電子系學程簡介 半導體學程 電子元件學程 VLSI 設計學程

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1 電子系學程簡介 半導體學程 電子元件學程 VLSI 設計學程

2 大綱 半導體產業歷史與現況 積體電路簡介 電子系兩學程的差異性

3 人才需求最多的十大行業 高科技產業 ＊ 參考 104 人力銀行

4 IC 的發展史 世界上第一個電晶體(1948, Bell Lab)
1947年聖誕前夕, AT&T 的 Bell 實驗室的 John Bardeen 及 Walter Brattain 展示第一個由鍺所製成的點接觸式電晶體. 當電流訊號施加於鍺晶體接點, 輸出功率會大於輸入功率. 並於1948年公諸於世. 1949年 William Shockley 發表雙載子電晶體運作理論. 並預測接面式雙載子電晶體(BJT)將出現. 1950年第一個單晶鍺電晶體生產, 並取代電子產品中的真空管. 1952年Gordon Teal發表第一個單晶矽電晶體. 1955年 Shockley 在舊金山南方成立 Shockley Semiconductor Lab. 帶動矽谷的成立. 1956年 Shockley, Bardeen, Brattain 共同獲頒諾貝爾物理獎. 1957年, Gordon Moore 和 Robert Noyce 離開 Shockley 公司, 成立 Fairchild Semiconductor 公司. 1958年積體電路時代來臨 (整個五O年代為分離式IC元件的天下). 1966年, Gordon 和 Robert 離開 Fairchild 並創立 Intel (濃縮Integrated electronics).

5 台灣半導體發展歷程 ＊台灣師範大學地理學系，徐進鈺教授 「台灣半導體產業技術發展歷程」 12吋 DRAM廠 8吋 專業代工廠 專業設計
萌芽期 技術 引進期 技術自立及擴展期 12吋 DRAM廠 專業代工廠 8吋 DRAM廠 專業設計 專業代工 專業測試 前段製造 設計,製造 的研發 後段封裝 交大半導體 實驗室成立 1964 1966 培育人才 1974 1980 1966 高雄電子 1969 飛利浦 1970 德州儀器 1987 1980 UMC成立 1981 園區成立 1982 UMC量產 太欣成立 1994 2000 1987 台積電成立 茂矽成立 華邦成立 德基成立 1989 台灣光罩 旺宏成立 1974 工研院電子所成立 1976 工研院引進RCA技術 1977 工研院產出第一個CMOS 1979 國內設計第一個商用IC成功 電子錶 1994 世界先進成立 力晶成立 1995 南亞成立 1996 茂德成立 2000 台積電12吋廠成立 2001 聯電12吋廠成立 茂德12吋廠成立 2002 力晶12吋廠成立 2003 華亞12吋廠成立 台積電第二座12吋廠成立 (全球最大) ＊台灣師範大學地理學系，徐進鈺教授 「台灣半導體產業技術發展歷程」

6 台灣IC產業技術發展策略 主要技術來源 80  電子所 聯電 87  電子所 台積 87  TI, IBM 德基
87  電子所, Toshiba(98年加入DRAM) 87  Oki, Siemens 89  Matsushita (97年加入DRAM) 94  電子所, 鈺創 94  Mitsubishi, Elpida 95  Oki, IBM, Infineon 96  Siemens, Elpida 工研院電子所 IC 聯電 台積 德基 華邦 茂矽 旺宏 世界先進 力晶 南亞 茂德 Foundry 我國IC技術發展三部曲 聯電IC技術建立 台積專業代工策略模式 世界先進自有品牌DRAM DRAM

7 台灣半導體工業關聯圖 IP 設計 EDA IC 廠 製造 晶圓 光罩 基板 封裝 導線架 測試 智原 敦茂 新茂矽成 矽統 民生 鈺創義隆
旺玖 揚智 偉詮 聯詠 凌陽 威盛 智原 瑞昱 晶豪 松瀚 聯發 思源 EDA IC 廠 大王 漢磊 矽統 立生 天下 世界先進 力晶 華邦 旺宏 茂德 茂矽 南科 聯電 台積 製造 漢磊 中德 台灣信越 台灣小松 晶圓 光罩 杜邦 中華凸板 翔準 台灣光罩 耀文 華通 基板 封裝 立生 菱生 立衛 南茂 華泰 矽品 日月光 旭龍 中信 順德 佳茂 導線架 測試 全懋 超豐 汎利 泰林 力成 華鴻 鑫成 菱生 立衛 京元 大眾 聯測 矽豐 南茂 華泰 矽品 日月光

8 何謂積體電路(IC) IC=Integrated Circuit 為很多電路元件積集在一起, 產生某些電性的功能. IC就像是印刷電路板(PCB)的濃縮版. 依照IC積集度多寡, 可分為: SSI: Small Scale Integration (<100) MSI: Medium Scale Integration (100~1000) LSI: Large Scale Integration (>1000) VLSI: Very Large Scale Integration (>100,000) ULSI: Ultra Large Scale Integration (>10000,000)

9 IC積集度的演進 ULSI VLSI LSI MSI SSI

10 IC IC 產品分類 動態隨機存取記憶體 (DRAM) 揮發性 靜態隨機存取記憶體 (SRAM) 記憶體IC (Memory IC)
光罩唯讀記憶體 (MASK ROM) 可消除,可程式唯讀記憶體 (EPROM) 非揮發性 可電除,可程式唯讀記憶體 (EEPROM) 快閃記憶體 (FLASH) 微處理器 (MPU) 微元件IC (Micro component IC) 微控制器 (MCU) 微處理週邊IC (MPR) IC 數位訊號處理器 (DSP) 系統核心邏輯晶片組 視訊控制晶片 標準邏輯IC 儲存控制晶片 邏輯IC (Logic IC) 其他輸入/輸出儲存控制晶片 可程式邏輯排列 (PLD) 特殊應用IC (ASIC) 閘排列 (Gate Array) 電路元設計 (CBIS) 全客戶設計 線性IC 功率IC (Power IC) 類比IC (Analog IC) LCD 驅動IC (LCD Driver) 線性和數位混合IC 混合式IC (MixMode)

11 半導體簡介及IC 製造流程概述 何謂半導體(Semiconductor)? 導體 半導體 絕緣體 單位: Ohm·m
金, 銀, 銅, 鋁, 鐵, 鉻 元素半導體 : Si, Ge, Sn, Se, Te 化合物半導體: GaAs, InP, ZnS, AlGaAs, AlGaInAs 玻璃, 陶瓷, 塑膠

12 半導體依摻雜可分為N型/P型半導體 Si Si Si Si Si Si Si P Si Si B Si Si Si Si Si Si Si
Extra electron Hole Si Si Si Si Si Si

13 為何半導體材料要選擇矽? 半導體工業約在1950年開始發展,以鍺材料為主, 但1960年 代後矽就取代了鍺的地位.
矽(Si)可從地殼中最豐富的元素(SiO2)純化提煉 熱製程中容易生成SiO2, 為一強且穩定的介電層 矽的氧化物不溶於水 矽擁有較大的能隙, 能承受較高溫度及較大雜質摻雜範圍 矽的崩潰電壓比較高

14 何謂金-氧-半導(MOS)電晶體 MOS電晶體 水閘門 排水口 水路 水源 水流 閘極 (Gate) 電流 (Current) 通道
(Channel) 源極 (Source) 汲極 (Drain)

15 MOS 電晶體的分類與操作原理 NMOS電晶體 PMOS電晶體 0V: 不通 5V: 通 5V: 不通 0V: 通 +5V 0V 0V
閘極 (Gate) 閘極 (Gate) 0V: 不通 5V: 通 5V: 不通 0V: 通 負電子 電流 電流 電洞 源極 (0V) P-基板 (0V) 汲極 (+5V) 源極 (+5V) N-基板 (+5V) 汲極 (0V) +5V 0V 0V +5V +5V 0V Metal(金屬線) Gate Gate N+ N+ P+ P+ - - + + - - + + - + Source Drain Source Drain P-基板(0V) N-基板(+5V) NMOS導通模式 PMOS導通模式

16 IC 製造流程 土地 IC 設計師 製程整合工程師 擴散工程師 薄膜工程師 黃光工程師 蝕刻工程師 完成之晶片 IC 成品

17 IC 製造過程 初始晶片 (primary wafer) Thin film module Diff module PHOTO module
Initial ox Si substrate PR PR Initial ox Si substrate Ini ox Ini ox Si sub Si sub Thin film module Diff module PHOTO module ETCH module Chip Cutting Diff, PHOTO, ETCH, T/F Wafer Sorting WAT IC cross section Final Test Packaging Bonding

18 二學程的差異性 半導體與電子元件學程： 物理、製造、元件模型、元件設計（物理、數學、化學） VLSI 設計學程：
類比IC 設計、數位IC 設計（程式、計算機）