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应用报告 动态反应池电感耦合等离子体质谱仪分析半导体级盐酸中杂质 Determination of Impurities in Semiconductor Grade Hydrochloric Acid by Inductively Coupled Plasma- Mass Spectrometry with Dynamic Reaction Cell 陈建敏，游维松 珀金埃尔默仪器 上海 有限公司北京办事处，北京100022 珀金埃尔默仪器 上海 有限公司地址 上海张江高科技园区李冰路 67 弄 4 号楼邮编 201203 电话 021 －38769510传真 021 －50791310E- mail ji － jun． yao perkinelmer． com 网址 http ∥www． perkinelmer． com． cn 盐酸广泛应用于半导体工业。目前， 半导体器件设计 的线宽更小， 因此更易受到低水平杂质的影响。在一些关 键工艺中， 为达到其所需性能和质量， 必须连续监测 HCl 中的杂质水平。半导体标准 SEMI C27 －0708 中规定了不 同等级 HCl 中含量为 10 －6 ～0． 1 mg/L 的各金属最高污染 限量。 电感耦合等离子体质谱 ICP －MS 具有快速、 同时测定 各类工艺中化学品的超痕量 ng/L 组分能力， 使其成为质 量控制的不可缺少的分析工具。需要指出的是， 在传统的等 离子体条件下， 氩离子与基质相结合将产生多原子干扰。常 见的 HCl 中观测到的 Cl 基体干扰， 有37Cl1H2对39K 的干 扰、 35Cl16O 对51V 的干扰、35Cl16O1H 对52Cr 的干扰、37Cl16O 对53Cr 的干扰、 37Cl16O16O 对69Ga 的干扰、40Ar35Cl 对75As 的 干扰。虽然冷等离子体已被证明可有效减少 Ar 的干扰， 但 它比热等离子体更容易受到基体抑制。此外， 由于冷等离子 体的等离子体能量更低， 使其更易形成在热等离子体中不存 在的多原子干扰。使用多极杆和低反应性气体的碰撞池， 有 利于减少多原子干扰。该技术通过使用能量歧视来消除副 产物; 但由于能量歧视大大降低了灵敏度， 使得分析 ng/L 水 平时发生问题， 而且其低质量数离子灵敏度损失更大。 动态反应池 DRCTM 技术使用四级杆， 通过调节四级 杆中的射频 RF 电压和直流 DC 电压产生质量带宽， 消 除副产物。这种设计的优点之一是具有动态质量带宽 DBT 的能力， 即可以使特定离子通过反应池， 而其他离子 被排除在反应池之外。由于动态反应池技术具备 DBT 能 力， 即使使用反应活性非常强的气体 例如 NH3和 O2 ， 不 需要的副产物离子不会在反应池中产生。本文的目的是证 明动态反应池具有这种能力， 通过一次分析， 在热等离子体 条件下， 动态反应池可以轻松地消除各类干扰， 从而实现对 半导体级 HCl 中超痕量杂质的分析。 1仪器和主要试剂 ELANDRCTMⅡ 电 感 耦 合 等 离 子 体 质 谱 仪 PerkinElmerSCIEXTM， 多伦多， 加拿大 。表 1 为仪器工作 参数和进样系统。 无需任何前处理或稀释， 直接对 20 体积分数， 下 同 的 HCl Tamapure － AA 100， TAMA Chemicals， 日本 进 行分析。标准系列由 10 mg/L 多元素混合标准溶液 美国 PerkinElmer 公司 配制。 表 1ELANDRCTMⅡ ICP － MS 仪器工作参数和进样系统 Table 1Instrumental parameters and sample introduction components for ELANDRCTMⅡ ICP- MS 工作参数数值进样系统规格 等离子体气流量16 L/min雾室石英 辅助气流量1．5 L/min矩管石英 高效 射频功率1600 W喷射管铂 积分时间1 s/质量数采样锥铂 截取锥铂 雾化器PFA －100 2实验结果 通过标准加入法， 对20的 HCl 进行定量分析， 结果见 表2。其中， 检出限 LD 为3 倍20的 HCl 信号标准偏差对 应的浓度; 背景等效浓度 BEC 是 20 的 HCl 信号对应的 浓度; 加标回收率由 20 的 HCl 中加标 25 ng/L 计算结果。 在20的 HCl 加入100 ng/L 标准， 测定 4 h 长期稳定性， 结 果见图1， ELANDRCTMⅡICP －MS 具有准确分析半导体行 业要求的 HCl 中所有杂质元素的能力， 结果可靠。 图 1在5的 TMAH 中加入200 ng/L 标准后4 h 长期稳定性 Fig．1Four hour long- term stability at 100 ng/L spike level in 20 HCl 标准模式和 DRC 模式设置在同一方法中， 每个样品全分析总的测量时间小 于 4 min。 Ⅰ ChaoXing 表 2在 20的 HCl 中加入 25 ng/L 标准获得的检出限、 背景等效浓度、 回收率和 4 h 长期稳定性 Table 2Detection limits and Background equivalent concentrations，spike recoveries at 25 ng/L level and 4 h long- term stability results at 100 ng/L level for all analytes in 20 HCl 待测 元素 荷质比 m/z 模式 等效背景浓度 BEC/ ngL－1 检测限 LD/ ngL－1 回收率 R/ 稳定性/ 待测 元素 荷质比 m/z 模式 等效背景浓度 BEC/ ngL－1 检测限 LD/ ngL－1 回收率 R/ 稳定性/ Li7Standard0．70．11022．2Cu63DRC5．32．21094．5 Be9Standard2．51．51033．2Zn66DRC10．11．71183．0 B11Standard6．34．11172．5Ga69DRC2．61．11022．6 Na23Standard0．70．41021．8Ge74Standard3．31．5913．5 Mg24Standard未检出0．51011．9Sr88Standard2．51．41092．2 Al27DRC2．01．21154．5AsO91DRC7．22．6893．2 K39DRC20．64．91094．3SeO96DRC6．12．6925．2 Ca40DRC2．51．01063．3Mo98Standard1．80．91032．0 Ti48DRC4．73．0976．6Ag107Standard0．60．41021．7 V51DRC未检出10．01125．9Cd111Standard1．81．31012．0 Cr52DRC3．62．81054．7Sn120Standard1．81．01121．4 Mn55DRC1．70．6982．5Sb121Standard1．50．31211．3 Fe56DRC13．22．1961．8Ba138Standard0．30．21061．6 Co59DRC1．10．31114．3Au197Standard1．20．91131．7 Ni60DRC5．30．81144．0Pb208DRC0．20．11093．8 3结语 ELANDRCTMⅡ ICP － MS 可用于 20 的盐酸中 ng/L 级的超痕量杂质日常分析。由于该仪器可以实现标准模式 与动态反应池模式的自动切换， 在热等离子体条件下仅用 简单一次分析即可实现对 20 的盐酸中各杂质元素的无 干扰分析 。 仪器信息网举办 “第二届网络原创作品大奖赛” 仪器信息网论坛 http ∥ bbs． instrument． com． cn 目前 已经成为行业内规模最大的在线交流平台， 每天都有数万 分析、 仪器行业的从业人员浏览论坛文章或参与讨论技术 问题。目前仪器论坛已经有近 90 万注册用户， 日均访问人 数近 50000， 日均发帖 2500 左右。 为促进分析人员的技术交流， 提高广大用户的仪器应用 水平， 2008 年仪器信息网成功了举办 “第一届网络原创作品 大奖赛” 活动。2009 年8 月1 日， 仪器信息网 “第二届网络原 创作品大奖赛” 拉开序幕， 本次活动将历时 6 个月 2009 年 8 月1 日2010 年2 月1 日 。活动开展4 个多月以来， 已经 收集参赛作品437 篇 截至2009 年12 月18 日 ， 内容涉及色 谱、 光谱、 质谱、 采购交流、 实验室建设、 自选 综合 类 6 大 专题。 本次活动征文主要范围有 分析实验的操作过程、 分析 方法的开发及应用、 仪器的操作过程与维护、 仪器采购过 程、 仪器维修、 仪器的故障解决、 仪器拆机及仪器的构造、 实验室的仪器配置、 实验室管理、 实验室环境、 实验室布局 等。将文章发表在仪器论坛上即可参与本次活动。参赛 文章要求如下。 1 文章必须是作者独家发布在仪器论坛上的原创作品; 2 文章字数不得少于 500 字， 最好图文并茂; 3 文章发表时间在此次活动的时间范围内。 活动期内， 每个专题每月各评奖一次， 活动结束后进行 总评选。同时， 主办方为本次大赛准备了总价值超过30000 元的奖品。 “网络原创作品大奖赛” 将作为仪器信息网一项长期 举办的活动， 欢迎各相关单位赞助合作。 活动地址 www． instrument． com． cn/bbs/2009yc 活动时间 2009 年 8 月 1 日2010 年 2 月 1 日 活动咨询热线 010 －51299927 转 116 仪器信息网供稿 Ⅱ ChaoXing
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