Metalli saastumise oht TMA aurustites
Trimetüülalumiiniumi (TMA) aurustid aatomkihtsadestamise (ALD) jaoks 50 kraadi ja 500 mbar juures nõuavad ülimat puhtust. PFA-soojendid võivad leotada metallijääke (Al, Fe, Cu) TMA aurudesse, saastades sadestunud kilesid. Röntgenfotoelektronspektroskoopia (XPS) mõõdab katalüsaatori jääkide taset PFA pindadel. 10 ALD tööriistatootja kvantitatiivne analüüs näitab, et PFA, mille XPS metallisisaldus on alla 0,1 at% leostub<0.5 ppb metals after 3000 hours, while PFA with >0.5 at% leaches >5 ppb, mis põhjustab ALD-kile defekte.
Metalli leostusmehhanism ja XPS-i tuvastamine
PFA sisaldab jääkpolümerisatsioonikatalüsaatorit (kroom, nikkel, raud) ja alumiiniumi reaktori seintelt. Need metallid hajuvad aja jooksul pinnale ja ekstraheeritakse TMA auruga (mis toimib tugeva redutseerijana). XPS mõõdab pinna metallide kontsentratsiooni (aatomi%). Leostumise kiirus korreleerub pinna metallisisaldusega, mitte mahuga.
| PFA klass | XPS-i pinna metallisisaldus (at%) | Al Leached (ppb) | Fe leostunud (ppb) | Cu leostunud (ppb) | ALD filmi takistuse suurenemine (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| Ultra{0}}puhas (fluoritud) | <0.05 | 0.2 | 0.1 | 0.05 | <0.5% |
| Kõrge{0}}puhtusastmega (madal jääk) | 0.1-0.2 | 0.8 | 0.4 | 0.2 | 1% |
| Tavaline reklaam | 0.3-0.5 | 3 | 1.5 | 0.8 | 3-5% |
| Majandusklass | 0.5-1.0 | 8 | 4 | 2 | 10-15% |
| Taaskasutatud/taasjahvatatud | >1.0 | 20 | 10 | 5 | >25% |
XPS-i mõõtmisprotokoll küttekeha sertifitseerimiseks
PFA-soojendi pindade XPS-analüüs pärast lahustiga puhastamist (pinna saastumise eemaldamiseks) peaks mõõtma:
| Element | ALD klassi vastuvõetav tase (at%) | XPS-i abil tuvastatav? | Tüüpiline allikas |
|---|---|---|---|
| Alumiinium (Al 2p) | <0.05 | Jah | Reaktori seinad |
| Raud (Fe 2p) | <0.02 | Jah | Katalüsaator |
| Kroom (Cr 2p) | <0.02 | Jah | Katalüsaator |
| Nikkel (Ni 2p) | <0.02 | Jah | Katalüsaator |
| Vask (Cu 2p) | <0.01 | Jah | Saastumine |
Pinnametallide areng aja jooksul
Värskel PFA-l on madal pinnametallisisaldus. 3000-tunnise TMA-ga kokkupuute ajal hajuvad metallid pinnale. Standardse PFA jaoks:
| Kokkupuute aeg | XPS Surface Metal (at%) | Al Leached kumulatiivne (ppb) | Kas ALD jaoks vastuvõetav? |
|---|---|---|---|
| 0 tundi | 0.08 | 0 | Jah (esialgne) |
| 500 tundi | 0.15 | 1 | Jah |
| 1000 tundi | 0.25 | 2 | Marginaalne |
| 2000 tundi | 0.40 | 4 | Ei |
| 3000 tundi | 0.60 | 8 | Ei |
Ultra-puhta PFA puhul jääb XPS-metalli sisaldus alla 0,1 at% 5000+ tunni jooksul.
TMA puhtus ja leostumise kiirendus
Kõrgem TMA puhtus (madalam stabilisaatori sisaldus) suurendab leostumist, kuna stabilisaatorid (trietüülamiin) võivad pindu passiivselt muuta. Elektroonilise puhtusastmega TMA (6N puhtus, amiinivaba) puhul on leostumiskiirus 2x kõrgem kui madalama puhtusega amiinidega TMA puhul. 6N TMA-d kasutavate ALD-rakenduste jaoks määrake ainult ultra{5}}puhas PFA.
Seina paksus ja leostumise määr
Leostumine on pinnanähtus; seina paksuse suurendamine ei vähenda metalli ekstraheerimist. 2,0 mm vs . 3.0mm seintega standardse PFA puhul on leostumiskiirus pindalaühiku kohta identne, kuna metalli allikas on pinnakontsentratsioon, mitte mahtdifusioon. Paksemad seinad ei anna puhtusele kasu; selle asemel määrake ülipuhas õhukeste seintega PFA (1,5–2,0 mm), et vähendada pindala ja sellega seotud leostumist.
-Leostamise (sissepõlemise-) protseduur
Metalli esmase eraldumise vähendamiseks viige läbi eel-leostumine: täitke kütteseade TMA-ga 60 kraadi juures 100 tundi, visake TMA ära ja paigaldage seejärel. See vähendab järgnevat leostumist standardse PFA puhul 80% ja ülipuhta PFA puhul 50% võrra. ALD-tööriistade jaoks määrake sertifitseeritud-leostunud kütteseadmed.
ALD TMA aurustite spetsifikatsiooni juhend
TMA aurustite jaoks 50 kraadi ja 500 mbar juures määrake ultra-puhas PFA, mille XPS pinna metallisisaldus on alla 0,1 at% (Al+Fe+Cr+Ni+Cu kokku). Tootmispartii proovide XPS-analüüsi tarnija sertifitseerimine. Määrake eelleostumine TMA-ga 60 kraadi juures 100 tunni jooksul. Seina paksuse puhul piisab pinna minimeerimiseks 1,5 mm. Kriitiliste ALD-rakenduste (DRAM, loogikaseadmed) jaoks nõudke ICP{16}}MS-i metallianalüüsi jaoks kord kvartalis TMA proovivõttu, asendades küttekehad, kui Al ületab 1 ppb. Üli-puhta PFA (50-100% üle standardi) lisatasu on õigustatud ALD-kile saastumise vältimisega pooljuhtide tootmisel, kus üks saastunud partii maksab 100 000-1 000 000 dollarit. Uurimis- ja arendustegevuse ALD-süsteemide puhul võib kõrge puhtusastmega PFA eelleostumisega olla vastuvõetav.
