專利名稱：一種檢測(cè)三氯氫硅純度的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)三氯氫硅純度的簡(jiǎn)易方法及裝置，該方法和裝置可用于半導(dǎo)
體廠對(duì)來(lái)料質(zhì)量監(jiān)控。
背景技術(shù)：
硅片外延工藝中需要使用三氯氫硅(TCS)、二氯氫硅(DCS)等硅化合物作為硅源， 在高溫反應(yīng)時(shí)分解的硅原子在硅片形成硅層。這些DCS、TCS的金屬雜質(zhì)不僅影響外延片的 質(zhì)量，而且還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的沾污。硅源中的金屬在外延生長(zhǎng)中進(jìn)入硅外延層，有的金屬雜質(zhì) 在外延層中聚集形成缺陷核心影響外延層質(zhì)量，有的金屬原子在外延層中形成雜質(zhì)能級(jí)影 響器件性能。帶有金屬雜質(zhì)的TCS(或DCS)不僅導(dǎo)致外延片的報(bào)廢，而且會(huì)沾污外延爐腔 和氣體管路，使得花費(fèi)時(shí)間來(lái)清潔爐腔和氣體管路。 對(duì)TCS、 DCS做成分分析是有效避免金屬沾污的有效方法。由于TCS(或DCS)在 空氣中遇水分解，而且產(chǎn)生大量酸霧，所以直接取樣進(jìn)行測(cè)量非常困難，而且有一定的危險(xiǎn) 性。在TCS(DCS)純度的測(cè)試需要專門的取樣方法和專用的設(shè)備。但是在一般的半導(dǎo)體廠 內(nèi)，單獨(dú)購(gòu)買專用設(shè)備勢(shì)必增加成本，一般的外延廠通過(guò)加強(qiáng)對(duì)供應(yīng)商的審核和生長(zhǎng)本征 外延層來(lái)控制TCS(或DCS)的質(zhì)量。但是生長(zhǎng)本征外延一般不會(huì)用作來(lái)料檢查，只有在外 延片質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題后，排除各種可能的影響因素時(shí)實(shí)施，同時(shí)使用不合格的TCS生長(zhǎng)本征 外延時(shí)也會(huì)導(dǎo)致外延爐的沾污。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種檢測(cè)三氯氫硅純度的簡(jiǎn)易方法及裝置，本方法具有快速、 安全、簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
這種檢測(cè)三氯氫硅純度的方法，它包括以下幾個(gè)步驟 (1)、將TCS儲(chǔ)液罐中的TCS通過(guò)壓力差壓入緩沖罐，再?gòu)木彌_罐通過(guò)壓力差壓入 反應(yīng)罐； (2) 、TCS在反應(yīng)罐中與預(yù)先加入的水反應(yīng)，使TCS與水反應(yīng)生成硅化物和鹽酸，同 時(shí)TCS含有的金屬雜質(zhì)與氯離子反應(yīng)生成金屬氯化物； (3)、提取反應(yīng)罐內(nèi)的生成物后，用設(shè)備電感耦合等離子質(zhì)譜進(jìn)行分析，得到氯和
金屬的量，由氯換算成TCS的量，并計(jì)算出三氯氫硅的純度。 用于權(quán)利要求1檢測(cè)三氯氫硅純度的裝置，它包括以下幾個(gè)部分 TCS液灌、緩沖罐、反應(yīng)罐以及密封罐，它們按順序以管道、閥門串接。 所述的緩沖罐，它包括以下幾個(gè)部分通入緩沖罐的管道共三條，一條管道串接一
閥門后和TCS液灌的液相接口，一條管道串接一閥門后和反應(yīng)罐連接，另外的一條管路和
文丘里的抽氣口連接，同時(shí)串接三個(gè)閥門和兩個(gè)三通，其中一個(gè)三通通過(guò)管路和TCS液灌
氣相接口連接，另 一和三通通過(guò)管道和閥門和密封罐連接。
所述的反應(yīng)罐，它包括以下幾個(gè)部分通入反應(yīng)罐的管道共兩條，一條管道串接一 閥門后和緩沖罐連接，另一條管路串接一閥門后和密封罐連接，反應(yīng)罐外側(cè)為冰浴裝置以 保持反應(yīng)罐恒溫，反應(yīng)罐至于磁力攪拌器上。
所述的密封罐，它包括以下幾個(gè)部分通入密封罐的管道共兩條，一條管道串接一
閥門后和反應(yīng)罐連接，另一條管路串接一閥門后通過(guò)三通和緩沖罐連接。
所述的緩沖罐的底部有一作為收集TCS的凹坑。 由于TCS本身很不穩(wěn)定，且容易在空氣中分解，因此本專利首先通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)換裝 置將TCS和水反應(yīng)生 2SiHCl3+3H20-(HSi0)20+6HCl，在生成的反應(yīng)物中，HCL間接代表了 TCS的含量(之 間的比例為3 : 1)，而TCS中的金屬物質(zhì)會(huì)和HCL反應(yīng)生成氯化物。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是達(dá)到快速檢驗(yàn)，裝置取樣簡(jiǎn)單，同時(shí)利用半導(dǎo)體廠現(xiàn)有的金屬檢 驗(yàn)設(shè)備如ICP-MS(電感耦合等離子質(zhì)譜)，避免了因劣質(zhì)三氯氫硅污染設(shè)備而造成經(jīng)濟(jì)損 失。本發(fā)明的特點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要專門購(gòu)入特殊設(shè)備，需要的材料在市場(chǎng)上很容易購(gòu) 買，而且連接簡(jiǎn)單。而測(cè)試用的ICP-MS(電感耦合等離子質(zhì)譜)是半導(dǎo)體廠家檢測(cè)金屬通 用的設(shè)備，通過(guò)本裝置的使用，使得該設(shè)備的利用率大大增加。


圖1 :本裝置連接結(jié)構(gòu)示意圖 圖1中，PG4為調(diào)節(jié)閥，VG為文丘里，V1-V14為閥門，還有磁力攪拌器及磁力轉(zhuǎn)子。
具體實(shí)施例方式
為了安全地從TCS液灌中提取TCS液體，本專利設(shè)計(jì)的專門的裝置，具體的結(jié)構(gòu)如 圖.1。虛線框內(nèi)的圖標(biāo)為本專利設(shè)計(jì)的裝置。本專利設(shè)計(jì)的的裝置包括緩沖灌、反應(yīng)罐、密 封罐，文氏管、磁力攪拌器、調(diào)壓閥、以及各個(gè)裝置相互連接的管道和閥門。各裝置具體的功 能如下 緩沖罐的主要功能是從TCS液灌中抽取少許TCS液體，然后將適量的液體輸入到 反應(yīng)罐中反應(yīng)。由結(jié)構(gòu)圖可知緩沖罐上共連接有三條管路，2、4、5。其中管路2和TCS液灌 的液相口連接，同時(shí)通過(guò)V3和管路1相連。管路1將廠房?jī)?nèi)氫氣和TCS液罐氣相接口連接， 同時(shí)管路1通過(guò)一個(gè)三通和管路3連接，管路1上由兩個(gè)閥門VI、 V2和一個(gè)調(diào)壓閥。管路 4和文氏管連接，且通過(guò)一個(gè)三通和管路3連接。通過(guò)閥門V4的開閉，管路4可以通過(guò)管 路3和管路1連接。管路5和反應(yīng)罐連接，其上有閥門V8。緩沖罐的底部有一個(gè)小凹坑，其 作用是收集TCS液體。管路5的端口要置于凹坑內(nèi)，在管路4通入氫氣的壓力下，凹坑內(nèi)的 TCS被輸送到反應(yīng)罐內(nèi)。 反應(yīng)罐的主要功能是讓TCS和純水反應(yīng)，當(dāng)TCS緩緩滴入反應(yīng)罐后和罐內(nèi)的純水 發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)罐內(nèi)置磁力轉(zhuǎn)子，在反應(yīng)是產(chǎn)生攪拌功能使得反應(yīng)充分。反應(yīng)罐外套以容 器，內(nèi)置冰水以降低反應(yīng)溫度，避免反應(yīng)生成的HCL揮發(fā)。反應(yīng)罐通過(guò)管路5和緩沖罐連接， 管路7和密封罐連接。管路5上有一閥門V8。 密封罐內(nèi)盛有一定量的純水，其作用是"水封"，以防止反應(yīng)罐內(nèi)劇烈反應(yīng)導(dǎo)致罐 的內(nèi)壓力增加的保護(hù)裝置。密封罐上的管路7兩端的管口在反應(yīng)罐一側(cè)置于液面以上，但是在密封罐一側(cè)則通到罐子底部。當(dāng)反應(yīng)罐內(nèi)壓力高于密封罐時(shí)，反應(yīng)罐內(nèi)的氣體則通過(guò) 管路7將壓力卸掉。和密封罐連接的另一條管路為管路6，它的另一端通過(guò)三通分別管路4 和文氏管連接。管路6的作用是將反應(yīng)罐流入的氣體排出，因此管路6在密封罐內(nèi)端口置 于液面之上。管路6上有閥門V9。
TCS的純度測(cè)量方法，包括以下步驟 1.部件的清潔和連接主要是將緩沖罐、反應(yīng)罐清潔后連接到系統(tǒng)中。在反應(yīng)罐、 密封罐中充入一定量的純水。反應(yīng)罐內(nèi)純水的量不能淹沒(méi)管路5和7的端口，密封罐內(nèi)的 純水量不能淹沒(méi)管路6的端口。同時(shí)需要留一定量的純水做備用(主要用來(lái)做背景測(cè)試)。
2.將TCS液灌接入系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)清潔，需要通過(guò)閥門組合的開閉將管路內(nèi)的 的空氣通過(guò)氫氣置換干凈。 3.TCS輸入緩沖罐內(nèi)為了避免大量TCS進(jìn)入緩沖罐，需要采取逐步施壓的方法將 TCS壓入緩沖罐。通過(guò)閥門組合的開閉，以及調(diào)壓閥的作用，造成TCS液灌和緩沖罐的壓力 差，然后通過(guò)壓力差將TCS壓入緩沖罐。 4. TCS在反應(yīng)罐內(nèi)與純水反應(yīng)將緩沖罐內(nèi)的TCS緩慢滴入反應(yīng)罐內(nèi)。通過(guò)閥門組 合的開閉，以及調(diào)壓閥的作用，造成緩沖灌和反應(yīng)罐的壓力差，然后通過(guò)壓力差將TCS壓入 反應(yīng)罐。當(dāng)適量的TCS加入反應(yīng)罐后，在磁力攪拌器的作用下TCS和水充分反應(yīng)，同時(shí)在冰 浴的環(huán)境下溶液中的HC1很少揮發(fā)，而且由于滴入的TCS量較小因此HC1的濃度很低。有 效控制TCS滴入量是測(cè)量能否準(zhǔn)確的關(guān)鍵。 5.取樣分析等待反應(yīng)充分后后由反應(yīng)罐內(nèi)提取反應(yīng)溶液做成分分析，測(cè)量C1和 金屬的濃度。 6. TCS中金屬濃度的計(jì)算方法 如果測(cè)量的Cl的密度為A，那么參加反應(yīng)的TCS量為A/3。測(cè)量獲得某種金屬的 濃度為Mi，則TCS中這種金屬的濃度為3M乂A。 本裝置及其方法實(shí)用不僅適用于TCS，也適用與二氯氫硅(DCS)得純度分析。在裝 置中的緩沖罐、反應(yīng)罐和密封罐可以使用高純的石英玻璃制造，也可使用高純聚四氟材料 制造。反應(yīng)罐內(nèi)的純水可以替換成半導(dǎo)體純的NaOH，以避免HC1的揮發(fā)，但是整套裝置的材
料需要更換成聚四氟材料制造。
實(shí)施例 1.部件的清潔和連接主要是將緩沖罐、反應(yīng)罐清潔后連接到系統(tǒng)中。在反應(yīng)罐、 密封罐中充入一定量的純水，反應(yīng)罐內(nèi)純水的量不能淹沒(méi)管路5和7的端口 ，密封罐內(nèi)的純 水量不能淹沒(méi)管路6的端口。同時(shí)需要留一定量的純水做備用(主要用來(lái)做背景測(cè)試)。 同時(shí)將待測(cè)TCS液灌接入系統(tǒng)。 2.管路清潔由于在空氣中完成了管路的連接，因此空氣中的雜質(zhì)和水氣等會(huì)影
響測(cè)量的效果，需要將管路內(nèi)的的空氣通過(guò)氫氣置換干凈。具體方法是 a)將閥門V1、V10、V12、V13、V14處于閉合狀態(tài)，且開啟閥門V2、V3、V4、V5、V6、V7、
V8、V9、V11。 b)對(duì)系統(tǒng)抽真空打開V14約20s，這是在文氏管的抽力下，這時(shí)系統(tǒng)除TCS液灌 外均處于真空狀態(tài) c)對(duì)系統(tǒng)充氫氣將調(diào)壓閥調(diào)到40psi，然后關(guān)閉V14，開啟Vl后保持20s，這時(shí)系統(tǒng)除TCS液灌外都充滿氫氣。 d)反復(fù)對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行抽真空和充氫氣的狀態(tài)20次 3.將TCS壓入緩沖罐內(nèi)為了避免大量TCS進(jìn)入緩沖罐，需要采取逐步施壓的方 法將TCS壓入緩沖罐。具體方法為 a)將閥門V1、V9、V10、V12、V13、V14處于閉合狀態(tài)，且開啟閥門V2、V3、V4、V5、V6、 V7、V8、V11、 V12、V13。 b)對(duì)系統(tǒng)抽真空打開V14約20s后關(guān)閉，這是在文氏管的抽力下，這時(shí)系統(tǒng)除去 緩沖罐外均處于真空狀態(tài)。 c)將調(diào)壓閥的壓力調(diào)到10Psi后打開Vl，這時(shí)系統(tǒng)除去緩沖罐外均處于填充了 10Psi的氫氣。 d)將閥門V3、V4、V6、V7、V8、V9、V10、V14處于閉合狀態(tài)，而閥門VI、V2、V13、V12、 V5處于開啟狀態(tài)。 e)調(diào)節(jié)調(diào)壓閥，由于TCS液灌和緩沖罐的壓力差TCS逐漸經(jīng)由管路5壓入緩沖罐。 當(dāng)緩沖罐內(nèi)的TCS淹沒(méi)凹坑約lcm后停止加壓。 f)關(guān)閉Vl，開啟V4、V6、V14后，TCS液灌被抽成真空狀態(tài)。然后依次關(guān)閉V13、V2、
V6、 V14后，開啟VI和V7，這時(shí)在氫氣的壓力下管路5內(nèi)的TCS被壓回TCS液灌。 g)關(guān)閉V12和V4后，依次開啟V2、V3、V6、V14，這是在管路氫氣的吹掃下，管道5
內(nèi)的殘余TCS被清潔干凈后將個(gè)閥門關(guān)閉。同時(shí)TCS液灌可以被卸載。 4. TCS和純水反應(yīng)由于緩沖罐內(nèi)已經(jīng)保存里的適量的TCS，通過(guò)提取少量的TCS
輸入反應(yīng)罐發(fā)生反應(yīng)。具體的實(shí)施方法為 a)將閥門V1、V2、V3、V5、V4、V7、V8、V14、V9處于閉合狀態(tài)，而閥門V11、V6、V7處 于開啟狀態(tài)。 b)且開啟閥門V14約20s，使得緩沖罐和密封罐被抽真空后關(guān)閉閥門V6、V11。
c)調(diào)節(jié)調(diào)壓閥將氫氣壓力調(diào)到10psi后，依次打開閥門V1、V4、V8、V10。調(diào)節(jié)調(diào)壓 閥、逐漸增加氫氣壓力使得適量的TCS滴入反應(yīng)罐內(nèi)(約5-10滴)，同時(shí)開啟磁力攪拌器。 整個(gè)過(guò)程要注意密封罐內(nèi)氣泡的數(shù)量，如果發(fā)現(xiàn)有大量氣泡就需要打開V9卸壓，但是實(shí)際 操作中要避免有氣體進(jìn)入密封罐。 d)關(guān)閉VI和V4，開啟V6、V11后將管路5內(nèi)多余的TCS回抽到緩沖罐內(nèi)。同時(shí)關(guān) 閉V8，取下反應(yīng)罐去做取樣分析。 e)緩沖罐內(nèi)剩余的TCS可以通過(guò)更換一個(gè)新反應(yīng)罐，然后用上述的方法TCS全部 輸入到反應(yīng)罐內(nèi)全部反應(yīng)，將反應(yīng)物排出即可。
權(quán)利要求
一種檢測(cè)三氯氫硅純度的方法，其特征在于它包括以下幾個(gè)步驟(1)、將TCS儲(chǔ)液罐中的TCS通過(guò)壓力差壓入緩沖罐，再?gòu)木彌_罐通過(guò)壓力差壓入反應(yīng)罐；(2)、TCS在反應(yīng)罐中與預(yù)先加入的水反應(yīng)，使TCS與水反應(yīng)生成硅化物和鹽酸，同時(shí)TCS含有的金屬雜質(zhì)與氯離子反應(yīng)生成金屬氯化物；(3)、提取反應(yīng)罐內(nèi)的生成物后，用設(shè)備電感耦合等離子質(zhì)譜進(jìn)行分析，得到氯和金屬的量，由氯換算成TCS的量，并計(jì)算出三氯氫硅的純度。
2. —種用于權(quán)利要求l檢測(cè)三氯氫硅純度的裝置，其特征在于它包括以下幾個(gè)部分 TCS液灌、緩沖罐、反應(yīng)罐以及密封罐，它們按順序以管道、閥門串接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)三氯氫硅純度的裝置，其特征在于所述的緩沖罐包括以下幾個(gè)部分通入緩沖罐的管道共三條，一條管道串接一閥門后和TCS液灌的液相接口，一條管道串接一閥門后和反應(yīng)罐連接，另外的一條管路和文丘里的抽氣口連接，同時(shí)串接三個(gè)閥門和兩個(gè)三通，其中一個(gè)三通通過(guò)管路和TCS液灌氣相接口連接，另一和三通通過(guò) 管道和閥門和密封罐連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的檢測(cè)三氯氫硅純度的裝置，其特征在于所述的反應(yīng)罐它包括以下幾個(gè)部分通入反應(yīng)罐的管道共兩條，一條管道串接一閥門后和緩沖罐連接，另一條管路串接一閥門后和密封罐連接，反應(yīng)罐外側(cè)為冰浴裝置以保持反應(yīng)罐恒溫，反應(yīng)罐 至于磁力攪拌器上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的檢測(cè)三氯氫硅純度的裝置，其特征在于所述的密封罐包括以下幾個(gè)部分通入密封罐的管道共兩條，一條管道串接一閥門后和反應(yīng)罐連接，另 一條管路串接一 閥門后通過(guò)三通和緩沖罐連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測(cè)三氯氫硅純度的裝置，其特征在于所述的緩沖罐的底部有一作為收集TCS的凹坑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種檢測(cè)三氯氫硅純度的方法及裝置，方法包括(1)將TCS儲(chǔ)液罐中的TCS通過(guò)壓力差壓入緩沖罐，再?gòu)木彌_罐通過(guò)壓力差壓入反應(yīng)罐；(2)TCS在反應(yīng)罐中與預(yù)先加入的水反應(yīng)，使TCS與水反應(yīng)生成硅化物和鹽酸，同時(shí)TCS含有的金屬雜質(zhì)與氯離子反應(yīng)生成金屬氯化物；(3)提取反應(yīng)罐內(nèi)的生成物后，用設(shè)備電感耦合等離子質(zhì)譜進(jìn)行分析，得到氯和金屬的量，由氯換算成TCS的量，并計(jì)算出三氯氫硅的純度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是達(dá)到快速檢驗(yàn)，裝置取樣簡(jiǎn)單，同時(shí)利用半導(dǎo)體廠現(xiàn)有的金屬檢驗(yàn)設(shè)備如ICP-MS(電感耦合等離子質(zhì)譜)，避免了因劣質(zhì)三氯氫硅污染設(shè)備而造成經(jīng)濟(jì)損失，且設(shè)備的利用率大大增加。
文檔編號(hào)G01N27/64GK101706473SQ20091024223
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者何自強(qiáng), 馮泉林, 常青, 庫(kù)黎明, 索思卓, 葛鐘, 閆志瑞 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院;有研半導(dǎo)體材料股份有限公司