半導體中心- 台灣半導體發展的源頭
SRC – Origin of Taiwan’s Semiconductor Development

我國半導體領域的研究與發展，始自1960年代。當時國立交通大學廣招國內外學者，共同從事研發工作，並積極培育人才。先是1960年「聯合國特別基金會」核准在國立交通大學電子研究所執行「電子電信訓練研究計畫」，之後，逐步發展成「半導體中心」。營運經費來自教育部與國科會，建立半導體共同實驗室，除提供技術委託服務外，更有助於領域內的教授、研究生及業界執行前瞻性研究。在國內外學者的推動與辛勤耕耘下，不但業界的技術獲得提升，最重要的是培訓出一批半導體工程的高科技人才。目前，半導體業界之中堅幹部，大多由此中心培育產生。

交大「半導體中心」以培育學術界與產業界所需之高科技人才，提升我國電子領域的學術研究水準，並開拓積體電路工業的發展空間為宗旨。未來，半導體中心將進一步和「國家奈米元件實驗室」分工合作，進行深次微米元件模組製程的研究，並將以高頻與通訊元件、顯示元件、系統晶片、微機電、微光學元件等項目為發展重點，繼續推動人才培育及拓展半導體的應用領域(註：半導體中心已於2003年2月更名為奈米中心)。

石器時代至矽時代

人類在農業社會時期，歷經了「石器時代」、「青銅器時代」與「鐵器時代」。每一次生產技術的突破，都對社會發展產生極大的衝擊。現今，以矽為原料的電子元件產值，超過了以「鋼」為原料的產值，人類的歷史於是邁入嶄新的「矽時代」。

矽是地殼中最常見的元素，許多石頭的主要成分都是二氧化矽；然而，經過數百道製程做出一片小小的積體電路，其價值卻可達上萬元美金。把石頭變成矽晶片的過程，是一項點石成金的成就，也是近代科學的奇蹟。矽所製成的半導體元件，包括記憶元件、邏輯元件、微處理機、光電元件與偵測器等等，如今都無所不在地隱藏在諸如電視、電話、電腦、電冰箱、飛機、汽車、衛星等器具和車輛內，為人類生活提供密切的服務。

本校半導體中心演進史
The Development of SemiconductorResearchCenter, NationalChiaoTungUniversity

第一代半導體(電晶體)時期
First-Generation Semiconductor (Transistor) Period

• 我國第一座半導體實驗室外貌
  The First Semiconductor Laboratory in Taiwan (1964)

• 第一代半導體電晶體實驗室內部
  Interior of First-Generation Semiconductor Laboratory (1964)
  
• 我國成功研製雙極性電晶體的團隊
  The First Successful Developers of Bipolar Transistors In Taiwan (1965)
  
• 我國第一座電晶體實驗工場計畫書
  Prospectus of the Fisrt Transistor Laboratory Factory in Taiwan (1965)

第一代半導體(小型積體電路)時期
First-Generation Semiconductor (Small-scale Integrated Circuit) Period

• 第一代罩幕製作系統
  A First-Generation Mask Manufacturing System
  
• 1970年代半導體中心工作同仁合影
  Semiconductor Research Center Workers in 1970s
  
• 第一代磊晶設備
  First-Generation Epitaxy Instruments
  
• 紅膠紙製圖桌
  Red Cellophane Drawing Instruments

第二代半導體(大型積體電路)時期
Second-Generation Semiconductor (Large-scale Integrated Circuit) Period

• 第二代半導體中心大樓外貌
  The Second-Generation Semiconductor Research Center Building (1977)
  
• 國科會半導體貴重儀器使用中心簡介
  Introductory Pamphlet of NationalScienceCouncilSemiconductorEquipmentCenter
  
• 第二代八支石英爐管
  A Second-Generation Furnace System Consisting of Oxidation, Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPVCD), and Annealing
  
• 反應性離子蝕刻系統
  A Reactive Ion Etching (RIE) System

第三代半導體(超大型積體電路)時期
Third-Generation Semiconductor (Super Large-scale Integrated Circuit) Period

• 固態電子系統大樓一隅
  The Solid-State ElectronicsBuilding
  
• 「國家毫微米元件實驗室」落成紀念碑
  The NationalNanoDeviceLaboratoryMonument (1992)
  
• 介電薄膜活性離子蝕刻系統(第三代)
  A Third-Generation Vacutec Reactive Ion Etching System
  
• 分子束磊晶設備
  Molecular Bean Epitaxy Equipment

交大對半導體產業的貢獻
NCTU’s Contributions to Semiconductor Industry in Taiwan

近年來，半導體工業已經成為台灣經濟發展的主要基石之一，而交大半導體中心正是我國培育半導體菁英的搖籃。

1977年「半導體中心」正式納入教育部編制，並遷入博愛校區新落成的半導體中心大樓，開始執行國家大型電子研究計畫，並且支援全國各大專院校從事半導體研究。1998年半導體中心推動設備本土化的工作，扶植業者開發新材料及新製程，包含「高密度電漿鐵電材料化學氣相沉積」及「金屬蝕刻機台」。1999年半導體中心進行重建工程，並設立「平面顯示器」及「光電元件」的基本製程，強化對校內外相關研究人員的服務工作。今後仍將繼續尋求突破，以增進本領域的學術研究和相關技術的提升。

交大第一(半導體篇)

NCTU’s Firsts (Semiconductor Field)

1958成立「電子研究所」碩士班，首創我國此一學門進階人才的培育基地

1963首創我國「電晶體實驗室」

1964製成第一顆「點觸式電晶體」

1964首建研究工廠內的「半導體實驗室」

1965由張瑞夫教授指導張俊彥與郭雙發，共同製成我國第一批「雙極性平面電晶體」

1965提出我國第一座電晶體實驗工場計畫書

1966由凌宏璋教授指導，張俊彥與郭雙發成功研製我國第一枚「金氧半電晶體」及「積體電路」

1995 交通大學教授的論文數，開始在IEEE ED 和EDL期刊上大放異彩

第一代半導體電晶體實驗流程與儀器圖
The Experimental Process in First-Generation Semiconductor Laboratory

此實驗流程說明一顆平面雙極性電晶體（planar bipolar junction transistor, BJT）在60年代是如何製造出來的。

• 蒸汽氧化爐：在矽晶圓表面成長數千埃的氧化膜，用來阻擋稍後的雜質摻雜製程。
• 光罩對準機：在氧化膜表面，定義出可供磷（或硼）擴散的窗口。
• 磷/硼擴散爐：將磷或硼等摻雜物驅入晶片內部，形成n+/p+接面，重複上述步驟數次，即可完成pnp型國npn型雙極性電晶體之基本結構。
• 金屬蒸鍍：在電晶體的表面蒸鍍鋁金屬，形成電晶體的集極、基極與射極。
• 接線機及包裝：將金線連結到電晶體的金屬電極上，並加以包裝，以供後續的量測或使用。
• 電性量測：量測電晶體的電特性，例如電流增益。

蒸汽氧化爐Wet oxidation furnace
光罩對準機Mask aligner

磷擴散爐Phosphorus diffusion furnace

硼擴散爐Boron diffusion furnace

金屬蒸鍍Metal evaporator

接線機及包裝Wire bonding and packaging

電性量測Electrical characteristics measurement

玻璃光罩製作流程圖
The Process for Glass Mask Making

半導體製作過程中，最關鍵也最困難的是微影技術，這是在矽晶圓表面蝕刻出電路圖案的一種方法。首先須再晶圓表面塗上一層阻光劑，接著把紫外光或波長更短的光，通過玻璃光罩照射到晶圓表面，經過顯影後，曝過光的光阻就會存留下來，如此一來，藉著晶圓表面的光阻層，就可以蝕刻出與光罩上相同的圖案。

因此在微影的過程中，需要使用到玻璃光罩，它的上面刻畫有將要製作的電晶體的結構、電路等圖案。在記憶體或處理器晶片的製程中，往往需要數十片的光罩，只要其中任何一片出現錯誤，整個晶片就無法正常運作。

200倍大的方格紙 Design mask patterns on a graph paper
方格紙的尺寸約75 cm x 60 cm，利用製圖工具，在方格紙上繪出欲製作的光罩圖樣，其大小為實際元件尺寸的200倍。

紅膠紙製圖桌 Drawing table for red plastic film
將一紅色膠片放置在繪製完光罩圖樣的方格紙上方，開啟桌面下的燈光，透過光線將光罩圖樣描繪至紅色膠片。

紅膠片 Rubylith film
使用圓規、美工刀等工具割除膠片表面的紅色膠膜，顯露出透明的區域。

罩幕製作系統 Mask fabrication system
使用罩幕製作系統，將紅膠片上的圖樣微縮20倍，投影到裝置在機台另一側的工作母片表面。

工作母片 Working mask
工作母片表面塗有乳劑，經過感光及顯影步驟，可看出經微縮20倍後的光罩圖樣。當時使用的工作母片尺寸為2”x 2”。

光罩 Photo mask
使用另一罩幕機，將工作母片上的圖樣再縮小10倍，投影到塗有乳劑的光罩表面，依序改變母片與光罩間的相對位置，複製出上百個相同的晶片圖樣。圖中的光罩尺寸為4”x 4”。