测定乙硅烷中杂质元素的系统及方法与流程

1.本发明涉及气体中的元素检测技术领域，尤其涉及一种测定乙硅烷中杂质元素的系统及方法。


背景技术：

2.乙硅烷是半导体制造中气相沉积薄膜的重要前驱体，主要应用在3d nand工艺及20nm以上高端logic工艺的cvd制程，在半导体行业中杂质元素的控制对于产品是十分重要的。
3.对于气体中杂质元素的检测，现有技术专利cn112858555a公开了一种高纯乙硅烷的分析方法，高纯氦气作为载气，将第一定量管中的样品送入第一分离系统分离，通过控制阀门，排出第三类杂质和大部分乙硅烷，进一步分离第一类杂质和第二类杂质；同时，将第二定量管中的样品送入第二分离系统分离，通过控制阀门，进一步分离第三类杂质，而排出样品中的其它部分；检测步骤：将经过第一分离系统分离的样品送入第一分析系统，以及将经过第二分离系统分离的样品送入第二分析系统，并进行分析杂质含量。该专利通过分离系统分离出多类杂质再进行分析检测，主要是为了提纯，而现在的检测杂质的方法大多利用洗气瓶来吸收，此方法的局限性在于吸收效率较低，方法检出限高，重复性较差，定量较为困难，因此解决这一问题就显得十分必要了。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供一种测定乙硅烷中杂质元素的系统，包括有乙硅烷钢瓶和电感耦合等离子体质谱仪，所述电感耦合等离子体质谱仪的通过气体管路连接雾化装置，气体管路上连接着乙硅烷钢瓶、氩气钢瓶；雾化装置通过蠕动泵连接有吸收液储罐，吸收液储罐的吸收液通过蠕动泵抽入雾化装置内雾化；乙硅烷钢瓶、氩气钢瓶均通过气体质量流量控制器进入到雾化装置内雾化。
5.进一步改进在于，所述雾化装置包括有雾化器，雾化器连接有雾化室，雾化室连接有尾气处理装置一；蠕动泵连接雾化器；雾化室连接吸收液储罐。
6.进一步改进在于，所述乙硅烷钢瓶连接气体管路处设置有乙硅烷调节阀、乙硅烷质量流量控制器和阀v2；氩气钢瓶连接气体管路处设置有氩气调节阀、氩气质量流量控制器和阀v3。
7.进一步改进在于，所述气体管路连接雾化装置的一端设置有阀v1和数显压力表，气体管路连接电感耦合等离子体质谱仪的一端设置有阀v5和真空泵，真空泵连接气体管路处设置有阀v4；电感耦合等离子体质谱仪连接有尾气处理装置二。
8.进一步改进在于，所述吸收液储罐内设置有分析吸收液过滤器。
9.进一步改进在于，所述雾化器为同心雾化器；所述雾化室为旋流雾化室。
10.一种测定乙硅烷中杂质元素的方法，包括有以下步骤：步骤一，前置换：对气体管路内用氩气和真空泵进行多次补气和抽真空，气体管路
达到充分置换；步骤二，前吹扫：通氩气，通过雾化器吹扫雾化室的空气气氛；步骤三，空白测试：打开蠕动泵抽取吸收液以稳定流量进入雾化器，打开氩气质量流量控制器，氩气以固定流量进入雾化器，雾化吸收液，作为对照空白；步骤四，样品测试：打开蠕动泵抽取吸收液以稳定流量进入雾化器，打开乙硅烷质量流量控制器和氩气质量流量控制器，乙硅烷和氩气以固定流量混合进入雾化器，雾化吸收液，一定时间后完成杂质元素的吸收，作为样品；步骤五，后置换：开启真空泵和通氩气，通过多次补气和抽真空，气体管路达到充分置换。
11.步骤六，后吹扫：通氩气，通过雾化器吹扫雾化室的乙硅烷气氛。
12.步骤七，测试：通过电感耦合等离子体质谱仪测试吸收液中的待测元素含量。
13.进一步改进在于，所述步骤三具体为：设置蠕动泵泵速1.0ml/min，吸收液储罐内置吸收液a 50ml，吸收液a 为5%硝酸 2%乙醇水溶液，雾化30min后完成空白对照样a；之后更换吸收液储罐内置吸收液b 50ml，吸收液b 为5%硝酸 1%乙醇水溶液，雾化30min后完成空白对照样b。
14.进一步改进在于，所述步骤四具体为：吸收液储罐重新内置吸收液a 50ml，吸收液a 为5%硝酸 2%乙醇水溶液，打开阀v2，乙硅烷调节阀调至0.5mpa，设置氩气质量流量控制器为500sccm，设置乙硅烷质量流量计100sccm，30min后关闭乙硅烷调节阀，完成样品一吸收；吸收液储罐更换吸收液b 50ml，吸收液b 为5%硝酸 1%乙醇水溶液，雾化30min后关闭乙硅烷调节阀，完成样品二吸收。
15.进一步改进在于，所述样品一通过电感耦合等离子体质谱仪分析分析元素ag、as、au、ba、cd、cr、hf、mg、p、sb、ta、te、tl、zr；样品二通过电感耦合等离子体质谱仪分析分析元素b、be、co、cu、fe、mn、ni、ti、v、zn；电感耦合等离子体质谱仪分析吸收液，射频功率1500w，等离子气流量15l/min，载气流量0.8l/min，辅助气流速1.2l/min，采样流量1ml/min，提取透镜1电压-150v，提取透镜2电压-15v，omega偏转电压-60v，omega透镜电压1.0v，反应池气体氨气；计算如下式：式中：x——硅烷中杂质元素的含量，10-9
；c——电感耦合等离子体质谱仪检测吸收液中杂质元素的含量，10-9
；m——杂质元素的相对原子质量，g/mol。
16.本发明的有益效果：本发明通过利用雾化器循环雾化吸收液，与乙硅烷充分混合，吸收其中的杂质元素，进行icp-ms检测。该方法解决了传统方法吸收率低的问题，及部分元素无法检出的问题，基质干扰小，重复性好，定量方便，有效的改善了方法检出限。
17.本发明通过使用蠕动泵带动吸收液进入到雾化器中，蠕动泵可实现稳定的进液到雾化室内，氩气和乙硅烷通过气体质量流量控制器可稳定的进入到雾化内，这样实现对三者的雾化，实现杂质元素的吸收，吸收效率高，干扰小，再通过电感耦合等离子体质谱仪对雾化吸收液测试可以很好的测定杂质含量。
附图说明
18.图1是本发明的系统示意图。
19.其中：1-乙硅烷钢瓶，2-电感耦合等离子体质谱仪，3-气体管路，4-氩气钢瓶，5-蠕动泵，6-吸收液储罐，7-雾化器，8-雾化室，9-乙硅烷调节阀，10-乙硅烷质量流量控制器，11-氩气调节阀，12-氩气质量流量控制器，13-数显压力表，14-真空泵，15-尾气处理装置二，16-尾气处理装置一。
具体实施方式
20.为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步的详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
21.如图1所示，本实施例提供一种测定乙硅烷中杂质元素的系统，包括有乙硅烷钢瓶1和电感耦合等离子体质谱仪2，所述电感耦合等离子体质谱仪2的通过气体管路3连接雾化装置的雾化器7，雾化器7连接有雾化室8，雾化室8连接有尾气处理装置一17，蠕动泵5连接雾化器7，吸收液储罐6的吸收液通过蠕动泵5抽入雾化器7内雾化；雾化室8连接吸收液储罐6；气体管路3上连接着乙硅烷钢瓶1、氩气钢瓶4；乙硅烷钢瓶1、氩气钢瓶4均通过气体质量流量控制器进入到雾化装置内雾化。
22.所述乙硅烷钢瓶1连接气体管路3处设置有乙硅烷调节阀9、乙硅烷质量流量控制器10和阀v2；氩气钢瓶4连接气体管路3处设置有氩气调节阀11、氩气质量流量控制器12和阀v3。
23.所述气体管路3连接雾化装置的一端设置有阀v1和数显压力表13，气体管路3连接电感耦合等离子体质谱仪2的一端设置有阀v5和真空泵14，真空泵14连接气体管路3处设置有阀v4；电感耦合等离子体质谱仪2连接有尾气处理装置二15。
24.所述吸收液储罐6内设置有分析吸收液过滤器16。
25.电感耦合等离子体质谱仪2为电感耦合等离子体质谱仪agilent icpms-8900。
26.本实施例的测定乙硅烷中杂质元素的方法如下：首先关闭阀v1、v3、v4、v5，打开阀v2，打开乙硅烷质量流量控制器10、氩气质量流量控制器12至最大量程，打开乙硅烷调压阀9至最大；打开氩气钢瓶，设置氩气调压阀11至0.1mpa。
27.前置换：打开阀v4真空泵14抽真空5min后关闭，打开阀v3至0-0.1mpa后关闭，反复操作5次，完成置换，关闭阀v2和乙硅烷调压阀9；前吹扫：打开阀v1、v3，氩气调压阀11调至0.5mpa，设置氩气质量流量控制12为600sccm，吹扫雾化器7及雾化室8，时间为30min。
28.空白测试：设置蠕动泵泵速1.0ml/min，吸收液储罐内置吸收液a 50ml，吸收液a为5%硝酸 2%乙醇水溶液，雾化30min后完成空白对照样a；
更换吸收液储罐内置吸收液b 50ml，吸收液b为5%硝酸1% 乙醇水溶液，雾化30min后完成空白对照样b。
29.样品测试：吸收液储罐重新内置吸收液a 50ml，吸收液a为5%硝酸2% 乙醇水溶液，打开阀v2，乙硅烷调压阀调至0.5mpa，设置氩气质量流量控制器为500sccm，设置乙硅烷质量流量计100sccm，30min后，完成样品一吸收；吸收液储罐更换吸收液b 50ml，吸收液b为5%硝酸 1%乙醇水溶液，30min后关闭乙硅烷，完成样品二吸收。
30.关闭阀v1、v3、v4、v5，打开阀v2，打开v3至数显压力表13显示压力为0.1mpa后关闭，打开v5排空后关闭，反复操作5次。
31.后置换：打开阀v4抽真空5min后关闭，打开阀v3至0-0.1mpa关闭，反复操作5次，完成置换。
32.后吹扫：打开阀v1，设置氩气质量流量控制器12至600sccm，持续吹30min，完成雾化器7及雾化室8的吹扫。
33.测试：样品a通过电感耦合等离子体质谱仪分析分析元素ag、as、au、ba、cd、cr、hf、mg、p、sb、ta、te、tl、zr。
34.样品b通过电感耦合等离子体质谱仪分析分析元素b、be、co、cu、fe、mn、ni、ti、v、zn。
35.电感耦合等离子体质谱仪分析吸收液，射频功率1500w，等离子气流量15l/min，载气流量0.8l/min，辅助气流速1.2l/min，采样流量1ml/min，提取透镜1电压-150v，提取透镜2电压-15v，omega偏转电压-60v，omega透镜电压1.0v，反应池气体氨气。
36.计算式中：x——硅烷中杂质元素的含量，10-9
；c——电感耦合等离子体质谱仪检测吸收液中杂质元素的含量，10-9
；m——杂质元素的相对原子质量，g/mol。
37.该方法的检出限如下表： 。
38.通过使用蠕动泵5带动吸收液进入到雾化器7中，蠕动泵5可实现稳定的进液到雾化室8内，氩气和乙硅烷通过气体质量流量控制器可稳定的进入到雾化内，这样实现对三者
的雾化，实现杂质元素的吸收，吸收效率高，干扰小，再通过电感耦合等离子体质谱仪2对雾化吸收液测试可以很好的测定杂质含量；解决了传统方法吸收率低的问题，及部分元素无法检出的问题，基质干扰小，重复性好，定量方便，有效的改善了方法检出限。