最後更新:2026年10月8日離子佈植・熱處理離子佈植・熱處理

硼(B)是什麼

Boron

硼(B)是加入矽中即可形成p型半導體的代表性受體(p型摻雜物)。由於原子較輕,離子佈植時容易打入較深處,因此會使用BF₂⁺離子或低能量佈植來形成淺接面。硼容易擴散並會發生暫態增強擴散,因此以尖峰退火或雷射退火在短時間內完成活化。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

硼(Boron,元素符號B)是原子序5的13族(3族)元素,加入矽中會作為受體形成p型半導體,是代表性的p型摻雜物。進入矽原子位置的硼,與周圍的矽鍵結時少了1個電子,因此會從附近接收電子,並在原處留下電洞(hole)。在矽LSI的p型摻雜物中,實務上幾乎只使用硼。

硼的原子輕而小,因此在處理上有其特有的難處。離子佈植時,即使能量相同也會打入很深的位置,因此要形成淺接面,必須以極低的能量佈植,或使用分子較重的BF₂⁺(二氟化硼)離子、B₁₈H₂₂等團簇離子。此外,硼容易沿著晶體原子排列方向深入,發生通道效應(channeling),因此會將晶圓傾斜,或以鍺等元素將表面非晶化(預非晶化)來防止。再者,硼容易擴散,若有佈植造成的晶格損傷,在熱處理初期會發生異常快速擴散的暫態增強擴散(TED),因此會以尖峰退火、閃光燈退火、雷射退火等方式在短時間內活化。

硼的來源包括離子佈植用的BF₃(三氟化硼)與B₂H₆(乙硼烷),以及熱擴散用的BBr₃(三溴化硼)與氮化硼固態源。磊晶成長時會在原料氣體中混入乙硼烷,將高濃度的硼摻入作為pMOS源極・汲極的SiGe層(in-situ摻雜)。乙硼烷毒性與可燃性都很高,因此會使用鋼瓶櫃、尾氣處理設備,以及以減壓方式安全供應的容器加以管理。此外,p型矽晶圓多半是由加入硼後拉晶而成的晶體製成,過去也曾用於層間介電層的BPSG(硼磷矽玻璃)。

硼(B)的常見問題

為什麼硼會形成p型半導體?
硼的最外層電子有3個,進入以4個電子鍵結的矽的位置時,鍵結電子會少1個。附近的電子填補這個空缺後,原處便成為帶正電的電洞並四處移動,因此會形成以電洞為多數載子的p型半導體。
離子佈植為什麼要使用BF₂?
單獨的硼離子很輕,以相同能量打入時會進入太深。以質量較大的BF₂⁺形式佈植時,每1個硼分到的能量約為5分之1,因此可在設備能穩定運作的能量下形成淺接面。表面也會非晶化,進而抑制通道效應。

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