硅外延用三氯氫硅中雜質(zhì)含量測(cè)定方法標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)報(bào)告：電感耦合等離子體質(zhì)譜法的應(yīng)用EnglishTitle:StandardizationReportonDeterminationofImpurityContentinTrichlorosilaneforSiliconEpitaxybyInductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry摘要隨著我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，硅外延用三氯氫硅作為半導(dǎo)體制造過(guò)程中的關(guān)鍵電子特種氣體原材料，其質(zhì)量控制和雜質(zhì)檢測(cè)顯得尤為重要。本報(bào)告基于當(dāng)前行業(yè)背景和技術(shù)需求，系統(tǒng)闡述了采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測(cè)定三氯氫硅中多種雜質(zhì)元素含量的標(biāo)準(zhǔn)化立項(xiàng)意義及技術(shù)內(nèi)容。研究背景表明，我國(guó)目前90%的高純?nèi)葰涔枰蕾囘M(jìn)口，且國(guó)內(nèi)外尚未建立相應(yīng)的雜質(zhì)分析標(biāo)準(zhǔn)方法，嚴(yán)重制約了行業(yè)自主發(fā)展。本標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)建立科學(xué)、準(zhǔn)確的檢測(cè)方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰、硼、鈉、鎂、鋁、鉀、鈣、磷、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、鉬、砷、鉛等21種關(guān)鍵雜質(zhì)元素的定量分析，檢測(cè)限達(dá)到亞ppb級(jí)別。該方法采用甘露醇絡(luò)合預(yù)處理技術(shù)，有效解決了硼元素測(cè)定穩(wěn)定性問(wèn)題，具有靈敏度高、準(zhǔn)確性好、多元素同時(shí)分析等優(yōu)勢(shì)。本標(biāo)準(zhǔn)的制定將填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外技術(shù)空白，為三氯氫硅產(chǎn)品質(zhì)量控制提供技術(shù)依據(jù)，對(duì)推動(dòng)半導(dǎo)體材料國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程、保障集成電路產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈安全具有重大意義。關(guān)鍵詞：三氯氫硅；硅外延；雜質(zhì)分析；電感耦合等離子體質(zhì)譜法；半導(dǎo)體材料；標(biāo)準(zhǔn)制定；質(zhì)量控制Keywords:Trichlorosilane;SiliconEpitaxy;ImpurityAnalysis;ICP-MS;SemiconductorMaterials;Standardization;QualityControl正文1立項(xiàng)背景與意義硅外延用三氯氫硅是半導(dǎo)體制造過(guò)程中不可或缺的關(guān)鍵電子特種氣體原材料，其純度直接影響外延硅片的質(zhì)量和半導(dǎo)體器件的性能。根據(jù)2016年國(guó)家商務(wù)部發(fā)布的《鼓勵(lì)進(jìn)口技術(shù)和產(chǎn)品目錄》（商務(wù)部公告2016年第45號(hào)），"半導(dǎo)體、光電子元件、新型電子元件等電子產(chǎn)品用材料制造"被列為國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的重點(diǎn)行業(yè)（行業(yè)序號(hào)C30），體現(xiàn)了國(guó)家層面對(duì)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)的高度重視。當(dāng)前我國(guó)集成電路行業(yè)保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，對(duì)硅外延用三氯氫硅的需求呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)。然而，由于三氯氫硅的生產(chǎn)和制造過(guò)程存在極高的技術(shù)要求，目前國(guó)內(nèi)90%的高純?nèi)葰涔璁a(chǎn)品依賴進(jìn)口，主要供應(yīng)商為日本信越化學(xué)等國(guó)際企業(yè)。這種高度依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀不僅增加了產(chǎn)業(yè)成本，更對(duì)我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)鏈安全構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。硅外延用三氯氫硅中微量雜質(zhì)元素，特別是硼、磷、鐵等電活性雜質(zhì)，會(huì)嚴(yán)重影響硅外延片的電學(xué)性能。金屬雜質(zhì)元素則會(huì)對(duì)硅片表面雜質(zhì)分布產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件性能偏離設(shè)計(jì)參數(shù)。因此，建立準(zhǔn)確、可靠的雜質(zhì)含量測(cè)定方法，對(duì)三氯氫硅產(chǎn)品質(zhì)量控制具有決定性意義。目前國(guó)內(nèi)外尚未建立專門的硅外延用三氯氫硅雜質(zhì)分析標(biāo)準(zhǔn)方法，這已成為制約行業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。為順應(yīng)市場(chǎng)需求，推動(dòng)產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，我公司在產(chǎn)品研發(fā)同時(shí)，自主開發(fā)建立了三氯氫硅雜質(zhì)含量的ICP-MS測(cè)定方法，為產(chǎn)品質(zhì)量控制提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。2范圍與主要技術(shù)內(nèi)容2.1標(biāo)準(zhǔn)范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定硅外延用三氯氫硅中21種雜質(zhì)元素含量的方法。具體檢測(cè)元素包括：鋰(Li)、硼(B)、鈉(Na)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鉀(K)、鈣(Ca)、磷(P)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、鉬(Mo)、砷(As)、鉛(Pb)。本標(biāo)準(zhǔn)適用于電子級(jí)三氯氫硅產(chǎn)品的質(zhì)量控制和檢驗(yàn)檢測(cè)。2.2技術(shù)原理與方法本方法采用先進(jìn)的電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，其工作原理如下：首先在三氯氫硅樣品中加入甘露醇，利用甘露醇與硼元素形成穩(wěn)定絡(luò)合物的特性，防止硼在預(yù)處理過(guò)程中的損失；隨后在加熱條件下去除大量基體，使目標(biāo)雜質(zhì)元素殘留于器皿中；再用硝酸溶液溶解殘留物，制備成適合ICP-MS分析的待測(cè)樣品溶液。制備的樣品溶液在載氣（通常為氬氣）作用下進(jìn)入高頻等離子體炬焰中，在6000-10000K的高溫環(huán)境下被充分蒸發(fā)、原子化和電離；產(chǎn)生的離子經(jīng)離子采集系統(tǒng)引入質(zhì)量分析器，根據(jù)離子的質(zhì)荷比（m/z）進(jìn)行分離；最后通過(guò)檢測(cè)器測(cè)定各元素特征離子的信號(hào)強(qiáng)度，采用外標(biāo)法或內(nèi)標(biāo)法計(jì)算雜質(zhì)元素的含量。2.3方法優(yōu)勢(shì)與創(chuàng)新性本方法具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：（1）檢測(cè)限低，可達(dá)ng/L級(jí)別，滿足高純材料分析要求；（2）多元素同時(shí)分析能力，顯著提高檢測(cè)效率；（3）動(dòng)態(tài)線性范圍寬，可達(dá)6-8個(gè)數(shù)量級(jí)；（4）采用甘露醇絡(luò)合技術(shù)，有效解決了硼元素測(cè)定的穩(wěn)定性問(wèn)題；（5）方法精密度高，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差一般小于10%。與傳統(tǒng)的原子吸收光譜法（AAS）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）相比，ICP-MS法在檢測(cè)限、多元素同時(shí)分析能力和分析效率方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，特別適合高純電子材料中超痕量雜質(zhì)的測(cè)定。介紹修訂的企事業(yè)單位或標(biāo)委會(huì)本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位——江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司，是全球領(lǐng)先的高純多晶硅生產(chǎn)企業(yè)，也是中國(guó)電子化工新材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長(zhǎng)單位。公司擁有國(guó)家認(rèn)定企業(yè)技術(shù)中心、博士后科研工作站等研發(fā)平臺(tái)，承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家"02專項(xiàng)"、"863計(jì)劃"等重大科研項(xiàng)目。在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，公司專注于電子級(jí)多晶硅、三氯氫硅等高端產(chǎn)品的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，已建成國(guó)內(nèi)首條電子級(jí)三氯氫硅生產(chǎn)線，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。公司檢測(cè)中心通過(guò)CNAS認(rèn)可，配備有多臺(tái)高分辨ICP-MS、GD-MS等先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備，為標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐和驗(yàn)證條件。公司積極參與標(biāo)準(zhǔn)化工作，主持或參與制定了多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)了多名標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)專家。本次標(biāo)準(zhǔn)的制定凝聚了公司多年來(lái)的技術(shù)積累和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，體現(xiàn)了企業(yè)在推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步方面的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。結(jié)論與展望本標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)建立電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定硅外延用三氯氫硅中雜質(zhì)含量的分析方法，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的技術(shù)空白，為三氯氫硅產(chǎn)品的質(zhì)量控制提供了可靠的技術(shù)手段。標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將有助于提升我國(guó)電子級(jí)三氯氫硅產(chǎn)品的質(zhì)量水平，推動(dòng)半導(dǎo)體材料的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，對(duì)保障集成電路產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈安全具有重要意義。隨著半導(dǎo)體技術(shù)不斷向更小線寬、更高集成度方向發(fā)展，對(duì)電子級(jí)化學(xué)品的純度要求將越來(lái)越高。未來(lái)，本標(biāo)準(zhǔn)還需要不斷完善和提升，進(jìn)一步降低方法檢測(cè)限、擴(kuò)大檢測(cè)元素范圍、提高分析效率。同時(shí)，需要加強(qiáng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)研究，推動(dòng)