Redistribuição e ativação de dopantes em Si com excesso de vacâncias

Abstract

A redistribuição e ativação elétrica dos dopantes tipo n (As e Sb) e tipo p (Ga e In) em Si com excesso de vacâncias foram analisadas. As vacâncias foram geradas por implantação iônica de altas doses de oxigênio ou nitrogênio em alta temperatura, de acordo com procedimentos já estudados. Em seguida foram implantados os dopantes com dose de 5x1014 cm-2 a 20 keV na região rica em vacâncias. Dopagens idênticas foram realizadas em amostras de Si sem vacâncias e em SIMOX. Em seguida foram feitos recozimentos a 1000ºC por 10 s ou 15 min. Os perfis atômicos dos dopantes foram medidos com Medium Energy Ion Scattering e os perfis dos dopantes ativados, com Hall diferencial. A redistribuição e as propriedades elétricas de cada um dos dopantes no Si sem vacâncias foram bastante similares às observadas no SIMOX, porém várias diferenças foram observadas em relação às amostras com excesso de vacâncias. As vacâncias reduziram a ativação elétrica do As e do Sb, mas proporcionaram maior estabilidade da ativação após recozimentos longos. A redistribuição destes dopantes foi infuenciada pelo íon usado na geração das vacâncias, ou seja, nitrogênio ou oxigênio. O oxigênio proporcionou maior dose retida de As e o nitrogênio, maior dose retida de Sb. Já para o Ga e o In, as vacâncias tiveram papel fundamental na sua redistribuição, diminuindo a difusão para fora das amostras e garantindo maior dose retida. A ativação elétrica do Ga e especialmente a do In foram baixas, onde observamos forte influência do íon pré-implantado, principalmente o oxigênio.

The redistribution and electrical activation of n type (As and Sb) and p type (Ga and In) dopants in Si with excess vacancy concentration were analyzed. The vacancies were formed by high dose ion implantation of oxygen or nitrogen at high temperature, following previously studied procedures. Dopants were implanted to a dose of 5x1014 cm-2 at 20 keV in the vacancy rich regions of the samples. Identical doping implantations were performed in bulk Si and SIMOX. Samples were then submitted to thermal annealing at 1000ºC for 10 s or 15 min. The dopants atomic profiles were obtained by Medium Energy Ion Scattering and the active dopant profiles, by differential Hall measurements. The redistribution and the electrical properties of each dopant in bulk Si were similar to those observed in SIMOX, but several differences were observed in the vacancy-rich samples. Vacancies reduced the electrical activation of As and Sb, although the activation was maintained stable after long annealing times. The redistribution of these dopants was, otherwise, dominated by the ion used in the vacancy generation, i.e., nitrogen or oxygen. The presence of oxygen resulted in larger As retained dose, while the presence of nitrogen, in larger Sb retained dose. Regarding the p type dopants, Ga and In, the vacancies played an important role in their redistribution, reducing their out-diffusion and allowing larger retained doses. Ga and especially In electrical activation was low, where strong influence of the pre-implanted ions was observed, especially oxygen.