界面本征氧化层对杂质分布的影响

根据§3.1.2界面氧化层模型给出的非化学计量比的SiO_w给出的杂质扩散系数D(w)和分凝系数m(w)，把它们带入§3.1.4硅-硅直接键合杂质分布模型，可以得出通过界面本征氧化层后杂质在各区的分布：

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SiO_w（0 < w < 2）。杂质在界面氧化层SiO_w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SiO_w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/SiO_w的分凝系数m(w)与参数w的关系。最后，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SiO_w，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SiO_w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4×10¹⁸cm^-3的n型硅和掺硼杂浓度为2×10¹²cm^-3的p型硅。键合条件为1100℃的温度下退火1.5 h。利用高真空的AES能谱仪对界面层进行全光谱分析，得到w为1.5^[14]，利用ESCA测量，得到w为1.48^[15]。图3.15中，连续的曲线是w取1.5时的模拟计算的结果，曲线上的点是我们用扩展电阻法（SR）测得杂质分布的结果。从图3.15可以看出，用扩展电阻法测得的结果基本都在模拟曲线上，二者基本一致。将我们的模拟结果和实验结果与他人的实验结果进行比较，结果也是相吻合的^[10]。

图3.15 模拟结果与实验结果的比较