Implantação por recuo de antimônio em silício por bombardeamento com íons de argônio e germânio

Abstract

Estudamos o processo de dopagem de silício com antimônio por recuo promovido por bombardeamento iônico. Em nossas experiências o sistema filme fino de antimônio de 60 nm de espessura depositado sobre silício monocristalino de orientação <100> foi bombardeado com Ar+ ou Ge+ com energias entre 40 e 800 KeV e doses entre 1,0X1014 e 1,0X1017 cm². As amostras foram submetidas e recozimento térmico rápido a temperaturas entre 950 e 1150 ºC por tempos entre 20 e 60 s ou a recozimento prolongado em forno a 600 ºC por 1h. Algumas amostras foram submetidas a recozimento em duas etapas: prolongado a 600ºC por 1h seguido de recozimento rápido a 1200ºC por 5s. A análise das amostras foi feita empregando-se retroespalhamento Rutherford (RBS), espectrometria Auger e medidas em dispositivos Van der Pauw. Os principais resultados são: i) O processo que governa a implantação por recuo e a mistura balística induzida por colisões secundárias. ii) A concentração máxima de dopante situa-se na superfície e toda região dopada localiza-se a profundidade inferior a 0,1 um. iii) A largura do perfil de implantação independo da energia do projétil, e é função da dose incidente. Doses crescentes geram perfis mais profundos. iv) O bombardeamento com Ar+ resulta em recristalização inadequado do silício. O bombardeamento com Ge+ viabiliza perfeita recristalização do silício e boa substitucionalidade do dopante.

We investigated the doping process of silicon with antimony by means of the recoil implantation method. I our experiments a film of antimony deposited over <100> single cristal silicon was bombarded with Ar+ or Ge+ with energies between 40 and 800 KeV and doses ranging from 1,30C1014 to 1,0X1017 cm². Single step annealing of the bombarded samples was performed either in a Rapid Thermal Annealing (RTA) system or in a conventional furnace. IN the former case temperatures ranged from 950 to 1150 ºC and annealing times from 20 to 60s. In the latter case samples were annealed at 600ºC for 1 hour. The samples were analyzed by means of the Rutherford Backscattering spectrometry (RBS) technique Auger spectrometry and electrical measurements in Van der Pauw devices. The main results are: i) Recoil implantation ir governed by ballistic mixing process of collision cascades generated by the incident ions. ii) The maximum antimony concentration occours at the surface and decays rapidly with depth. The profile extends up to a maximum depth of 0,1um, even after annealing. iii) Antimony depth profile are independent of the bombarding particle’s energy, but are dependent on the dose. iv) Ar + bombardment yields imperfect recrystallization at the silicon substrate. Ge+ bombardment yields perfect recrystallization and good substitutionality of antimony atoms after annealing.