GB∕T 39145-2020 硅片表面金屬元素含量的測(cè)定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

ICS77.040GB/T39145—2020硅片表面金屬元素含量的測(cè)定電感耦合等離子體質(zhì)譜法國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)1GB/T39145—2020硅片表面金屬元素含量的測(cè)定電感耦合等離子體質(zhì)譜法素含量的測(cè)定，測(cè)定范圍為10?cm-2~1013cm-2。本標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)也適用于硅退火片、硅擴(kuò)散片等無(wú)圖形GB/T6624硅拋光片表面質(zhì)量目測(cè)檢驗(yàn)方法GB/T14264半導(dǎo)體材料術(shù)語(yǔ)GB/T17433冶金產(chǎn)品化學(xué)分析基礎(chǔ)術(shù)語(yǔ)GB/T25915.1—2010潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境第1部分：空氣潔凈度等級(jí)SEMIF63半導(dǎo)體加工用超純水指南(Guideforultrapurewaterusedinsemiconductorprocess-3.13.23.32GB/T39145—2020痕量金屬形成掃描溶液。3.4未引入被測(cè)元素(或引入空白試液),由非被測(cè)組分在被測(cè)元素譜線處產(chǎn)生的信號(hào)響應(yīng)值。采用直接酸滴分解法或氣相分解法，收集硅片表面的金屬元素到掃描溶液中。掃描溶液試料通過(guò)電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)進(jìn)樣系統(tǒng)由載氣帶入高頻等離子體源中，并在高溫和惰性氣氛中蒸后，在電場(chǎng)作用下聚焦成離子束并進(jìn)入四極桿離子分離系統(tǒng)。離子被提取出并按照其質(zhì)荷比分離后經(jīng)5.1檢測(cè)人員的潔凈檢測(cè)能力會(huì)影響樣品的測(cè)試結(jié)果，檢測(cè)人員應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的痕量分析培訓(xùn)并具備一5.2由于硅片表面金屬雜質(zhì)分布不均勻，測(cè)試樣品的選擇會(huì)影響硅片表面金屬雜質(zhì)元素含量的評(píng)價(jià)結(jié)5.3測(cè)試硅片前可按照GB/T6624目檢表面質(zhì)量、按照GB/T19921測(cè)試顆粒等，確認(rèn)硅片表面沒(méi)有5.7電感耦合等離子體質(zhì)譜儀存在記憶效應(yīng)，不應(yīng)測(cè)試表面金屬雜質(zhì)含量高的硅片，否則儀器會(huì)被污5.8待檢測(cè)金屬在提取液中的溶解性，以及硅片表面的顆粒污染物會(huì)影響提取效率；提取液在硅片表5.9鹽酸對(duì)單質(zhì)金屬污染的提取效率較高，但是鹽酸會(huì)產(chǎn)生譜線干擾，影響V(51)、Cr(52、53)、Fe5.12超純水和提取液中的微量雜質(zhì)、掃描溶液基體的效應(yīng)，均對(duì)校準(zhǔn)曲線有影響，建議制備第2套系設(shè)備的測(cè)試數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確可靠的，因此電感耦合等離子體質(zhì)譜儀應(yīng)定期參照J(rèn)F1159進(jìn)行校準(zhǔn)，并通過(guò)回收試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試可靠性的確認(rèn)，回收率應(yīng)控制在75%～125%。3GB/T39145—20206試劑和材料6.1超純水：電阻率大于18.0MQ規(guī)定。6.2硝酸：質(zhì)量分?jǐn)?shù)65.0%～68.0%,各待測(cè)金屬元素含量均小于10ng/L。6.3氫氟酸：質(zhì)量分?jǐn)?shù)30.0%～50.0%。用于配置提取液的氫氟酸中各待測(cè)金屬元素含量均小于10ng/L;用于VPD工藝的氫氟酸中各待測(cè)金屬元素含量可小于100ng/L。6.4過(guò)氧化氫：質(zhì)量分?jǐn)?shù)30.0%～35.0%,各待測(cè)金屬元素含量均小于10ng/L。同樣包含這部分元素。酸、超純水的混合液等，其中氫氟酸的體積分?jǐn)?shù)為1%～10%。7儀器設(shè)備7.1電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)。7.7自動(dòng)制樣機(jī)。8測(cè)試環(huán)境8.2相對(duì)濕度：45%±10%。a)測(cè)試區(qū)域：達(dá)到或優(yōu)于GB/T25915.1—2010中ISO5級(jí)的要求；b)制樣區(qū)域和試劑放置區(qū)域：達(dá)到或優(yōu)于GB/T25915.1—2010中ISO4級(jí)的要求。9掃描溶液的制備9.1直接酸滴分解法4GB/T39145—20209.1.1.2提取液在硅片表面中心區(qū)域形成直徑約5cm的液面區(qū)域后，用真空吸筆吸住硅片，進(jìn)行均勻采用自動(dòng)制樣機(jī)收集硅片表面的金屬元素獲得掃描溶液。9.2.1用非金屬鑷子或真空吸筆將待測(cè)硅片放置在VPD處理盒中，待測(cè)硅片暴露在氫氟酸蒸汽中直9.2.2手動(dòng)法制備掃描溶液同9.1.1。10.1.1按儀器操作說(shuō)明初步設(shè)定儀器工作條件，用調(diào)諧液調(diào)整儀器，在測(cè)試元素的離子計(jì)數(shù)的同時(shí)，10.1.3各待測(cè)元素質(zhì)量數(shù)的選擇參見(jiàn)表1。元素名稱(chēng)質(zhì)量數(shù)元素名稱(chēng)質(zhì)量數(shù)元素名稱(chēng)質(zhì)量數(shù)鈉鈣鈷鎂鉻鎳鋁錳銅鉀鐵鋅使用提取液進(jìn)行空白試驗(yàn)。10.4.1用潔凈的容量瓶與分析天平，配制不同質(zhì)量濃度的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。所配制的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度值應(yīng)盡量接近掃描溶液中待測(cè)元素的質(zhì)量濃度值。例如，掃描溶液中待測(cè)金屬元素質(zhì)量濃度預(yù)元素質(zhì)量濃度為10mg/L),用超純水定容至100mL,此系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中各元素的質(zhì)量濃度分別為5GB/T39145—202010.4.2在電感耦合等離子體質(zhì)譜儀上對(duì)系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中各待測(cè)元素質(zhì)量濃度進(jìn)行測(cè)試，以系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中各元素信號(hào)值為縱坐標(biāo)，各元素的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)做校準(zhǔn)曲線。校準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)系數(shù)應(yīng)優(yōu)于0.999。在電感耦合等離子體質(zhì)譜儀上，按表1推薦的質(zhì)量數(shù)，分別對(duì)空白試液(提取液)和分析試液(掃描溶液)進(jìn)行測(cè)試。儀器根據(jù)校準(zhǔn)曲線，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算并輸出空白試液和以空白試液為參比的分析試液中各待測(cè)元素的質(zhì)量濃度。11試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理11.1硅片表面各待測(cè)金屬元素的含量按式(1)計(jì)算：…………(1)N;——待測(cè)金屬元素的含量，單位為每平方厘米(cm-2);w——分析試液中待測(cè)金屬元素的質(zhì)量濃度，單位為克每毫升(g/mL);v---—分析試液的體積，單位為毫升(mL);M———待測(cè)金屬元素的摩爾質(zhì)量，單位為克每摩爾(g/mol);NA——阿伏伽德羅常數(shù)，單位為每摩爾(mol-1);S———硅片表面的測(cè)試面積，單位為平方厘米(cm2)。11.2硅片表面各待測(cè)金屬元素的檢出限按式(2)計(jì)算：…………DL;———檢出限，單位為每平方厘米(cm-2);k——相關(guān)系數(shù)，通常情況下k為3或3.29,也可為供需雙方協(xié)商的其他值；SD——測(cè)試空白試液10次以上，待測(cè)金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)偏差；12精密度采用2個(gè)廠家生產(chǎn)的直徑150mm的硅拋光片進(jìn)行了兩輪測(cè)試，共有五個(gè)實(shí)驗(yàn)室參與，每次每個(gè)實(shí)驗(yàn)室至少測(cè)試2片。每輪的測(cè)試樣品均為同一廠家生產(chǎn)的、由同一硅單晶經(jīng)相同加工流程、同時(shí)清洗、表面顆?；疽恢?、相同包裝規(guī)格的硅拋光片。分析各金屬元素檢出限在同一數(shù)量級(jí)(不大于0.50×101?cm-2)的三個(gè)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試數(shù)據(jù)，得出92%的硅拋光片表面重金屬元素(Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)含量低于檢出限，可測(cè)試出的重金屬元素含量為0.02×1010cm-2~0.59×1010cm-2,標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于0.30×1010cm-2;測(cè)試的輕金屬元素(Na、Mg、Al、K、Ca)含量為0.04×101?cm-2~1.22×1011cm-2,