GB T 4298-1984 半导体硅材料中杂质元素的活化分析方法.pdf

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1、中华人民共和国国家标准半导体硅材料中杂质元素的活化分析方法The activation analysis method for the determination of elemental impurities in semiconductor silicon materials 本标准适用于单晶硅、多晶硅叶1金属杂质元东和非金属杂质元素含险的测定。UDC 669. 782 :543.06621 . 315 .592 GB 4298-84 本标准包括杂质元素（十六个）的反应堆中子活化仪器分析方法、制和畔的反应堆Lj 1 F活化改射化分离分析方法、磷的反应堆rj1子ijl;化放射化分离分析方法、

2、氧的粒ff;化仪器分析力法和碳的筑:r I舌化仪器分析方法。第一篇杂质元素（十六个）的反应堆中子活化仪器分析方法1 适用范围本篇方法适用于单晶硅、多晶佳Ltl十六个杂！员元素的测：屯。测定范围z杭量：大Fl 10 6 ppm; 镇最大i2x103ppm；铁量大rl x 10 ppm；钻最大于2105 ppm，铜量大于sx10ppm;钵最大于510ppm；嫁量大于910-6 ppm；肺量大于日106 ppm g银最大1-6 10- ppm; Iii 量大于2JO5ppm；搁量大于1106ppm；销量大于3J06ppm；饲量大J3 10 ppm；钧母大于7x 10 ppm；金量大f6x roppm

3、 g格桂大l101 ppm。2 原理佳材料经反应堆中子辐照后，硅基体和待测元素镣除外，镇经仙，p）反应均经仙，V）反应生成放射性核索见表1) 0冷却适当时间，待31s i衰变后（315 I的半衰期X12.62h，时vi普仪测量各生成核的特征射线的强度，进行各元素的:;j二量分析。在测定铜适时，要扣除Na和1天然本底在s11keV峰rjl的贡献。丰适用范围由正立中所给下限实验条件（J)(样屋、辐阳和测量条件）确定E任制一项实验条件的战善均口J相应提高本项指标。国家标准局1984-03-28发布1985 03 01实施27S GB 4298-84 表it辛恻;i; 接反应靶核司位幸热q,f k应半

4、袁掉11 li：世峰能凶，Me、1度，o截面，b h keV （恒、1主气；寸（川69.2 4.4 12.74 511 II. 578:l!I. 6 I 1 I 垃I，J15, ()() 26 5 2011.2 889.26 一一( . I 川（二f（1，I （丁r4 35 15 9 665 :120. 03 Fe ，FrI引，15 Fe 0 31 1. 15 1070.4 1099 22 仁。Co( n，1Co 00 o7 46182 72 1332 50 /, n z 口，）“Zn 48 . 6 0 715 5858. 1 1115 50 IV 口，）响28 6 40 23 9 479.5

5、0 （a Gal n, I 12Ga 40 () .j 7 14 .1 834.02 I.u llEu Tei I 饲料】在2Ik体积1i: 到性悻酣13.2011 uo10 511 HIU 飞：1it、。:l I禹峭酷f3.8) 2. !)0孔1110 1 1) 2 13 . il (u 分；4制。ri曲3, I 目，1.00 !01 王(j, RI 一一一“lJI硝r11ij：，：”拍ir国：，）XJ5X1011(rm- i 1 ，蝠阳11:,uh，拎却Jh （制冷111刷h】l民峙的II缸子I旷j气置。1l)(J）iooowpm的：，；。278 GB 4298 84 织表3兀革；试ifi

6、j 1气ri.! 市lj丰j、准溶液放皮标准制；取t占午i ! jtg；卢主.m I g;c束斗一Zn (it i司t丰3.0fl x IO 甜酸!3.201 I . 5 3 I 3. 7 l 金属t主盐酸13.2lll和Ga 5.川。，025o.os!3.8) I Li面峭酸13.171As 金属liljlf;j( o10 仪器低本！民测量仪，配有币zomm金挂面垒型半导体探测器，其本！成均lcpm0 11 分析步骤11 1 样品和标准的制备11.1.1 样品z将硅材料切成币202（单位gmm）困片或14川42（怕位：mm）的方片，其质量为l2g，其余步骤同5.1. 1款。11.1.2 标准

7、z移含铜和肺各10目的标准溶液置于岳英安瓶中，烘，封口，铝？自i包装。标准各取陆每份。11 2 辐照样品和标准置于同一个铝筒巾，在反应堆热ilF通运；-1低于51013n/ (cm2 SJ处辐照40h，样品辐照结束后l5h内必须完成样品的处理和放化分离，并开始测量。11 . 3 辐照后样品和标准的处理11.3.1 样占Ii:处理步骤同5.3.l款，处理后的样品待放化分离与纯化。11 .3 .2 标准2将装有铜和耐标准的石英安韶用王水（3.25）煮数分钟，水洗，烘F, li中碎，用盐酸（3. 20）段取三次，每次浸取时各加铜、肺裁休23mg，定量移入lOOml容量瓶：！，用水稀释至斩、线，混匀。

8、11 . 4 样品和标准的放射化分离11.4.1 样品：将腐蚀后的硅样品破碎，移人溶样装置（见图2）的聚四氟乙烯蒸铜器中，该蒸倔器预先加入tsml氢氟酸（3.23）、15ml硝酸（3.17）、7ml水和铜、西载休各！Om臣，力口热i可流分解1 .仙，温度控制在250270。待样品完全分解后，关ftj冷凝水，继续蒸馆1.弛。冷却后，残渣用盐酸（3. 20）溶解，转移到soml烧杯中，加人1ml铁反载体溶液（9.川，用氧氧化馁（3.22）调节酸度全碱性，加热，使生成时酸铁（FeAs01）沉淀。过滤，沉淀留作阔的净化用，滤被留作制的净化用。11.4.1.1 畔的净化sJJll入盐酸（3.20）溶解肺

9、酸轶沉淀，向溶液加入5ml过氧化氧（9.5），煮沸，再加入5ml过氧化氢（9.5），重复煮沸一次。将溶液转移到蒸铜器中（见图3），加入lOml过氧化氢9.5）和10ml氢澳酸（9.的进行蒸榴（蒸至近r，收集馆出液水中。残前再重复蒸锵.；欠。合并t阳出液，JU热，却l入1g次磷酸铀（9.仆，煮沸5min，至出现黑色金属目中沉淀，使用布氏漏斗过滤（滤纸李先准确称量），用水和l乙固守洗涤，在红外灯F烘f，称最（计算化学回收兰卡，洲国：放射性。281 7 282 GB 4298 84 ” 卢一” 图2溶丰T装置., 1 石理护2一小电炉$3 聚叫制乙愉在榴樨1一蒸i甜苦苦HJLJ I 5 聚lflJ掘

10、乙t串连按器6一回流冷凝玻璃在营7 聚四氟乙烯白：8 橡胶事f) 4银搜iffil！. i I GB 428 84 2 图3蒸榴器l一电炉，2 在锢烧瓶I3 )J日酸漏斗，4冷凝器，s一接收烧杯11.4.1.2 铜的净化z将除去碑后的滤被用盐酸（3.19）调至pH2，再过量儿滴，）JUO.5ml b坤裁体路液（9. 3）和！Oml亚硫酸纳饱和熔液（9.7!,j温热，再加入）Qml慌氨酸轩溶液（9. 8），煮沸Y刻，什成白色硫氨酸亚铜沉淀，转移至离心营中，在离心机上离心，奔去清液，iii：淀用水洗数次。用2nil 硝酸（3.17）溶解沉淀，JU铁反载体溶液和醉载体溶液各O.5ml，加人氢氧化钱（

11、3. 22），哇！戊氢氧化铁和硝酸铁沉捷。过滤，弃去沉淀，用盐酸（3.20）调节滤液酸度至pH2，再过量儿淌，重复i!L注lifr氯酸亚铜一次，使用布氏漏斗过滤（滤纸事先准确称最），用水和乙醉洗涤，烘号，称益；（i ；算化学回收寄：，测量放射性。11.4.2 标准11.4.2.1 畔的净化2移取含0.001问冽的标准溶液，加人！Omg硝载体，稀释至2030时，）J日人ig 次磷酸纳9.lJ, Ju热煮沸.5min，生成金属肺沉淀，使用布氏漏斗过滤，用水和乙醉洗涤，快i、称量（ii：算化学回收率，测量放射性。11.4.2.2 铜的净化移取含0.001问钢的标准溶液，加入JOmg铜载体和！Omg铁

12、反我休，b川、氢2队写GB 4298 84 氧化镀（3.22），生成氢氧化铁沉淀，过滤，弃去沉淀，用盐酸（3.19）将滤液调学pH2，而d:,; Jt 滴，加入tomI业硫酸纳溶液（9. 7）和lOml俯氨酸钊溶液（9. 8），生成硫氨酸币制，使用在氏ihli过滤（滤纸宰先准确称量，用水和乙醉洗涤，烘干，称量（计算化学回收二料，测试放射呐。铜和碑的化学回收率一般在60%以上。11 .5 放射性测量采用低本！良测量仪进行测量。样品和l标准均需洲也半衰期曲线，以检验放射卡t纯度。l土 lOmin，半衰期j!Jlj最延续两个兑气衰期以上。12 分析结果的计算按式（5 ）计算铜、碑的含量zA，、r/m

13、, mx: 一一一一一一. . . . . . . . . . . . . ( A,ox m 式c1,A,0, A,0一一由半衰期曲线外推至出堆时，样品和标准的放射性强度，cpm;叭，可s一一样品和标准的化学回收率。硫氨酸亚铜换算为铜的换算因数为0.52，刷版铁换算为阔的换算困数为0.391rn, 样品中待测元素的含量，ppm m，一一标准的质量，臣，m一一样品质量，E。12 . I当l.,1: L，时根据公式（5 ）给出定量结果。2.33vli A，为样品第个测量点的放射性强度（cp时，L,一I；一（置信度为95川，均步!J断极限，B为仪器本底与经放化分离后残留杂质放射性之和，Im为样品测量

14、时间。12.2当A，二L，时给出探视l极限Ld(ppm）。L 2.71 +4.65/B d= A,0rn . . . . . . . . . . . e ,I . 式rjl：一一衰变常数，Sl I Id衰变时间，So13 精密度铜和耐标准，的精密度均好子5%。方法精密度g铜仔于8.6 %，呻好子14%。第三篇嚼的反应堆中子活化放射化分离分析方法14 适用范围本篇方法适用于单品硅、多品硅中磷量的测定。测定范围z磷量大于7104 ppm。15 原理役中磷（以稳定问位亲3Jp存在）经中f辐照后，生成放射性同位素12p，核反应为：11p ( n，） :2 p 0 通过放射化分离，从辐照后的硅样品中将3

15、2p分离出来，测桂英H放射性，采用相对法与机准中El比较，测定样品中磷的浓度。284 GB 4298-84 但由于存在暗基体的二级反应z 30S; (n, Y)31Si - P (n, y) P 结果也1.成了32p。故用上述相对法所拥出的磷浓度包括两部分2样品中待测的原始磷浓度和位基体的二级反应所牛成的表观磷浓度（由硅二级反应F扰导致磷浓度测定的偏高部分）。因此，待测的原始磷浓度应等于相对法视lj得的磷的总浓度减去表观磷浓度。当表JM磷浓度远小于待测的原始磷浓度时，口J以将其忽略，厅甘当f币；分析浓度低j二10310ppm的砖中磷时，在观磷浓度则必须进fr计算扣除。16 试剂和材料16 .

16、1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16. 8 16.9 16.10 盐酸（！.SN).白J氯酸（比重1.67）。钟反载休溶液（！Omz钟mI) g将金属僻溶于盐酸（3.20) 1j10 钻反载体溶液（！Omg钻ml），将金属钻溶于硝酸（3.18）中。金反载休溶液（！Omg金mI），将金属金溶于王11th I ,/;- /f, 叭hD0 ( 1 ） / o 23.4 在1i自（99. 99 ?ii以上）, 6.mg;cm20 23 .5妇；自（99.99%以上）, 2.5mg;cm2。24 仪器和设备24. 1 一相加符合i普仪系统（见图4) 配有两个75mm75m

17、mNal(Tl）挠测器，两台币i且帐中分析器，台符合电路和一台400道分析器。测量木底为0.5cpm。24.2 l.2m回旋加速器a粒子能量31.2MeV。24.3 辐照系统t包括锅！照啊！室，气动传送装置和束流积分仪。丘ff高压而IIf旺If前置光电J旷.一4 光电前资Na! 放大器倍2日啻，t Na! 倍JJ11！写放大器四盹挝合放大串单且脉冲单i且肿冲分析器符合电路，析;ii;400ill！求冲l口！芷分析嚣钟脉冲1刊号I J Ill丰凡主兮器闯4 v相）JII符合说仪系统的棋国289 4298-84 两周抛光成i克l后，片是；i节水、；）乙的（23. l ) 每次GB 25. 1 样品

18、和标准的自lj备Z5.1.1 样品：样品切成cll8 2 （单位!T!ffi）困户；，治洗，自然i燥，称埠，用铝？在（2:l.5）包装。25 .1 .z 标准：以l.纯石英（S i02）的为标准，氧含量泊53.3 。标准同样切成世l82（单位，mn1) !lili I，用蒸饱水、龙成乙醉（23.11滔洗，自然f燥。用两层铝泊（23.4和23.5各！二）包装。25 .2辐照样品和标准囱气QJ传送装置！次i兰人回旋加速器的外靶窒分别进fl辐照，辐熙1前t强由W:r宽积分仪记录。样品的辐！流强为12J，辐照时间为lho标准的辐照ifrt强为0.20.3 ！，辐照时间为5 min。辐照过程中应保将流强

19、稳定，并用压缩空气冷却样品。问旋加速器产哇的粒子能最为31.2/vleV，穿过任；宿街（6.mg/cm）、空气品：“.2 mg/ cm) 和包装iflifi(2. 5 rng/ c m2）后，到rj）在样品表面的能量为28.7Me V。因标准比样占ir多包一旦铝汩(6.Jmg/cn1勺，故到达f,J；、；ift丽的能量为27.7MeV。25.3 辐1后样品初标冶的处理25.3.1 样品）别量取1015ml民合酸（23.3J三份于气个腐蚀槽巾，将样品依次腐蚀三次，每次腐蚀后i主J；有用蒸销水把样品洗净。样品腐蚀盯用无水乙醉洗涤，f：燥，称量，然后，进行放射制测址。腐蚀以j主控制在约6mg/cm2

20、。在除去表团沾i！）；兰后的粒f能量：为27.7Me V。25.3.2 t,J；、础24自l一去！徊，!it主测量。25 .4 放射性视rji过科品和标而it.J放f铠ii火器中，用一相加符合谱仪系统测量。样品冷却2h后川It；测与士，叫主；1Qmi n，持！；）：洲J,!:1 h。标准冷却J1012h后开始担j话，每次测量lmin，捋续视11,;)Qmin0 在测挝jjf，中，用Na串j、叶iffi、对话仪系统进行本J、定和监督。分析步骤25 分析结果的计算26 在人身J料f能i盐和测量；系统相同条件h按式（21)lt算将削儿%1：样山,ijJ 似扎t“、I兀j截面”沽，il-J含i圭；：m

21、，二一4R, 1 e ) 工qr,m,rn,-件训兀A旨在样品和标准1j 1相对含埠，I一流强，；r 入射和f全身j,fi,mg:cn11; .4-辐i结束时刻的放射性强眩，cpm;一一产核的衰变常数，min1 , I一辐Jl.世时间，rnin; 峭lfJ、x布JS）革lj代表样品丰llt币准。、A平门tI与其J实俭洲i二丘，R平口叮出表查得，m，为已划r1r11.rt人公式（21JUJDJ求l!irn,o .” I 21 I $ 2 2 7 l写F?,( 1 e-丁牛ti,A g且；精密度27 将在1艾如古玩含坛；1x)()1I102pprnrli, 中占街道生r120勺，棋？污，：，；rl

22、 x 10 ppmlbt, J lU1日290 GB 4298-84 第五篇碳的？在子活化仪器分析方法28 适用范围本篇方法适用于单晶硅、多晶佳t1碳含量的测定。j则应范围2碳量大于8101ppm, 29 原理用青+i6化分析法测定嵌是基于12c付，n)i1 N反应，反应阉能是0.311eV，产核N是纯发射体，半衰期为9.96min, 低于轰击硅时，与硅及硅中轻元素可能户生的核反应列于表40出表可见，低于能量小1,5Me 时，产生的干扰反应最少，冷却J适当时Ill，日，扰核素仅有1F和30p。故用mT 5 MeV）活化在一后，可用相加符合谱仪视lj得i1N、1F和p二个核素的混合放射性衰变曲线

23、，然后用计算机对该曲线迸行最小二乘It分解，求得11N放射性，与标准作相对比较，即可求出样品tj1做含量。表4JC幸核反应B (d,n)C H B cd,2n1C N id,t)13N 14N1d,dn113N N N Id n)150 , 11N 1d,an1C 0忡，叫“N。160叶，！F 0 1d,nJ17F 29Si d,nJP S d, 1）剧lp s i Si (d, p)Si 10Si Cd，l Al 30 试剂和材料30.1 铝活（99.99%以上）：厚度为43.Zmg/cm2,30.2 金汩（99.99 %以上）：厚度为280mg/cm2,31 仪器和设备31 .1 1. 2

24、 m回旋加速器s低于能量沟15.6.1eV,31 .2 计算机z内存为32k，字沟8Bit, 阔能产核特讪半衰期1eV nin Q、J0 /3 20 0 5 9 4.9 .96 12 Q。2 5 88 20 3 8.4 9 96 Q. 0 卢10臼.7 1 . 8 I l Q 0 矿2.5 Q. 0 Q、。 157 2 3 291 GB 4298-84 32 分析步骤32 .1 忏，占有Jt,J、准的削备32.1.1 样川同25.I . I款。用织衍（23.4）包装样品。32 .1 .2 标准：以1日J纯石墨竹为标准，制成世182（单位：mm）国IJ，用两层铝衍（2:.4）包装。32 .2细照

25、样川和标准llJ气功传送装置（24.3）依次运人回旋加速器的外靶室分别迸行辐照，辐照ititI且由束it积分仪记录。样品的辐照J耐甚为24A，辐！照时间为10n1in。标准的辐照lfrt:i量为0.30.ii，辐照时间为flmin。辐照过程中，应保挎流强稳定，并用压缩空气冷却j样品。回旋加速器产尘的7乱子能屋为15.6MeV，穿过金？自（30. 2) 铝？自（30. 1 ）窗、空（h.i(5.zmg;cm) 和l包装和馅（23.4）后，到这样品表面的能量为3.711eVo因标准比样品多包1.z；切；自（23. 4 ），故到达标准表面的能量为2.9MeV。32 .3 辐照后样品和标准的处理32.

26、3.1 样i1l1：问25.3.1款。在陈去表面沾污以后的低f能屋为2.9MeVo32 .3 .2 杯准：同25.3.2,i);。在除去表面沾污区后71子能量：为2.9McVo32 .4 放射性洲运样【ll.1平1日标准丛j放1二铝海灭器巾，用vv相JU符合i;i仪系统（24 1 ）测量。样11冷iifJ30min）日丹吁：洲崖，每次测量lmin，捋续测量90min左布。标准冷却2h后ff始测埠，每次测量lmin，持续视ulii n m AV 在测坠过程tj1 用iNa标准源对谱仪系统进行标定和监督。部分析结果的计算在计算机t，对测得的F混合衰变曲线进行最小二乘It分解，求得各核素在辐照停止时刻的放射何i I数卒及其误差。计算机程序用Basic语言编制，按P,N和I三组份进fj分解，并对测试数如进行了死时间校正和光滑处理。求得的Nlfa射性代人公式（20；即可求出碳含量。” 精密度方沾精密度Pf于40%。附加说明本标准由有色金属i业总公民J:tii.Wo本丰，；111w有色金属6Jf究总院和中国科：院原f核研究所负责起草。本标准也草人周五胆、章家II o 292