半导体制程概论萧宏chapter13PPT课件
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半导体材料导论描述课件
半导体材料在集成电路、微电 子器件、光电子器件等领域发 挥着关键作用，推动着科技的 进步与发展。
半导体材料在能源转换和存储 、传感器、生物医疗等领域也 具有广泛应用，为人类生活带 来便利。
半导体材料的发展趋势与前景
随着科技的不断发展，新型半导体材 料不断涌现，如二维材料、氧化物半 导体等，具有更优异的性能和更广泛 的应用前景。
硅基半导体是指以硅为基底制造 的半导体材料。自20世纪50年 代以来，硅基半导体一直是半导
体产业的主流技术。
目前，硅基半导体在集成电路、 微电子、光电子、通信等领域得 到了广泛应用，是现代信息技术
的基石之一。
随着技术的不断进步，硅基半导 体的性能不断提高，制造成本不 断降低，使得其应用领域不断拓
展。
半导体材料导论描述 课件
目录
• 半导体材料简介 • 半导体材料的物理性质 • 半导体材料的制备与加工 • 半导体材料的发展趋势与挑战 • 案例分析：硅基半导体的应用与发展 • 总结与展望
CHAPTER 01
半导体材料简介
半导体的定义与特性
总结词
半导体的导电能力介于金属和绝缘体之间，其导电能力随温度、光照和杂质等因 素发生变化。
硅基半导体的优势与局限性
硅基半导体的优势在于其成熟度高、 可靠性好、稳定性高、制造成本低等 。
然而，硅基半导体的局限性也很明显 ，如硅材料的带隙较窄、光电性能较 差等，限制了其在某些领域的应用。
硅基半导体的未来发展方向
1
随着科技的不断发展，硅基半导体将继续在高性 能计算、物联网、人工智能等领域发挥重要作用 。
详细描述
半导体是指那些在一定条件下能够导电的材料，其导电能力随温度、光照和杂质 等因素发生变化。在常温下，纯净的半导体通常表现为绝缘体，但当温度升高或 受到光照等外部因素影响时，其导电性能会显著增强。
半导体制程PPT
光阻区 (PR)
ADI_CD
ADI_CD
光阻 区 (PR)
ETCH (蚀刻) Module
Process Procedures (制程步骤): (a) Dry Etching (气相蚀刻) 化学反响后成气体去除 (b) WET_PR_stripping (光阻去除, 硫酸槽) (c) CD measurement (蚀刻后量測) 简称AEI_CD (d) After Etch Inspection (蚀刻后检查) 简称 AEI
半导体 Semiconductor
分别式电路 Discrete Circuit
ITANIUM MICROPROCESSOR ( 1.72 Billion Transistors 90nm 595 mm2)
To make wafers, polycrystalline silicon is melted. The melted silicon is used to grow silicon crystals (or ingots) that are sliced into wafers. 首先溶化多晶硅，生成晶柱，然后切割成晶圆。
Building an IC Chip
Tape-out (used to be a lot of information—put on tape) Like a blueprint for wafer production
Hierarchy of IC Chip
Multilevel Metallization
芯片分类
DRAM 动态随机存储器
MPUs 微处理器
Computer 电脑
ASIC 特定用途集成电路
DSPs 数字信号处理器
Consumer 消费
半导体基本知识(PPT课件)
例开关电路如图所示.输入信号U1是幅值为5V频率为 1KHZ的脉冲电压信号.已知 β=125,三极管饱和时 UBE=0.7V,UCES=0.25V.试分析电路的工作状态和输出电压 的波形
三极管的三种接法
• 共射极电路： • 共基极电路: • 共集极电路（射极跟随器）
MOS场效应管
• 压控电流源器件 • 分类：
• 难点：
– １、载流子运动规律与器件外部特性的关系。 只须了解，不必深究
半导体基本知识
• 半导体：
– 定义:导电性能介于导体和绝缘之间的物质 – 材料:常见硅、锗 – 硅、锗晶体的每个原子均是靠共价键紧密
结合在一起。
本征半导体
• 本征半导体：纯净的半导体。0K时，价电子
不能挣脱共价键而参与导电，因此不导电。随 T上升晶体中少数的价电子获得能量。挣脱共 价键束缚，成为自由电子，原来共价键处留下 空位称为空穴。空穴与自由电子统称载流子。 • 自由电子：负电荷 • 空穴：正电荷 • 不导电– 增强源自、耗尽型 – PMOS管、NMOS管
• 特性曲线
– 转移特性曲线 – 输出特性曲线
MOS场效应管的主要参数
• 直流参数：
– 开启电压 UTN，UTP – 输入电阻 rgs
• 交流参数：
– 跨导gm – 导通电阻Rds – 极间电容
例NMOS管构成反相器如图示,其主要参数为UTN=2.0V， gM=1.3MA/V，rDS(ON)=875，电源电压UC=12V。输入脉 冲电压源辐值为5V,频率为1KHZ。试分析电路的工作状 态及输出电压UO的波形。
限幅电路如图示：假设输入UI为一周期性矩形 脉冲，低电压UIL=-5V，高电压UIH=5V。
• 当输入UI为-5V时，二极管D截止， • 视为“开路”，输出UO=0V。 • 当输入UI为+5V时，二极管D导通， • 由于其等效电阻RD相对于负载电 • 阻R的值小得多，故UI基本落在R上， • 即UO=UI=+5V。
半导体制造技术导论萧宏台译本
半导体制造技术导论萧宏台译本摘要：一、半导体制造技术的概述二、半导体制造技术的发展历程三、半导体制造技术的重要性四、半导体制造技术的应用领域五、半导体制造技术的未来发展趋势正文：一、半导体制造技术的概述半导体制造技术是指通过一系列复杂的工艺步骤，将半导体材料制成具有特定功能和性能的集成电路和器件的过程。
半导体制造技术作为现代电子信息技术的基础，广泛应用于计算机、通信、家电等领域，对于推动科技发展和提高人类生活水平具有重要意义。
二、半导体制造技术的发展历程半导体制造技术的发展经历了几个阶段。
早期，人们主要通过手工操作和简单的设备进行半导体材料的加工。
随着科学技术的进步，半导体制造技术逐渐实现了自动化、智能化，制造工艺也日趋精密。
从20 世纪中叶开始，半导体制造技术进入了快速发展阶段，集成电路的集成度不断提高，尺寸不断缩小，性能不断提升。
三、半导体制造技术的重要性半导体制造技术对于现代科技和社会经济发展具有举足轻重的地位。
首先，半导体制造技术是信息技术产业发展的基础。
计算机、通信设备等电子产品的核心部件都是由半导体材料制成的。
其次，半导体制造技术对提高人民生活水平具有重要意义。
半导体技术在医疗、教育、交通等领域的应用，极大地改善了人们的生活质量。
最后，半导体制造技术是国家科技实力的重要体现。
一个国家在半导体制造技术领域的地位，往往能反映出这个国家在国际竞争中的实力。
四、半导体制造技术的应用领域半导体制造技术的应用领域非常广泛，主要包括以下几个方面：1.计算机：计算机处理器、内存等关键部件都是由半导体材料制成的。
2.通信：手机、无线通信基站等通信设备中，半导体器件占有重要地位。
3.家电：半导体技术在家电产品中的应用，如电视机、冰箱、空调等，使得这些产品更加智能化、节能化。
4.工业控制：半导体技术在工业控制领域的应用，提高了生产效率和产品质量。
5.医疗：半导体技术在医疗设备中的应用，如超声波、心电图等，提高了疾病诊断和治疗的水平。
半导体制程简介PPT课件讲义教材
蒸
高温电弧炉还原
无水氯化氢
馏
纯
化
3-7cm块状硅块 (99.9…9%)
多晶硅棒
SiHCl3
敲碎
氢气还原及CVD法
单晶生长技术
◆ 柴氏长晶法 : 82.4% ◆ 磊晶法 : 14.0% ◆ 浮融带长晶法 : 3.3% ◆ 其它 : 0.2%
(1993年市场占有率)
长晶程序(柴式长晶法)
硅金属及掺杂质的融化 颈部 (Meltdown)
半导体制程简介
半导体制造流程
Front-End 晶圆制造 晶圆针测
Back-End
封装
测试
晶粒(Die)
成品
半导体制程分类
◆ I. 晶圆制造 ◆ II.晶圆处理 ◆ III.晶圆针测 ◆ IV.半导体构装 ◆ V.半导体测试
I.晶圆制造
晶圆制造流程
晶圆材料
多晶硅 原料制造
单晶 生长
晶圆 成形
(C)
已显影光阻 (E)
薄膜
二氧化硅
晶圆
显影
(D)
(F)
晶圆 蚀刻
晶圆 离子植入
参杂物
晶圆 去除光阻
IC制程简图(三)
(G)
金属层
(I)
晶圆
金属沉积
(H)
(J)
晶圆 微影制程
晶圆 金属蚀刻
晶圆 去除光阻
III.晶圆针测
晶圆针测示意图
探针卡 针测机
晶圆针测流程图
晶圆生产 Wafer processing
◆ 晶棒黏着 ◆ 切片 ◆ 晶圆清洗 ◆ 规格检验
内径切割机
晶边圆磨（Edge contouring）
◆ 目的
防止晶圆边缘碎裂 防止热应力之集中 增加光阻层在边缘之平坦度
高温电弧炉还原
无水氯化氢
馏
纯
化
3-7cm块状硅块 (99.9…9%)
多晶硅棒
SiHCl3
敲碎
氢气还原及CVD法
单晶生长技术
◆ 柴氏长晶法 : 82.4% ◆ 磊晶法 : 14.0% ◆ 浮融带长晶法 : 3.3% ◆ 其它 : 0.2%
(1993年市场占有率)
长晶程序(柴式长晶法)
硅金属及掺杂质的融化 颈部 (Meltdown)
半导体制程简介
半导体制造流程
Front-End 晶圆制造 晶圆针测
Back-End
封装
测试
晶粒(Die)
成品
半导体制程分类
◆ I. 晶圆制造 ◆ II.晶圆处理 ◆ III.晶圆针测 ◆ IV.半导体构装 ◆ V.半导体测试
I.晶圆制造
晶圆制造流程
晶圆材料
多晶硅 原料制造
单晶 生长
晶圆 成形
(C)
已显影光阻 (E)
薄膜
二氧化硅
晶圆
显影
(D)
(F)
晶圆 蚀刻
晶圆 离子植入
参杂物
晶圆 去除光阻
IC制程简图(三)
(G)
金属层
(I)
晶圆
金属沉积
(H)
(J)
晶圆 微影制程
晶圆 金属蚀刻
晶圆 去除光阻
III.晶圆针测
晶圆针测示意图
探针卡 针测机
晶圆针测流程图
晶圆生产 Wafer processing
◆ 晶棒黏着 ◆ 切片 ◆ 晶圆清洗 ◆ 规格检验
内径切割机
晶边圆磨（Edge contouring）
◆ 目的
防止晶圆边缘碎裂 防止热应力之集中 增加光阻层在边缘之平坦度
半导体制作流程PPT课件讲义教材
裁剪者
VISION1
T1
排列 测试
T2
分类
刷
作标记 于
VISION2
T3
排列
分类
拒绝
排列
T4
TAPING3
TAPING1
排列 TAPING2 排列
KEC- 公司韩国研究总数报告
10
KEC-W 和 C& C 的我& 我
４。SMD- BIS 程序：
整理/ 形式部
8 PCS 提取
卷供给部于桥上
在BIS单体机工作时供给制品
乘汽车
感应器盒子
S/W 盒子
大音阶的第五 音,继电器 SSR
KEC- 公司韩国研究总数报告
FA 计算 机
LAN CARD
输入 64位
输入 64位
输出 64位
马达 制御 CARD
输出 32位
感应器盒子
S/W 盒子
大音阶的 第五音 继电器
SSR
AC 乘汽车
伺服 开车
伺服马达
第一视觉 /F
测试我/F
第一激光 /F
制品流动生产回路：
T2->T3 插入物
2 PCS 提取
激光印记
BEUSHING
视觉检验
T4 喷嘴提取
1 PCS 提取
排列 #1 检验不见的
排列 #2
排列 #3
T3 分类 桌子 #3
KEC- 公司韩国研究总数报告
T4 分类 桌子#4
最好的
轻打 #1个插入物 轻打 #2个插入物 轻打 #3个插入物
轻打
13
TAPING1 2.轻打 TAPING2
TAPING3
个人计算机计画:视觉的 C++ 语言 个人计算机计画控制: 1.伺服系统; 2. 作标记于; 3. VISION; 4.PLC CONTROL.
半导体制造技术ppt课件
27
28
28
3. 软烘（soft baking） • 因为光刻胶是一种粘稠体，所以涂胶结束后并不能直接进行曝光，必须经过烘焙，使光刻
胶中的溶剂蒸发。烘焙后的光刻胶仍然保持“软”状态。但和晶圆的粘结更加牢固。 • 目的:去除光刻胶中的溶剂。
蒸发溶剂的原因： 1）溶剂吸收光，干扰了曝光中聚合物的化学反应。 2）蒸发溶剂增强光刻胶和晶圆的粘附力。
• 典型的方法：自动检查，“检查工作站”
36
36
气相成底膜处理 1、硅片清洗：硅片沾污影响粘附性—显影和刻蚀中的光刻胶飘移 2、脱水烘焙：200~250度 3、硅片成底膜：提高粘附力 成底膜技术：浸泡、喷雾和气相方法
37
37
第一步:清洗 目的：清除掉晶圆在存储、装载和卸载到片匣过程中吸附到的一些颗粒状污染物。 方法：
参数
纵横比（分辨力） 黏结力 曝光速度 针孔数量 阶梯覆盖度 成本 显影液 光刻胶去除剂
氧化工步 金属工步
正胶
更好 更快
有机溶剂 酸 氯化溶剂化合物
负胶 更高
更少 更好 更高 水溶性溶剂
酸 普通酸溶剂
22
光刻工艺8步骤
23
23
24
24
25
25
1、气相成底膜
目的：增强光刻胶与硅片的粘附性 步骤：
正胶: 晶片上图形与掩膜相同 曝光部分发生降解反应，可溶解 曝光的部分去除
15
15
负胶 Negative Optical resist
• 负胶的光学性能是从可溶解性到不溶解性。 • 负胶在曝光后发生交链作用形成网络结构，在
显影液中很少被溶解，而未被曝光的部分充分 溶解。
16
正胶－Positive Optical Resist ❖ 正胶的光化学性质是从抗溶解到可溶性。 ❖ 正胶曝光后显影时感光的胶层溶解了。 ❖ 现有VLSI工艺都采用正胶
28
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3. 软烘（soft baking） • 因为光刻胶是一种粘稠体，所以涂胶结束后并不能直接进行曝光，必须经过烘焙，使光刻
胶中的溶剂蒸发。烘焙后的光刻胶仍然保持“软”状态。但和晶圆的粘结更加牢固。 • 目的:去除光刻胶中的溶剂。
蒸发溶剂的原因： 1）溶剂吸收光，干扰了曝光中聚合物的化学反应。 2）蒸发溶剂增强光刻胶和晶圆的粘附力。
• 典型的方法：自动检查，“检查工作站”
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气相成底膜处理 1、硅片清洗：硅片沾污影响粘附性—显影和刻蚀中的光刻胶飘移 2、脱水烘焙：200~250度 3、硅片成底膜：提高粘附力 成底膜技术：浸泡、喷雾和气相方法
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第一步:清洗 目的：清除掉晶圆在存储、装载和卸载到片匣过程中吸附到的一些颗粒状污染物。 方法：
参数
纵横比（分辨力） 黏结力 曝光速度 针孔数量 阶梯覆盖度 成本 显影液 光刻胶去除剂
氧化工步 金属工步
正胶
更好 更快
有机溶剂 酸 氯化溶剂化合物
负胶 更高
更少 更好 更高 水溶性溶剂
酸 普通酸溶剂
22
光刻工艺8步骤
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23
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1、气相成底膜
目的：增强光刻胶与硅片的粘附性 步骤：
正胶: 晶片上图形与掩膜相同 曝光部分发生降解反应，可溶解 曝光的部分去除
15
15
负胶 Negative Optical resist
• 负胶的光学性能是从可溶解性到不溶解性。 • 负胶在曝光后发生交链作用形成网络结构，在
显影液中很少被溶解，而未被曝光的部分充分 溶解。
16
正胶－Positive Optical Resist ❖ 正胶的光化学性质是从抗溶解到可溶性。 ❖ 正胶曝光后显影时感光的胶层溶解了。 ❖ 现有VLSI工艺都采用正胶
半导体制程简=PPT课件
– 例如：硅、硅化 物、金属导线等 等。
– 另外，在去除光 阻止后，通常还 需要有一步清洗， 以保证晶园表面 的洁净度。
-
30
2.7 金属蚀刻
• Metal Etch
– 金属蚀刻用于制作芯片中的金属导线。 – 导线的形状由Photo制作出来。 – 这部分工作也使用等离子体完成。
-
31
2.8 薄膜生长
– Develop & Bake
• 曝光完毕之后，晶园送回Track进行显影，洗掉被曝 过光的光阻。
• 然后再进行烘烤，使没有被洗掉的光阻变得比较坚硬 而不至于在下一步蚀刻的时候被破坏掉。
-
24
2.4 酸蚀刻
• Acid Etch
– 将没有被光阻覆盖的薄膜腐蚀掉，是酸蚀刻的 主要任务。
– 蚀刻完毕之后，再将光阻洗去。
• 一般而言通常使用 正光阻。只有少数 层次采用负光阻。
-
20
• 曝光
– Exposure
• 曝光动作的目的是将光罩上的图形传送到晶园上。 • 0.13um，0.18um就是这样做出来的。 • 曝光所采用的机台有两种：Stepper和Scanner。
-
21
• 左图是当今 市场占有率 最高的ASML 曝光机。
半导体制程简介
——芯片是如何制作出来的
-
1
基本过程
• 晶园制作 – Wafer Creation
• 芯片制作 – Chip Creation
• 后封装 – Chip Packaging
-
2
第1部分 晶园制作
-
3
1.1 多晶生成
• Poly Silicon Creation 1
– 目前半导体制程所使用的主要原料就是晶园 (Wafer)，它的主要成分为硅(Si)。
– 另外，在去除光 阻止后，通常还 需要有一步清洗， 以保证晶园表面 的洁净度。
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2.7 金属蚀刻
• Metal Etch
– 金属蚀刻用于制作芯片中的金属导线。 – 导线的形状由Photo制作出来。 – 这部分工作也使用等离子体完成。
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2.8 薄膜生长
– Develop & Bake
• 曝光完毕之后，晶园送回Track进行显影，洗掉被曝 过光的光阻。
• 然后再进行烘烤，使没有被洗掉的光阻变得比较坚硬 而不至于在下一步蚀刻的时候被破坏掉。
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2.4 酸蚀刻
• Acid Etch
– 将没有被光阻覆盖的薄膜腐蚀掉，是酸蚀刻的 主要任务。
– 蚀刻完毕之后，再将光阻洗去。
• 一般而言通常使用 正光阻。只有少数 层次采用负光阻。
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• 曝光
– Exposure
• 曝光动作的目的是将光罩上的图形传送到晶园上。 • 0.13um，0.18um就是这样做出来的。 • 曝光所采用的机台有两种：Stepper和Scanner。
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• 左图是当今 市场占有率 最高的ASML 曝光机。
半导体制程简介
——芯片是如何制作出来的
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基本过程
• 晶园制作 – Wafer Creation
• 芯片制作 – Chip Creation
• 后封装 – Chip Packaging
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2
第1部分 晶园制作
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3
1.1 多晶生成
• Poly Silicon Creation 1
– 目前半导体制程所使用的主要原料就是晶园 (Wafer)，它的主要成分为硅(Si)。
半导体制程及原理概述
製程及原理概述半導體工業的製造方法是在矽半導體上製造電子元件(產品包括:動態記憶體、靜態記億體、微虛理器…等)，而電子元件之完成則由精密複雜的積體電路(Integrated Circuit，簡稱IC)所組成；IC之製作過程是應用晶片氧化層成長、微影技術、蝕刻、清洗、雜質擴散、離子植入及薄膜沉積等技術，所須製程多達二百至三百個步驟。
隨著電子資訊產品朝輕薄短小化的方向發展，半導體製造方法亦朝著高密度及自動化生產的方向前進;而IC製造技術的發展趨勢，大致仍朝向克服晶圓直徑變大，元件線幅縮小，製造步驟增加，製程步驟特殊化以提供更好的產品特性等課題下所造成的良率控制因難方向上前進。
半導體業主要區分為材料(矽品棒)製造、積體電路晶圓製造及積體電路構裝等三大類，範圍甚廣。
目前國內半導體業則包括了後二項，至於矽晶棒材料仍仰賴外國進口。
國內積體電路晶圓製造業共有11家，其中聯華、台積及華邦各有2個工廠，總共14個工廠，目前仍有業者繼紙擴廠中，主要分佈在新竹科學園區，年產量逾400萬片。
而積體電路構裝業共有20家工廠，遍佈於台北縣、新竹縣、台中縣及高雄市，尤以加工出口區為早期半導體於台灣設廠開發時之主要據點。
年產量逾20億個。
原理簡介一般固體材料依導電情形可分為導體、半導體及絕緣體。
材料元件內自由電子濃度(n值)與其傳導率成正比。
良好導體之自由電子濃度相當大(約1028個e-/m3)，絕緣體n值則非常小(107個e-/m3左右)，至於半導體n值則介乎此二值之間。
半導體通常採用矽當導體，乃因矽晶體內每個原子貢獻四個價電子，而矽原子內部原子核帶有四個正電荷。
相鄰原子間的電子對，構成了原子間的束縛力，因此電子被緊緊地束縛在原子核附近，而傳導率相對降低。
當溫度升高時，晶體的熱能使某些共價鍵斯鍵，而造成傳導。
這種不完全的共價鍵稱為電洞，它亦成為電荷的載子。
如圖1.l(a),(b)於純半導體中，電洞數目等於自由電子數，當將少量的三價或五價原子加入純矽中，乃形成有外質的(extrinsic)或摻有雜質的(doped)半導體。
半导体工艺流程简介ppt
半导体工艺流程的成就与挑战
进一步缩小特征尺寸
三维集成技术
绿色制造技术
智能制造技术
未来半导体工艺流程的发展趋势
01
02
03
04
THANKS
感谢观看
互连
通过金属化过程，将半导体芯片上的电路元件连接起来，实现芯片间的通信和电源分配功能。
半导体金属化与互连
将半导体芯片和相关的电子元件、电路板等封装在一个保护壳内，以防止外界环境对芯片的损伤和干扰。
封装
对封装好的半导体进行功能和性能的检测与试验，以确保其符合设计要求和实际应用需要。
测试
半导体封装与测试
半导体工艺流程概述
02
半导体制造步骤-1
1
半导体材料的选择与准备
2
3
通常使用元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等，或化合物半导体，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等。
材料类型
高纯度材料对于半导体制造至关重要，杂质含量需要严格控制。
纯净度要求
材料应具有立方、六方或其他特定晶体结构。
晶格结构
蚀刻
使用化学试剂或物理方法，将半导体基板表面未被光刻胶保护的部分进行腐蚀去除。根据蚀刻方法的不同，可以分为湿蚀刻和干蚀刻两种。
去胶
在完成蚀刻后，使用去胶液等化学试剂，去除光刻胶。去胶过程中需要注意控制温度和时间，以避免对半导体基板造成损伤或污染。
半导体的蚀刻与去胶
05
半导体制造步骤-4
金属化
通常使用铝或铜作为主要材料，通过溅射、蒸发或电镀等手段，在半导体表面形成导线图案。
涂布
在半导体基板上涂覆光刻胶，使其覆盖整个基板表面。通常使用旋转涂布法，将光刻胶滴在基板中心，然后通过旋转基板将其展开并涂布在整个表面上。
半导体概要PPT课件
c
钎锌矿结构
半导体概要
a
b
六方密堆积结构
1.2 晶体结构
4、Ⅳ-Ⅵ族化合物硫化铅、硒化铅、碲化铅属于NaCl结构
NaCl 结构
半导体概要
CsCl 结构
晶系
三斜 Triclinic
单斜 Monoclinic
正交 Orthorhombic
特征
abc
abc 90
abc 90
布喇菲格子 简单三斜(无转轴)
三、半导体的结构
图1.1 基于原子在固体内的半有导体序概排要 列程度对固体进行分类
1.1 半导体材料的特性
四、半导体材料的原子组成
半导体概要
1.1 半导体材料的特性
• 元素半导体：Si, Ge, Si1-xGex • Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体
GaAs, GaP, GaN,AlN,AlSb,InN,InP,InAs Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体ZnS, ZnSe,ZnTe,CdS,CdSe,CdTe
第一章 半导体概要
• 1.1 半导体材料的特性 • 1.2 晶体结构 • 1.3 晶体生长
半导体概要
1.1 半导体材料的特性
一、 半导体材料的基本性能
导 体： =10-6~10-4 cm 半导体： =10-3~109 cm 绝缘体： >1010cm 1. 半导体材料的电阻率直接影响集成电路的电学性能 2、导电能力随温度上升而迅速增加 3、半导体的导电能力随所含杂质的微量变化而发生显著变化 4、半导体的导电能力随光照而发生显著变化 5、半导体的导电能力随外加电场、磁场的作用而发生显著变
2SiC+SiO2=3Si+2CO 2. 化学提纯：Si+2Cl2=SiCl4
半导体器件教学课件PPT
ID（mA） 4
UGS=+2V
3
ID 2
可
变 电
1
阻பைடு நூலகம்
区0
恒流区
UGS
夹断区
UGS=+1V
UGS=0V
UGS=-1V UGS=-2V U DS （V
场效应管的微变等效电路
输入回路：开路
输出回路：交流压控恒流源，电流 Id gmU gs
D G
S
G +
U gs
D
Id gmU gs
-
S
11.5.1 结型场效应管（JFET）
地
N沟道
ID
IDSS
0 UGS（off）
UGS
D -VDD
G
正电压
ID
S 实际方向
地
P沟道
ID UGS（off） UGS
IDSS 转移特性曲线都设定的ID方 向从D到S
P沟道MOS场效应管
NMOS +VDD
D
ID
ID
IDO
G 正电压
实际方向 地 S
UGS（th） UGS
G 正负电压
D +VDD ID 实际方向
S地
ID IDSS
UGS（off） UGS
PMOS
G 负电压
D -VDD
ID
ID
UGS（th）
实际方向
UGS
S地
IDO
D -VDD
ID UGS（off）
ID
UGS
G
正负电压
实际方向
S地
IDSS
转移特性和输出特性都规定ID方向由D到S
15.4 场效应管放大电路 15.4.1 场效应共源极放大电路
《半导体制程简介》PPT课件
• 8’ Wafer
– 8’的晶园采用Notch。
• 12’, 16’,…… Wafer
– 采用Notch，为什么呢？——猜想。
1.4 晶园抛光
• Lapping & Polishing
– 切片结束之后，真正成型的晶园诞生。 – 此时需要对晶园的表面进行一些处理——抛光。 – 主要的步骤有以下几步：
Epi(p/p+) Wafer
p+
- >10um DZ - COP free surface
COP(typical grown-in defect)
BMD(Body Micro Defects)
- Grown-in defect free in device active layer
- Controllable intrinsic gettering ability
• 机械研磨(使用氧化铝颗粒) • 蚀刻清洗(使用硝酸、醋酸、氢氧化钠) • Wafer抛光(化学机械研磨，使用硅土粉) • 表面清洗(氨水、过氧化氢、去离子水)
1.5 晶园外延生长
• Wafer Epitaxial Processing
– 经过抛光，晶园表面变得非常平整，但是这个 时候还不能交付使用。
Affect of COP on Device Performance
Wiring
Gate Capacitor
STI
Source
COP in subsurface
Drain STI
COP in top surface
Si Substrate
COP causes current leakage failure in device
1) Crystal growth technology -N-doped and heat control
– 8’的晶园采用Notch。
• 12’, 16’,…… Wafer
– 采用Notch，为什么呢？——猜想。
1.4 晶园抛光
• Lapping & Polishing
– 切片结束之后，真正成型的晶园诞生。 – 此时需要对晶园的表面进行一些处理——抛光。 – 主要的步骤有以下几步：
Epi(p/p+) Wafer
p+
- >10um DZ - COP free surface
COP(typical grown-in defect)
BMD(Body Micro Defects)
- Grown-in defect free in device active layer
- Controllable intrinsic gettering ability
• 机械研磨(使用氧化铝颗粒) • 蚀刻清洗(使用硝酸、醋酸、氢氧化钠) • Wafer抛光(化学机械研磨，使用硅土粉) • 表面清洗(氨水、过氧化氢、去离子水)
1.5 晶园外延生长
• Wafer Epitaxial Processing
– 经过抛光，晶园表面变得非常平整，但是这个 时候还不能交付使用。
Affect of COP on Device Performance
Wiring
Gate Capacitor
STI
Source
COP in subsurface
Drain STI
COP in top surface
Si Substrate
COP causes current leakage failure in device
1) Crystal growth technology -N-doped and heat control
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/HongXiao/Boo
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k.htm
顯影
氮化矽
光阻
P型基片
Hong Xiao, Ph. D.
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蝕刻氮化矽
氮化矽
光阻
P型基片
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7
k.htm
成長襯墊氧化層
襯墊氧化層
P型基片
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LPCVD沉積氮化矽
氮化矽
襯墊氧化層
P型基片
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成長屛蔽氧化層
SiO2
p+
p+
p+
P型基片
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k.htm
光阻塗佈
光阻
SiO2
p+
p+
p+
P型基片
Hong Xiao, Ph. D.
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k.htm
光阻塗佈
襯墊氧化層 氮化矽
光阻
P型基片
Hong Xiao, Ph. D.
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10
k.htm
光罩 1,矽局部氧化(LOCOS)
Hong Xiao, Ph. D.
15
k.htm
剝除光阻
氮化矽
P型基片
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16
k.htm
絕緣佈植
氮化矽
p+
p+
P型基片
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濕式氧化形成LOCOS
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曝光
光阻
SiO2
p+
p+
p+
P型基片
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顯影
光阻
SiO2
p+
p+
p+
P型基片
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• LOCOS • PSG 和 再流動 • 蒸鍍機沉積金屬 • 正光阻 • 投影式對準及曝光機 • 電漿蝕刻和濕式蝕刻
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6
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1980’s 技術, 晶圓清洗
P型基片
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N型井區驅入
p+
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SiO2 p+
P型基片
N型井區
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剝除屏蔽氧化層
p+
Hong Xiao, Ph. D.
SiO2 p+
P型基片
3
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從 1960s 到 1970s
• 1960s
– PMOS – 擴散 – 金屬匣極
• 1970s
– NMOS – 離子佈植 – 多晶矽匣極
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4
k.htm
1980’s 技術
• LCD 取代 LED作為電子錶和計算機的顯 示燈
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k.htm
光罩 1, 矽局部氧化(LOCOS)
氮化矽
பைடு நூலகம்
光阻
P型基片
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對準和曝光
氮化矽
光阻
P型基片
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氮化矽 p+
SiO2 p+
P型基片
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剝除氮化矽及襯墊氧化層，清洗
SiO2
p+
p+
P型基片
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• CMOS IC 因耗能較低取代 NMOS IC • 最小的圖形尺寸: 從 3 mm 縮小到 0.8 mm • 晶圓尺寸: 100 mm (4 in) 增加到 150 mm
(6 in)
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5
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1980’s CMOS技術
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总体概述
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目標
• 列出1980 至1990年代主要製程技術的改 變
• 解釋銅金屬化以及傳統金屬化之間的差 異
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光罩 2, N型井區
Hong Xiao, Ph. D.
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光罩 2, N型井區
光阻
SiO2
p+
p+
p+
P型基片
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Chapter 14 CMOS 製程
Hong Xiao, Ph. D. hxiao89@
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标题添加
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N型井區佈植
光阻 p+
SiO2 p+
P型基片
磷離子佈植 N型井區
p+
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剝除光阻
p+
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SiO2 p+
P型基片
N型井區 p+
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