電子級三氯氫硅中微量氯硅烷雜質檢測應用

王春英，周曉咪，劉正啟

(1.唐山三孚電子材料有限公司，河北 唐山 063000； 2.愛爾蘭AGC儀器公司 北京代表處，北京 100076)

1 前 言

電子氣體指半導體外延、離子注入、摻雜、腐蝕、清洗等過程中使用到的一些特種氣體。電子級三氯氫硅主要用于制造硅酮化合物、電子級多晶硅、電子級單晶硅。三氯氫硅具有高腐蝕性、毒性，可與空氣中的水等成分發(fā)生發(fā)應，在取樣過程中極易被污染，其泄漏對環(huán)境造成污染、影響人體健康。三氯氫硅常溫下為液體，所以將液態(tài)的三氯氫硅在密閉的管線中氣化，其中管線需要伴熱，防止已氣化的三氯氫硅在輸送到氣相色譜儀進樣口之前液化。通過線性分析，檢測電子級三氯氫硅中痕量的氯硅烷雜質。

2 實驗部分

2.1 實驗儀器

AGC NovaCHROM 1000氣相色譜儀，搭載氦放電離子化檢測器(DID)，配備2根30 m的MXT大口徑金屬毛細管柱；六通進樣閥，四通中心切割閥，可加熱的閥箱；AGC雙級載氣純化器，Trend Vision色譜工作站及配套軟件。

2.2 實驗器材

不銹鋼高壓針閥，一氯氫硅、二氯氫硅、三氯氫硅、四氯化硅的單組分標氣(以氦氣為平衡氣)。

2.3 氣路系統(tǒng)

六通閥為進樣閥，四通閥為中心切割閥，氣路圖如圖1所示。

2.4 儀器條件

色譜柱溫度：75℃；DID檢測器溫度：100℃；載氣(He≥99.999%)流量：10 mL/min；閥箱溫度：60℃；進樣量：50μL。

2.5 分析過程

樣品管線在引入已氣化的三氯氫硅樣品之前，需經高純氦氣(經純化器純化)充分的吹掃，確認管線置換潔凈之后，引入氣化的三氯氫硅樣品。

經六通閥(GSV)進樣閥把定量環(huán)內的樣品引入column 1，樣品在此色譜柱內預分離，一氯氫硅和二氯氫硅經過column 1進入column 2，此時中心切割閥(HCV)處于ON的狀態(tài)，即column 1和column 2串聯(lián)，一氯氫硅和二氯氫硅在column 2中再次分離，并順序進入檢測器檢測。

當二氯氫硅完全從column 1中流出，此時將四通閥(HCV)切換到OFF的狀態(tài)，三氯氫硅此時從column 1流出并經過Heart Cut Vent出口放空并排到排空管線(吸收裝置)。

當四氯化硅即將從column 1流出時，將四通閥(HCV)切換到ON的狀態(tài)，此時少量的三氯氫硅和四氯化硅從column 1流入到column 2，經column 2再次分離并經檢測器檢測。

圖1 氣路圖

2.6 標氣

以He為平衡氣的標氣，標氣濃度如表1。

表1 氦標氣

2.7 實驗過程

通過標準氣建立標準曲線(單點校準，經過零點)，進行定性和定量，待重復性滿足要求后，開始進行樣品采集。將液相三氯氫硅樣品通過分析管線氣化，氣化后的氣體進入氦離子色譜進行檢測。一氯氫硅、二氯氫硅、三氯氫硅和四氯化硅的標氣譜圖如圖2～圖5。

圖2 一氯氫硅的標氣譜圖

圖3 二氯氫硅的標氣譜圖

圖4 三氯氫硅的標氣譜圖

圖5 四氯化硅的標氣譜圖

3 實驗數(shù)據(jù)與結論

標氣測試結果如表2。根據(jù)分析數(shù)據(jù)表格，計算儀器的重復性和檢出限，各組分峰高的相對標準偏差(RSD)均<3%。由于一氯氫硅、二氯氫硅、三氯氫硅和四氯化硅的穩(wěn)定性較差，極易與水發(fā)生反應，對樣品的氣化、管道的吹掃以及管道伴熱要求很高，

樣品管道盡可能減少死體積，以保證樣品中雜質的穩(wěn)定。以3倍的儀器噪聲為有效峰高，計算檢出限，MCS、DCS、TCS、STC的檢出限分別為80×10-9、85×10-9、116×10-9、157×10-9。

將電子級三氯氫硅樣品(氣態(tài))按照100 mL/min流速引入色譜，進行測試，測試譜圖如圖6。由圖可知，在該測試條件下，能夠很好的進行微量的氯硅烷測試，測試結果準確可靠。

圖6 三氯氫硅樣品譜圖

表2 分析數(shù)據(jù)

4 結 語

1.在線密閉取樣系統(tǒng)不僅讓分析變得安全，而且避免了空氣(空氣中的水)等對結果的影響，測試結果更準確。

2.該分析系統(tǒng)應用金屬毛細管柱，毛細管內壁惰性更好，防腐性強，分析數(shù)據(jù)的重復性會更好。