电子级三氯氢硅中微量氯硅烷杂质检测应用

王春英，周晓咪，刘正启

(1.唐山三孚电子材料有限公司，河北 唐山 063000； 2.爱尔兰AGC仪器公司 北京代表处，北京 100076)

1 前 言

电子气体指半导体外延、离子注入、掺杂、腐蚀、清洗等过程中使用到的一些特种气体。电子级三氯氢硅主要用于制造硅酮化合物、电子级多晶硅、电子级单晶硅。三氯氢硅具有高腐蚀性、毒性，可与空气中的水等成分发生发应，在取样过程中极易被污染，其泄漏对环境造成污染、影响人体健康。三氯氢硅常温下为液体，所以将液态的三氯氢硅在密闭的管线中气化，其中管线需要伴热，防止已气化的三氯氢硅在输送到气相色谱仪进样口之前液化。通过线性分析，检测电子级三氯氢硅中痕量的氯硅烷杂质。

2 实验部分

2.1 实验仪器

AGC NovaCHROM 1000气相色谱仪，搭载氦放电离子化检测器(DID)，配备2根30 m的MXT大口径金属毛细管柱；六通进样阀，四通中心切割阀，可加热的阀箱；AGC双级载气纯化器，Trend Vision色谱工作站及配套软件。

2.2 实验器材

不锈钢高压针阀，一氯氢硅、二氯氢硅、三氯氢硅、四氯化硅的单组分标气(以氦气为平衡气)。

2.3 气路系统

六通阀为进样阀，四通阀为中心切割阀，气路图如图1所示。

2.4 仪器条件

色谱柱温度：75℃；DID检测器温度：100℃；载气(He≥99.999%)流量：10 mL/min；阀箱温度：60℃；进样量：50μL。

2.5 分析过程

样品管线在引入已气化的三氯氢硅样品之前，需经高纯氦气(经纯化器纯化)充分的吹扫，确认管线置换洁净之后，引入气化的三氯氢硅样品。

经六通阀(GSV)进样阀把定量环内的样品引入column 1，样品在此色谱柱内预分离，一氯氢硅和二氯氢硅经过column 1进入column 2，此时中心切割阀(HCV)处于ON的状态，即column 1和column 2串联，一氯氢硅和二氯氢硅在column 2中再次分离，并顺序进入检测器检测。

当二氯氢硅完全从column 1中流出，此时将四通阀(HCV)切换到OFF的状态，三氯氢硅此时从column 1流出并经过Heart Cut Vent出口放空并排到排空管线(吸收装置)。

当四氯化硅即将从column 1流出时，将四通阀(HCV)切换到ON的状态，此时少量的三氯氢硅和四氯化硅从column 1流入到column 2，经column 2再次分离并经检测器检测。

图1 气路图

2.6 标气

以He为平衡气的标气，标气浓度如表1。

表1 氦标气

2.7 实验过程

通过标准气建立标准曲线(单点校准，经过零点)，进行定性和定量，待重复性满足要求后，开始进行样品采集。将液相三氯氢硅样品通过分析管线气化，气化后的气体进入氦离子色谱进行检测。一氯氢硅、二氯氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的标气谱图如图2～图5。

图2 一氯氢硅的标气谱图

图3 二氯氢硅的标气谱图

图4 三氯氢硅的标气谱图

图5 四氯化硅的标气谱图

3 实验数据与结论

标气测试结果如表2。根据分析数据表格，计算仪器的重复性和检出限，各组分峰高的相对标准偏差(RSD)均<3%。由于一氯氢硅、二氯氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的稳定性较差，极易与水发生反应，对样品的气化、管道的吹扫以及管道伴热要求很高，

样品管道尽可能减少死体积，以保证样品中杂质的稳定。以3倍的仪器噪声为有效峰高，计算检出限，MCS、DCS、TCS、STC的检出限分别为80×10-9、85×10-9、116×10-9、157×10-9。

将电子级三氯氢硅样品(气态)按照100 mL/min流速引入色谱，进行测试，测试谱图如图6。由图可知，在该测试条件下，能够很好的进行微量的氯硅烷测试，测试结果准确可靠。

图6 三氯氢硅样品谱图

表2 分析数据

4 结 语

1.在线密闭取样系统不仅让分析变得安全，而且避免了空气(空气中的水)等对结果的影响，测试结果更准确。

2.该分析系统应用金属毛细管柱，毛细管内壁惰性更好，防腐性强，分析数据的重复性会更好。