最後更新:2026年10月8日離子佈植・熱處理離子佈植・熱處理中國大陸:掺杂

摻雜(Doping)是什麼

Doping

摻雜(Doping)是指在半導體中加入微量雜質(摻雜物)以控制其電性。在矽中加入磷或砷會成為n型,加入硼則成為p型,在濃度10¹⁴~10²⁰cm⁻³的範圍內電阻率會變化好幾個數量級。LSI以離子佈植與活化退火為主流,也會使用熱擴散、臨場(in-situ)摻雜與電漿摻雜。

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

摻雜(Doping)是指在半導體中加入微量雜質(摻雜物),以控制其電性。純矽(本質半導體)在室溫下幾乎不導電,但加入磷(P)或砷(As)等第5族元素時,電子會過剩而成為n型;加入硼(B)等第3族元素時,會產生電洞而成為p型。加入量約為數億個矽原子中1個到數百個中1個(10¹⁴~10²⁰cm⁻³),極為微量,但這樣的量就能使電阻率改變好幾個數量級。

摻雜方法主要有3種。第1種熱擴散,是在擴散爐中加熱至約900~1100℃,從POCl₃或BBr₃等來源將雜質供應到表面並向內部擴散的方法,目前仍用於太陽電池等。第2種離子佈植,是將雜質離子化並以電場加速後打入晶圓的方法,可精密控制劑量(dose)與深度,因此成為LSI的主流。植入後以熱處理(活化退火)修復結晶損傷,使摻雜物取代矽的晶格位置而發揮電性作用。第3種是在磊晶成長或CVD的原料氣體中混入摻雜物,與薄膜同時摻入的臨場(in-situ)摻雜。此外還有可均勻摻入FinFET等立體結構側面的電漿摻雜,以及在矽晶拉晶時加入熔液、使整片晶圓成為p型・n型的方法。

在電晶體中,會在井區、源極・汲極、調整臨界電壓的通道、抑制短通道效應的暈環(halo)等各處,疊加種類・濃度・深度各不相同的摻雜來製作元件。濃度越高電阻越低,但載子遷移率會下降,超過矽可固溶的上限(固溶度極限)時便無法發揮電性作用。摻雜結果以四點探針法量測片電阻、以SIMS量測深度方向的濃度分布、以霍爾效應量測載子濃度來評估。

摻雜(Doping)的常見問題

摻雜有哪些方法?
包括在高溫下從表面擴散雜質的熱擴散、加速雜質離子並打入的離子佈植、在磊晶成長或CVD原料氣體中混入雜質的臨場(in-situ)摻雜,以及將電漿中的離子導入表面的電漿摻雜等。LSI以控制性高的離子佈植為主流。
為什麼摻雜後需要熱處理?
因為離子佈植剛打入後,結晶受到損傷,摻雜物也位於晶格間隙而沒有發揮電性作用。透過熱處理(活化退火)修復結晶,並讓摻雜物取代矽原子的位置,才會開始產生載子。

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