Rizik od kontaminacije metalom u TMA isparivačima
Trimetilaluminijumski (TMA) isparivači za taloženje atomskog sloja (ALD) na 50 stepeni i 500 mbar zahtevaju izuzetnu čistoću. PFA grijači mogu ispirati metale u tragovima (Al, Fe, Cu) u TMA paru, kontaminirajući nanesene filmove. X-fotoelektronska spektroskopija (XPS) mjeri nivoe ostataka katalizatora na površinama PFA. Kvantitativna analiza od 10 proizvođača alata ALD pokazuje da PFA sa sadržajem metala XPS ispod 0,1 at% ispire<0.5 ppb metals after 3000 hours, while PFA with >0.5 at% leaches >5 ppb, što uzrokuje defekte ALD filma.
Mehanizam izluživanja metala i XPS detekcija
PFA sadrži rezidualni katalizator polimerizacije (hrom, nikl, gvožđe) i aluminijum sa zidova reaktora. Ovi metali difundiraju na površinu tokom vremena i ekstrahuju se parom TMA (koja deluje kao jako redukciono sredstvo). XPS mjeri površinsku koncentraciju metala (atomski %). Brzina luženja korelira sa sadržajem metala na površini, a ne sa masom.
| PFA Grade | XPS površinski sadržaj metala (at%) | Al Leached (ppb) | Fe leached (ppb) | Cu izlužen (ppb) | Povećanje otpornosti ALD filma (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| Ultra{0}}čisto (fluorirano) | <0.05 | 0.2 | 0.1 | 0.05 | <0.5% |
| Visoka{0}}čistoća (nizak ostatak) | 0.1-0.2 | 0.8 | 0.4 | 0.2 | 1% |
| Standardna reklama | 0.3-0.5 | 3 | 1.5 | 0.8 | 3-5% |
| Ekonomski razred | 0.5-1.0 | 8 | 4 | 2 | 10-15% |
| Reciklirano/ponovno samljeveno | >1.0 | 20 | 10 | 5 | >25% |
XPS mjerni protokol za certifikaciju grijača
XPS analiza površina PFA grijača nakon čišćenja rastvaračem (da bi se uklonila površinska kontaminacija) trebala bi mjeriti:
| Element | Prihvatljiv nivo (at%) za ALD stepen | Može li se otkriti XPS? | Tipičan izvor |
|---|---|---|---|
| Aluminijum (Al 2p) | <0.05 | Da | Zidovi reaktora |
| željezo (Fe 2p) | <0.02 | Da | Katalizator |
| hrom (Cr 2p) | <0.02 | Da | Katalizator |
| Nikl (Ni 2p) | <0.02 | Da | Katalizator |
| bakar (Cu 2p) | <0.01 | Da | Kontaminacija |
Evolucija površinskog metala tokom vremena
Svježi PFA ima nizak sadržaj metala na površini. Tokom 3000-satnog TMA izlaganja, metali difundiraju na površinu. Za standardni PFA:
| Vrijeme izloženosti | XPS površinski metal (at%) | Al leached kumulativno (ppb) | Prihvatljivo za ALD? |
|---|---|---|---|
| 0 sati | 0.08 | 0 | da (početno) |
| 500 sati | 0.15 | 1 | Da |
| 1000 sati | 0.25 | 2 | Marginalno |
| 2000 sati | 0.40 | 4 | br |
| 3000 sati | 0.60 | 8 | br |
Za ultra-čisti PFA, XPS metal ostaje ispod 0,1 at% za 5000+ sati.
TMA čistoća i ubrzanje ispiranja
Veća čistoća TMA (niži sadržaj stabilizatora) povećava ispiranje jer stabilizatori (trietilamin) mogu pasivizirati površine. Za elektronski TMA (čistoća 6N, bez amina), brzina ispiranja je 2x veća nego za TMA niže čistoće sa aminima. Za ALD aplikacije koje koriste 6N TMA, navedite samo ultra-čisti PFA.
Debljina zida i brzina ispiranja
Ispiranje je površinski fenomen; povećanje debljine zida ne smanjuje ekstrakciju metala. Za standardni PFA sa 2,0 mm prema . 3.0 mm zidovima, brzina ispiranja po jedinici površine je identična jer je izvor metala površinska koncentracija, a ne difuzija u masi. Deblji zidovi ne pružaju nikakvu korist za čistoću; umjesto toga navedite ultra-čisti PFA sa tankim zidovima (1,5-2,0 mm) da biste smanjili površinu i povezano ispiranje.
Pred{0}}Procedura luženja (sagorevanja{1}}u).
Da smanjite početno oslobađanje metala, izvršite pre-ispiranje: napunite grijač TMA na 60 stepeni 100 sati, odbacite TMA, a zatim instalirajte. Ovo smanjuje naknadno ispiranje za 80% za standardni PFA i 50% za ultra{6}}čisti PFA. Za ALD alate navedite prethodno-izlužene grijače sa certifikatom.
Smjernice za specifikacije za ALD TMA isparivače
Za TMA isparivače na 50 stepeni, 500 mbar, navedite ultra-čisti PFA sa sadržajem XPS površinskog metala ispod 0,1 at% (ukupni Al+Fe+Cr+Ni+Cu). Zahtijevajte certifikaciju dobavljača za XPS analizu na uzorcima proizvodne serije. Navedite prethodno{10}}luženje sa TMA na 60 stepeni u trajanju od 100 sati. Za debljinu zida, 1,5 mm je dovoljno da se minimizira površina. Za kritične ALD aplikacije (DRAM, logički uređaji), zahtijevajte tromjesečno TMA uzorkovanje za ICP{16}}MS analizu metala, zamjenu grijača kada Al prelazi 1 ppb. Premija za ultra-čisti PFA (50-100% u odnosu na standard) opravdava se sprečavanjem kontaminacije ALD filma u proizvodnji poluprovodnika gdje jedna kontaminirana serija košta 100.000-1.000.000 USD. Za R&D ALD sisteme, PFA visoke čistoće sa prethodnim luženjem može biti prihvatljivo.
