99,9% кристаллического бора в мишенях из сплавов для полупроводникового магнетронного распыления.
99,9%-ная кристаллическая фракция бора служит в качестве твердофазного сырья для мишеней из сплавов. В отличие от аморфного порошка бора, кристаллический бор обладает упорядоченной структурой, более низким содержанием примесей и превосходной термической стабильностью. Его основные функции заключаются в следующем:
1. Источник легирующей примеси p-типа для точного контроля концентрации носителей заряда.
Кристаллический бор, как элемент III группы, выступает в качестве замещающей легирующей примеси P-типа в тонких пленках на основе кремния, оксидов и полупроводниковых сплавов. В процессе магнетронного распыления он соосаждается со сплавом в кристаллическую решетку пленки. Он может замещать атомы основной решетки, вводя носители заряда (дырки) для достижения проводимости P-типа. Концентрацию носителей заряда можно непрерывно регулировать (в диапазоне 10¹⁸–10²¹ см⁻³) путем изменения содержания кристаллического бора в мишени. Таким образом, проводимость пленки увеличивается на два порядка, при этом обеспечивается контролируемое удельное сопротивление. Его стабильная кристаллическая структура минимизирует дрейф концентрации легирования; по сравнению с аморфным бором он уменьшает количество примесных фаз и междоузельных дефектов, что приводит к превосходной однородности легирования.
2. Регулирование плотности спекания мишени и микроструктуры для обеспечения стабильных процессов распыления.
Благодаря высокой температуре плавления 2076 °C и превосходной термической стабильности, кристаллические частицы бора выступают в качестве компонентов спекания и агентов, измельчающих зерна, на этапах горячего прессования или вакуумного спекания при изготовлении мишени. Регулярная кристаллическая морфология и низкое содержание примесей кислорода в кристаллическом боре препятствуют аномальному росту зерен в матрице мишени, снижая пористость. Таким образом, это повышает как плотность мишени, так и прочность на изгиб. Кроме того, стабильный коэффициент теплового расширения кристаллического бора минимизирует термическое растрескивание и локальную эрозию (отслаивание) во время высокомощного распыления. Это улучшает стабильность разряда, уменьшает дефекты частиц в процессе и увеличивает выход тонких пленок на подложке. В отличие от этого, аморфный бор содержит более высокие уровни поверхностно адсорбированного кислорода и дефектов, что делает его склонным к образованию примесных фаз во время спекания, тогда как 99,9% кристаллический бор эффективно ограничивает введение примесей кислорода.
3. Образование функциональных боридных фаз, придающих пленке высокую твердость и барьерные свойства.
При реактивном распылении или прямом распылении с использованием сплавных мишеней атомы бора, высвобождающиеся из кристаллического бора, могут реагировать *in situ* с такими металлами, как Ti, Mo, Al и Mg, образуя бориды металлов (например, TiB₂, MoB₂, AlMgB₁₄). Эти боридные пленки обладают высокой твердостью и низкими коэффициентами диффузии, что делает их пригодными для использования в качестве барьеров для диффузии металлов и твердых травильных масок в полупроводниковых приложениях. Они блокируют взаимную диффузию атомов металлов (таких как Cu) в кремниевые подложки, тем самым повышая термическую стабильность устройств; одновременно их высокая твердость улучшает устойчивость к плазменному травлению, отвечая жестким требованиям к маскированию в современных производственных процессах.
4. Модификация межфазных границ пленки для улучшения адгезии и регулирования напряжения в пленке.
При осаждении кристаллических атомов бора на границе раздела с подложкой образуется тонкий переходный слой бора, улучшающий межфазное сцепление с подложками из кремния или диоксида кремния. Соответствующее содержание бора позволяет регулировать внутреннее напряжение пленки, снижая высокие сжимающие или растягивающие напряжения, часто встречающиеся в пленках из чистых металлов, и уменьшая риск деформации или расслоения. Кроме того, низкий уровень примесей кристаллического бора минимизирует загрязнение межфазной границы, например, углеродом и кислородом. В результате снижается плотность поверхностных состояний и уменьшается ток утечки устройства.
5. Получение специализированных функциональных пленок: пленки для детектирования нейтронов и широкозонные полупроводниковые пленки.
Кристаллический бор высокой чистоты естественным образом обогащен изотопом ¹⁰B; содержащие бор напыленные пленки используются в полупроводниковых устройствах обнаружения нейтронов, где атомы бора захватывают нейтроны, генерируя альфа-частицы, которые впоследствии возбуждают электронно-дырочные пары внутри полупроводника, что позволяет обнаруживать нейтронные сигналы. Кроме того, эти материалы могут быть использованы для изготовления широкозонных полупроводниковых пленок, таких как BP и h-BN, служащих в качестве исходных компонентов для двумерных устройств и диэлектрических слоев.
6. Подавление сегрегации целевых частиц для обеспечения воспроизводимости состава пленки.
Кристаллические частицы бора обладают стабильными химическими свойствами и устойчивы к окислению и агломерации; следовательно, они демонстрируют превосходную дисперсию по сравнению с аморфным бором на этапах смешивания порошков и спекания при изготовлении мишеней из сплавов. Кристаллический бор менее склонен к локальному обогащению или сегрегации, что приводит к минимальным колебаниям состава мишени от партии к партии; при непрерывном магнетронном распылении содержание бора и электрические параметры пленок демонстрируют превосходную воспроизводимость, отвечая строгим требованиям к стабильности технологического окна в массовом производстве полупроводников.
