Yarıiletken Püskürtme Alaşım Hedeflerinde %99,9 Kristal Bor Oranı
%99,9 kristal bor fraksiyonu, alaşım hedefleri için katı faz hammaddesi olarak kullanılır. Amorf bor tozunun aksine, kristal bor düzenli bir yapıya, daha düşük safsızlık seviyelerine ve üstün termal kararlılığa sahiptir. Başlıca işlevleri şunlardır:
1. Hassas taşıyıcı konsantrasyon kontrolü için P tipi katkı maddesi kaynağı
Grup III elementi olan kristal bor, silikon bazlı, oksit ve yarı iletken alaşım ince filmlerde yer değiştirici P tipi katkı maddesi olarak işlev görür. Püskürtme işlemi sırasında, alaşımla birlikte filmin kristal kafesine birlikte çökelir. Ana kafes atomlarının yerini alabilir ve P tipi iletkenlik elde etmek için delik taşıyıcıları ekleyebilir. Taşıyıcı konsantrasyonu, hedefteki kristal bor içeriği ayarlanarak sürekli olarak (10¹⁸–10²¹ cm⁻³ aralığında) ayarlanabilir. Böylece, kontrollü direnç sağlarken film iletkenliği iki kat artırılabilir. Kararlı kristal yapısı, katkı konsantrasyonu kaymasını en aza indirir; amorf bor ile karşılaştırıldığında, safsızlık fazlarını ve arayer kusurlarını azaltarak üstün katkı homojenliği sağlar.
2. Kararlı püskürtme işlemleri için hedef sinterleme yoğunluğunun ve mikroyapısının düzenlenmesi
2076°C’lik yüksek erime noktası ve mükemmel termal kararlılığı ile kristal bor parçacıkları, hedef üretiminin sıcak presleme veya vakumlu sinterleme aşamalarında sinterleme bileşenleri ve tane inceltme ajanları olarak işlev görür. Kristal borun düzenli kristal morfolojisi ve düşük oksijen safsızlık içeriği, hedef matrisinde anormal tane büyümesini engeller ve gözenekliliği azaltır. Böylece hem hedef yoğunluğunu hem de eğilme dayanımını artırır. Ayrıca, kristal borun kararlı termal genleşme katsayısı, yüksek güçlü püskürtme sırasında termal çatlamayı ve lokalize aşınmayı (parçalanmayı) en aza indirir. Bu, deşarj kararlılığını iyileştirir, işlem sırasında parçacık kusurlarını azaltır ve wafer ince film verimini artırır. Buna karşılık, amorf bor daha yüksek seviyelerde yüzeyde adsorbe edilmiş oksijen ve kusurlar içerir – bu da sinterleme sırasında safsızlık fazları oluşturmaya yatkın hale getirir – oysa %99,9 kristal bor, oksijen safsızlıklarının girişini etkili bir şekilde sınırlandırır.
3. Filme yüksek sertlik ve bariyer özellikleri kazandıran fonksiyonel borür fazlarının oluşumu.
Reaktif püskürtme veya alaşım hedeflerinden doğrudan püskürtme altında, kristal borondan salınan bor atomları, Ti, Mo, Al ve Mg gibi metallerle *yerinde* reaksiyona girerek metal borürler (örneğin, TiB₂, MoB₂, AlMgB₁₄) oluşturabilir. Bu borür filmler yüksek sertlik ve düşük difüzyon katsayıları sergileyerek yarı iletken uygulamalarında metal difüzyon bariyerleri ve sert aşındırma maskeleri olarak kullanıma uygundur. Metal atomlarının (örneğin Cu) silikon alt tabakalara ara difüzyonunu engelleyerek cihazın termal kararlılığını artırırlar; aynı zamanda yüksek sertlikleri plazma aşındırma direncini iyileştirerek gelişmiş üretim süreçlerinin katı maskeleme gereksinimlerini karşılar.
4. Yapışmayı artırmak ve film gerilimini ayarlamak için film arayüzlerinin modifikasyonu
Kristalize bor atomları alt tabaka arayüzüne biriktirildiğinde, Si veya SiO₂ alt tabakalarıyla arayüz bağını iyileştiren ince bir bor geçiş tabakası oluştururlar. Uygun bor içeriği, iç film geriliminin ayarlanmasına olanak tanıyarak, saf metal filmlerde sıklıkla bulunan yüksek sıkıştırma veya çekme gerilimlerini azaltır ve bükülme veya ayrılma riskini düşürür. Dahası, kristalize borun düşük safsızlık seviyeleri, karbon ve oksijen gibi arayüzey kirleticilerini en aza indirir. Sonuç olarak, arayüzey durum yoğunluğunu düşürür ve cihaz kaçak akımını azaltır.
5. Özel fonksiyonel filmlerin hazırlanması: nötron algılama ve geniş bant aralıklı yarı iletken filmler
Yüksek saflıkta kristal bor, doğal olarak ¹⁰B izotopu ile zenginleştirilmiştir; bor içeren püskürtme filmler, yarı iletken tabanlı nötron algılama cihazlarında kullanılır; burada bor atomları nötronları yakalayarak alfa parçacıkları üretir ve daha sonra yarı iletken içindeki elektron-delik çiftlerini uyararak nötron sinyalinin algılanmasını sağlar. Ek olarak, bu malzemeler, iki boyutlu cihazlar ve dielektrik katmanlar için öncü bileşenler olarak hizmet veren BP ve h-BN gibi geniş bant aralıklı yarı iletken filmlerin üretiminde kullanılabilir.
6. Film bileşiminin tekrarlanabilirliğini sağlamak için hedef ayrışmasının bastırılması
Kristal bor parçacıkları kararlı kimyasal özelliklere sahiptir ve oksidasyona ve kümelenmeye karşı dirençlidir; sonuç olarak, alaşım hedefi üretiminin toz karıştırma ve sinterleme aşamalarında amorf bora kıyasla üstün dağılım gösterirler. Kristal bor, lokal zenginleşme veya ayrışmaya daha az eğilimlidir, bu da hedef bileşiminde parti bazında minimum varyasyona neden olur; sürekli püskürtme üretiminde, filmlerin bor içeriği ve elektriksel parametreleri üstün tekrarlanabilirlik göstererek, yarı iletken seri üretiminde proses penceresi kararlılığı için katı gereksinimleri karşılar.
