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上海斯邁歐分析儀器有限公司
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使用ICP-MS分析高純鹽酸中的痕量金屬雜質(zhì)
2024-10-28 閱讀(21)
前言鹽酸 (HCl) 是標(biāo)準(zhǔn) RCA 清洗過程中的一種組分，用于去除半導(dǎo)體生產(chǎn)中使用的硅片表面的有機(jī)和金屬殘留與雜質(zhì)。清洗步驟在氧化和化學(xué)氣相沉積 (CVD) 等高溫處理過程之前進(jìn)行。RCA 標(biāo)準(zhǔn)清洗 2 (SC-2) 可去除晶圓表面的離子污染物。SC-2 在 SC-1之后進(jìn)行，可去除有機(jī)殘留物和顆粒。SC-2 中含有 HCl 與過氧化氫 (H2O2) 以及去離子水 (DIW)。鑒于清洗溶液與硅片表面直接接觸，這些溶液需要是超高純試劑。
HCl 的半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn) C27-0708 C 級方案規(guī)定每種元素的最大污染物濃度為 100 ppt (HCl 37.0%–38.0%)[1]。工業(yè)級 HCl 的濃度通常為 20% 或 35%，具體取決于生產(chǎn)方法。Cl 基質(zhì)導(dǎo)致若干多原子離子的形成，對一些關(guān)鍵元素造成顯著的光譜干擾。例如，H237Cl+ 對 39K+ 的干擾、35Cl16O+ 對 51V+ 的干擾、35Cl16OH+對 52Cr+ 的干擾、37Cl16O+ 對 53Cr+ 的干擾、35Cl37Cl+ 對 72Ge+ 的干擾、37Cl2+ 對 74Ge+ 的干擾和 40Ar35Cl+ 對 75As+ 的干擾。由于這些多原子干擾的存在，使用傳統(tǒng)單四極桿 ICP-MS (ICPQMS) 很難在所需濃度下測定相應(yīng)元素。即使配備碰撞/反應(yīng)池 (CRC) 或帶通濾質(zhì)器的 ICP-QMS 儀器也只能有限地減少Cl 基質(zhì)產(chǎn)生的光譜干擾。因此，一些使用 ICP-QMS 分析高純HCl 的方法推薦在樣品前處理步驟中去除氯基質(zhì)，但這樣又會導(dǎo)致分析物的損失和/或樣品污染。在本研究中，采用串聯(lián)四極桿 ICP-MS (ICP-MS/MS) 分析 HCl中的 50 種元素，使用 MS/MS 模式來解決多原子干擾問題。所有分析物（包括 K、V、Cr、Ge、As 等難分析的元素）都可直接在未稀釋的 HCl 中測定，檢測限可達(dá)到個位數(shù) ppt 級。
實(shí)驗(yàn)部分儀器本研究采用半導(dǎo)體配置的 Agilent 8900 ICP-MS/MS。該儀器配備 PFA-100 霧化器、帕爾貼冷卻石英霧化室、石英炬管、鉑尖采樣錐和截取錐以及 s 透鏡。霧化器在自吸模式下操作，能夠減小蠕動泵管線引起樣品污染的可能性。在高級半導(dǎo)體應(yīng)用中，關(guān)鍵要求是達(dá)到每種分析物的絕對低檢測限 (DL)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，測量超痕量污染物的實(shí)驗(yàn)室可使用多重調(diào)諧方法，其中在測量各種溶液的過程中依次采用多個調(diào)諧步驟。該方法可優(yōu)化調(diào)諧條件，使其在對每種分析物保持最高靈敏度的同時，能夠除去不同類型的干擾物。在本研究中，針對大量被測分析物相應(yīng)采用了多種反應(yīng)池氣體（H2、O2 和 NH3）。He 在 NH 3 反應(yīng)氣體模式中用作緩沖氣體。調(diào)諧條件如表 1 所示，其他采集參數(shù)如表 2所示。
樣品和標(biāo)樣本研究中使用的 HCl 樣品包括：• 樣品 1：20% HCl（高純級）• 樣品 2：36% HCl（非高純級）• 樣品 3：20% HCl（用 DIW 將 34% 高純級稀釋至 20%）無需進(jìn)一步的樣品前處理，因?yàn)樗袠悠范贾苯右隝CP-MS/MS。如果常規(guī)分析未稀釋的 HCl，建議安裝大尺寸(18 mm) 內(nèi)插鉑采樣錐。安裝干泵選件，可以最大限度避免內(nèi)部 ICP-MS 組件的長期腐蝕。
使用標(biāo)準(zhǔn)加入法 (MSA) 進(jìn)行校準(zhǔn)和定量分析。將多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液 (SPEX CertiPrep, NJ, US) 加入每個 HCl 樣品類型中，配制加標(biāo)濃度為 10、20、30、40 ppt 的標(biāo)準(zhǔn)溶液。然后，MSA校準(zhǔn)在 ICP-MS MassHunter 數(shù)據(jù)分析表中自動轉(zhuǎn)換為外部校準(zhǔn)。這種轉(zhuǎn)換可用于定量分析同類型（HCl 濃度）的其他樣品，而無需在每個樣品中單獨(dú)進(jìn)行 MSA 加標(biāo)。所有溶液在臨分析前進(jìn)行配制。所有前處理和分析均在 10000 級潔凈室中進(jìn)行。
結(jié)果： DL 和 BEC使用在多種調(diào)諧模式下運(yùn)行的 8900 ICP-MS/MS 總共測量了50 種元素，包括所有 SEMI 規(guī)格分析物。每種模式的數(shù)據(jù)將自動合并到每個樣品的單個報告中。
