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使用 ICP-MS/MS 分析高纯盐酸中的 痕量金属杂质
点击次数：2888 发布时间：2020/7/20 19:29:41
前言 ：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 C27-0708 C 级方案规定每种元素的最大污 染物浓度为 100 ppt (HCl 37.0%–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，H2 37Cl+ 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。
实验部分：仪器 本研究采用半导体配置的 Agilent 8900 ICP-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，能够最大程度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 种分析物的绝对最低检测限 (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 NH 3 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。
样品和标样： 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 (18 mm) 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 (SPEX CertiPrep, NJ, US) 加入每个 HCl 样品类型中，配 制加标浓度为 10、20、30、40 ppt 的标准溶液。然后，MSA 校准在 ICP-MS MassHunter 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。
结论 前文已介绍采用安捷伦 ICP-MS/MS 系统分析浓 HCl 中的痕 量金属杂质具有高性能[4]。现在，Agilent 8900 半导体配置 ICP-MS/MS 具有灵活的反应池气体支持、独特的 MS/MS 功 能和无与伦比的冷等离子体性能，进一步提高了高纯酸中各种 痕量金属污染物分析的检测限。8900 ICP-MS/MS 支持的高级 反应池方法允许测定氯化物基质中浓度比以往更低的 SEMI 元 素，包括可能有基质干扰的元素，如 K、V、Cr、Ge 和 As。
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