Tveganje kovinske kontaminacije v uparjalnikih TMA
Uparjalniki iz trimetilaluminija (TMA) za atomsko plastno nanašanje (ALD) pri 50 stopinjah in 500 mbar zahtevajo izjemno čistost. Grelniki PFA lahko izlužijo sledove kovin (Al, Fe, Cu) v hlape TMA in tako onesnažijo nanesene filme. Rentgenska fotoelektronska spektroskopija (XPS) meri ravni ostankov katalizatorja na površinah PFA. Kvantitativna analiza 10 proizvajalcev orodij ALD kaže, da se PFA z vsebnostjo kovin XPS pod 0,1 at % izpira<0.5 ppb metals after 3000 hours, while PFA with >0.5 at% leaches >5 ppb, kar povzroča napake na filmu ALD.
Mehanizem za izpiranje kovin in zaznavanje XPS
PFA vsebuje ostanke polimerizacijskega katalizatorja (krom, nikelj, železo) in aluminij iz sten reaktorja. Te kovine sčasoma difundirajo na površino in se izločijo s hlapi TMA (ki delujejo kot močno redukcijsko sredstvo). XPS meri površinsko koncentracijo kovin (atomski %). Stopnja izpiranja je v korelaciji s površinsko vsebnostjo kovin, ne z maso.
| Stopnja PFA | Površinska vsebnost kovin XPS (at%) | Al izluženo (ppb) | Fe izluženo (ppb) | Cu izlužen (ppb) | Povečanje upornosti filma ALD (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| Ultra{0}}čist (fluoriran) | <0.05 | 0.2 | 0.1 | 0.05 | <0.5% |
| Visoka-čistost (nizki ostanki) | 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 mleto | >1.0 | 20 | 10 | 5 | >25% |
XPS merilni protokol za certificiranje grelnikov
XPS analiza površin grelnikov PFA po čiščenju s topilom (za odstranitev površinske kontaminacije) mora meriti:
| Element | Sprejemljiva raven (v %) za stopnjo ALD | Lahko zazna XPS? | Tipičen vir |
|---|---|---|---|
| Aluminij (Al 2p) | <0.05 | ja | Stene reaktorja |
| Železo (Fe 2p) | <0.02 | ja | katalizator |
| Krom (Cr 2p) | <0.02 | ja | katalizator |
| Nikelj (Ni 2p) | <0.02 | ja | katalizator |
| Baker (Cu 2p) | <0.01 | ja | Kontaminacija |
Evolucija površinskih kovin skozi čas
Sveža PFA ima nizko površinsko vsebnost kovin. Med 3000-urno izpostavljenostjo TMA kovine difundirajo na površino. Za standardni PFA:
| Čas izpostavljenosti | Površinska kovina XPS (v %) | Al izluženo kumulativno (ppb) | Sprejemljivo za ALD? |
|---|---|---|---|
| 0 ur | 0.08 | 0 | Da (začetno) |
| 500 ur | 0.15 | 1 | ja |
| 1000 ur | 0.25 | 2 | Obrobni |
| 2000 ur | 0.40 | 4 | št |
| 3000 ur | 0.60 | 8 | št |
Pri ultra-čistem PFA ostane kovina XPS pod 0,1 at % 5000+ ur.
Čistost TMA in pospešek izpiranja
Višja čistost TMA (nižja vsebnost stabilizatorja) poveča izpiranje, ker lahko stabilizatorji (trietilamin) pasivizirajo površine. Za TMA elektronske stopnje (čistost 6N, brez amina) je stopnja izpiranja 2x večja kot za TMA nižje čistosti z amini. Za aplikacije ALD, ki uporabljajo 6N TMA, navedite samo ultra-pure PFA.
Debelina stene in stopnja izpiranja
Izpiranje je površinski pojav; povečanje debeline stene ne zmanjša ekstrakcije kovine. Za standardni PFA s stenami 2,0 mm v primerjavi z . 3.0 mm je stopnja izpiranja na enoto površine enaka, ker je vir kovin površinska koncentracija, ne difuzija v razsutem stanju. Debelejše stene ne zagotavljajo čistoče; namesto tega določite ultra-čisto PFA s tankimi stenami (1,5–2,0 mm), da zmanjšate površino in s tem povezano izpiranje.
Postopek pred-luževanja (z-vžiganja).
Za zmanjšanje začetnega sproščanja kovine izvedite pred{0}}luženje: napolnite grelec s TMA pri 60 stopinjah za 100 ur, zavrzite TMA in nato namestite. To zmanjša naknadno izpiranje za 80 % za standardno PFA in 50 % za ultra-čisto PFA. Za orodja ALD navedite pred-izlužene grelnike s certifikatom.
Navodila za specifikacije za uparjalnike ALD TMA
Za uparjalnike TMA pri 50 stopinjah, 500 mbarih določite ultra-čist PFA z XPS površinsko vsebnostjo kovin pod 0,1 at% (skupni Al+Fe+Cr+Ni+Cu). Zahtevajte potrdilo dobavitelja za analizo XPS na vzorcih proizvodnih serij. Določite pred{10}}luženje s TMA pri 60 stopinjah 100 ur. Za debelino stene zadostuje 1,5 mm za zmanjšanje površine. Za kritične aplikacije ALD (DRAM, logične naprave) zahtevajte četrtletno vzorčenje TMA za ICP-MS analizo kovin, zamenjavo grelnikov, ko Al preseže 1 ppb. Premija za ultra{19}}čist PFA (50-100 % nad standardom) je upravičena s preprečevanjem kontaminacije filma ALD v proizvodnji polprevodnikov, kjer ena sama kontaminirana serija stane 100.000-1.000.000 USD. Za sisteme ALD za raziskave in razvoj je lahko sprejemljiv PFA visoke čistosti s predizluževanjem.
