電子級多晶硅是國家發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原材料,是純度最高的多晶硅材料。相對于太陽能級多晶硅99.9999%純度,電子級多晶硅的純度要求達(dá)到99.999999999%。電子級多晶硅其中的雜質(zhì)含量更是得以0.1ppb的數(shù)量級計(jì)。本文參照標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 37049-2018 電子級多晶硅中基體金屬雜質(zhì)含量的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》使用
實(shí)驗(yàn)電熱板HT-300消解、ICP-MS測定電子級多晶硅中鐵、鉻、鎳、銅、鋅、鈉的含量。
PS:本方法適用于基體金屬雜質(zhì)小于5ng/g范圍內(nèi)鐵、鉻、鎳、銅、鋅、鈉含量的測定。本方法對于鐵、鉻、鎳、銅、鋅、鈉六種元素的總檢出限至少應(yīng)小于0.4ng/g。
1.實(shí)驗(yàn)部分
1.1儀器和耗材 實(shí)驗(yàn)電熱板HT-300(玻璃陶瓷臺面耐腐蝕,
儀德科學(xué))
燒杯(50ml)
電子天平
ICP-MS
1.2試劑 純水:符合SEMIF63的規(guī)定。
硝酸:質(zhì)量分?jǐn)?shù)65.0%~68.0%,每種金屬雜質(zhì)含量均低于10ng/L。
氫氟酸:質(zhì)量分?jǐn)?shù)30.0%~50.0%,每種金屬雜質(zhì)含量均低于10ng/L。
硫酸:質(zhì)量分?jǐn)?shù)95.0%~98.0%,每種金屬雜質(zhì)含量均低于10ng/L。
標(biāo)準(zhǔn)貯存溶液:鐵、鉻、鎳、銅、鋅、鈉、釔、鈷濃度均為1g/L,采用國內(nèi)外可以量值溯源的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。
硫酸:用純水將上述硫酸稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.7%。
硝酸:硝酸、純水的體積比為3:97或其他適當(dāng)比例。
消解液:硝酸、氫氟酸的體積比為1:2或其他適當(dāng)比例。
1.3樣品制備 將電子級多晶硅樣品破碎成便于溶解的小塊,最大直徑約5mm~10mm,破碎過程中應(yīng)嚴(yán)格避免金屬沾污。將樣品在一定比例的硝酸、氫氟酸溶液中消解清洗,剝離全部表面層后再用純水洗凈。將樣品放置在燒杯中,置于實(shí)驗(yàn)電熱板HT-300上烘干至恒重。
1.4測試步驟 1.4.1在電子天平上準(zhǔn)確稱取0.5~1.0g試樣(精確至0.0001g);
1.4.2將樣品置于具有適當(dāng)容積的、潔凈的敞口容器中,加入適量的消解液,置于實(shí)驗(yàn)電熱板HT-300上加熱使試料溶解后,在160℃~170℃下將溶液蒸發(fā)至近干,必要時(shí)重復(fù)消解過程。室溫冷卻后,加入適量的硝酸定容(2mL~5mL,滿足儀器檢測即可),充分搖動(dòng)使殘?jiān)耆芙庵猎囈簽槌吻逋该鳎瑩u勻。
1.4.3進(jìn)行儀器分析,將樣品空白溶液、樣品溶液和標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液分別在ICP-MS上進(jìn)行分析,以釔和鈷標(biāo)準(zhǔn)工作溶液為內(nèi)標(biāo),用內(nèi)標(biāo)法校正。樣品中各待分析元素和內(nèi)標(biāo)元素質(zhì)量數(shù)的選擇見下表:
1.4.4分析結(jié)果的計(jì)算
各金屬雜質(zhì)的含量以其質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωx表示,按以下公式計(jì)算:
式中:
ωx——樣品中鐵、鉻、鎳、銅、鋅、鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù),單位為納克每克(ng/g);
ρ1——空白溶液中待測元素的質(zhì)量濃度,單位為納克每毫升(ng/mL);
ρ2——樣品溶液中待測元素的質(zhì)量濃度,單位為納克每毫升(ng/mL);
V——樣品溶液的體積,單位為毫升(mL);
m——試料的質(zhì)量,單位為克(g)。
2.結(jié)論
電子級硅材料的分析對設(shè)備、試驗(yàn)人員、原料、方法等方面要求高。實(shí)驗(yàn)中使用的加熱消解設(shè)備是格丹納實(shí)驗(yàn)電熱板HT-300,其臺面是玻璃陶瓷材質(zhì),耐酸堿之余還容易清潔,針對氫氟酸還配置保護(hù)膜,防止滴落腐蝕臺面。而且電熱板的面積無固定限制,可以根據(jù)自己日常處理樣品的多少而自由選擇。在處理的過程中還可以根據(jù)時(shí)機(jī),添加需要的試劑,避免了密閉容器不容易添加試劑的苦惱。在處理中由于可以方便的看出所處理樣品的狀態(tài)、消解程度以及剩余樣品量的多少。