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磷化氫在半導體工藝中的用途

中科院半導體所 ? 來源:Tom聊芯片智造 ? 2023-09-18 14:50 ? 次閱讀

原文作者:芯片智造

磷化氫(PH?)真是讓人又愛又恨!PH?是半導體制造中常用的氣體。在離子注入,CVD工序中經常會看到,用途很廣泛。但是PH?又是一種高度危險的氣體,具有強大的破壞性,那么PH?有什么特別用途讓人們寧愿冒著風險也要使用呢?

什么是磷化氫? 磷化氫的結構

磷化氫,是化學中最容易被誤解的化合物,原因是它是具有非極性鍵的極性分子。磷化氫具有中心磷 (P) 原子。它通過單個共價鍵與三個氫 (H) 原子鍵合。P-H 鍵是非極性的,但是PH?分子具有孤對電子和彎曲結構,所以分子又是極性的。

物理性質 物態:常態下磷化氫是一種無色的氣體。 氣味:純凈的磷化氫(PH?)是無味的。但是一般會摻入P2H4。因此聞起來具有腐魚或大蒜的臭味。 沸點與熔點:磷化氫的沸點為-87.5℃,熔點為-133.22℃。 密度:相對于空氣,PH?較輕。

化學性質

易燃:PH?與空氣混合可形成易燃的混合物,具有爆炸風險,能自燃。

毒性:磷化氫有劇毒,吸入后可對人體造成嚴重傷害。

與金屬的反應:某些金屬在PH?的氛圍下,可能生成相應的磷化物。

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磷化氫在半導體工藝中的用途 離子注入工序

PH? 是常用的n型摻雜氣體。什么是n型摻雜?硅是四價元素,每個硅原子與四個鄰近的硅原子共享電子形成共價鍵。當將五價的磷引入到硅晶體中時,其中一個價電子不參與共價鍵的形成,從而成為自由電子。這個額外的電子增加了晶體的導電性,這種摻雜方式稱為n型摻雜。PH?分子被分解,產生磷原子,隨后被加速射向硅片表面,使其嵌入到硅片內部,從而實現n型摻雜。

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CVD工序:PH?是一個非常理想的磷源,可用于沉積磷或含磷薄膜,如磷化硅(SiP)。在CVD中同時引入PH?和硅烷,利用PH?的P與硅烷中的Si,在硅基底上反應,形成磷化硅薄膜。

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磷化氫的毒性

磷化氫可以通過呼吸被吸收到體內。它會影響體內氧氣的運輸或干擾體內各種細胞對氧氣的利用。短期呼吸接觸磷化氫氣體不應超過 1 ppm。過度接觸磷化氫氣體會導致嘔吐、腹瀉、呼吸困難、暈厥以及肺水腫。

對磷化氫的防護

使用合適的防毒面具,佩戴護目鏡。 在處理PH?時應始終在良好通風的環境中工作。 車間里有特定的氣體探測器來實時監測PH?的濃度。

處理磷化氫時,始終要保持警惕,遵循所有的安全操作程序。

編輯:黃飛

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原文標題:芯片制造的常用氣體-磷化氫

文章出處:【微信號:bdtdsj,微信公眾號:中科院半導體所】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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