Riscul de contaminare cu metal în vaporizatoarele TMA
Vaporizatoarele cu trimetilaluminiu (TMA) pentru depunerea stratului atomic (ALD) la 50 de grade și 500 mbar necesită puritate extremă. Încălzitoarele PFA pot leși urme de metale (Al, Fe, Cu) în vapori de TMA, contaminând filmele depuse. Spectroscopia fotoelectronilor cu raze X- (XPS) măsoară nivelurile de reziduuri de catalizator pe suprafețele PFA. Analiza cantitativă de la 10 producători de scule ALD arată că PFA cu conținut de metal XPS mai mic de 0,1% at% leșie<0.5 ppb metals after 3000 hours, while PFA with >0.5 at% leaches >5 ppb, provocând defecte ale filmului ALD.
Mecanism de leșiere a metalelor și detecție XPS
PFA conține catalizator de polimerizare rezidual (crom, nichel, fier) și aluminiu din pereții reactorului. Aceste metale difuzează la suprafață în timp și sunt extrase de vapori de TMA (care acționează ca un agent reducător puternic). XPS măsoară concentrația de metal la suprafață (%). Rata de leșiere se corelează cu conținutul de metal de suprafață, nu cu volumul.
| Grad PFA | Conținut de metal de suprafață XPS (la %) | Al Leached (ppb) | Fe Leached (ppb) | Cu Leached (ppb) | Creșterea rezistivității filmului ALD (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| Ultra-pură (fluorurată) | <0.05 | 0.2 | 0.1 | 0.05 | <0.5% |
| Puritate-înaltă (reziduuri scăzute) | 0.1-0.2 | 0.8 | 0.4 | 0.2 | 1% |
| Reclamă standard | 0.3-0.5 | 3 | 1.5 | 0.8 | 3-5% |
| Grad economic | 0.5-1.0 | 8 | 4 | 2 | 10-15% |
| Reciclat/remacinat | >1.0 | 20 | 10 | 5 | >25% |
Protocol de măsurare XPS pentru certificarea încălzitorului
Analiza XPS a suprafețelor încălzitorului PFA după curățarea cu solvent (pentru a elimina contaminarea suprafeței) ar trebui să măsoare:
| Element | Nivel acceptabil (la%) pentru nota ALD | Detectabil de XPS? | Sursa tipică |
|---|---|---|---|
| Aluminiu (Al 2p) | <0.05 | Da | Pereții reactorului |
| Fier de călcat (Fe 2p) | <0.02 | Da | Catalizator |
| Crom (Cr 2p) | <0.02 | Da | Catalizator |
| Nichel (Ni 2p) | <0.02 | Da | Catalizator |
| Cupru (Cu 2p) | <0.01 | Da | Contaminare |
Evoluția metalului de suprafață în timp
PFA proaspăt are un conținut scăzut de metal la suprafață. În timpul expunerii la TMA de 3000 de ore, metalele difuzează la suprafață. Pentru PFA standard:
| Timp de expunere | Metal de suprafață XPS (la%) | Al Leached Cumulativ (ppb) | Acceptabil pentru ALD? |
|---|---|---|---|
| 0 ore | 0.08 | 0 | Da (inițial) |
| 500 de ore | 0.15 | 1 | Da |
| 1000 de ore | 0.25 | 2 | Marginal |
| 2000 de ore | 0.40 | 4 | Nu |
| 3000 de ore | 0.60 | 8 | Nu |
Pentru PFA ultra-pură, metalul XPS rămâne sub 0,1 at% timp de 5000+ ore.
Puritate TMA și accelerare a leșierii
O puritate mai mare a TMA (conținut mai scăzut de stabilizator) crește scurgerea deoarece stabilizatorii (trietilamină) pot pasiva suprafețele. Pentru TMA de calitate electronică (puritate 6N, fără amine), rata de leșiere este de 2 ori mai mare decât pentru TMA cu puritate mai mică cu amine. Pentru aplicațiile ALD care utilizează 6N TMA, specificați numai PFA ultra-pură.
Grosimea peretelui și rata de scurgere
Leșierea este un fenomen de suprafață; creșterea grosimii peretelui nu reduce extracția metalului. Pentru PFA standard cu pereți de 2,0 mm față de . 3.0mm, rata de leșiere pe unitate de suprafață este identică, deoarece sursa de metal este concentrația la suprafață, nu difuzia în vrac. Pereții mai groși nu oferă niciun beneficiu pentru puritate; în schimb, specificați PFA ultra-pură cu pereți subțiri (1,5-2,0 mm) pentru a reduce suprafața și scurgerea asociată.
Procedura de pre-leșiere (ardere-in).
Pentru a reduce eliberarea inițială de metal, efectuați pre-leșiere: umpleți încălzitorul cu TMA la 60 de grade timp de 100 de ore, aruncați TMA, apoi instalați. Acest lucru reduce scurgerea ulterioară cu 80% pentru PFA standard și cu 50% pentru PFA ultra-pură. Pentru instrumentele ALD, specificați încălzitoarele pre-leșiate cu certificare.
Ghid de specificații pentru vaporizatoarele ALD TMA
Pentru vaporizatoarele TMA la 50 de grade, 500 mbar, specificați PFA ultra-pur cu conținut de metal de suprafață XPS sub 0,1 at% (total Al+Fe+Cr+Ni+Cu). Solicitați certificarea furnizorului pentru analiza XPS pe mostrele de lot de producție. Specificați pre-lexivarea cu TMA la 60 de grade timp de 100 de ore. Pentru grosimea peretelui, 1,5 mm este adecvat pentru a minimiza suprafața. Pentru aplicațiile ALD critice (DRAM, dispozitive logice), necesită eșantionare TMA trimestrială pentru analiza metalelor ICP-MS, înlocuind încălzitoarele atunci când Al depășește 1 ppb. Prima pentru PFA ultra-pură (50-100% față de standard) este justificată prin prevenirea contaminării filmului ALD în producția de semiconductori, unde un singur lot contaminat costă 100.000-1.000.000 USD. Pentru sistemele R&D ALD, PFA de înaltă puritate cu pre-leșiere poate fi acceptabil.
