Hàm lượng boron tinh thể đạt 99,9% trong các mục tiêu hợp kim dùng cho quá trình lắng đọng phún xạ bán dẫn.
Bột boron tinh thể có độ tinh khiết 99,9% được sử dụng làm nguyên liệu thô ở dạng rắn cho các sản phẩm hợp kim. Khác với bột boron vô định hình, boron tinh thể có cấu trúc trật tự, hàm lượng tạp chất thấp hơn và độ ổn định nhiệt vượt trội. Các chức năng chính của nó như sau:
1. Nguồn pha tạp loại P để kiểm soát nồng độ hạt tải điện chính xác.
Là một nguyên tố nhóm III, boron tinh thể đóng vai trò là chất pha tạp loại P thay thế trong các màng mỏng hợp kim bán dẫn, oxit và silicon. Trong quá trình lắng đọng phún xạ, nó cùng lắng đọng với hợp kim vào mạng tinh thể của màng. Nó có thể thay thế các nguyên tử mạng chủ và đưa vào các hạt tải điện lỗ trống để đạt được độ dẫn điện loại P. Nồng độ hạt tải điện có thể được điều chỉnh liên tục (trong phạm vi 10¹⁸–10²¹ cm⁻³) bằng cách điều chỉnh hàm lượng boron tinh thể trong vật liệu đích. Nhờ đó, độ dẫn điện của màng tăng lên hai bậc độ lớn trong khi vẫn cho phép kiểm soát điện trở suất. Cấu trúc tinh thể ổn định của nó giảm thiểu sự trôi dạt nồng độ pha tạp; so với boron vô định hình, nó làm giảm các pha tạp chất và khuyết tật xen kẽ, dẫn đến độ đồng nhất pha tạp vượt trội.
2. Điều chỉnh mật độ thiêu kết và cấu trúc vi mô của vật liệu mục tiêu để đảm bảo quá trình lắng đọng phún xạ ổn định.
Với điểm nóng chảy cao 2076°C và độ ổn định nhiệt tuyệt vời, các hạt boron tinh thể đóng vai trò là thành phần thiêu kết và chất tinh luyện hạt trong các giai đoạn ép nóng hoặc thiêu kết chân không khi chế tạo bia. Hình thái tinh thể đều đặn và hàm lượng tạp chất oxy thấp của boron tinh thể ức chế sự phát triển hạt bất thường trong ma trận bia, giảm độ xốp. Do đó, nó tăng cường cả mật độ bia và độ bền uốn. Hơn nữa, hệ số giãn nở nhiệt ổn định của boron tinh thể giảm thiểu hiện tượng nứt nhiệt và ăn mòn cục bộ (bong tróc) trong quá trình phún xạ công suất cao. Điều đó cải thiện độ ổn định phóng điện, giảm các khuyết tật hạt trong quá trình và tăng năng suất màng mỏng trên tấm wafer. Ngược lại, boron vô định hình chứa hàm lượng oxy hấp phụ trên bề mặt và các khuyết tật cao hơn—khiến nó dễ hình thành các pha tạp chất trong quá trình thiêu kết—trong khi boron tinh thể 99,9% hạn chế hiệu quả sự xâm nhập của tạp chất oxy.
3. Sự hình thành các pha boride chức năng, mang lại độ cứng cao và đặc tính chắn cho màng phim.
Trong quá trình phún xạ phản ứng hoặc phún xạ trực tiếp từ các bia hợp kim, các nguyên tử boron được giải phóng từ boron tinh thể có thể phản ứng *tại chỗ* với các kim loại như Ti, Mo, Al và Mg để tạo thành các boride kim loại (ví dụ: TiB₂, MoB₂, AlMgB₁₄). Các màng boride này thể hiện độ cứng cao và hệ số khuếch tán thấp, làm cho chúng phù hợp để sử dụng làm rào cản khuếch tán kim loại và mặt nạ khắc cứng trong các ứng dụng bán dẫn. Chúng ngăn chặn sự khuếch tán giữa các nguyên tử kim loại (như Cu) vào chất nền silicon, do đó tăng cường độ ổn định nhiệt của thiết bị; đồng thời, độ cứng cao của chúng cải thiện khả năng chống ăn mòn plasma, đáp ứng các yêu cầu che phủ nghiêm ngặt của các quy trình sản xuất tiên tiến.
4. Điều chỉnh giao diện màng để tăng cường độ bám dính và điều chỉnh ứng suất màng.
Khi các nguyên tử boron tinh thể được lắng đọng lên bề mặt tiếp xúc của chất nền, chúng tạo thành một lớp chuyển tiếp boron mỏng giúp cải thiện liên kết giao diện với chất nền Si hoặc SiO₂. Hàm lượng boron thích hợp cho phép điều chỉnh ứng suất bên trong màng, giảm thiểu ứng suất nén hoặc kéo cao thường thấy trong các màng kim loại nguyên chất và giảm nguy cơ cong vênh hoặc bong tróc. Hơn nữa, mức độ tạp chất thấp của boron tinh thể giúp giảm thiểu các chất gây ô nhiễm ở giao diện như carbon và oxy. Kết quả là, làm giảm mật độ trạng thái giao diện và giảm dòng rò của thiết bị.
5. Chế tạo các màng chức năng chuyên dụng: màng bán dẫn có dải năng lượng rộng và màng phát hiện neutron.
Bo tinh thể có độ tinh khiết cao được làm giàu tự nhiên với đồng vị ¹⁰B; các màng mỏng chứa bo được sử dụng trong các thiết bị phát hiện neutron dựa trên chất bán dẫn, trong đó các nguyên tử bo bắt giữ neutron để tạo ra các hạt alpha, sau đó kích thích các cặp electron-lỗ trống bên trong chất bán dẫn để cho phép phát hiện tín hiệu neutron. Ngoài ra, các vật liệu này có thể được sử dụng để chế tạo các màng bán dẫn có dải năng lượng rộng như BP và h-BN, đóng vai trò là các thành phần tiền chất cho các thiết bị hai chiều và các lớp điện môi.
6. Ngăn chặn sự phân tách mục tiêu để đảm bảo tính tái lập của thành phần phim
Các hạt boron tinh thể có tính chất hóa học ổn định và có khả năng chống oxy hóa và kết tụ; do đó, chúng thể hiện khả năng phân tán vượt trội so với boron vô định hình trong các giai đoạn trộn bột và thiêu kết để chế tạo bia hợp kim. Boron tinh thể ít bị làm giàu hoặc phân tách cục bộ, dẫn đến sự biến đổi tối thiểu giữa các lô về thành phần bia; trong quá trình sản xuất lắng đọng phún xạ liên tục, hàm lượng boron và các thông số điện của màng thể hiện khả năng lặp lại vượt trội, đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ ổn định cửa sổ quy trình trong sản xuất hàng loạt chất bán dẫn.
