使用ICP-MS分析高纯盐酸中的痕量金属杂质

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使用ICP-MS分析高纯盐酸中的痕量金属杂质

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https://www.chem17.com/tech_news/detail/3847764.html

盐酸（HCl）是半导体生产中常用的清洗剂，用于去除硅片表面的有机和金属残留物。为了确保清洗效果，需要对HCl中的痕量金属杂质进行精确分析。本文采用串联四极杆ICP-MS（ICP-MS/MS）技术，成功解决了Cl基质引起的多原子干扰问题，实现了对50种元素的直接检测，检测限可达个位数ppt级。

盐酸（HCl）是标准RCA清洗过程中的一种组分，用于去除半导体生产中使用的硅片表面的有机和金属残留与杂质。清洗步骤在氧化和化学气相沉积（CVD）等高温处理过程之前进行。RCA标准清洗2（SC-2）可去除晶圆表面的离子污染物。SC-2在SC-1之后进行，可去除有机残留物和颗粒。SC-2中含有HCl与过氧化氢（H2O2）以及去离子水（DIW）。鉴于清洗溶液与硅片表面直接接触，这些溶液需要是超高纯试剂。

HCl的半导体标准C27-0708C级方案规定每种元素的最大污染物浓度为100ppt（HCl37.0%–38.0%）[1]。工业级HCl的浓度通常为20%或35%，具体取决于生产方法。Cl基质导致若干多原子离子的形成，对一些关键元素造成显著的光谱干扰。例如，H237Cl+对39K+的干扰、35Cl16O+对51V+的干扰、35Cl16OH+对52Cr+的干扰、37Cl16O+对53Cr+的干扰、35Cl37Cl+对72Ge+的干扰、37Cl2+对74Ge+的干扰和40Ar35Cl+对75As+的干扰。由于这些多原子干扰的存在，使用传统单四极杆ICP-MS（ICPQMS）很难在所需浓度下测定相应元素。即使配备碰撞/反应池（CRC）或带通滤质器的ICP-QMS仪器也只能有限地减少Cl基质产生的光谱干扰。因此，一些使用ICP-QMS分析高纯HCl的方法推荐在样品前处理步骤中去除氯基质，但这样又会导致分析物的损失和/或样品污染。在本研究中，采用串联四极杆ICP-MS（ICP-MS/MS）分析HCl中的50种元素，使用MS/MS模式来解决多原子干扰问题。所有分析物（包括K、V、Cr、Ge、As等难分析的元素）都可直接在未稀释的HCl中测定，检测限可达到个位数ppt级。

仪器

本研究采用半导体配置的Agilent8900ICP-MS/MS。该仪器配备PFA-100雾化器、帕尔贴冷却石英雾化室、石英炬管、铂尖采样锥和截取锥以及s透镜。雾化器在自吸模式下操作，能够减小蠕动泵管线引起样品污染的可能性。在高级半导体应用中，关键要求是达到每种分析物的绝对低检测限（DL）。为实现这一目标，测量超痕量污染物的实验室可使用多重调谐方法，其中在测量各种溶液的过程中依次采用多个调谐步骤。该方法可优化调谐条件，使其在对每种分析物保持最高灵敏度的同时，能够除去不同类型的干扰物。在本研究中，针对大量被测分析物相应采用了多种反应池气体（H2、O2和NH3）。He在NH3反应气体模式中用作缓冲气体。调谐条件如表1所示，其他采集参数如表2所示。

样品和标本

本研究中使用的HCl样品包括：

样品1：20%HCl（高纯级）
样品2：36%HCl（非高纯级）
样品3：20%HCl（用DIW将34%高纯级稀释至20%）

无需进一步的样品前处理，因为所有样品都直接引入ICP-MS/MS。如果常规分析未稀释的HCl，建议安装大尺寸（18mm）内插铂采样锥。安装干泵选件，可以最大限度避免内部ICP-MS组件的长期腐蚀。

使用标准加入法（MSA）进行校准和定量分析。将多元素标准溶液（SPEXCertiPrep,NJ,US）加入每个HCl样品类型中，配制加标浓度为10、20、30、40ppt的标准溶液。然后，MSA校准在ICP-MSMassHunter数据分析表中自动转换为外部校准。这种转换可用于定量分析同类型（HCl浓度）的其他样品，而无需在每个样品中单独进行MSA加标。所有溶液在临分析前进行配制。所有前处理和分析均在10000级洁净室中进行。