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內(nèi)外皆精密 | 使用NexION 5000 ICP-MS直接分析29%半導(dǎo)體級(jí)NH?OH中的元素雜質(zhì)

來(lái)源:珀金埃爾默企業(yè)管理(上海)有限公司   2025年07月24日 18:49  
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典型半導(dǎo)體器件的整個(gè)制造過(guò)程中,會(huì)有100多個(gè)清洗步驟,以去除晶圓表面的污染物和顆粒物。清洗晶圓時(shí)會(huì)使用一個(gè)被稱為標(biāo)準(zhǔn)清洗1(SC-1)的清洗流程,SC-1使用的是由NH4OH、過(guò)氧化氫 (H2O2) 和超純水 (UPW) 按1:1:5的比例配制而成的混合溶液,用于輕微腐蝕晶圓,去除晶圓表面顆粒。


元素雜質(zhì)會(huì)影響晶圓加工良率,而NH4OH作為SC-1中一種必不可少的化學(xué)品,其中的痕量元素雜質(zhì)需要精確測(cè)定。NH4OH具有較高的蒸氣壓,會(huì)導(dǎo)致ICP-MS的等離子體不穩(wěn)定,因此采用ICP-MS直接分析未經(jīng)稀釋 (29%) 的NH4OH極具挑戰(zhàn)性。稀釋樣品又會(huì)提高儀器檢出限,還有增加某些元素污染的可能性,導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏高,因此ICP-MS能夠直接分析29% NH4OH對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)非常重要。NexION系列ICP-MS使用獨(dú)有的34MHz等離子體頻率,等離子體趨附效應(yīng)更強(qiáng),中心通道更寬,ICP-MS的基體耐受能力更強(qiáng)。NexION 5000能夠直接分析29%的NH4OH,不會(huì)出現(xiàn)由于NH4OH濃度高而導(dǎo)致儀器熄火的現(xiàn)象。



實(shí)驗(yàn)


在NH4OH的分析中,待測(cè)元素主要受到來(lái)自Ar的質(zhì)譜干擾,如40Ar+對(duì)40Ca+,40Ar16O+對(duì)56Fe+,38Ar1H+對(duì)39K+的干擾等。雖然Ca和Fe有其他同位素可供選擇,但樣品里上述兩種元素含量非常低,想要測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確,必須選擇靈敏度更高的同位素。另外,Pt也是客戶關(guān)注的元素之一,為了降低元素的背景,使用的是Pt采樣錐及截取錐,可能會(huì)導(dǎo)致Pt背景偏高。


使用標(biāo)準(zhǔn)加入法直接分析29% NH4OH(樣品來(lái)自國(guó)內(nèi)某供應(yīng)商),使用10ppm標(biāo)準(zhǔn)溶液(珀金埃爾默)配置合適的中間濃度。高濃高度的元素可能會(huì)在堿性條件下產(chǎn)生沉淀,測(cè)試29% NH4OH時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為5ppt、10ppt、20ppt。


NexION 5000是多重四極桿ICP-MS,采用的是四極桿通用池,標(biāo)配四個(gè)反應(yīng)氣路,能夠使用100% NH3、O2、H2等純反應(yīng)氣消除質(zhì)譜干擾。本次測(cè)試使用了:

標(biāo)準(zhǔn)模式

用于測(cè)試不受質(zhì)譜干擾的元素;

冷焰氨氣模式

用于測(cè)試堿金屬及過(guò)渡金屬元素;

熱焰氨氣模式

用于測(cè)試V、Zn等可能受到質(zhì)譜干擾的高電離能元素;

熱焰氧氣模式

用于測(cè)試As、Se等元素。

儀器配置如下表:


表1.儀器配置

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下圖展示了在29% NH4OH測(cè)試過(guò)程中受Ar原子質(zhì)譜干擾的K、Ca、Fe,以及受到鉑錐影響Pt的標(biāo)準(zhǔn)曲線,各元素的線性相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.999以上;其余待測(cè)元素的線性相關(guān)系數(shù)也在0.999以上,能夠保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度良好。    


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圖1.K、Ca、Fe、Pt標(biāo)準(zhǔn)曲線(點(diǎn)擊查看大圖)




結(jié)果


根據(jù)SEMI的指南對(duì)29% NH4OH樣品進(jìn)行了加標(biāo)回收率,SEMI要求所有元素的加標(biāo)回收率均需在75-125%之間。本次測(cè)試所有待測(cè)元素的加標(biāo)濃度為10ppt,滿足SEMI要求,所有元素加標(biāo)回收率均在90-110%之間,測(cè)試結(jié)果如下表:


表2.各元素檢出限、背景等效濃度及回收率

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(點(diǎn)擊查看大圖)

向下滑動(dòng)查看表2全部?jī)?nèi)容



為了驗(yàn)證儀器測(cè)試29% NH4OH的穩(wěn)定性,連續(xù)分析了加標(biāo)20ppt的29% NH4OH近5個(gè)小時(shí),結(jié)果顯示所有待測(cè)元素的RSD值均在5%以內(nèi),穩(wěn)定性能良好,所有元素的穩(wěn)定性圖如下。良好的穩(wěn)定性是基于優(yōu)異的硬件設(shè)計(jì),NexION 5000使用的:

獨(dú)特的34MHz等離子頻率為儀器提供了穩(wěn)定的等離子體;

獨(dú)有的三錐設(shè)計(jì)降低了離子發(fā)散,最大化的聚焦了離子束,為儀器良好的穩(wěn)定性提供了保障。


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圖2.各元素穩(wěn)定性(點(diǎn)擊查看大圖)


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NexION 5000能夠直接測(cè)試29% NH4OH,具有專利技術(shù)的四極桿通用池能夠徹底消除測(cè)試過(guò)程中遇到的質(zhì)譜干擾;在樣品品質(zhì)達(dá)到的情況下,所有待測(cè)元素的測(cè)試結(jié)果均在10ppt以內(nèi),滿足SEMI G5的等級(jí)。儀器優(yōu)異的硬件設(shè)計(jì)保證了測(cè)試過(guò)程優(yōu)異的穩(wěn)定性,保證測(cè)試可以準(zhǔn)確、高效的進(jìn)行。


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