp2. In a semiconductor, the absence of an electron, referred to as a hole, is also available to conduct current as shown in Fig 2-3b.,2. 半导体的理论,12,半导体技术

6、关键是增加电子或空穴的数量。电子数量n的增加可以通过掺杂5价元素，这类元素称为施主元素，浓度符号为ND。 Semiconductor technology depends on the ability to increase either the number of conduction electrons or the number of holes. This is the key to the manufacture of electrical devices such as diodes, resistors, capacitors, and transistors. The numb

7、er of conduction electrons/cm3, n, can be increased by replacing some of the atoms in the silicon lattice with atoms that have one more electron than silicon in their outer shell. Such atoms are found in Column V of the Periodic Table, and are called donor atoms. their concentration is denoted by th

8、e symbol ND. This behavior is shown in Figure 2-4a.,2. 半导体的理论,Fig 2-4a.,N型半导体,P: 磷,13, Silicon + Dopant (P) Atomic Model 硅 + 掺杂（磷）的原子模型,+,N-Type Semiconductor （ N-型 半导体）,Residual Electron Generation（多余电子发生）,2. 半导体的理论,磷 Phosphorus,Silicon,14,类似的，空穴数量p的增加可通过掺杂3价元素来实现，它们被称为受主，浓度符号为NA Similarly, the num

9、ber of holes/cm3, p, can be increased by replacing some of the atoms in the silicon lattice with atoms containing one less electron than silicon in their outer shell. These atoms are found in Column III of the Periodic Table, and are called acceptor atoms. Their concentration is denoted by the symbo

10、l NA. This behavior is shown in Fig 2-4b.,Fig 2-4b.,2. 半导体的理论,P型半导体,B: 硼,15, Silicon + Dopant (BORON) Atomic Model 硅 + 掺杂（硼）的原子模型,+,P-Type Semiconductor （ P-型 半导体）,Residual Hole Generation（多余空穴发生）,2. 半导体的理论,硼 BORON,Silicon,16,3.半导体的历史,真空管,晶体管,集成电路,17,4-1-1. Rectify (整流) : 电信号有两种，交流和直流。 整流就是将交流转变为直流，

11、或直流转变为交流。 最常见就是二极管（Diode),4.半导体的功能,4-1. 电信号的转变,18,4-1-2. Amplification (放大) - 将小信号转变为大信号 - 最常见的就是三极管（Transistor),4.半导体的功能,19,4-1-3. Converting (变换) : - Electric signal Light （电信号 光） - Light Electrical Signal （光 电信号） : CCD 半导体,4.半导体的功能,20,4-2-1. Converting (轉換) : - Analog Signal（模拟信号） Digital Signal（

12、数字信号）. 4-2-2. Store & Memory （存储和记忆）: - Store & Memory of Data & Information（数据和信息的存储和记忆） 4-2-3. Count & Calculation（计数和计算） 4-2-4. Control（控制）: Microprocessor（微处理器）,4-2. 电子信号的处理,4.半导体的功能,21,5. 半导体制造（fabrication,FAB）,5-1. 概要,22,5.半导体制造,5-2. 晶圆制造（Fabrication）的介绍,5-2-1. 晶圆（Wafer） : N Type or P Type,23,

13、5-2-2. 氧化（Oxidation）,5.半导体制造,24,5-2-3. Window Open（开窗）,5.半导体制造,25,5-2-4. Source Diff（原料扩散） : P Type or N Type,5.半导体制造,26,5-2-5. Metalization（金属镀膜）,5.半导体制造,27,5-2-6. Sawing（切割）,5.半导体制造,28,5-3-1. Oxidation (氧化）: 1) 原理: O2+SiSiO2 (二氧化硅) 2) 反应温度: 7001250 3) 目的: - Source Masking - Passivation（钝化）,5-3. Fa

14、brication的主要工程,5.半导体制造,29,5-3-2. PEP : Photo Etching Process 光蚀刻工程 : 光蚀刻工程是利用光将图象从主体转移到另一媒体上的工程,SiO2,Photo Resist（光阻膜）,Mask（掩膜）,暴光,5.半导体制造,30,5.半导体制造,Exposure 暴光,Develop 显影,Etching 蚀刻,P/R Remove P/R去除,31,5-3-3. 扩散（DIFF）: Source Diffusion - Deposition + Drive In,5.半导体制造,32,5-3-4. IMP : Implantation（注

15、入） : Mechanical Source Injection 机械性的原料注入,5.半导体制造,33,6. 晶体管,Chip 芯片,Wire 金线,lead frame 引线框架,Mold 塑封,6-1. 晶体管的构造,34,Collector,Base,Emitter,Collector,Base,Emitter,6-1-1. 结构,6-1-2. 结构 (垂直),6-1-3. 符号,NPN TR,PNP TR,6-2. 晶体管的符号,6.晶体管,35,放大,开关,6-3. 晶体管的功能,6.晶体管,半导体元件最重要的功能是放大(Amplification)和开关(Switching),3

16、6,6-4. 晶体管的特性,6.晶体管,37,6-5. 晶体管制造,6.晶体管,38,Thickness（厚度） =630um N Type,6.晶体管,例：K1335 制造流程,39,Epi Layer,Epi Layer,SiO2=10000,Light Doped Layer 轻掺杂层 tEPI=12um,6.晶体管,40,Base Window,SiO2=1000,6.晶体管,41,VAC=40KeV “Boron Source” 硼,1150 200min Depth（深度）=2.75um,6.晶体管,42,Em Window Open,Em Source Depo “POCl3”,

17、6.晶体管,43,Em Source Drive In 930 100min,Contact Window Open,6.晶体管,44,Al Evapo tAl=1.75um,6.晶体管,45,tSlN=8000,Pad Open,6.晶体管,46,Emitter,Base,6.晶体管,47,电特性检测,Bad Chip Marking 坏芯片做记号,6.晶体管,48,Needless Layer Remove tsi=170um,Back Metal Evaporation tAl=2.15um,6.晶体管,49,Chip 分离,6.晶体管,50,6.晶体管,51,6.晶体管,52,7-1. IC 封装,7. 封装,53,7-2-1. TR 封装,7. 封装,54,7-2-2. TR 封装,7. 封装,55,8. 芯片图样,56,8. 芯片图样,