Riziko kontaminácie kovov v vaporizéroch TMA
Trimetylhliníkové (TMA) odparovače na nanášanie atómovej vrstvy (ALD) pri 50 stupňoch a 500 mbar vyžadujú extrémnu čistotu. Ohrievače PFA môžu vylúhovať stopové kovy (Al, Fe, Cu) do pár TMA a kontaminovať uložené filmy. Rôntgenová fotoelektrónová spektroskopia (XPS) meria hladiny zvyškov katalyzátora na povrchoch PFA. Kvantitatívna analýza od 10 výrobcov nástrojov ALD ukazuje, že PFA s obsahom kovu XPS pod 0,1 at% sa vylúhujú<0.5 ppb metals after 3000 hours, while PFA with >0.5 at% leaches >5 ppb, čo spôsobuje chyby filmu ALD.
Mechanizmus vylúhovania kovov a detekcia XPS
PFA obsahuje zvyškový polymerizačný katalyzátor (chróm, nikel, železo) a hliník zo stien reaktora. Tieto kovy časom difundujú na povrch a sú extrahované parou TMA (ktorá pôsobí ako silné redukčné činidlo). XPS meria povrchovú koncentráciu kovu (atómové %). Rýchlosť vylúhovania koreluje s povrchovým obsahom kovu, nie s objemom.
| Stupeň PFA | Obsah kovov na povrchu XPS (v %) | Al Leached (ppb) | Fe vylúhované (ppb) | Cu vylúhované (ppb) | Zvýšenie odporu filmu ALD (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| Ultra{0}}čisté (fluórované) | <0.05 | 0.2 | 0.1 | 0.05 | <0.5% |
| Vysoká-čistota (nízke zvyšky) | 0.1-0.2 | 0.8 | 0.4 | 0.2 | 1% |
| Štandardná reklama | 0.3-0.5 | 3 | 1.5 | 0.8 | 3-5% |
| Ekonomický stupeň | 0.5-1.0 | 8 | 4 | 2 | 10-15% |
| Recyklované/prebrúsené | >1.0 | 20 | 10 | 5 | >25% |
Protokol merania XPS pre certifikáciu ohrievača
Analýza XPS povrchov ohrievača PFA po čistení rozpúšťadlom (na odstránenie povrchovej kontaminácie) by mala merať:
| Prvok | Prijateľná úroveň (v %) pre stupeň ALD | Zistiteľné pomocou XPS? | Typický zdroj |
|---|---|---|---|
| hliník (Al 2p) | <0.05 | áno | Steny reaktora |
| Železo (Fe 2p) | <0.02 | áno | Katalyzátor |
| Chromium (Cr 2p) | <0.02 | áno | Katalyzátor |
| Nikel (Ni 2p) | <0.02 | áno | Katalyzátor |
| meď (Cu 2p) | <0.01 | áno | Kontaminácia |
Vývoj povrchových kovov v priebehu času
Čerstvé PFA má nízky obsah povrchových kovov. Počas 3000-hodinovej expozície TMA kovy difundujú na povrch. Pre štandardné PFA:
| Doba vystavenia | XPS povrchový kov (v %) | Al vylúhované kumulatívne (ppb) | Prijateľné pre ALD? |
|---|---|---|---|
| 0 hodín | 0.08 | 0 | Áno (počiatočné) |
| 500 hodín | 0.15 | 1 | áno |
| 1000 hodín | 0.25 | 2 | Okrajové |
| 2000 hodín | 0.40 | 4 | Nie |
| 3000 hodín | 0.60 | 8 | Nie |
Pre ultra-čistú PFA zostáva kov XPS pod 0,1 at% počas 5000+ hodín.
Čistota TMA a zrýchlenie vylúhovania
Vyššia čistota TMA (nižší obsah stabilizátora) zvyšuje vylúhovanie, pretože stabilizátory (trietylamín) môžu pasivovať povrchy. Pre TMA elektronickej kvality (6N čistota, žiadny amín) je rýchlosť lúhovania 2x vyššia ako pre TMA nižšej čistoty s amínmi. Pre aplikácie ALD používajúce 6N TMA špecifikujte iba ultra{5}}čisté PFA.
Hrúbka steny a rýchlosť vylúhovania
Vylúhovanie je povrchový jav; zvýšenie hrúbky steny neznižuje extrakciu kovu. Pre štandardné PFA so stenami s hrúbkou 2,0 mm vs Hrubšie steny neprinášajú žiadnu výhodu pre čistotu; namiesto toho špecifikujte ultra-čistú PFA s tenkými stenami (1,5 – 2,0 mm), aby ste znížili povrchovú plochu a súvisiace vylúhovanie.
Postup predbežného-vylúhovania (vypálenia{1}}).
Ak chcete znížiť počiatočné uvoľňovanie kovu, vykonajte pred{0}}lúhovanie: naplňte ohrievač TMA pri teplote 60 stupňov na 100 hodín, zlikvidujte TMA a potom nainštalujte. To znižuje následné vylúhovanie o 80 % pre štandardné PFA a o 50 % pre ultra-čisté PFA. Pre nástroje ALD špecifikujte vopred-lúhované ohrievače s certifikáciou.
Špecifikácia pre vaporizéry ALD TMA
Pre vaporizéry TMA pri 50 stupňoch , 500 mbar špecifikujte ultra-čistú PFA s obsahom XPS povrchových kovov nižším ako 0,1 at% (spolu Al+Fe+Cr+Ni+Cu). Vyžadovať certifikáciu dodávateľa o analýze XPS na vzorkách výrobnej šarže. Špecifikujte predbežné{10}}lúhovanie pomocou TMA pri 60 stupňoch počas 100 hodín. Pre hrúbku steny stačí 1,5 mm, aby sa minimalizovala plocha. V prípade kritických aplikácií ALD (DRAM, logické zariadenia) sa vyžaduje štvrťročné vzorkovanie TMA na analýzu kovov ICP-MS, ktorá nahradí ohrievače, keď Al prekročí 1 ppb. Príplatok za ultra-čistú PFA (50-100 % oproti štandardu) je opodstatnený tým, že zabraňuje kontaminácii ALD filmom pri výrobe polovodičov, kde jedna kontaminovaná šarža stojí 100 000 USD-1 000 000 USD. Pre systémy R&D ALD môžu byť prijateľné PFA vysokej čistoty s predbežným vylúhovaním.
