專利名稱：分析包含雜質的組合物的方法
分析包含雜質的組合物的方法相關申請的交叉引用本申請要求2008年11月17日提交的美國臨時專利申請第61/115，451號的優先權和所有權益。
背景技術：
1.發明領域本發明大體上涉及分析包含雜質的組合物的方法。更具體地，本發明涉及以某種方式分析具有低于環境溫度的沸點和/或在14. 5°C具有高于水的蒸氣壓的組合物的方法， 所述某種方式與現有的分析這樣的組合物的方法相比，能夠在最小的時間期間內、以最高的精確度測定雜質含量。2.現有技術描述在許多工業(包括半導體、地質學和環境工業)中，需要為了測定雜質含量的目的分析包含雜質的組合物。具體地，在半導體工業中，用于制備晶體硅并最終制成半導體晶片的前體組合物中的雜質含量支配由該前體組合物產生的半導體晶片的品質和性能。這樣，分析前體組合物的雜質含量對確定前體組合物是否滿足為給定的半導體晶片應用設定的標準是必要的，且不進行這樣的分析可導致品質控制問題和半導體晶片的不合標準的性能。為了測定組合物的雜質含量的目的分析包含雜質的組合物的方法是本領域已知的。例如，石墨爐原子吸收光譜法(GFAAS)、輝光放電質譜法(GD-MS)和電感耦合等離子體 (ICP)光譜法如ICP質譜法(MQ、ICP光學發射光譜法(0EQ或ICP原子發射光譜法(AES) 是用于測定組合物的元素含量的已知方法。ICP方法使用了氬離子等離子體以蒸發、離解和激發原子或離子。在等離子體中，分析物種類通過以下被定量通過與來自校準標準的發射水平相比檢測并測定由激發的原子或離子發射的光的水平(ICP-AES/0ES)，或可選地按質量分離并與校準標準的質量相比(ICP-MQ。在半導體工業，特別是有硅基半導體的半導體工業中，前體組合物通常包括氯硅烷即一氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷和/或四氯硅烷作為主要成分。前體組合物具有低于環境溫度的沸點和/或可以在14. 5°C約25kPa至14. 5°C 約150kPa的范圍內的蒸氣壓。為了測定氯硅烷組合物的雜質含量的目的分析包含雜質的氯硅烷組合物的典型方法包括蒸發掉氯硅烷，由此留下氯硅烷組合物中存在的由固體雜質組成的殘余物。氯硅烷被蒸發，且因此從待測試的組合物除去，歸因于事實氯硅烷形成水解的固體副產物并在通過ICP方法的分析過程中引起光譜干擾；且進一步歸因于事實氯硅烷的高蒸氣壓將影響通過ICP方法獲得的測量結果，在大多數情況中實際上消滅等離子體。然后將在氯硅烷蒸發之后保留的殘余物溶解在酸性溶液中并按體積稀釋以產生液相樣品。然后將液相樣品霧化并引入根據上面列出的ICP-MS、ICP-OES和ICP-AES方法產生的等離子體。存在許多與上面描述的現有方法相關的缺點。特別地，上面描述的方法一般不能足夠地測定揮發性雜質的含量，所述揮發性雜質隨著氯硅烷的蒸發而損失。此外，上面描述的方法一般要求數天以返回分析結果，其降低處理效率并需要過多的預想以防止制造延遲。考慮到前述方面，存在這樣的可能以某種方式，提供分析具有低于環境溫度的沸點和/或高蒸氣壓的組合物的方法，所述某種方式與現有的分析這樣的組合物的方法相比，能夠在最小的時間期間內、以最高的精確度測定組合物的雜質含量。發明和優點的概述本發明提供分析組合物的方法和處理組合物的方法。組合物包含雜質，并具有低于環境溫度的沸點和/或在14. 5°C高于水的蒸氣壓。分析組合物的方法包括提供容器中的液態的組合物的步驟。將組合物在低于組合物的沸點的溫度的容器中冷卻在液態，由此維持組合物在液態。將容器中冷卻的組合物轉變成汽化的組合物和霧化的組合物中的至少一種，該轉變的組合物被引入分析裝置。從分析裝置獲得組合物的雜質含量的測量結果。處理組合物的方法包括與分析組合物的方法相同的步驟，但是進一步要求組合物的至少一部分保留在供應槽中。在分析組合物的方法的另一實施方式中，組合物包括氯硅烷且具有低于約58°C的沸點和從14. 50C 25kPa至14. 5°C 150kPa的蒸氣壓。在容器中以液態提供組合物。然后將組合物引入氣相色譜儀。氯硅烷在氣相色譜儀中從組合物分離以產生氯硅烷部分和殘留部分。將殘留部分引入分析裝置，且從分析裝置獲得殘留部分的雜質含量的測量結果。由于事實組合物被維持在液態直到轉變成汽化的組合物和/或霧化的組合物， 或可選地由于事實包含氯硅烷的組合物被引入氣相色譜儀，先前依賴于蒸發以獲得待接受分析的殘余物的分析方法所需要的許多步驟被消除。根據本發明的方法消除這些步驟使組合物的雜質含量的測定能夠在最小的時間期間內。另外，本發明的方法使組合物的雜質含量的測定與現有的分析這樣的組合物的方法相比具有最高的精確度。最高的精確度是由于以下事實在現有的分析方法的蒸發步驟中損失的揮發性雜質保留在被引入分析裝置的汽化的組合物中和/或霧化的組合物中，或保留在來自氣相色譜儀的殘留部分，且因此對于測定是可用的。此外，通過冷卻組合物并將冷卻的組合物以控制的方式轉變成汽化的組合物和/或霧化的組合物，或通過在氣相色譜儀中從組合物分離氯硅烷部分，避免了由于組合物的高蒸氣壓引起的快速蒸發(尤其是當組合物包含氯硅烷時)，由此保證分析裝置的運行保持不被妨礙，且進一步保證等離子體不因組合物的快速蒸發而被消滅。發明詳述本發明包括分析組合物的方法和處理組合物的方法。更具體地，分析組合物的方法意欲用于包含雜質且具有低于環境溫度的沸點和/或在14. 5°C具有高于水的蒸氣壓的組合物，且為了確定組合物的雜質含量的目的進行該方法。對于許多應用，組合物的雜質含量是組合物的品質及最終由該組合物制備的產品的品質的指示。例如，根據本發明分析的組合物可以被處理以形成半導體。如本領域已知的，即使被處理以形成半導體的組合物的低的雜質含量也可能導致由該組合物產生的不合標準或不合格的半導體，且即使組合物的雜質含量的測量結果與雜質實際含量的很小的差別也可能導致不合格的半導體。如以下其它細節所描述的，本發明的分析方法提供雜質含量的測量結果，其比現有方法更接近地指示被分析的組合物的實際雜質含量，尤其是對于沸點低于環境溫度和/或蒸氣壓在14. 5°C 比水高的組合物。
如上面所提到，根據本發明分析的組合物具有低于環境溫度的沸點和/或在 14. 5°C具有高于水的蒸氣壓。例如，在一種實施方式中，組合物具有低于環境溫度的沸點， 但在14. 5°C不具有高于水的蒸氣壓。在另一實施方式中，組合物在14. 5°C具有高于水的蒸氣壓，但不具有低于環境溫度的沸點。在又一實施方式中，組合物具有低于環境溫度的沸點且在14. 5°C具有高于水的蒸氣壓。在各個實施方式中，分析的組合物中存在的反應物和/ 或組分的至少一些具有低于環境溫度的沸點和/或在14. 5°C具有高于水的蒸氣壓，以致組合物作為整體具有低于環境溫度的沸點和/或在14. 5°C具有高于水的蒸氣壓。本發明的方法對于分析具有低于環境溫度的沸點和/或在14. 5°C具有高于水的蒸氣壓的組合物的適用性不應被理解為限制本發明的方法，而是本發明的方法對其提供顯著的益處的組合物的類型的特征。換句話說，雖然本發明的方法對具有低于環境溫度的沸點和/或在14. 5°C具有高于水的蒸氣壓的組合物的分析提供顯著的益處，但本發明的方法也可以被用于分析具有高于環境溫度的沸點和/或在14. 5°C具有低于或等于水的蒸氣壓的組合物。本文所用短語“環境溫度”，意指環繞被分析的組合物的氣氛的溫度。因此，應當理解，“環境溫度”可以依賴于分析組合物所處的具體情況而變化。例如，雖然“環境溫度”通常是約21°C的正常室溫，但是環境溫度在特定的情況下可以更高，如在已知溫度超過正常室溫的工廠環境中。不管實際的環境溫度，本發明的方法意欲在分析的組合物將正常地經歷沸騰的條件以下(例如，低壓條件)來實施，對于本發明的方法的目的，沸騰是不期望的。 在實際溫度方面，根據本發明的環境溫度可以低于約60°C，且通常從約15°C至45°C。在蒸氣壓方面，具有低于環境溫度(即，上面闡明的環境溫度)的沸點的組合物一般也具有在14. 5°C高于水的蒸氣壓的蒸氣壓。然而，組合物的蒸氣壓不一定取決于組合物的沸點。組合物的蒸氣壓通常從在14.5°C約1.6kPa(即，約水的蒸氣壓)至在14. 5°C約 150kPa，且在一些情況中在14. 5°C從25kPa至125kPa。具有這樣的高蒸氣壓的組合物對使用等離子體的分析裝置造成困難(如下面進一步詳細地描述)，原因在于事實這樣的組合物的蒸發是非常快的且經常消滅等離子體。在一種實施方式中，根據本發明的方法被分析的組合物對空氣和濕氣中的至少一種是敏感的。本文所用短語“對空氣和濕氣中的至少一種敏感”，意指空氣和/或濕氣與組合物以改變組合物的化學性質的方式相互作用。由于下面描述的原因，本發明的分析方法對于對空氣和/或濕氣敏感的組合物可以是特別有優勢的，原因在于以下事實分析這樣的組合物的現有方法不能精確地測定組合物的雜質含量。對空氣和/或濕氣敏感的組合物的一個實例包括氯硅烷。氯硅烷由式SiHaXb表示，其中X是鹵素原子，且a是0至3的整數，且b是1至4的整數，且a與b的和是4。氯硅烷通常以三氯硅烷的形式存在于組合物中，其中X是氯陰離子，a是1，且b是3 ；然而，應當理解氯硅烷可以一氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷和/或四氯硅烷的形式存在。氯硅烷形成水解的固體副產物(凝膠)，由此引起光譜干擾或甚至在通常被用于分析組合物的雜質含量的分析裝置(在下面描述)中引起進樣系統的堵塞，并且妨礙雜質含量的精確測定。基于組合物中存在的氯硅烷的總重量，氯硅烷通常以按重量計至少99. 7%的量存在于組合物中，更通常地按重量計約99. 4%至約99.9%。此外，基于組合物的總重量，三氯硅烷通常以按重量計至少99. 7%的量存在于組合物中，更通常地按重量計約99. 8%至約 99.9%。相應地，包含氯硅烷的組合物通常具有_112°C至57. 57°C的范圍內的沸點，通常地約5°C至約50°C，更通常地約33°C。然而，在一些實施方式中，包含氯硅烷的組合物具有低于或等于10°C的沸點，例如，當大量的二氯硅烷存在于組合物中時。在一種特定的實施方式中，組合物包含基于組合物的總重量以按重量計至少99. 9%的量的三氯硅烷且具有約 32°C至約33 °C的沸點。應當理解，根據本發明的方法分析的組合物可以包括除了氯硅烷或作為氯硅烷的替代品的其它組分。通常，組合物包括半導體生產中使用的組分。例如，在本發明的各種實施方式中，被分析的組合物可以包括但不限于各種乙硅烷和各種二硅氧烷。通常，組合物是基本上純的，即，組合物通常僅包含通常基于組合物的總重量以按重量計至少99%的量存在的氯硅烷或上面列出的組分中的一種。如上所述，組合物還包含雜質。本文所用術語“雜質”，意指不被期望存在于組合物中的組分。雜質通常對由組合物制備的產品的性能或品質具有不利的影響。雖然理論上可能從組合物完全地消除所有雜質，但這樣做將是不經濟的且許多應用可以容忍組合物的某一含量的雜質，容忍的雜質含量取決于由該組合物制備的產品的最終用途。至少為了向組合物的購買者或向由組合物制備的產品的購買者提供組合物的精確的報告的目的，期望確定根據本發明分析的組合物的雜質含量。雜質含量的確定也可以向下面進一步詳細描述的處理組合物的方法提供益處。根據本發明的方法測定的雜質可以基于金屬或某些非金屬。雜質可以各種形式的化學種類存在于組合物中。組合物中雜質的形式可以控制包含在組合物中的雜質的溶解性、揮發性和其它性質。值得注意地，組合物中某些揮發性雜質的存在，和這些揮發性雜質在通過現有測試方法發生的組合物蒸發過程中的損失，使得由于下面進一步詳細描述的原因，根據本發明的分析方法優于這些現有分析方法。雜質可以基于金屬，其包括但不限于鋁、鉻、銅、鎵、鐵、鎳、鉛、鋅和其組合。金屬基雜質可以以下形式存在于組合物中金屬氧化物、金屬鹵化物、羰基金屬、金屬氫氧化物和其組合。可選地，雜質可以基于非金屬，其包括但不限于砷、硼、磷和其組合。非金屬基雜質可以以下形式存在于組合物中鹵化物、氧化物、或與多種配體復合及其各種組合。本發明的方法不限于分析的組合物的雜質的特定含量。如下面進一步詳細描述， 根據本發明的分析方法使用的分析裝置和方法能夠在萬億分之一(PPt)的水平檢測雜質的含量。通常，雜質的含量從大于O至約100mg/L，更通常地從大于0至約0. OlOng/L。根據本發明的分析方法，組合物在容器中以液態被提供。在一種實施方式中，組合物在容器中被供應到進行根據本發明的分析方法的一方(party)，組合物在容器中處于液態。可選地，組合物可以液態被引入到容器中，如從也包括液態的組合物的供應槽以液態被引入到容器中。因為組合物具有低于環境溫度的沸點和/或在14. 5°C高于水的蒸氣壓，組合物可以在容器中處于足夠的壓力下以維持組合物處于液態，或組合物可以在容器中被足夠地冷卻以維持組合物處于液態。如果組合物通過高壓被維持在液態，供應槽通常處于壓力之下，且組合物以液態被引入到容器中，同時保證組合物不從液態改變到氣態。特別地， 組合物通常在大氣壓下被提供到和/或引入容器，為的是本發明的分析方法中進一步的步驟能夠進行，所述進一步的步驟在環境壓力下進行。應當理解，在組合物對空氣和/或濕氣敏感的實施方式中，如對于包含氯硅烷的組合物，在提供組合物的步驟中組合物通常被維持在惰性的無水的氣氛中，以防止空氣和/或濕氣水解組合物或以其他方式與組合物反應并損害分析的結果。“惰性的無水的氣氛”， 意指具有少于IOOppm氧氣和0.5重量百分比含濕量的氣氛。在一個特定的實例中，組合物從供應槽引入容器，同時維持組合物在惰性的無水的氣氛中。為了這一實施例的目的，組合物通過軟管或導管被引入容器。組合物從供應槽被引入的容器通常是保持在大氣壓下的密封的容器。將組合物從這一容器引入到霧化器或組合物可以從其被汽化的其它容器。這樣的容器是商業上可從Hoke, Swagelok Company或Whitey Company獲得的。在一種實施方式中，在將組合物引入到容器之后，組合物的至少一部分保留在供應槽中。如下面進一步詳細描述，結合本發明的處理方法，保留在供應槽中的組合物可以被進一步處理以制備一種或多種產品如半導體，而從供應槽引入到容器中的組合物被分析以確定其雜質含量。容器中的液態的組合物通常使用冷卻器在低于組合物的沸點的溫度被冷卻。應當理解，當在容器中被提供時組合物已經處于液態。因此，冷卻容器中的組合物的步驟起到維持組合物在容器中處于液態的作用。重要地，“冷卻”步驟指冷卻器對組合物的作用，且不一定指組合物的溫度被降低。例如，因為在冷卻步驟開始時組合物已經處于液態，以及因為組合物具有低于環境溫度的沸點和/或在14. 5°C具有高于水的蒸氣壓，自然趨勢是組合物的溫度由于來自環境溫度的影響而上升。在這樣的情況下，冷卻組合物的步驟可以起到維持組合物在低于組合物的沸點的某一溫度并降低組合物的蒸氣壓的作用。因此，雖然在一些例子中冷卻器對組合物的作用可以降低組合物的溫度，但降低組合物的溫度不一定是需要的。通過在低于組合物的沸點的溫度在容器中冷卻組合物，由環境溫度引起的組合物過早的汽化和/或蒸發被最小化。當組合物從供應槽被引入到容器時，由于對容器中的組合物進行冷卻并維持組合物處于液態，容器中組合物的含量維持與保留在供應槽中的組合物基本上相同。期望在容器中的組合物與供應槽中的組合物之間維持基本上相同的含量， 目的是精確地確定容器中組合物的雜質含量，且又使容器中組合物的雜質含量與保留在供應槽中的組合物的雜質含量相關聯。在一種實施方式中，組合物可以通過冷卻容器本身而在容器中被冷卻。在這一實施方式中，用設置成與容器的外表面熱連通的外部冷卻器冷卻容器。如上所述，容器可以是霧化器。在一種特定的實施方式中，霧化器是冷卻的同心霧化器，其包括套住霧化器的冷卻器。適合的冷卻的同心霧化器商業上從Perkin-Elmer或Elemental Scientific, Inc.獲得。可選地，組合物可以通過將冷卻元件浸入包含在容器之內的組合物中而被冷卻。根據本發明的分析方法進一步包括將容器中的冷卻的組合物轉變成汽化的組合物和霧化的組合物中的至少一種。因此，當組合物處于液態時轉變冷卻的組合物的步驟發生，這將雜質的蒸發最小化。“轉變”，意指組合物在物理上被轉變成汽化的組合物和霧化的組合物中的至少一種。“汽化的組合物”，意指組合物被轉變成蒸氣。“霧化的組合物”，意指組合物被轉變成液滴的細霧。轉變的組合物基本上維持與供應槽中的組合物相同的含量。 如上所述，容器可以是冷卻的同心霧化器，就其性質而言，霧化器適合霧化包含在其中的組合物。如本領域已知，霧化是通過在霧化器中將組合物內收到氣流中，導致氣溶膠形成來完成。通常，氣體是惰性氣體。惰性氣體可以選自由以下組成的組稀有氣體例如氦氣或氬氣；或氮氣。通常，以約20-500μ Ι/min，更通常地50-100 μ Ι/min的速率轉變組合物。
與提供容器中的組合物的步驟一樣，當組合物對空氣和濕氣中的至少一種敏感時，在轉變組合物的步驟中組合物通常被維持在惰性的無水的氣氛中以防止濕氣水解組合物或以其他方式與組合物反應并損害分析結果。根據本發明的分析方法進一步包括將轉變的組合物引入分析裝置的步驟。組合物通常被直接從汽化器或霧化器引入分析裝置。更具體地，在轉變組合物的步驟中容器通常被密封，出口定位于容器中的組合物的上方。轉變的組合物在組合物上方被收集，并且轉變的組合物被引導通過出口并進入連接容器與分析裝置的管。這樣，轉變的組合物通常被隔離于環境氣氛以防止汽化的組合物受環境氣氛污染，且還防止其與空氣或濕氣反應。從轉變容器中的組合物的步驟產生的壓力足以使轉變的組合物移動通過管并進入分析裝置。通常，以與組合物被轉變成汽化的組合物和/或霧化的組合物相同的速率將轉變的組合物引入分析裝置。如前述描述中所提及，在所述組合物對空氣和濕氣中的至少一種是敏感的實施方式中，在提供容器中的組合物的步驟至將轉變的組合物引入分析裝置的步驟期間，所述組合物被保持在惰性的無水的氣氛中。因為一般難以在環繞包括組合物的容器的環境氣氛中維持足夠低的水平的濕氣，在提供容器中的組合物的步驟至將轉變的組合物引入分析裝置的步驟期間，組合物通常被隔離于環境氣氛。容器隔離于環境氣氛的方式已在上面描述。通常，轉變的組合物被引入的分析裝置是光譜儀。在一種特定的實施方式中，分析裝置是電感耦合等離子體(ICP)光譜裝置。用ICP光譜裝置進行的方法的實例包括ICP 質譜法(MQ、ICP光學發射光譜法(0EQ和ICP原子發射光譜法(AES)，其每個都是用于測定組合物的元素含量的已知方法。ICP-MS是用于分析無機元素特別是金屬的方法，且特別地適合用于測定根據本發明分析的組合物的雜質含量。ICP-MS對周期表的大多數元素提供基本上同時的多元素分析，產生簡單的質譜，顯示極好的靈敏度并可以萬億分之一(PPt) 的水平確定元素含量。如果ICP-MS儀器安裝有動態反應池(dynamic reaction cell)或各種扇形磁場裝置，元素含量可以千的五次方分之一(part-per-quadrillion) (ppq)的水平被確定。轉變的組合物通常在分析裝置中被電離。更具體地，當分析裝置是ICP光譜裝置時，轉變的組合物在引入分析裝置之時被電離。對于ICP-MS方法，ICP光譜裝置利用使用惰性氣體如氬氣以產生等離子體的電感耦合等離子體。等離子體將轉變的組合物去溶劑化、原子化并電離。ICP光譜裝置進一步包括質譜儀，通常是四極質量分析器，其被用于分離和測定因轉變的組合物的電離而形成的分析物離子。然后在大氣壓下將產生的離子從等離子體轉移至質譜儀。質譜儀位于真空室內部，且經壓差連接體(differentially pumped interface)將離子轉移進入真空室。離子通過連接體中被稱為取樣錐和截取錐(skimmer cone)的兩個口，且被集中到四極質量分析器中。在通過電子倍增器檢測系統測定前，分析器基于離子的質荷比分離離子。最后，從分析裝置獲得組合物的雜質含量的測量結果。具體地，每種元素的同位素以不同的質量出現，峰強度與樣品中那種同位素的起始濃度成正比； 以此方式，樣品中元素的濃度可以從分析裝置被測定且獲得。特定地，本發明的分析方法檢測達+/_約0. 010ng/L的精確度的雜質含量，且在一些情況下可以檢測達+/_約0. OOlng/ L的精確度的雜質含量。在分析組合物，特別是氯硅烷組合物的現有方法中，僅組合物的殘余物被測定以確定組合物的雜質含量，與現有方法不同，本發明的分析方法消除在將轉變的組合物引入分析裝置之前從組合物除去氯硅烷的需要。具體地，通過冷卻組合物，避免組合物的蒸發。 此外，當在將組合物引入容器的步驟至將轉變的組合物引入分析裝置的步驟期間組合物被維持在惰性的無水的氣氛中時，避免了來自空氣和/或濕氣的對組合物的不利影響。是組合物尤其是包含氯硅烷的組合物的蒸發和空氣和/或濕氣對組合物的不利影響引起了對通過ICP光譜裝置進行的方法的光譜干擾，或甚至消滅了等離子體本身。通過冷卻組合物并將冷卻的組合物轉變成汽化的組合物和/或霧化的組合物，且按需要通過維持組合物在惰性的無水的氣氛中，本發明的方法對組合物的蒸發提供解決辦法，組合物的蒸發迫使依賴于組合物蒸發之后留下的殘余物的其它分析方法在過去用來測定雜質含量。本發明的分析方法具有許多優點。具體地，該方法可以與處理組合物的其它方法結合，如下面進一步詳細描述。此外，可以實質上比要求組合物蒸發的現有分析方法更快地進行分析方法并獲得雜質含量的測量結果。具體地，來自分析裝置的雜質含量的測量結果通常在提供容器中的液態的組合物的步驟的一小時期間獲得，且在一些情況下，可以在幾分鐘的期間內獲得。而且，本發明的方法防止分析裝置內的組件被分析的組合物覆蓋。例如，分析裝置內的組件被氯硅烷覆蓋可導致分析裝置的故障。在如下進一步詳細描述的處理組合物的方法方面，可以從分析裝置獲得組合物的雜質含量的測量結果的短的時間期間提供了許多處理優點。此外，根據本發明的方法測定的雜質含量的精確度被最大化，原因在于事實通過冷卻組合物，許多揮發性雜質保留在組合物中用于測定。在本發明的另一實施方式中，組合物的雜質含量的分析方法使用氣相色譜儀。在這一實施方式中，該方法特別適合于包含氯硅烷且具有低于約58°C的沸點和在14. 5°C從
至的蒸氣壓的組合物，如上面列出的包括氯硅烷的特定的組合物。再次，在容器中以液態提供組合物。然而，不是在低于組合物的沸點的溫度在冷卻的容器中冷卻組合物，而是將組合物引入氣相色譜儀中。為了進行氣相色譜分析，在載氣中攜帶組合物并將組合物通入氣相色譜儀。適合的載氣包括稀有氣體和氮氣，如上面所描述的。氣相色譜儀使用柱，載氣中組合物的不同部分以不同速率通過柱，所述速率取決于化學組分的不同的化學性質和物理性質以及所述部分與柱的固定相的相互作用。為了本發明的目的，固定相通常是Restek Rtx-200柱中可獲得的“交聯的”三氟丙基甲基聚硅氧烷。柱中固定相的功能是分離組合物的不同部分，引起所述部分在不同的時間離開柱。可以用于改變保留順序或保留時間的其它參數是載氣流速和溫度。根據本發明可以使用的適合的氣相色譜儀的一個實例是CLARUS 600氣相色譜儀，商業上可獲自Perkin-Elmer Corporation。氯硅烷在氣相色譜儀中從組合物分離以產生氯硅烷部分和殘留部分。通過分離殘留部分和氯硅烷部分，組合物中的氯硅烷被有效地從組合物除去，因此避免氯硅烷否則將對通過ICP方法獲得的測量結果的影響，且防止組合物消滅等離子體。將殘留部分引入分析裝置，分析裝置可以是上面列出的任何ICP光譜裝置。在一種特定的實施方式中，在將殘留部分引入分析裝置的步驟之前可以冷卻殘留部分，如在上面描述的冷卻的容器中，以在分析之前再濃縮樣品。通常，分析裝置是電感耦合等離子體質譜裝置。從分析裝置獲得殘留部分中的雜質含量的測量結果。根據本發明處理組合物的方法可以包括上面詳細描述的分析方法中的步驟。例如，處理組合物的方法可以包括提供包含組合物的供應槽，且可以將供應槽中組合物的一部分轉移到容器并經受本發明的分析方法，并且在將組合物引入容器之后，組合物的至少一些保留在供應槽中。保留在供應槽中的組合物被用于制備產品。在一種實施方式中，使根據本發明處理的組合物反應以形成產品，并且根據上面描述的分析方法測定的雜質含量用于品質控制的目的。在這一實施方式中，處理方法進一步包括將保留在供應槽中的組合物的一部分引入反應器的步驟。當組合物包含氯硅烷且特定地三氯硅烷時，為了產生多晶硅的目的可以將組合物引入反應器。在另一實施方式中，組合物可以與其它組分混合以形成產品，該產品包含組合物中的組分與其它組分的混合物。例如，基于從分析裝置獲得的測定的雜質含量，第二組合物可以與保留在供應槽中的組合物的一部分混合。第二組合物通常與分析的組合物類似，但是具有不同的雜質含量以產生具有落在組合物的雜質含量與第二組合物的雜質含量之間的雜質含量的產品。為了說明，基于通過分析方法測定的組合物的雜質含量，在確定組合物的雜質含量太高之后，可能可以將具有過多的雜質含量的組合物與具有較低的雜質含量的第二組合物混合，由此將組合物的總的雜質含量降低到對于給定應用的可接受的水平之下。在這一實施方式中，組合物與其它組合物的混合物可以被引入到反應器，如上面描述的。可選地，可以向顧客銷售該混合物用于進一步的處理。以下實施例意圖說明本發明，且不應被視為以任何方式限制本發明的范圍。
實施例根據本發明的分析方法分析組合物。根據本發明分析了與實施例1-4相對應的四種不同的組合物。組合物包括氯硅烷，且為了確定組合物的雜質含量的目的被分析。每種組合物在14. 5°C具有大于水的蒸氣壓，且為了進行分析的目的，在14. 5°C具有約53. 33kPa 的蒸氣壓。在商業上獲自 Hoke，Swagelok Company 或 Whitey Company 的 300 毫升供應槽中提供組合物，且通過供應槽內部組合物的蒸氣壓使組合物在供應槽中保持處于液態。將 IOOmL的組合物從供應槽引入容器。容器是150mL冷卻的3- 口密封的蒸發皿。商業上獲自Perkin-Elmer或Elemental Scientific, he的冷卻的同心霧化器將來自冷卻的容器的組合物轉變成霧化的組合物。在隔離于環境氣氛的條件下，將組合物引入冷卻的同心霧化器中。具體地，冷卻的容器被包含在惰性的無水的隔離室中，并且取樣管從冷卻的容器伸入霧化器。在將組合物引入霧化器之前，設置冷卻器以冷卻容器至約-78. 5°C的溫度。 在將組合物引入到霧化器之后，通過冷卻器對霧化器的作用將組合物維持在液態。包括冷卻的容器的惰性的無水的隔離室被緊鄰于分析裝置定位，所述分析裝置是商業上可獲自 Perkin-Elmer的ICP光譜裝置。將霧化的組合物引入到ICP光譜裝置，其中霧化的組合物被暴露于等離子體以電離霧化的組合物。然后使電離的霧化的組合物經受電感耦合等離子體光譜儀以確定其含量。為了比較的目的，期望以這樣的方式分析組合物所述的方式與上面描述的相同， 但是為了說明在霧化過程中冷卻組合物的效果的目的，在冷卻的同心霧化器中的冷卻器是不起作用的。遺憾地，這是不可能的，因為，如上面所提及，樣品的高蒸氣壓消滅等離子體并使得分析不可能。為了比較的目的，組合物根據 Wong 等“Determination of Metals ImpurityConcentrations in Semiconductor Gases (半導體氣體中金屬雜質含量的確定)”，1994 IEEE/SEMI Advanced Semiconductor Conference,第 212 頁，章名"Residue Sampling(殘余物取樣)”中描述的方法被分析。根據本發明的方法測定的雜質含量提供了在雜質含量方面更精確的結果，且當與在比較實例中獲得結果所需要的時間相比，獲得結果所需要的時間被縮短。明顯地，借助上面的教導，本發明的許多修改和變形是可能的，且除了如所附權利要求的范圍之內特定地描述，可以其它方式實踐本發明。
權利要求
1.一種分析包含雜質且具有低于環境溫度的沸點和/或在14. 5°C具有高于水的蒸氣壓的組合物的方法，所述方法包括以下步驟提供容器中的液態的所述組合物；在低于所述組合物的沸點的溫度冷卻所述容器中的液態的所述組合物；將所述容器中的冷卻的組合物轉變成汽化的組合物和霧化的組合物中的至少一種；將轉變的組合物引入分析裝置；以及從所述分析裝置獲得所述組合物中所述雜質含量的測量結果。
2.根據權利要求1所述的方法，其中轉變冷卻的組合物的步驟進一步被限定為霧化所述容器中的所述組合物。
3.根據任一前述權利要求所述的方法，其中冷卻所述化合物的步驟進一步被限定為冷卻包括液態的所述組合物的所述容器。
4.根據權利要求3所述的方法，其中用設置成與所述容器的外表面熱連通的外部冷卻器冷卻所述容器。
5.根據任一前述權利要求所述的方法，其中提供液態的所述組合物的步驟進一步被限定為將液態的所述組合物引入所述容器。
6.根據權利要求5所述的方法，其中液態的所述組合物從包含液態的所述組合物的供應槽被引入到所述容器，所述組合物的至少一部分保留在所述供應槽中。
7.根據任一前述權利要求所述的方法，其中所述組合物對空氣和濕氣中的至少一種是敏感的，且其中在提供容器中的所述組合物的步驟至將轉變的組合物引入分析裝置的步驟期間，所述組合物被保持在惰性的無水的氣氛中。
8.根據任一前述權利要求所述的方法，其中在提供容器中的所述組合物的步驟至將轉變的組合物引入所述分析裝置的步驟期間，所述組合物與環境氣氛隔離。
9.根據任一前述權利要求所述的方法，其中所述組合物包括氯硅烷。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述氯硅烷由式SiHaXb表示，其中X是鹵素原子，a是0至3的整數，且b是1至4的整數，且a與b的和是4。
11.根據權利要求9或10中任一項所述的方法，其中所述組合物具有低于或等于58°C 的沸點。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述組合物具有低于或等于10°C的沸點且在 14. 5°C具有25kPa至150kPa的蒸氣壓。
13.根據權利要求9-12中任一項所述的方法，其中所述組合物包含基于所述組合物的總重量，按重量計至少99. 7%的量的氯硅烷。
14.根據任一前述權利要求所述的方法，其中所述轉變的組合物在所述分析裝置中被電離。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述分析裝置進一步被限定為電感耦合等離子體光譜裝置。
16.根據權利要求15所述的方法，其中在提供容器中的液態的所述組合物的步驟的 0. 5小時的期間內獲得來自所述分析裝置的所述組合物中的雜質含量的測量結果。
17.—種處理根據權利要求6中的包含雜質且具有低于環境溫度的沸點和/或在 14. 5°C具有大于水的蒸氣壓的組合物的方法，所述方法還包括將保留在所述供應槽中的所述組合物的部分引入反應器。
18.根據權利要求17所述的方法，其中在提供容器中的所述組合物的步驟至將轉變的組合物引入分析裝置的步驟期間，所述組合物被保持在惰性的無水的氣氛中。
19.根據權利要求17或18中任一項所述的方法，還包括基于自所述分析裝置獲得的測定的雜質含量，將第二組合物與保留在所述供應槽中的所述組合物的部分混合的步驟。
20.根據權利要求17-19中任一項所述的方法，其中所述組合物具有低于或等于10°C 的沸點，且在14. 5°C具有25kPa至150kPa的蒸氣壓。
21.根據權利要求17-20中任一項所述的方法，其中所述組合物包含基于所述組合物的總重量，按重量計至少99. 7%的量的氯硅烷。
22.根據權利要求17-21中任一項所述的方法，其中所述轉變的組合物在所述分析裝置中被電離。
23.根據權利要求22所述的方法，其中所述分析裝置進一步被限定為電感耦合等離子體光譜裝置。
24.根據權利要求23所述的方法，其中在提供容器中的液態的所述組合物的步驟的 0. 5小時的期間內獲得來自所述分析裝置的所述組合物中的雜質含量的測量結果。
25.一種分析包含氯硅烷且具有低于約58°C的沸點和具有在14.5°C 至在 14. 5°C 150kPa的蒸氣壓的組合物的雜質含量的方法，所述方法包括以下步驟提供容器中的液態的所述組合物； 將所述組合物引入氣相色譜儀；在所述氣相色譜儀中從所述組合物中分離所述氯硅烷以產生氯硅烷部分和殘留部分；將所述殘留部分引入分析裝置；以及從所述分析裝置獲得所述殘留部分中的所述雜質含量的測量結果。
26.根據權利要求25所述的方法，還包括在將所述殘留部分引入所述分析裝置的步驟之前冷卻所述殘留部分的步驟。
27.根據權利要求25或沈中任一項所述的方法，其中將所述殘留部分引入所述分析裝置的步驟進一步被限定為將所述殘留部分引入電感耦合等離子體質譜裝置。
全文摘要
提供了分析組合物的方法和處理組合物的方法。該組合物包含雜質且具有低于環境溫度的沸點和/或在14.5℃具有高于水的蒸氣壓。分析組合物的方法包括在容器中提供液態的組合物的步驟。在低于組合物的沸點的溫度冷卻容器中的液態的組合物，由此維持組合物在液態。將容器中的冷卻的組合物轉變以產生汽化的組合物和霧化的組合物中的至少一種，將該轉變的組合物引入分析裝置。從分析裝置獲得組合物的雜質含量的測量結果。處理組合物的方法包括與分析組合物的方法相同的步驟，但是進一步要求組合物的至少一部分保留在供應槽中。
文檔編號G01N1/22GK102282104SQ200980154779
公開日2011年12月14日 申請日期2009年11月16日 優先權日2008年11月17日
發明者卡爾·普爾, 約翰·哈德, 羅恩·霍姆斯 申請人:赫姆洛克半導體公司