ICS31.030 L90 中华人民共和国国家标准 GB/T29056—2012 硅 外延用三氯氢硅化学分析方法 硼、铝、磷、钒、铬、锰、铁、钴、镍、 铜、钼、砷和锑量的测定 电感耦合等离子体质谱法 Trichlorosilaneforsiliconepitaxy—Determinationofboron,aluminium, phosphorus,vanadium,chrome,manganese,iron,cobalt,nickel, copper,arsenic,molybdenumandantimonycontent—Inductively coupledplasmamassspectrometricmethod 2012-12-31发布 2013-10-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)提出并归口。 本标准起草单位:南京中锗科技股份有限公司、南京大学现代分析中心、南京大学国家863计划新 材料MO源研究开发中心。 本标准主要起草人:郑华荣、刘新军、龚磊荣、张莉萍、黄和明、陈逸君、虞磊。 ⅠGB/T29056—2012 硅外延用三氯氢硅化学分析方法 硼、铝、磷、钒、铬、锰、铁、钴、镍、 铜、钼、砷和锑量的测定 电感耦合等离子体质谱法 警告———使用本标准的人员应有正规实验室工作的实践经验。本标准并未指出所有可能的安全问 题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施,并保证符合国家有关法规规定的条件。 1 范围 本标准规定了用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定硅外延用三氯氢硅(SiHCl3)中硼、铝、磷、 钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、钼、砷、锑等痕量元素含量的方法。 本标准适用于硅外延用三氯氢硅(SiHCl3)中硼、铝、磷、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、钼、砷、锑等含量 的测定。各元素测定范围见表1。 表1 元 素 测定范围(质量分数w)/% B 0.000000001~0.000002 Al 0.000000001~0.000002 P 0.000000001~0.0000002 V 0.0000000005~0.000002 Cr 0.000000001~0.000002 Mn 0.000000001~0.000002 Fe 0.000000001~0.000002 Co 0.0000000005~0.0000002 Ni 0.000000001~0.000002 Cu 0.000000001~0.000002 Mo 0.0000000005~0.0000002 As 0.000000001~0.000002 Sb 0.000000001~0.000002 2 方法提要 乙腈能与一些金属氯化物生成稳定络合物。于三氯氢硅中加入乙腈,在常温下,用氮气载带挥发分 离基体,残留的SiO2用氢氟酸溶解转化为SiF4挥发除去。再用1%HNO3溶解残渣,溶液用ICP-MS 测定。 1GB/T29056—2012 3 试剂 3.1 乙腈:分析纯,经石英蒸馏器于81.0℃蒸馏两次提纯,每升乙腈弃去最初馏分(50~60)mL和末 馏分(60~70)mL,取中间馏分保存于石英容器中。 3.2 氢氟酸:超纯试剂(Ultrapure,ρ=1.13g/mL)。 3.3 甘露醇:准确称取5g优级纯甘露醇溶于500g超纯水中配制成1%水溶液保存在聚乙烯瓶中。 3.4 超纯水:电阻率为18.2MΩ·cm。 3.5 硝酸:超纯试剂(Ultrapure,ρ=1.40g/mL)。 3.6 混合标准贮存溶液:含B、Al、P、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、As、Sb等元素,浓度为10μg/mL。 3.7 钇标准贮存溶液:10μg/mL。 3.8 钇标准溶液:10ng/mL。移取100μL钇标准贮存溶液(3.7)于100mL容量瓶中,加入2mL HNO3,用超纯水稀释至刻度。 3.9 氮气:纯度≥99.999%。 4 仪器及设备 电感耦合等离子体质谱仪。 5 分析步骤 5.1 安全措施 三氯氢硅遇明火强烈燃烧,受高热分解产生有毒的氯化物气体,与氧化剂发生反应,有燃烧危险,极 易挥发,在空气中发烟,遇水和水蒸气能产生热和有毒的腐蚀性烟雾。在三氯氢硅取样及样品处理过程 中,要禁止明火,禁止高热,禁止与空气及水等物质的接触。 5.2 试料 量取30mL试样。 5.3 测定数量 独立地进行三份试样的测定,取其平均值。 5.4 空白试验 随同试样做空白试验。 5.5 测定 于洁净干燥的铂金坩埚中加入1mL乙腈(3.1),量取30mL试样,并注入铂金坩埚中,将坩埚放入 石墨蒸发器中,通入氮气(3.9)(流量0.8L/min)形成流动的氮气环境,使三氯氢硅常温下缓慢地挥发 除尽,取下熏蒸器盖,在坩埚内加入0.1mL1%的甘露醇溶液和1mL氢氟酸(3.2),调温至110℃~ 120℃,直至SiO2完全溶解并蒸干,冷却取出坩埚,在每个坩埚内加入1mLHNO3(1∶99)充分摇动, 使残渣完全溶解,溶液待测。 按仪器工作条件,与标准溶液同时测定试液中各杂质元素的质量浓度,其中内标钇(Y)标准溶液 (3.8)通过三通管在线加入。 2GB/T29056—2012 5.6 工作曲线的绘制 分别移取0μL、20μL、50μL、100μL混合标准溶液(3.6)置于4个洁净的100mL的聚乙烯容量 瓶中,加入2mL的硝酸(3.5),用去离子水稀释至刻度,此标准系列中含B、Al、P、V、Cr、Mn、Fe、Co、 Ni、Cu、As、Mo、Sb浓度各为0ng/mL、2.0ng/mL、5.0ng/mL、10.0ng/mL。按要求设置仪器条件 (5.8),待仪器稳定后测定工作曲线。 5.7 ICP-MS测定条件 5.7.1 具体测量参数见附录A。 5.7.2 测定各元素含量时选取的同位素见表2。 表2 测定同位素 内标同位素 11B、27Al、47Ti(PO)、51V、52Cr、55Mn、56Fe、59Co、60Ni、65Cu、75As、95Mo、121Sb89Y 5.8 注意事项 5.8.1 制样室及仪器室均为洁净室,其洁净度(每立方米0.5μm的颗粒个数)至少需达千级标准。且 温度需保持恒定(25℃左右)。 5.8.2 铂金坩埚在每次使用前进行净化处理。具体方法:用10%MOS级盐酸溶液煮沸10min后用 去离子水洗净,重复两次,烘干后备用。 6 结果计算 6.1 按拟定条件进行ICP-MS测定,计算机自动测量,以待测元素的ICPS对其浓度c绘制工作曲线, 同时计算出空白及试料溶液中待测元素的含量。 6.2 按式(1)计算待测元素的质量分数: W(x%)=(m2-m1)·V1×10-9 ρ·V2×100%…………………………(1) 式中: W(x%)———分别为硼、铝、磷、矾、铬、锰、铁、钴、镍、铜、钼、砷、锑的质量分数,以质量百分数表 示(%); m1———工作曲线上查得空白试验的杂质元素的浓度,单位为纳克每毫升(ng/mL); m2———工作曲线上查得试料中杂质元素的浓度,单位为纳克每毫升(ng/mL); V1———测定溶液的体积,单位为毫升(mL); V2———量取试样的体积,单位为毫升(mL); ρ———三氯氢硅的密度,单位为克每毫升(g/mL)。 所有样品需进行三次平行试验,最终结果取平行样品测量结果的算术平均值。 7 精密度 7.1 重复性 在重复性条件下获得两次独立的测量结果,以下给出平均值范围内,这两个测量结果的绝对差值不 3GB/T29056—2012 超过重复性限(r),超过重复性限(r)的情况不超过5%,重复性限(r)按表3数据采用线性内插法求得。 表3 WB/% 0.000000001 0.00000001 0.0000001 0.000001 r/% 0.000000001 0.000000005 0.00000002 0.00000016 WAl/% 0.000000001 0.00000001 0.0000001 0.000001 r/% 0.0000000008 0.000000004 0.00000003 0.00000018 WP/% 0.000000001 0.00000001 0.0000001 0.000001 r/% 0.000000001 0.000000005 0.00000003 0.00000020 WV/% 0.0000000005 0.00000001 0.0000001 0.000001 r/% 0.0000000004 0.000000004 0.00000002 0.00000016 WCr/% 0.000000001 0.00000001 0.0000001 0.000001 r/% 0.0000000009 0.000000006 0.00000002 0.00000012 WMn/% 0.000000001 0.00000001 0.0000001 0.000001 r/% 0.0000000007 0.000000006 0.00000003 0.00000016 WFe/% 0.000000001 0.00000001 0.0000001 0.000001 r/% 0.0000000009 0.000000005 0.00000003 0.00000023 WCo/% 0.0000000005 0.00000001 0.0000001 0.00000