由于地殼90%以上均由硅酸鹽礦物組成，因此硅成為地殼中含量第二豐富的元素，僅次于氧(按質量計約占28%)1。大約20%的硅礦物被精煉至冶金級純度，然后將少量進一步精煉至半導體級純度，通常是99.9999999%級或更高純度。20世紀末至21世紀初被稱為硅時代，因為工業硅對世界經濟產生了巨大的影響。在半導體電子工業中廣泛應用高純工業硅，這對于現代技術許多領域中晶體管和集成電路芯片的生產至關重要。
1 樣品和標準溶液制備
對不同來源的多晶硅和晶圓樣品進行分析。有些樣品以液體形式提供，另一些則以需要消解的固體形式提供。消解方法是用1:1的HF和HNO3 (Tamapure，半等級，日本東京)混合物進行溶解，然后用超純水稀釋至濃度為1000 ppm、1500 ppm和2000 ppm Si。酸混合物的最終濃度為2%~6%不等。
采用標準加入法(MSA)，依據樣品中的污染物濃度在0~1000 ppt的不同濃度下進行校準。加標物由10 ppm多元素校準標準品(PE純，珀金埃爾默公司，美國康涅狄格州謝爾頓) 制成。
2 儀器和儀器條件
ICP-MS是靈敏、準確的痕量元素分析技術，NexlON® 5000多重四極桿ICP-MS2將新穎的第二代三錐接口 (TCI) 與OmniRing技術3、專有等離子發生器、LumiCoil™射頻線圈、具有動態帶通調諧功能的通用池技術4以及多重四極桿技術整合在一起，增強了儀器的分析性能、靈敏度以及可靠性。在通用池中使用純反應氣體(NH3、O2、H2、NF3等)搭配動態帶通調諧和多重四極桿技術，可以非常有效地消除光譜干擾，同時積極防止反應池中形成新的干擾。分析Si基質樣品的操作參數如表1所示。
表1: NexION 5000 ICP-MS的儀器參數
3 干擾
在常規ICP-MS分析中，存在兩種類型的干擾：非光譜(物理和基質效應)和光譜 (同量異位素和多原子)5。在分析消解硅時，會遇到基質干擾和光譜干擾。由于樣品中總溶解固體(TDS)含量較高，與無基質匹配標準品相比，分析物信號可能會受到抑制，從而導致分析結果錯誤。校準標準品基質匹配或標準加入法(MSA)以及內標物是補償非光譜類型干擾的常用方法。
分析硅基質時，多種光譜干擾會影響結果的準確性。因此，需要一種與干擾管理相結合的適當方法。表2顯示了常見硅基干擾的示例。
表2：消解硅基質中可能存在的干擾
結果和討論
如引言所述，本應用文獻主要關注表2中所列的受硅物質干擾的元素。硼不受硅的干擾，但由于半導體制造商對其非常關注，將其納入分析中。在純硅基質中摻雜硼和元素周期表III族的一些其他元素，形成p型半導體材料同時添加P和V族的一些其他元素，得到n型材料。
采用標準加入法(MSA) 生成的多晶硅-2校準曲線如圖1所示。盡管它們是使用不同的模式(MS/MS和質量轉移)和反應氣體獲得的，但均表現出良好的線性。截距表示該特定樣品中污染物的水平。
圖1：采用MSA獲得的2000ppm Si (P為1500ppm Si)校準曲線示例
結論
NexION 5000多重四極桿ICP-MS性能穩定，適合對高濃度硅基質中ppt級的超痕量雜質進行常規定量分析，符合半導體和太陽能行業的要求。數據表明，通用池中的反應模式與多重四極操作相結合，可以有效地消除硅源干擾。該技術可以分析濃縮硅基質的污染物，為這些行業中的所有關鍵元素提供可靠、無干擾的結果。
參考文獻
1. Wikipedia, free online encyclopedia,
2. “NexON 5000 Multi-QuadrupolelCP-MS”PerkinElmerProduct Note, 2020.
3. Badiei H. et al., "Advantages of a Novel Interface Designfor NexlON 5000 ICP-MS" PerkinElmer Technical Note.2020.
4. Badiei H. et al., “Multimode Cells and Methods of UsingThem", United States Patent 8,426,804 B2, Apr.23, 2013.
5. Pruszkowski E., "Interferences in ICP-MS: Do we still haveto worry about them?”, PerkinElmer Technical Note, 2021.
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