Ο κίνδυνος μόλυνσης μετάλλων στους ατμοποιητές TMA
Οι ατμοποιητές τριμεθυλαλουμινίου (TMA) για εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD) στους 50 βαθμούς και 500 mbar απαιτούν εξαιρετική καθαρότητα. Οι θερμαντήρες PFA μπορούν να εκπλύνουν ίχνη μετάλλων (Al, Fe, Cu) σε ατμό TMA, μολύνοντας τα εναποτιθέμενα φιλμ. Η φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου ακτίνων Χ (XPS) μετρά τα επίπεδα υπολειμμάτων καταλύτη σε επιφάνειες PFA. Η ποσοτική ανάλυση από 10 κατασκευαστές εργαλείων ALD δείχνει ότι PFA με περιεκτικότητα σε μέταλλο XPS κάτω από 0,1 στο% εκπλύσεις<0.5 ppb metals after 3000 hours, while PFA with >0.5 at% leaches >5 ppb, προκαλώντας ελαττώματα φιλμ ALD.
Μηχανισμός έκπλυσης μετάλλων και ανίχνευση XPS
Το PFA περιέχει υπολειμματικό καταλύτη πολυμερισμού (χρώμιο, νικέλιο, σίδηρος) και αλουμίνιο από τα τοιχώματα του αντιδραστήρα. Αυτά τα μέταλλα διαχέονται στην επιφάνεια με την πάροδο του χρόνου και εξάγονται από τον ατμό TMA (ο οποίος δρα ως ισχυρός αναγωγικός παράγοντας). Το XPS μετρά τη συγκέντρωση μετάλλου στην επιφάνεια (ατομικό %). Ο ρυθμός έκπλυσης συσχετίζεται με την περιεκτικότητα σε μέταλλο της επιφάνειας και όχι με τον όγκο.
| Βαθμός PFA | Περιεχόμενο XPS Surface Metal (σε%) | Al Leached (ppb) | Fe Leached (ppb) | Cu Leached (ppb) | Αύξηση αντίστασης φιλμ ALD (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| Εξαιρετικά-καθαρό (φθοριούχο) | <0.05 | 0.2 | 0.1 | 0.05 | <0.5% |
| Υψηλή-καθαρότητα (χαμηλά υπολείμματα) | 0.1-0.2 | 0.8 | 0.4 | 0.2 | 1% |
| Τυπική διαφήμιση | 0.3-0.5 | 3 | 1.5 | 0.8 | 3-5% |
| Οικονομικός βαθμός | 0.5-1.0 | 8 | 4 | 2 | 10-15% |
| Ανακυκλωμένο/ξανάτριχο | >1.0 | 20 | 10 | 5 | >25% |
XPS Measurement Protocol for Heater Certification
Η ανάλυση XPS των επιφανειών του θερμαντήρα PFA μετά τον καθαρισμό με διαλύτη (για την αφαίρεση επιφανειακής μόλυνσης) θα πρέπει να μετρήσει:
| Στοιχείο | Αποδεκτό Επίπεδο (σε%) για Βαθμό ALD | Ανιχνεύσιμο από XPS; | Τυπική πηγή |
|---|---|---|---|
| Αλουμίνιο (Al 2p) | <0.05 | Ναί | Τοίχοι αντιδραστήρα |
| Σίδηρος (Fe 2p) | <0.02 | Ναί | Καταλύτης |
| Chromium (Cr 2p) | <0.02 | Ναί | Καταλύτης |
| Νικέλιο (Ni 2p) | <0.02 | Ναί | Καταλύτης |
| Χαλκός (Cu 2p) | <0.01 | Ναί | Μόλυνση |
Surface Metal Evolution με την πάροδο του χρόνου
Το φρέσκο PFA έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε μέταλλα στην επιφάνεια. Κατά τη διάρκεια έκθεσης σε TMA 3000 ωρών, τα μέταλλα διαχέονται στην επιφάνεια. Για τυπικό PFA:
| Χρόνος έκθεσης | XPS Surface Metal (σε%) | Al Leached Cumulative (ppb) | Αποδεκτό για ALD; |
|---|---|---|---|
| 0 ώρες | 0.08 | 0 | Ναι (αρχική) |
| 500 ώρες | 0.15 | 1 | Ναί |
| 1000 ώρες | 0.25 | 2 | Οριακός |
| 2000 ώρες | 0.40 | 4 | Οχι |
| 3000 ώρες | 0.60 | 8 | Οχι |
Για εξαιρετικά-καθαρό PFA, το μέταλλο XPS παραμένει κάτω από το 0,1 στο% για 5000+ ώρες.
TMA Purity and Leaching Acceleration
Η υψηλότερη καθαρότητα TMA (χαμηλότερη περιεκτικότητα σταθεροποιητή) αυξάνει την έκπλυση επειδή οι σταθεροποιητές (τριαιθυλαμίνη) μπορούν να παθητικοποιήσουν τις επιφάνειες. Για TMA ηλεκτρονικής ποιότητας (καθαρότητα 6Ν, χωρίς αμίνη), ο ρυθμός έκπλυσης είναι 2 φορές υψηλότερος από ό,τι για TMA χαμηλότερης καθαρότητας με αμίνες. Για εφαρμογές ALD που χρησιμοποιούν 6Ν TMA, καθορίστε μόνο υπερ-καθαρό PFA.
Πάχος τοιχώματος και ρυθμός έκπλυσης
Η έκπλυση είναι επιφανειακό φαινόμενο. Το αυξανόμενο πάχος τοιχώματος δεν μειώνει την εξαγωγή μετάλλων. Για τυπικό PFA με τοιχώματα 2,0 mm έναντι. 3.0mm, ο ρυθμός έκπλυσης ανά μονάδα επιφάνειας είναι πανομοιότυπος επειδή η πηγή μετάλλου είναι η συγκέντρωση στην επιφάνεια και όχι η χύδην διάχυση. Οι παχύτεροι τοίχοι δεν παρέχουν κανένα όφελος για την καθαρότητα. Αντ' αυτού, καθορίστε εξαιρετικά-καθαρό PFA με λεπτά τοιχώματα (1,5-2,0 mm) για να μειώσετε την επιφάνεια και τη σχετική έκπλυση.
Διαδικασία Pre-Leaching (Burn-In).
Για να μειώσετε την αρχική απελευθέρωση μετάλλου, πραγματοποιήστε προ- έκπλυση: γεμίστε τη θερμάστρα με TMA στους 60 βαθμούς για 100 ώρες, απορρίψτε το TMA και, στη συνέχεια, εγκαταστήστε. Αυτό μειώνει την επακόλουθη έκπλυση κατά 80% για το τυπικό PFA και 50% για το εξαιρετικά-καθαρό PFA. Για εργαλεία ALD, καθορίστε-εκπλυμένους θερμαντήρες με πιστοποίηση.
Οδηγίες προδιαγραφών για ατμοποιητές ALD TMA
Για ατμοποιητές TMA στους 50 βαθμούς, 500 mbar, καθορίστε εξαιρετικά-καθαρό PFA με περιεκτικότητα σε μέταλλο επιφάνειας XPS κάτω από 0,1 στο% (συνολικό Al+Fe+Cr+Ni+Cu). Απαιτείται πιστοποίηση προμηθευτή για ανάλυση XPS σε δείγματα παρτίδας παραγωγής. Καθορίστε την προ{10}απόπλυση με TMA στους 60 βαθμούς για 100 ώρες. Για πάχος τοιχώματος, 1,5 mm είναι επαρκής για να ελαχιστοποιηθεί η επιφάνεια. Για κρίσιμες εφαρμογές ALD (DRAM, λογικές συσκευές), απαιτείται τριμηνιαία δειγματοληψία TMA για ανάλυση μετάλλων ICP{16}}MS, αντικατάσταση θερμαντικών όταν το Al υπερβαίνει το 1 ppb. Το premium για εξαιρετικά{19}}καθαρό PFA (50-100% πάνω από το τυπικό) δικαιολογείται με την πρόληψη της μόλυνσης μεμβράνης ALD στην κατασκευή ημιαγωγών όπου μια μεμονωμένη μολυσμένη παρτίδα κοστίζει 100.000-1.000.000 $. Για συστήματα R&D ALD, PFA υψηλής καθαρότητας με προέκπλυση μπορεί να είναι αποδεκτή.
