根据§
硅-硅直接键合的硅片中间存在一层很薄的氧化层,其化学成分是非化学计量比的氧化物SiOw(0 < w < 2)。杂质在界面氧化层SiOw中的扩散系数与其化学组成成分有关,即与w有关。利用杂质在硅和二氧化硅中扩散的激活能的线性近似,推导出杂质在界面氧化层SiOw中的杂质扩散系数D(w)是参数w的负指数。另外,还推导出杂质在Si/SiOw的分凝系数m(w)与参数w的关系。,推导出了杂质在整个键合片中的分布。经过对中间层影响的分析研究,得到初步的分析结果:在硅-硅直接键合过程中,中间形成了一层非化学计量比的氧化物SiOw,随着氧化层中氧的浓度的改变,杂质在非化学计量比的氧化层SiOw中的扩散急剧变化,同时,杂质在界面处的分凝系数也发生变化,从而影响到杂质的分布。为了清晰给出这些改变对杂质分布的影响,取不同的w(0≤w≤2)值,对一种杂质As和两种杂质B和As相互扩散形成p-n+结的杂质分布进行计算机模拟,所得到的结果如图3.13,3.14所示。
从图图3.13和图3.14可以看出,参数w对杂质的分布影响很大,对于不同的w,界面处的杂质浓度可以相差1~2个数量级,所形成的P-N+结的结相差也很大,远超过其他因素(如氧化层厚度的改变,晶格中断等)对杂质分布的影响。另外,所有的杂质分布曲线都位于硅(w=0)和二氧化硅(w=2)两条杂质分布曲线之间,并且随着氧浓度的增加,杂质分布曲线越接近二氧化硅的杂质分布曲线,这与我们的理论分析是一致的。
将计算模拟结果与实验结果进行比较,结果如图3.15所示。实验所用的硅片是磷掺杂浓度为4×
图3.15 模拟结果与实验结果的比较
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