关于受主杂质Ga在SiO₂／Si系统进行开管掺杂的研究已有几十年的历史，研究的内容与追求的目标主要集中在如何获得高均匀性、重复性的扩散表面和提高器件电学性能的硅体内杂质分布形式，而对Ga在SiO₂-Si内界面上分凝效应的各种表现，以及由此造成的近硅表面杂质浓度动态变化趋势尚未见报导。为了全面认识Ga在SiO₂／Si系的扩散机理及分布行为，为p型杂质Ga在新一代亚微米器件、功率器件、电力电子器件中的更广泛应用提供理论依据，本文借助二次离子质谱分析等手段，对不同条件下Ga在SiO₂-Si内界面的分凝特性及浓度动态分布行为进行系统的阐述，并从中得出其分凝所遵循的新规律。 本文首先概括介绍了硅中Ga扩散的原理以及SiO₂-Si内界面的结构与特性，简要叙述硅中Ga掺杂的研究现状。通过对Ga掺杂在微电子学和电力电子学领域中应用的分析，展望了硅中Ga掺杂的广泛应用前景，尤其是SiO₂／Si系开管Ca扩散在功率器件和电力电子器件制造中有着不可比拟的优势。但是开管Ga扩散理论还不够完善，对应用中出现的问题，如负阻效应，还未给出系统全面的解释。 第二章介绍进行开管Ga扩散所用的氧化和扩散系统、样品制备过程及其分凝特性的测量。在样品的制备方面，首先对带有200nm氧化膜的n型硅片进行预沉积和再分布，分别得到A、B两类样品；然后分以下四种情况进行二次氧化：（1）原A类样品；（2）去掉SiO₂层的A类样品；（3）原B类样品；（4）B类样品模拟磷扩散。杂质Ga及载流子浓度在Si0₂-Si界面附近的动态分布分别采用二次离子质谱仪（SIMS）和扩展电阻（SRP）进行测量。 第三章系统研究了不同条件下Ga在SiO₂-Si内界面的分凝特性。借助SIMS分析方法，研究并得出了Ga在SiO₂／Si系恒定表面源条件下的掺杂规律： 摘要 归)Ga在引。中的扩散遵循费克第一定律的一维表达式，在同一扩散温度下， 其浓度梯度随扩散时间的增长而增大：NGa在硅中的扩散基本符合余误差函’ 数分布，在未达到固溶度之前，表面浓度随扩散时间的增长而升高；k)Ga在 SIO＊S 两固相中的浓度分布由分凝系数m决定，并且发现恒定源条件下，m不 是唯一值，而是伴随硅表面浓度的升高而迅速增大，即是扩散温度和扩散时间 的函数。 在N。保护下的再分布过程中，Ga在出。七 界面附近具有反扩散特性， 反杂质流在SIOZ中的分布符合费克第一定律的一维表达式；并且在SIOZ七 界面上有Si3N4纳米薄膜生成。 研究了（l）浅结高浓度状态下带原 SIOZ层、（2）去掉原 SOZ层、（3） 深结低浓度状态下带原 出。层三种条件下进行二次氧化时的分凝情况，通过忆 对比分析和讨论，得出以下结论：k)随二次氧化时间的延长，界面硅一侧杂 质浓度逐渐降低，耗尽区宽度逐渐增大；什)决定Ga在引O，－引界面上分凝 性质的主导因素是 Ds；们／Ds；。＊)分凝程度与二次氧化前样品本身及二次氧化 时的氧化速率有关，从而使得（1）（2）（3）样品的分凝程度依次降低；（d） 掺Ga后的样品只要在氧化性气氛中进行热处理，就会发生相应程度的分凝； k) 推导出三种条件下界面硅一侧的最低浓度随二次氧化时间变化的数学关 系式。 通过对磷扩散过程的模拟分析，得到近基区载流子浓度随磷再分布时间变 化的三段性特点，并推导出近基区载流子浓度与磷扩散时间之间的关系。