整合一个质谱仪在一个原子层沉积(ALD)系统

今天,原子层沉积(ALD)是一个重要的工具在半导体行业,因为它正迅速成为一个标准的技术范围广泛的薄膜材料。亚博网站下载为了获得事实上控制薄膜的厚度和整合,即使在基质复杂3 d几何图形,ALD依赖自限性表面两个气体反应物的反应顺序模式。

本Bensaoula图恩湖,瑞士。图片来源:TOFWERK

表面分解反应和生长机制是关键对沉积薄膜的物理化学性质的影响。所以有必要充分描述和理解这些过程,利用计量工具,提供实时监测和控制在生产环境中,缩短流程优化周期。

pgaTOF为退化

在这篇文章中,集成的TOFWERK pgaTOF,新的飞行时间质谱仪,原子层沉积系统(SC-1,从瑞士集群AG),图恩湖,瑞士)提出,用于薄膜加工过程的实时监控。同时,pgaTOF可以检测所有电离分子同位素分辨率大于10⁵动态范围,以及质谱采集率1 kHz。

应用沉积参数可以即时监控的结果,因为化学现场进行数据采集,可以立即修改过程的实验条件(如脉冲/清除时间和温度)。

此外,任何过程偏移从最优条件或设备故障也会被检测到。app亚博体育这与pgaTOF现场采集提供了一个重要的优势事后(让其它)结构和化学表征方法,两者都是具有明显的延迟。

实验设置

SC-1小说紧凑的集群系统,结合周围性血管疾病和退化,被用来执行“肾上腺脑白质退化症”的过程。这项研究仅仅SC-1 ALD模块的使用,和衬底温度设定在120°C。在这项研究中,三甲基铝,铝(CH₃)₃载,98%的纯度,Strem)和H₂O。通常情况下,这两种气体前体用于沉淀₂O₃,一个肾上腺白质退化症患者系统模型。

众多研究已经广泛地分析这一过程的化学反应,这曾提出了研究结果的评价。前体都交付在室温沉积室和99.9995%纯度氩(从液化空气集团)

实验由20 ALD周期。蓝玉50-millisecond脉冲和30-millisecond脉冲的H₂O没有Ar运载气体包含在每一个周期中,目的是介绍,只有感兴趣的气体室。50 sccm氩气净化提供了超过30年代前体脉冲之间的气体。

结果

正如图1中所描述的那样,在退化,表面之间的反应和介绍的顺序气体前体生成副产物的释放。这种副产品的数量和化学为我们提供有价值的信息关于基本反应机制和提供用于监控协议的发展可再生的和可靠的流程工业规模。

图1所示。示意图说明TMA + H₂O沉积过程和并行检测过程中涉及的所有的分子。在这个例子中,TMA与哦网站反应在表面,形成CH₄,清除步骤中,H₂O与甲基反应表面,形成主要CH₄除了二次产品,如AlOH (CH₃)₂。图片来源:TOFWERK

它已被证明本研究基地₂O₃沉积使用TMA和H₂O可以表征信号主要分布测量的基础上m / Q= 16 Th, 18 Th, 27 Th,和40 Th,对应TMA Al (27 Th)、H₂O (18 Th), CH副产品₄(16 Th)和基于“增大化现实”技术的载气(40 Th)。

然而,如图2所示,可以发现所有大众同时促进其他副产品的观察以前没有发现,本来难以识别的高质量分辨率和准确度pgaTOF。

图2。的质谱组成的整个“肾上腺脑白质退化症”的过程中获得20后续一系列TMA和H₂O周期:1)完整的质谱:最强的信号观察过程中反应物在m / Q < 290,但重离子也被检测到,b)所选区域的质谱与分配的潜在反应底物和副产品。注意对数刻度。图片来源:TOFWERK

监控所有物种的时间变化的能力出现在反应堆提供的另一个重要特性,pgaTOF功能,如图3中可以看到。图4显示了²⁷半岛信号分布的特征值来衡量,即。,²⁷Al信号峰值振幅TMA阀打开时,以及他们的完整宽度最大的一半(应用)。

这一事实的数量交付TMA周期之间的不同是由这两个值的变化显示表示。前体消费可以优化尽管退化过程自限性和TMA前体过多不诱导层厚度的增加。与之相反,较低的前体数量会产生局部单层沉积,导致两粗糙表面形态和那些接口时,目标是异质结构的沉积。

流程优化(R&D)和生产,实时量化cycle-to-cycle退化过程再现性,与pgaTOF成为可能,因此是至关重要的。

图3。肾上腺白质退化症患者室一个原位pgaTOF集成在一个给一个独特的机会监视所有元素的时间演化和分子参与一个退化的过程,包括产品和副产品。H₂O(蓝线)和Al(红线)信号代表了天然气前兆,而N(绿线)和Ar(紫线)信号提供信息沉积室的真空状态。20-cycle沉积过程的时间演化(a)和放大的前三个TMA和H₂O周期(b)所示。pgaTOF数据规范化1更好的可视化。图片来源:TOFWERK

图4。比较的信号峰值测量期间连续TMA注射。峰高的变化,萨尔,马克斯,(电子邮件保护),和宽度,SAl,马克斯,(电子邮件保护)、价值观提供了一个指示交付的数量的气体前兆变化,因此cycle-to-cycle退化过程再现性。图片来源:TOFWERK

结论

最后,本文强调,同时,实时检测的电离分子和碎片很容易造成公司内pgaTOF ALD的系统。这意味着任何故障或过程偏离最优可以检测到处于初期阶段。因此,沉积参数,脉冲持续时间、压力、温度和前体,可以立即纠正,以确保沉积的薄膜化学结构。

有许多的优点原位pgaTOF分析这种退化过程的自然扩展到其它沉积技术,如化学气相沉积和蚀刻申请流程优化、监测和控制。

等复杂的接口转换涉及二元、三元和四元合金,端点检测可以实现。此外,在脉冲源操作模式和流程包括沉积和蚀刻nanolayered栈,如此高的收购速度是至关重要的。化学物种在复杂的气体环境需要准确地分配及其时间变化测量pgaTOF因此可以广泛应用于其他半导体过程的监控工具。

确认

TOFWERK要感谢电子探针Eidg(图恩湖)和瑞士集群(图恩湖)的数据收集和分析对本文的贡献。

这些信息已经采购,审核并改编自TOFWERK提供的材料。亚博网站下载

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