磷化氢在半导体工艺中的用途

原文作者：芯片智造

磷化氢（PH₃）真是让人又爱又恨！PH₃是半导体制造中常用的气体。在离子注入，CVD工序中经常会看到，用途很广泛。但是PH₃又是一种高度危险的气体，具有强大的破坏性，那么PH₃有什么特别用途让人们宁愿冒着风险也要使用呢？

什么是磷化氢？ 磷化氢的结构

磷化氢，是化学中最容易被误解的化合物，原因是它是具有非极性键的极性分子。磷化氢具有中心磷 (P) 原子。它通过单个共价键与三个氢 (H) 原子键合。P-H 键是非极性的，但是PH₃分子具有孤对电子和弯曲结构，所以分子又是极性的。

物理性质 物态：常态下磷化氢是一种无色的气体。 气味：纯净的磷化氢（PH₃）是无味的。但是一般会掺入P2H4。因此闻起来具有腐鱼或大蒜的臭味。 沸点与熔点：磷化氢的沸点为-87.5℃，熔点为-133.22℃。 密度：相对于空气，PH₃较轻。

化学性质

易燃：PH₃与空气混合可形成易燃的混合物，具有爆炸风险，能自燃。

毒性：磷化氢有剧毒，吸入后可对人体造成严重伤害。

与金属的反应：某些金属在PH₃的氛围下，可能生成相应的磷化物。

磷化氢在半导体工艺中的用途 离子注入工序

PH₃ 是常用的n型掺杂气体。什么是n型掺杂？硅是四价元素，每个硅原子与四个邻近的硅原子共享电子形成共价键。当将五价的磷引入到硅晶体中时，其中一个价电子不参与共价键的形成，从而成为自由电子。这个额外的电子增加了晶体的导电性，这种掺杂方式称为n型掺杂。PH₃分子被分解，产生磷原子，随后被加速射向硅片表面，使其嵌入到硅片内部，从而实现n型掺杂。

CVD工序：PH₃是一个非常理想的磷源，可用于沉积磷或含磷薄膜，如磷化硅(SiP)。在CVD中同时引入PH₃和硅烷，利用PH₃的P与硅烷中的Si，在硅基底上反应，形成磷化硅薄膜。

磷化氢的毒性

磷化氢可以通过呼吸被吸收到体内。它会影响体内氧气的运输或干扰体内各种细胞对氧气的利用。短期呼吸接触磷化氢气体不应超过 1 ppm。过度接触磷化氢气体会导致呕吐、腹泻、呼吸困难、晕厥以及肺水肿。

对磷化氢的防护

使用合适的防毒面具，佩戴护目镜。 在处理PH₃时应始终在良好通风的环境中工作。 车间里有特定的气体探测器来实时监测PH₃的浓度。

处理磷化氢时，始终要保持警惕，遵循所有的安全操作程序。

编辑：黄飞