超纯氨中微量水分的测定

邱昌福谈敦玲刘尚文宋艳红王爱艳

（1.浙江建业化工股份有限公司，浙江 建德 311604；2.浙江建业微电子材料有限公司，浙江 建德 311604）

超纯氨中微量水分的测定

邱昌福1,2谈敦玲1刘尚文1宋艳红2王爱艳1

（1.浙江建业化工股份有限公司，浙江 建德 311604；2.浙江建业微电子材料有限公司，浙江 建德 311604）

本文叙述了一种使用光腔衰荡光谱法测定超纯氨中微量水分含量的方法，通过实验发现用这种方法分析超纯氨的水含量简单、快速可行，能满足产品生产监测的需要。

微量水分析；光腔衰荡光谱法

超纯氨是微电子氮化硅和氮化镓掩蔽膜的主要材料，是光电子领域、半导体、发光二极管（LED）行业的重要原材料。其纯度对器件产品的使用寿命、材料的电学性能和光学性能具有直接的影响[1]。

有文献表明[2]，超纯氨在硅片中的生产中仅含0.005%的微量水分时，都会使整个硅片报废。因此，氨中水含量指标一直被严格监控。测量超纯氨中微量水分一般使用专业的水分分析仪器来完成[3,4,5]，超纯氨中水分检测应用较多的仪器主要有三种类型：电容式、电解式和晶体振荡式。这三种分析原理的仪器型号众多，其精度、准确性、应用范围等各不相同[6]。本文简述了光腔衰荡光谱法[7]检测超纯氨气中水含量原理及其在实际工作中的应用。

1 采样及管路连接

1.1 采样

检测超纯氨中微量水分对操作要求非常高，管线接头、采样阀的洁净度、流量及湿度对都会影响测量的结果。所以，一般选用死体积小的针阀或减压器，管线选用内壁洁净度高的、短的不锈钢管，内径则以尺寸为1/16 in或1/8 in较好；测量时气体流量控制在200-1500 mL/min范围内，室温控制在20-40℃，湿度则控制在30%～80%范围，具体操作要求应结合仪器的相关参数。

1.2 管路连接

采用高纯气体连续吹扫置换管线、阀件、水分分析仪器的气体，使整个系统保持洁净、干燥，管路一般采用VCR连接，选用金属膜片和没有死角的减压器。从气源到分析仪入口采用最短的管线连接。气路连接方式见图1。

图1 气路连接方式

2 微量水分的测量方法

超纯氨中水分的测定方法是基于光腔衰荡光谱（CRDS）原理，检测时一小部分脉冲激光会进入光腔，且经过高度反射性镜面多次反射，每进行一次反射都会有微小的光透过镜面而离开光腔，这部分微小光就形成了光腔衰荡信号。在光腔衰荡光谱法测量中，首先测量没有样品吸收时的衰荡时间，此时激光的频率被调到分子没有吸收的位置。然后再测量分子吸收高峰频率位置时的衰荡时间。这两个测量位置的反射率基本恒定，激光频率都处于镜面反射区。最后通过计算分子密度，计算出气体中的水含量。

3 实验部分

3.1 仪器

Tigeroptics HALO3-H2O。

3.2 材料

超纯氨装置在线氨气(99.99999%)，钢瓶氨气(99.9999%)。

3.3 方法

用样品对采样管路进行充分吹扫、置换，保证系统的洁净、干燥。设定气体流速为2L/min，温度25℃，湿度55%。使用该仪器检测在线超纯氨及瓶装氨气体的含水量，待仪器稳定时，读取氨气体中的水分含量。每隔20 min读数一次，连续读五次，其结果见表1、2。

表1 超纯NH3中水含量在线测定单位：10-9

表2 钢瓶中超纯NH3含水量的测定单位：10-9

3.4 结论

从表1、2中可看出，使用Tigeroptics HALO3-H2O光腔衰荡色谱法测量超纯氨中的水分含量，检测结果准确度高、操作简单、稳定性好，相对标准偏差小于2%，满足超纯氨中痕量水的测试，可以用于超纯氨生产中的在线及成品质量的控制、监测。

4 结语

通过多次检测使用光腔衰荡光谱法测量超纯氨中微量水分，发现此法具有灵敏度高，稳定性好，准确度高，响应快速，操作简单的特点，效果良好，能满足产品生产监测。

[1]孙福楠.5.5N以上超纯氨的研制及产业化[J].低温与特气,2002，20；25.

[2]孙福楠,高纯氨的大规模生产[J].半导体技术，1998，23（1）:44-46.

[3]Tadahiro Ohmi.Trace moisture Analysis in Specilaity Gases [J].Electrochem.Soc,1992,139:2654.

[4]张凤利.气体中微量水分析方法概述[J].低温与特气，2010，28(6)：8-10．

[5]叶相平.浅述高纯气体中微量水的分析[J].低温与特气，2014，32(3):33-36.

[6]黄健，江艳霞气体中微量水分的在线检测[J].江西冶金，2016,36(3):44-48.

[7]阎文斌.微量气体定量分析的新方法：光腔衰荡光谱[J].低温与特气，2007，25:35.