CN112229831A - 一种检测硅材料中硼含量的方法 - Google Patents
一种检测硅材料中硼含量的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112229831A CN112229831A CN202010917291.6A CN202010917291A CN112229831A CN 112229831 A CN112229831 A CN 112229831A CN 202010917291 A CN202010917291 A CN 202010917291A CN 112229831 A CN112229831 A CN 112229831A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solution
- silicon material
- nitric acid
- acid
- heating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 58
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 58
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 60
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 60
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 56
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims description 46
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 12
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 12
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 25
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 21
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 abstract description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 60
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 40
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 18
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 17
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- RILZRCJGXSFXNE-UHFFFAOYSA-N 2-[4-(trifluoromethoxy)phenyl]ethanol Chemical compound OCCC1=CC=C(OC(F)(F)F)C=C1 RILZRCJGXSFXNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N D-Mannitol Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N 0.000 description 7
- 229930195725 Mannitol Natural products 0.000 description 7
- 239000000594 mannitol Substances 0.000 description 7
- 235000010355 mannitol Nutrition 0.000 description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 5
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 4
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 238000000120 microwave digestion Methods 0.000 description 4
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 4
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 4
- 229910004014 SiF4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- 229910003638 H2SiF6 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000673 graphite furnace atomic absorption spectrometry Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000001095 inductively coupled plasma mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N silicon tetrafluoride Chemical compound F[Si](F)(F)F ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- ZEFWRWWINDLIIV-UHFFFAOYSA-N tetrafluorosilane;dihydrofluoride Chemical compound F.F.F[Si](F)(F)F ZEFWRWWINDLIIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XWROUVVQGRRRMF-UHFFFAOYSA-N F.O[N+]([O-])=O Chemical compound F.O[N+]([O-])=O XWROUVVQGRRRMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020261 KBF4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004074 SiF6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012496 blank sample Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- ZGUQQOOKFJPJRS-UHFFFAOYSA-N lead silicon Chemical compound [Si].[Pb] ZGUQQOOKFJPJRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 238000012421 spiking Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
- G01N21/73—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited using plasma burners or torches
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/40—Concentrating samples
- G01N1/4022—Concentrating samples by thermal techniques; Phase changes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/40—Concentrating samples
- G01N1/4055—Concentrating samples by solubility techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种检测硅材料中硼含量的方法，包括如下步骤：(1)向硅材料依次加入氢氟酸和硝酸对硅材料进行初步溶解；然后二次加入硝酸，使硅材料完全溶解；(2)对步骤(1)得到的溶液进行加热，控制溶液温度为90～100℃，溶液外的加热装置温度为150～230℃；(3)检测硼含量。本发明通过控制硝酸的加入方式，并通过控制加热方式，在溶液内外形成温度差，使得硼元素得以保留，同时加快了挥酸速度，而且本发明的方法不需要加入任何络合剂，降低了空白，提高检测准确度。
Description
技术领域
本发明属于硅材料杂质检测技术领域，尤其涉及一种检测硅材料中硼含量的方法。
背景技术
硅材料是产量最大、应用最广的半导体材料，广泛用于电子工业领域。硅材料的产量和用量标志着一个国家的电子工业水平，因此如何提高硅产品质量已成为了各生产企业关注的热点。掺杂是提高半导体电学特性的重要方法，也是硅基半导体加工领域的一种基本工艺。硼作为主要的p型掺杂剂，会影响到硅单晶的生长分布状态，硼的浓度直接影响到材料的电导率。硼掺杂量要适度，过少，效果不明显；过多，导电性太强不好控制。因此，简便、快速、准确测定硅材料中硼含量很为重要。
目前，用于硅材料中硼含量的测定方法很多，主要有分光光度法、石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等。这些方法都需要将硅样品进行消解，在进行消解时，一般会结合微波、超声波、水浴加热等方法辅助消解。超声波辅助消解虽然可使硅块快速消解，但并不适合消解硅粒、硅粉，因为硅粒、硅粉会溅射到消解罐壁；水浴加热消解会随着温度的升高，罐壁及罐盖附着溶液增多，清洗不干净容易造成溶液损失从而影响测定准确度，而温度低则辅助消解效果不明显；微波消解在消解结束后，消解罐的盖子会附着回流溶液，在开盖时容易造成溶液损失从而影响测定准确度。
现有技术一般采用氢氟酸和硝酸组合对硅材料进行消解，然后对消解液加热进行挥酸(去除硅)。在消解过程中，硅材料与氢氟酸、硝酸反应生成H2SiF6、SiF4、BF3等，部分BF3与水、氢氟酸继续反应生成硼酸和氟硼酸。一般地，由于反应初期生成的BF3容易挥发导致硼元素损失，现有技术一般采用加入络合剂的方法来对其中的硼元素进行固定，然而络合剂的加入一定程度上会导致后期检测过程中空白信号的增加，降低检测准确度。同时BF3与水及氢氟酸反应生成的氟硼酸沸点为130℃，也容易挥发，而为避免氟硼酸挥发，现有技术在挥酸过程的加热温度一般在80～100℃之间，在该温度下虽然可以避免硼元素损失，但是同时也导致挥酸速度缓慢。而为了提高加热温度，加快挥酸速度，现有技术通过加入碳酸钾，与氟硼酸反应，将氟硼酸转化为熔点为530℃的化合物KBF4，从而避免因加热温度的升高而导致硼氟酸挥发(同时硼酸与甘露醇等络合剂生成络合酸，络合酸再与氢氟酸反应生成硼酸，硼酸再转化为KBF4)，该方法虽然能够提高加热温度，加快挥酸速度，但是需要加入络合剂、碳酸钾等物质，操作复杂，而且络合剂的加入会增加操作步骤和前处理时间，而且一定程度上会导致后期检测过程中空白信号的增加，降低检测准确度。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种检测硅材料中硼含量的方法，该方法能够使得硼元素得以充分保留，同时加快了挥酸速度，而且本发明的方法不需要加入任何络合剂，降低了空白，提高检测准确度。
本发明采取的技术方案是：
一种检测硅材料中硼含量的方法，包括如下步骤：
(1)向硅材料依次加入氢氟酸和硝酸对硅材料进行初步溶解；然后二次加入硝酸进行溶解；
(2)对步骤(1)得到的溶液进行加热，控制溶液温度为90～100℃，溶液外的加热装置温度为150～230℃；
(3)检测硼含量。
在氢氟酸-硝酸体系中，硅以及硅材料中的杂质硼与氢氟酸、硝酸反应从而使硅材料消解，由固态变成液态。在反应初始阶段(加热前)，生成H2SiF6、SiF4、BF3等产物。本发明通过分两次加入硝酸来控制反应速度和程度，使反应生成的BF3与水及氢氟酸继续反应，生成沸点为300℃的硼酸(H3BO3)及沸点为130℃氟硼酸(HBF4)。接着对消解得到的溶液进行加热，控制溶液温度为90～100℃，溶液外的加热装置温度为150～230℃，由于溶液温度低于硼酸和氟硼酸的沸点，因此可以使硼酸和氟硼酸保留在溶液中，避免硼元素挥发损失；而对于其他反应产物而言，如H2SiF6、SiF4以及HF、NO等，在90～100℃的溶液温度下，这些反应产物从溶液中分离出去。
因此，相对于现有技术，本发明通过控制硝酸的加入方式，并通过控制加热方式，使得硼元素得以保留，同时加快了挥酸速度，而且本发明的方法不需要加入任何络合剂，降低了空白，提高检测准确度。
步骤(2)中，使步骤(1)得到的溶液在聚四氟乙烯消解罐中进行加热，加热温度为150～230℃。发明人发现，在加热温度(加热装置石墨炉的孔内温度)为150～230℃情况下，聚四氟乙烯消解罐内的溶液可以保持温度在90～100℃之间，从而使硼酸和氟硼酸得以保留在溶液中，同时使其他挥发性酸从溶液中快速挥发出去。
步骤(2)中，所述加热时间为38～82min。
步骤(2)中的加热温度为205～210℃，最优选210℃，加热时间最优选40min。由于聚四氟乙烯消解罐能承受的极限温度接近230℃，同时在此温度下受热膨胀明显，使消解罐难以从消解仪中拿出，容易导致溶液挥干，从而影响测定结果。因此，选择挥酸温度为210℃。
步骤(2)中，加热前溶液体积大于0.1mL，加热至溶液剩0.05～0.1mL停止加热。
步骤(1)中，在加入氢氟酸和硝酸前，使用水对硅材料进行润湿，且两次加入的硝酸质量浓度均为60％～80％，优选70％。现有技术一般首先使用低浓度硝酸，如采用质量分数为35％的硝酸来避免初始反应速率过快导致硼元素损失，但是发明人发现首先通过加水润湿，并采用60％～80％的硝酸对硅材料进行消解也并不会导致硼元素损失，同时还能够显著缩短消解时间。
步骤(1)中，所述氢氟酸质量浓度为40％～50％，优选49％。
步骤(1)中，所加入的水与硅材料的比例为7～9：1mL/g，优选8：1mL/g。
步骤(1)中，所述氢氟酸与水的体积比为6～7：5，优选7：5。
步骤(1)中，第一次加入的硝酸与水的体积比为1：10～11，优选1:10；第二次加入的硝酸与水的体积比为1～2：5，优选2：5。
步骤(1)的溶解时间为50～60min，优选60min。该溶解步骤在室温密闭条件下进行。
步骤(1)中，所述硅材料为块状、粒状或粉状，其中粉状硅材料的粒度为4～200目。
步骤(3)前还包括对步骤(2)所得溶液进行稀释的步骤，可采用稀硝酸对步骤(2)所得溶液进行稀释，所述稀硝酸质量浓度为1％～2％。
步骤(3)中，采用ICP-AES检测硼元素含量。在检测前，依次使用水和5％～10％硝酸清洗仪器。依次用水和5％～10％硝酸清洗仪器，可降低仪器的记忆效应，使得测试数据更为稳定。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的方法能够避免硼元素的损失，提高检测准确度，同时加快了挥酸速度。
(2)不需加入任何络合剂，简化了操作，降低了空白。
附图说明
图1为不同消解条件下的消解效果，其中(a)表示未添加辅助手段，(b)表示超声辅助消解，(c)表示水浴辅助消解，(d)表示微波辅助消解；
图2为不同甘露醇用量对硼含量检测结果的影响；
图3为不同KF用量对硼含量检测结果的影响；
图4为不同挥酸温度对硼含量检测结果的影响。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
首先，本发明通过对多种硅材料消解条件进行研究，筛选出最优的硅材料消解条件，具体见如下：
1)称取硅材料作为样品加入聚四氟乙烯消解罐中，所述硅样品为粉状，粒度在4～200目之间，称取质量为0.25g；
2)向上述样品中加入超纯水润湿，超纯水电阻率为18MΩ，体积为2.0mL，形成第一溶液试样；
3)向上述第一溶液试样中加入氢氟酸，缓慢滴入硝酸，用于溶解第一溶液试样，所述氢氟酸的浓度为49％，体积为2.8mL，所述滴入的硝酸的浓度为70％，体积为0.2mL；
4)待上述第一溶液试样反应稳定，再缓慢滴入硝酸，用于完全溶解第一溶液试样，所述滴入的硝酸的浓度为70％，体积为0.8mL；滴加完后密闭聚四氟乙烯消解罐；
5)待上述第一溶液试样溶解完全(40min左右)。
上述操作均在室温下进行。
另外，将步骤4)的室温密闭消解条件改成400W超声辅助消解、90℃水浴辅助消解或微波辅助消解(微波消解步骤为：以8min时间升温到130℃并保持3min，在以5min时间升温至180℃并保持10min，以2min时间升温到195℃并保持10min)，对比不同消解条件下的消解效果。
消解效果照片如图1所示。从图1可以看出，实施例1在室温密闭、未添加辅助手段下能够很好地消解硅材料，消解罐壁没有样品粘附，减少了干扰；而实施例2超声辅助消解会使硅粉溅射到消解罐壁，难以进行有效消解，实施例3水浴辅助消解也使得消解罐壁沾上少量硅粉，实施例4微波辅助消解也使罐壁沾上溶液，这些现象都将使硼元素发生损失。
实施例2
根据实施例1的结果，以下采用室温密闭消解的方法，以硼标准液为测试样品，验证本发明所提供的检测硅材料中硼含量的方法，具体如下：
1)向聚四氟乙烯消解罐中加入0.5mL梯度浓度的硼标准溶液(10μg/mL、100μg/mL、1000μg/mL)或者5mL 1000μg/mL硼标准溶液；
2)向上述样品中加入超纯水，超纯水电阻率为电阻率18MΩ，体积为2.0mL，形成第一溶液试样；
3)向上述第一溶液试样中加入氢氟酸，缓慢滴入硝酸，用于溶解第一溶液试样，所述氢氟酸的浓度为49％，体积为2.8mL，所述滴入的硝酸的浓度为70％，体积为0.2mL；
4)待上述第一溶液试样反应稳定，再缓慢滴入硝酸，用于完全溶解第一溶液试样，滴入的硝酸的浓度为70％，体积为0.8mL；滴加完后密闭聚四氟乙烯消解罐；
5)待上述第一溶液试样溶解完全(40min左右)，将所得溶液移到石墨炉消解仪上加热，加热温度为210℃；
6)待步骤5)溶液加热至剩下一滴，约0.1mL，停止加热(加热时间约40min)，用约3mL 2％硝酸稀释、冷却，形成第二试样溶液；
7)向上述步骤6)所得第二试样溶液加入2％硝酸定容(50mL容量瓶)，形成第三试样溶液；
8)先用超纯水清洗ICP-AES 2min，而后用10％硝酸清洗2min；
9)待ICP-AES冲洗完成，将步骤7)所得第三试样溶液用ICP-AES检测，即得到步骤1)所述试样中硼的含量。
其中，ICP-AES采用Optima8000DV型ICP-AES仪器，采用处于249.772nm处的谱线作为分析线，高频发生器的功率为1300W，载气为Ar，载气流量为15L/min，雾化气体流量为0.8L/min，测试延迟时间为30s，样品进样速度为1.5mL/min(清洗时为2.5mL/min)，积峰数为5。
ICP-AES测试结果见表1。
表1
根据表1的测试结果可以看出，采用本发明的检测方法，硼的回收率在96％以上，最高可达100.54％，说明本发明的检测方法使得硼元素得以充分保留，具有很高的检测准确度。而且，本发明的检测方法可以检测μg、mg级别硼含量，具有较宽的检测范围。
实施例3
本发明在硅材料消解过程中不加入任何络合剂，为验证不加入络合剂对硼含量检测的影响，以下通过在硅材料消解过程中加入不同浓度或不同种类的络合剂(甘露醇或KF)对硅材料进行消解，并检测硼含量，具体如下：
1)称取硅材料作为样品加入聚四氟乙烯消解罐中，所述硅样品为粉状，粒度为4～200目，称取质量为0.25g；
2)向上述样品中加入超纯水润湿，超纯水电阻率为电阻率18MΩ，体积为2.0mL，形成第一溶液试样；
3)向上述第一溶液试样中加入氢氟酸，缓慢滴入硝酸，用于溶解第一溶液试样，所述氢氟酸的浓度为49％，体积为2.8mL，所述滴入的硝酸的浓度为70％，体积为0.2mL；
4)待上述第一溶液试样反应稳定，再缓慢滴入硝酸，用于完全溶解第一溶液试样，所述滴入的硝酸的浓度为70％，体积为0.8mL；滴加完后密闭聚四氟乙烯消解罐；
5)待上述第一溶液试样溶解完全(40min左右)，将所得溶液移到石墨炉消解仪上加热，加热温度为220℃；
6)待步骤5)溶液加热至剩下一滴，约0.1mL，停止加热(加热时间约40min)，用约3mL 2％硝酸稀释、冷却，形成第二试样溶液；
7)向上述步骤6)所得第二试样溶液加入2％硝酸定容(50mL容量瓶)，形成第三试样溶液；
8)先用超纯水清洗ICP-AES 2min，而后用10％硝酸清洗2min；
9)待ICP-AES冲洗完成，将步骤7)所得第三试样溶液用ICP-AES检测，即得到步骤1)所述试样中硼的含量。
另外，将上述步骤2)中在加入超纯水后加入1.0mL梯度浓度的甘露醇溶液(5mg/mL、10mg/mL、15mg/mL、20mg/mL、25mg/mL、30mg/mL、35mg/mL、40mg/mL、45mg/mL、50mg/mL)，然后进行相同的后续操作，检测得到相应的硼含量；或者在上述步骤2)中在加入超纯水后加入1.0mL梯度浓度的KF溶液(0.5mg/mL、1.0mg/mL、5.0mg/mL、10mg/mL、15mg/mL)，然后进行相同的后续操作，检测得到相应的硼含量。
测试结果见图2、图3。
从图2和图3可以看出，在消解过程中加入甘露醇溶液，在ICP-AES检测过程中出现较大的空白信号，而没有加入甘露醇时，空白信号明显降低；而加入KF则使空白信号向下波动，也会影响检测结果(需要说明的是，图2甘露醇的空白实验和图3中KF的空白实验是分别进行的，由于实验批次不同，所得空白信号存在偏差)，本发明不加络合剂仅用硝酸氢氟酸即可有效络合硼，减少了操作步骤，降低了空白。
实施例4
一种检测硅材料中硼含量的方法，包括如下步骤：
1)称取硅材料作为样品加入聚四氟乙烯消解罐中，所述硅样品为粉状，粒度为4～200目，称取质量为0.25g；
2)向上述样品中加入超纯水润湿，超纯水电阻率为电阻率18MΩ，体积为2.0mL，形成第一溶液试样；
3)向上述第一溶液试样中加入氢氟酸，缓慢滴入硝酸，用于溶解第一溶液试样，所述氢氟酸的浓度为49％，体积为2.8mL，所述滴入的硝酸的浓度为70％，体积为0.2mL；
4)待上述第一溶液试样反应稳定，再缓慢滴入硝酸，用于完全溶解第一溶液试样，所述滴入的硝酸的浓度为70％，体积为0.8mL；滴加完后密闭聚四氟乙烯消解罐；
5)待上述第一溶液试样溶解完全(40min左右)，将所得溶液移到预热好的加热温度为150℃的石墨炉消解仪上加热；在加热过程中采用红外测温枪检测溶液的温度，溶液温度在90℃左右；
6)待步骤5)溶液加热至剩下一滴，约0.1mL，停止加热(加热时间为82min)，用约3mL2％硝酸稀释、冷却，形成第二试样溶液；
7)向上述步骤6)所得第二试样溶液加入2％硝酸定容，形成第三试样溶液；
8)先用超纯水清洗ICP-AES 2min，而后用10％硝酸清洗2min；
9)待ICP-AES冲洗完成，将步骤7)所得第三试样溶液用ICP-AES检测，即得到步骤1)所述试样中硼的含量。
另外，将步骤5)中的加热温度(挥酸温度)改为170℃(加热时间60min)、190℃(加热时间50min)、210℃(加热时间40min)或230℃(加热时间38min)(在加热过程中采用红外测温枪检测溶液的温度，溶液温度在90～100℃之间)，得到相应加热温度下的检测结果。检测结果如图4所示。
图4反映，在150～230℃的挥酸温度下的硼含量检测结果均具有很高的回收率，硼含量不会随着温度的升高而降低，说明本发明采用150～230℃的高挥酸温度并没有造成硼元素的损失。而且，随着温度的升高，可以明显减少挥酸时间，加快样品处理速度，缩短前处理样品的时间，具体地可将前处理样品时间缩短至1.5h以内。
实施例5
按照实施例4的方法(加热温度210℃，加热时间40min)，对不加硅材料、不加硼标准溶液的试剂空白进行ICP-AES测试，测试结果见表2。
表2空白样品中硼的测定结果
按照实施例4的方法(加热温度210℃，加热时间40min)，对A、B、C、D四种不同硅粉进行ICP-AES测试，并与加KF络合剂的方法(加入1mL5.0mg/mL的KF溶液)比较，测试结果见表3。
表3不同硅样品中硼的测定结果及加标回收率
根据表2和表3的测试结果可知，本发明的检测方法检出限为0.2ng/mL，加标回收率为96.23％～104.72％。
上述各实施例中溶剂或溶液的浓度若无特殊说明均为质量百分比浓度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种检测硅材料中硼含量的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)向硅材料依次加入氢氟酸和硝酸对硅材料进行初步溶解；然后二次加入硝酸进行溶解；
(2)对步骤(1)得到的溶液进行加热，控制溶液温度为90～100℃，溶液外的加热装置温度为150～230℃；
(3)检测硼含量。
2.根据权利要求1所述检测硅材料中硼含量的方法，其特征在于：步骤(2)中，使步骤(1)得到的溶液在聚四氟乙烯消解罐中进行加热，加热温度为150～230℃。
3.根据权利要求2所述检测硅材料中硼含量的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述加热时间为38～82min。
4.根据权利要求2所述检测硅材料中硼含量的方法，其特征在于：步骤(2)中的加热温度为205～210℃。
5.根据权利要求1～4任意一项所述检测硅材料中硼含量的方法，其特征在于：步骤(2)中，加热至溶液剩0.05～0.1mL停止加热。
6.根据权利要求1所述检测硅材料中硼含量的方法，其特征在于：步骤(1)中，在加入氢氟酸和硝酸前，使用水对硅材料进行润湿，且两次加入的硝酸质量浓度均为60％～80％。
7.根据权利要求6所述检测硅材料中硼含量的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述氢氟酸质量浓度为40％～50％。
8.根据权利要求6所述检测硅材料中硼含量的方法，其特征在于：步骤(1)中，所加入的水与硅材料的比例为7～9：1mL/g。
9.根据权利要求7所述检测硅材料中硼含量的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述氢氟酸与水的体积比为6～7：5。
10.根据权利要求6所述检测硅材料中硼含量的方法，其特征在于：步骤(1)中，第一次加入的硝酸与水的体积比为1：10～11；第二次加入的硝酸与水的体积比为1～2：5。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010917291.6A CN112229831A (zh) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | 一种检测硅材料中硼含量的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010917291.6A CN112229831A (zh) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | 一种检测硅材料中硼含量的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112229831A true CN112229831A (zh) | 2021-01-15 |
Family
ID=74115566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010917291.6A Pending CN112229831A (zh) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | 一种检测硅材料中硼含量的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112229831A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102393371A (zh) * | 2011-10-14 | 2012-03-28 | 安徽皖仪科技股份有限公司 | 一种石墨炉原子吸收光谱法测定工业硅中硼的样品处理方法 |
| CN103344471A (zh) * | 2013-07-09 | 2013-10-09 | 青岛隆盛晶硅科技有限公司 | 一种调整硝酸滴加浓度的多晶硅预处理方法 |
| CN104535557A (zh) * | 2014-11-25 | 2015-04-22 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 保护渣中硼的溶样方法及硼量的测定方法 |
| CN106645100A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-05-10 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种碳化硼中杂质元素的测定方法 |
-
2020
- 2020-09-03 CN CN202010917291.6A patent/CN112229831A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102393371A (zh) * | 2011-10-14 | 2012-03-28 | 安徽皖仪科技股份有限公司 | 一种石墨炉原子吸收光谱法测定工业硅中硼的样品处理方法 |
| CN103344471A (zh) * | 2013-07-09 | 2013-10-09 | 青岛隆盛晶硅科技有限公司 | 一种调整硝酸滴加浓度的多晶硅预处理方法 |
| CN104535557A (zh) * | 2014-11-25 | 2015-04-22 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 保护渣中硼的溶样方法及硼量的测定方法 |
| CN106645100A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-05-10 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种碳化硼中杂质元素的测定方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 潘文艳等: "电感耦合等离子体原子发射光谱法测定工业硅中痕量硼", 《冶金分析》, vol. 30, no. 06, 30 June 2010 (2010-06-30), pages 37 - 40 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5720297B2 (ja) | シリコンウェーハの金属汚染分析方法 | |
| JP3249557B2 (ja) | 粒状シリコン不純物濃度測定法並びに単結晶シリコン製造法 | |
| WO2011083719A1 (ja) | シリコンウェーハ表層部のエッチング方法およびエッチング装置、ならびにシリコンウェーハの金属汚染分析方法 | |
| Ewing et al. | Influence of vapor composition on the growth rate and morphology of gallium arsenide epitaxial films | |
| CN112229831A (zh) | 一种检测硅材料中硼含量的方法 | |
| CN107632011B (zh) | 一种高纯铋中杂质元素含量的测定方法 | |
| JP3778870B2 (ja) | 揮発性元素の濃縮方法 | |
| CN103760218B (zh) | 一种快速测量多晶硅中微量硼杂质的方法 | |
| CN109030465B (zh) | 一种锌锶合金中锶、铁、钡、镁、钙的含量的检测方法 | |
| JP2012069855A (ja) | シリコンウェーハ表層部のエッチング方法およびシリコンウェーハの金属汚染分析方法 | |
| TW201432795A (zh) | 形成及分析經摻雜矽之方法 | |
| JP3753805B2 (ja) | 半導体試料の分解装置および試料分解方法 | |
| JP2006184109A (ja) | ポリマー中の超微量金属分析方法 | |
| CN111398400A (zh) | 一种碱熔电感耦合等离子体质谱法测定Se、Te的方法 | |
| CN103645241A (zh) | 一种三氯氢硅中杂质砷的测定方法 | |
| CN110749559A (zh) | 一种铝及铝合金中低含量硅的快速检测方法 | |
| CN113899600A (zh) | 多晶硅表面金属检测样品制备方法及检测方法 | |
| CN108459014A (zh) | 一种硫代硫酸盐浸金溶液中金含量的测定方法 | |
| CN117491468A (zh) | 一种半导体超纯水中百ppq级超痕量金属钙含量的检测方法 | |
| CN117665084A (zh) | 一种集成电路超纯水中超痕量金属钾含量的检测方法 | |
| CN113624792A (zh) | 一种测定钨铁合金成分含量的测试方法 | |
| JP2001108583A (ja) | シリコンウェハの不純物濃度測定方法 | |
| CN116773638A (zh) | 一种直接进样检测丙二醇甲醚高纯溶剂中痕量钠铁铅含量的方法 | |
| CN117990830A (zh) | 一种电子级氢氟酸金属杂质的检测方法 | |
| JP2004526145A (ja) | 光学、電子工学または光電子工学のための基板内の元素の含有量決定方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210115 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |