气相色谱法测定高纯溴化氢中的微量杂质

2022-12-19倪珊珊郑秋艳陈润泽

低温与特气 2022年5期

关键词：气相色谱仪气路分子筛

倪珊珊，郑秋艳，陈润泽，滕莹，范娜，路璐

[中船(邯郸)派瑞特种气体股份有限公司，河北邯郸 057550]

1 前言

溴化氢[1-4]是半导体领域中不可或缺的原材料，主要应用于芯片制造工艺中的多晶硅刻蚀，其等离子刻蚀技术可以精确的控制蚀刻深度和垂直度，是芯片制程中的核心气体之一。

另外，溴化氢是制造各种无机溴化物和烷基溴化物的基本原料，广泛应用于医药、染料和香料等工业，市场前景广阔。

溴化氢中的杂质对于半导体工艺的优化与提升具有重要的影响，因此，建立可靠的溴化氢中微量气体杂质的分析技术是保证溴化氢产品质量的关键。

本文重点利用氦离子化气相色谱仪[5-7]特定的气路系统，设计了高纯溴化氢的分析检测方法，实现了对溴化氢中H2、O2、N2、CO、CH4和CO2进行定性、定量的分析检测工作。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

气相色谱仪：配备氦离子化检测器(PDD),型号GC-6600，上海凡伟仪器有限公司。

标准气体：以氦气为平衡气的6组分标准气，如表1，购于北京氦普北分气体工业有限公司。

载气：纯度大于99.999%的高纯氦气，购于北京氦普北分气体工业有限公司。

表1 标准气体(底气为氦气)

2.2 气路系统

溴化氢具有极强的腐蚀性，为避免溴化氢进入分析色谱柱和检测器造成其损坏，设计了一套具备反吹功能的气路系统，如图1所示。

气路包含2个十通阀(第一气动十通阀和第二气动十通阀)；1个四通阀(气动四通阀)；2个定量环(均为1 mL)和4根色谱柱(色谱柱Ⅰ：CST碳分子筛不锈钢色谱柱，0.6 m×3 mm，60～80目；色谱柱Ⅱ：5A分子筛不锈钢色谱柱，2 m×3 mm，40～60目；色谱柱Ш：Hayesep Q不锈钢色谱柱，4 m×3 mm，60～80目；色谱柱Ⅳ：Hayesep Q不锈钢色谱柱，4 m×3 mm，60～80目)。

其中，十通阀具备进样和反吹的作用，四通阀为柱选择阀，切换5A分子筛和Hayesep Q色谱柱进入检测器。5A分子筛不锈钢色谱柱用于分离溴化氢中的H2、O2、N2、CO、CH4，Hayesep Q不锈钢色谱柱用于分离溴化氢中的CO2。

图1 色谱分析流程图

2.3 气相色谱仪参数的确定

为了确定气相色谱仪的最佳操作参数，采用正交实验方法来分析各因素对H2、O2、N2、CO、CH4及CO2的分离和响应程度的影响，设计3因素3水平的正交表，如表2所示。

表2 气相色谱工作参数

2.4 反吹时间的确定

在预柱(CST碳分子筛不锈钢色谱柱)中，溴化氢的保留时间比H2、O2、N2、CH4、CO的保留时间长，因此，在1.3 min CO流出预柱后，将第一气动十通阀关闭，载气反吹，将预柱中的大量溴化氢吹出系统，此时只有H2、O2、N2、CH4、CO进入分析柱分离后被检测；在色谱柱Ш(Hayesep Q不锈钢色谱柱)中，溴化氢的出峰比CO2慢，因此，在CO2流出预柱后，将第二气动十通阀关闭，载气反吹，将色谱柱Ш中的大量溴化氢吹出系统，此时CO2进入分析柱分离后被检测。