Pré-amorfização de silício por implantação iônica de estanho para formação de junções rasas tipo-p

Abstract

Nesta dissertação estudamos a possibilidade de uso de implantação iônica de estanho para pré-amorfização do silício cristalino e sua aplicabilidade na tecnologia de fabricação de junções rasas. Foi estudada a amorfização de Si em doses altas (~ 1x1016 cm-2) de implantação de Sn. Nas pesquisas foram empregadas as técnicas de espectroscopia Mössbauer e de Retroespalhamento de Rutherford Canalizado (RBS/C). Mesmo para estas doses muito altas, foi observado 93% de substitucionalidade de Sn na rede cristalina de Si, após tratamento térmico, o que corresponde a duas ordens de grandeza a mais que a máxima solubilidade sólida. Doses médias (1x1012 – 3x1014 cm-2) de implantação de Sn foram usadas para encontrar a dose mínima de amorfização, que foi de 1x1014 cm-2, medida com RBS/C. Amostras pré-amorfizadas com implantação iônica de Sn e energias 120 keV e 240 keV foram posteriormente implantadas com BF2 + de 50 keV e dose 5x1014 cm-2 para obtenção de junção rasa tipo p+-n. Diferentes regimes de recozimento térmico rápido foram utilizados. Técnicas de espectroscopia de massa de íons secundários (SIMS) e medidas elétricas foram usadas para caracterização destas junções. O melhor resultado foi com pré-amorfização de Sn de 240 keV e recozimento de 900 ºC, 30s. A profundidade de junção foi de 115 nm e a resistência de folha de ~ 175 / .

The possibility of using ion implantation of tin to preamorphizing crystalline silicon and its applicability in the fabrication of shallow junctions is studied in this work. Initially we performed the preamorphization with high dose of implanted tin (~1x1016 cm-2). In the analysis of the implanted samples we used the techniques of Mössbauer Spectroscopy and Aligned Rutherford Backscattering (Channeling). Even for those high doses of implantation we observed 93% of substitutionality of tin in the crystalline lattice of silicon, after thermal annealing. This substitutionality is two orders of magnitude higher than the maximum solid solubility. Medium value doses (1x1012 – 3x1014 cm-2) of implanted tin were used in order to find the minimum dose for amorphization, which we found to be 1x1014 cm-2, measured with channeled RBS. Samples preamorphized with tin implanted at different energies, 120 keV and 240 keV, have been afterwards implanted with BF2 + of 50 keV and dose 5x1014 cm-2 to obtain shallow junction of type p+-n. Different processes of rapid thermal annealing have been used. Secondary Ions Mass Spectroscopy (SIMS) and electric measurements were used to characterize these junctions. The best result was obtained with preamorphization by tin at 240 keV and annealing at 900 oC, 30 s. The depth of the junction was 115 nm and sheet resistance of ~175 / .