最後更新:2026年10月8日離子佈植・熱處理離子佈植・熱處理

磷(P)是什麼

Phosphorus

磷(P)是加入矽中即可形成n型半導體的代表性施體(n型摻雜物)。以離子佈植(磷化氫)或熱擴散(POCl₃)導入,由於擴散比砷快,用於n井、LDD與太陽能電池的射極。在先進FinFET中,以高濃度含磷的Si:P磊晶形成源極・汲極。

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

磷(Phosphorus,元素符號P)是原子序15的15族(5族)元素,加入矽中會作為施體形成n型半導體,是代表性的n型摻雜物。進入矽原子位置的磷,會多出1個未參與鍵結的電子,在室溫下這些電子幾乎全部都能自由移動並傳導電流。

磷的導入方式有離子佈植、熱擴散與in-situ摻雜。離子佈植是從PH₃(磷化氫)氣體等產生磷離子後打入;熱擴散則是在擴散爐中將液態POCl₃(三氯氧磷)氣化,從表面擴散進去。POCl₃擴散至今仍廣泛用於形成結晶矽太陽能電池的n型層(射極)。磷比同為n型摻雜物的砷輕,擴散也較快,因此用於需要深接面的n井、低濃度的LDD,以及多晶矽閘極電極等。在先進的FinFET中,nMOS的源極・汲極是以高濃度含磷矽(Si:P)的磊晶成長形成。

磷在摻雜物以外也有其他用途。含磷的矽酸鹽玻璃(PSG)以及同時含硼的BPSG,加熱後會流動而能使表面平坦,並具有捕捉鈉等可動離子(吸雜)的性質,因此曾是過去層間介電層的主角。在功率半導體用的FZ矽中,會以中子照射將矽原子(³⁰Si)轉變為磷(³¹P)的中子照射摻雜(NTD),製作出極為均勻的n型晶圓。在化合物半導體中,磷是InP(磷化銦)與GaP(磷化鎵)的構成元素。磷化氫毒性非常強,因此在氣體供應與排氣時,必須以尾氣處理設備進行處理。

磷(P)的常見問題

磷和砷如何區分使用?
兩者都是讓矽成為n型的施體,但磷較輕、擴散較快,因此用於需要深接面的n井與低濃度的LDD。砷較重、擴散較慢,因此用於需要淺而陡峭接面的nMOS源極・汲極。
什麼是中子照射摻雜(NTD)?
這是以核反應爐的中子照射矽,透過核轉變將同位素³⁰Si轉變為³¹P(磷)來進行摻雜的方法。由於磷會均勻地在整個晶體中生成,電阻率的變異極小,因此用於高耐壓功率半導體用的FZ晶圓。

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