مخاطر التلوث المعدني في مبخرات TMA
تتطلب مبخرات ثلاثي ميثيل الألومنيوم (TMA) لترسيب الطبقة الذرية (ALD) عند 50 درجة و500 ملي بار نقاءً شديدًا. يمكن لسخانات PFA أن ترشح المعادن النزرة (Al، Fe، Cu) إلى بخار TMA، مما يؤدي إلى تلويث الأغشية المترسبة. يقيس التحليل الطيفي للأشعة السينية الضوئية (XPS) مستويات بقايا المحفز على أسطح PFA. يُظهر التحليل الكمي من 10 شركات مصنعة لأدوات ALD أن PFA الذي يحتوي على محتوى معدني XPS أقل من 0.1% يتسرب<0.5 ppb metals after 3000 hours, while PFA with >0.5 at% leaches >5 جزء في المليون، مما يسبب عيوب فيلم ALD.
آلية ترشيح المعادن والكشف عن XPS
يحتوي PFA على محفز البلمرة المتبقي (الكروم والنيكل والحديد) والألومنيوم من جدران المفاعل. تنتشر هذه المعادن إلى السطح بمرور الوقت ويتم استخلاصها بواسطة بخار TMA (الذي يعمل كعامل اختزال قوي). يقيس XPS تركيز المعادن السطحية (الذرية٪). ويرتبط معدل الترشيح بالمحتوى المعدني السطحي، وليس بكميات كبيرة.
| درجة PFA | المحتوى المعدني لسطح XPS (%) | آل ترشح (ppb) | الحديد المتسرب (ppb) | النحاس المتسرب (ppb) | زيادة مقاومة فيلم ALD (٪) |
|---|---|---|---|---|---|
| فائق النقاء-(مفلور) | <0.05 | 0.2 | 0.1 | 0.05 | <0.5% |
| درجة نقاء عالية-(بقايا منخفضة) | 0.1-0.2 | 0.8 | 0.4 | 0.2 | 1% |
| تجاري قياسي | 0.3-0.5 | 3 | 1.5 | 0.8 | 3-5% |
| الدرجة الاقتصادية | 0.5-1.0 | 8 | 4 | 2 | 10-15% |
| المعاد تدويرها/إعادة طحن | >1.0 | 20 | 10 | 5 | >25% |
بروتوكول قياس XPS لشهادة السخان
يجب أن يقيس تحليل XPS لأسطح سخان PFA بعد التنظيف بالمذيبات (لإزالة تلوث السطح):
| عنصر | المستوى المقبول (في٪) لدرجة ALD | هل يمكن اكتشافه بواسطة XPS؟ | المصدر النموذجي |
|---|---|---|---|
| الألومنيوم (آل 2p) | <0.05 | نعم | جدران المفاعل |
| الحديد (الحديد 2p) | <0.02 | نعم | محفز |
| الكروم (الكروم 2p) | <0.02 | نعم | محفز |
| النيكل (ني 2p) | <0.02 | نعم | محفز |
| النحاس (النحاس 2p) | <0.01 | نعم | تلوث |
تطور المعادن السطحية مع مرور الوقت
يحتوي PFA الطازج على محتوى معدني سطحي منخفض. أثناء التعرض للتحليل الحراري الميكانيكي (TMA) لمدة 3000 ساعة، تنتشر المعادن إلى السطح. بالنسبة لـ PFA القياسي:
| وقت التعرض | XPS السطح المعدني (في المائة) | الترشيح التراكمي (ppb) | مقبول لـ ALD؟ |
|---|---|---|---|
| 0 ساعة | 0.08 | 0 | نعم (الأولي) |
| 500 ساعة | 0.15 | 1 | نعم |
| 1000 ساعة | 0.25 | 2 | هامشي |
| 2000 ساعة | 0.40 | 4 | لا |
| 3000 ساعة | 0.60 | 8 | لا |
بالنسبة إلى PFA- فائق النقاء، يظل معدن XPS أقل من 0.1 عند% لمدة 5000+ ساعة.
نقاء TMA وتسريع الترشيح
تزيد نقاء TMA الأعلى (محتوى المثبت الأقل) من الترشيح لأن المثبتات (ثلاثي إيثيل أمين) يمكنها تخميل الأسطح. بالنسبة إلى TMA من الدرجة الإلكترونية (نقاء 6N، بدون أمين)، يكون معدل الترشيح أعلى مرتين من TMA الأقل نقاءً مع الأمينات. بالنسبة لتطبيقات ALD التي تستخدم 6N TMA، حدد PFA فائق النقاء - فقط.
سمك الجدار ومعدل الترشيح
الترشيح هو ظاهرة سطحية. زيادة سمك الجدار لا يقلل من استخراج المعادن. بالنسبة لـ PFA القياسي بجدران 2.0 مم مقابل . 3.0 مم، يكون معدل الترشيح لكل وحدة مساحة متطابقًا لأن مصدر المعدن هو تركيز السطح، وليس الانتشار بالجملة. الجدران السميكة لا توفر أي فائدة للنقاء؛ بدلاً من ذلك، حدد PFA-نقي للغاية بجدران رقيقة (1.5-2.0 مم) لتقليل مساحة السطح والترشيح المرتبط به.
إجراء ما قبل-الترشيح (النسخ-الداخلي).
لتقليل الإطلاق الأولي للمعادن، قم بإجراء الترشيح المسبق-: املأ السخان بـ TMA عند درجة حرارة 60 درجة لمدة 100 ساعة، وتخلص من TMA، ثم قم بتركيبه. يؤدي هذا إلى تقليل الترشيح اللاحق بنسبة 80% لـ PFA القياسي و50% لـ PFA - فائق النقاء. بالنسبة لأدوات ALD، حدد-سخانات متسربة مسبقًا مع شهادة.
إرشادات المواصفات لمبخرات ALD TMA
بالنسبة لمبخرات TMA عند 50 درجة، 500 ملي بار، حدد PFA - فائق النقاء مع محتوى معدني سطحي XPS أقل من 0.1% (إجمالي Al+Fe+Cr+Ni+Cu). طلب شهادة المورد لتحليل XPS على عينات دفعة الإنتاج. حدد الترشيح المسبق-باستخدام TMA عند درجة حرارة 60 لمدة 100 ساعة. بالنسبة لسمك الجدار، يكون 1.5 مم كافيًا لتقليل مساحة السطح. بالنسبة لتطبيقات ALD الهامة (DRAM، الأجهزة المنطقية)، تتطلب أخذ عينات TMA ربع سنوية لتحليل ICP-MS للمعادن، واستبدال السخانات عندما يتجاوز Al 1 جزء في البليون. يتم تبرير علاوة PFA- فائقة النقاء (50-100% فوق المعيار) من خلال منع تلوث طبقة ALD في تصنيع أشباه الموصلات حيث تكلف الدفعة الملوثة الواحدة 100,000 دولار أمريكي-1,000,000 دولار أمريكي. بالنسبة لأنظمة R&D ALD، قد يكون PFA عالي النقاء مع الترشيح المسبق مقبولاً.
