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使用ICP-MS分析高純鹽酸中的痕量金屬雜質
閱讀：240 發布時間：2024-10-28前言鹽酸 (HCl) 是標準 RCA 清洗過程中的一種組分，用于去除半導體生產中使用的硅片表面的有機和金屬殘留與雜質。清洗步驟在氧化和化學氣相沉積 (CVD) 等高溫處理過程之前進行。RCA 標準清洗 2 (SC-2) 可去除晶圓表面的離子污染物。SC-2 在 SC-1之后進行，可去除有機殘留物和顆粒。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 的半導體標準 C27-0708 C 級方案規定每種元素的最大污染物濃度為 100 ppt (HCl 37.0%–38.0%)[1]。工業級 HCl 的濃度通常為 20% 或 35%，具體取決于生產方法。Cl 基質導致若干多原子離子的形成，對一些關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，使用傳統單四極桿 ICP-MS (ICPQMS) 很難在所需濃度下測定相應元素。即使配備碰撞/反應池 (CRC) 或帶通濾質器的 ICP-QMS 儀器也只能有限地減少Cl 基質產生的光譜干擾。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，但這樣又會導致分析物的損失和/或樣品污染。在本研究中，采用串聯四極桿 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，檢測限可達到個位數 ppt 級。
實驗部分儀器本研究采用半導體配置的 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。在高級半導體應用中，關鍵要求是達到每種分析物的絕對低檢測限 (DL)。為實現這一目標，測量超痕量污染物的實驗室可使用多重調諧方法，其中在測量各種溶液的過程中依次采用多個調諧步驟。該方法可優化調諧條件，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采用了多種反應池氣體（H2、O2 和 NH3）。He 在 NH 3 反應氣體模式中用作緩沖氣體。調諧條件如表 1 所示，其他采集參數如表 2所示。
樣品和標樣本研究中使用的 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%）無需進一步的樣品前處理，因為所有樣品都直接引入ICP-MS/MS。如果常規分析未稀釋的 HCl，建議安裝大尺寸(18 mm) 內插鉑采樣錐。安裝干泵選件，可以最大限度避免內部 ICP-MS 組件的長期腐蝕。
使用標準加入法 (MSA) 進行校準和定量分析。將多元素標準溶液 (SPEX CertiPrep, NJ, US) 加入每個 HCl 樣品類型中，配制加標濃度為 10、20、30、40 ppt 的標準溶液。然后，MSA校準在 ICP-MS MassHunter 數據分析表中自動轉換為外部校準。這種轉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進行 MSA 加標。所有溶液在臨分析前進行配制。所有前處理和分析均在 10000 級潔凈室中進行。
結果： DL 和 BEC使用在多種調諧模式下運行的 8900 ICP-MS/MS 總共測量了50 種元素，包括所有 SEMI 規格分析物。每種模式的數據將自動合并到每個樣品的單個報告中。