一种铝材中碳含量的分析方法

摘要

本发明提供了一种铝材中碳含量的分析方法，所述分析方法包括如下步骤：(1)依次对待测铝材进行酸洗、水洗以及丙酮清洗，烘干得到预处理铝材；(2)使用红外吸收法测定步骤(1)所得预处理铝材；所述红外吸收法所用助熔剂为纯铁助熔剂与钨锡助熔剂的组合。本发明通过对待测铝材进行前处理，并通过选择特定的助熔剂，使所述分析方法在检测高纯铝材中的碳含量时，能够对碳含量在1‑10ppm范围内的高纯铝材进行稳定检测。

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及到一种碳含量的分析方法，尤其涉及一种铝材中碳含量的分析方法。

背景技术

半导体行业的技术飞速发展，集成电路以及微处理器芯片内部的输入输出引线数量急剧增加，互连线长度以及互连线密度持续上升的同时，互连线的截面积以及互连线的间距则持续下降，因此，半导体行业对金属互连线的技术要求不断提高。

铝材，尤其是高纯铝(纯度≥5N)靶材是制造金属互连线的主要材料，具有电导率高、易加工、易沉积以及易光刻的优点；且抗电化学腐蚀性能较强，成本相对低廉，因此广泛应用于物理气相沉积溅射镀膜的过程中。

但是高纯铝靶材的致密度较小，受高压电子轰击时，高纯铝靶材内部缺陷包含的碳、氧、氮与氢等元素释放，容易造成靶材颗粒飞溅，这样会大大降低薄膜品质，造成金属互连线短路。因此，对高纯铝靶材中的碳、氧、氮与氢元素的含量进行准确测量十分重要。

CN 103245633A公开了一种异标校正红外吸收法测定稀土铝合金中碳和硫含量的方法，所述方法根据所述稀土铝合金试样的碳和硫的含量选择一种合金作为第一标样；另选二种合金作为第二标样和第三标样；测定助熔剂中碳和硫的含量作为空白值，将所述空白值输入红外碳硫测定仪中；将第一标样、第二标样以及第三标样分别引入输入空白值后的红外碳硫测定仪中进行分析，校正红外碳硫测定仪的工作曲线；将所述稀土铝合金试样引入校正后的红外碳硫测定仪中进行测量，分别得到稀土铝合金试样中的碳和硫含量。

然而，除了制作标准曲线，红外吸收法中的各个环节都会对测量结果产生影响。例如氧气流量、坩埚预处理以及样品前处理等多种因素。

CN 105842182A公开了一种测定覆盖剂中游离碳含量的方法，包括如下步骤：(1)线性化校正：分别称取不同量的碳酸钡基准物质，将碳酸钡基准物质置于灼烧过并铺有纯铁助熔剂的坩埚内，作为碳标准系列于红外碳硫分析仪进行分析、进行仪器线性化校正；(2)覆盖剂中碳含量的测定：将覆盖剂粉碎后干燥，经酸溶解并煮沸除去二氧化碳；将覆盖剂溶液加入到铺有灼烧后高纯水浸泡的酸洗石棉的漏斗中进行减压抽滤，抽干水分后，将附有沉淀的酸洗石棉取出放入灼烧并铺有纯铁助熔剂、锡助熔剂的红外专用坩埚中，烘干后置于红外碳硫分析仪进行测定，在助熔剂及氧气的作用下，碳转化为CO

然而纯铁助熔剂与锡助熔剂难以充分燃烧，造成助熔剂的空白对照数据波动大，难以使用所用方法对碳含量在10ppm以下的高纯铝靶材进行检测。

针对现有技术的不足，本发明提供了一种简单易行的分析方法，所述分析方法通过对所测高纯铝靶材进行前处理，并通过选择特定的助熔剂组成以及助熔剂添加比例，使所述方法能够稳定检测碳含量在1-10ppm范围内的高纯铝靶材样品。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种铝材中碳含量的分析方法，尤其涉及一种高纯铝材中碳含量的分析方法。所述分析方法能够对碳含量1-10ppm的高纯铝材进行稳定检测，从而克服现有技术无法对碳含量＜10ppm的样品进行检测的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种铝材中碳含量的分析方法，所述分析方法包括如下步骤：

(1)依次对待测铝材进行酸洗、水洗以及丙酮清洗，烘干得到预处理铝材；

(2)使用红外吸收法测定步骤(1)所得预处理铝材；所述红外吸收法所用助熔剂为纯铁助熔剂与钨锡助熔剂的组合。

本发明首先对待检测铝材依次进行酸洗、水洗以及丙酮清洗，然后烘干得到预处理铝材，有效避免了待测铝材表面杂质对检测带来的不利影响，从而有效提高了检测的准确度；而后通过选择红外吸收法中的助熔剂，使待检测铝材以及助熔剂能够充分燃烧，而且由纯铁助熔剂与钨锡助熔剂组成的助溶剂在做空白值校准时同样能够充分燃烧，所得空白值相对稳定，从而提高了所述分析方法的检测极限以及检测稳定性。

优选地，步骤(1)所述待测铝材为高纯铝材；所述高纯铝材的纯度≥5N。

优选地，步骤(1)所述酸洗所用酸洗液由氢氟酸、硝酸以及去离子水混合而成。

优选地，所述氢氟酸、硝酸以及去离子水的体积比为(1-2):(1-2):(6-8)，例如可以是1:1:6、1:1:7、1:1:8、1:2:6、2:1:6、1:2:7、2:1:7、1:2:8:、2:2:6、2:2:7或2:2:8，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为1:1:6。

优选地，所述氢氟酸的浓度为35-40wt％，例如可以是35wt％、36wt％、37wt％、38wt％、39wt％或40wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，所述硝酸的浓度为65-70wt％，例如可以是65wt％、66wt％、67wt％、68wt％、69wt％或70wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述酸洗的次数为至少3次，例如可以是3次、4次、5次、6次、7次或8次，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，每次酸洗的时间为至少1min，例如可以是1min、2min、3min、4min、5min或6min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，每次酸洗时酸洗液的用量与待测铝材的液固比为(5-10):1，例如可以是5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，所述液固比的单位为mg/L。

优选地，步骤(1)所述水洗的次数为至少3次，例如可以是3次、4次、5次、6次、7次、8次或10次，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，每次水洗的时间为至少2min，例如可以是2min、4min、6min、8min或10min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，每次水洗时去离子水的用量与待测铝材的液固比为(5-10):1，例如可以是5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，所述液固比的单位为mg/L。

优选地，步骤(1)所述水洗时伴有超声。

所述酸洗能够通过腐蚀有效清除待测铝材表面的杂质，但容易存在酸的残留，不利于后期对待测铝材中碳含量进行测定。本发明通过超声条件下进行水洗，能够有效减少酸的残留，从而保证红外吸收法检测的检测限以及稳定性。

优选地，步骤(1)所述烘干为使用红外线烘干灯进行烘干。

本发明选用红外线烘干灯对待测铝材进行烘干，有效避免了换热介质所夹带的杂质，从而在烘干阶段保证了红外吸收法检测的检测限以及稳定性。

优选地，步骤(2)所述钨锡助熔剂与纯铁助熔剂的质量比为(1.2-1.6):1，例如可以是1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1或1.6:1，但不限于所列举的数值，数值范围其它未列举的数值同样适用。

优选地，所述钨锡助熔剂中锡的质量百分数为12-21％，余量为钨以及不可避免的杂质。

所述钨锡助熔剂中锡的质量百分数为12-21％，例如可以是12％、14％、15％、16％、18％、20％或21％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，所述钨锡助熔剂中的C≤6ppm，S≤6ppm。

本发明通过选择特定的钨锡助熔剂组成，以及纯铁助熔剂与钨锡助熔剂的比例，使所述助熔剂进行空白值校准时能够完全燃烧，使所得校准空白值稳定、准确。且所述助熔剂能够保证待测铝材完全燃烧，从而保证红外吸收法检测的检测限以及稳定性。

优选地，所述分析方法还包括步骤(1)之前的预处理步骤：对待测铝材进行依次进行破碎与筛分处理，选用粒度为20-50目的待测铝材进行步骤(1)。

作为优选地技术方案，本发明通过破碎筛分选择粒度为20-50目的待测铝材，保证了后续酸洗、水洗、丙酮清洗以及烘干的效果，降低了红外吸收法的测定时间，从而在一定程度上降低了外来因素对检测结果准确性的影响。

优选地，步骤(2)所述红外吸收法在LECO CS844碳硫分析仪中进行。

作为本发明提供分析方法的优选技术方案，所述分析方法包括如下步骤：

预处理：对纯度≥5N的待测铝材进行依次进行破碎与筛分处理，选用粒度为20-50目的待测铝材进行步骤(1)；

(1)依次对待测铝材进行酸洗、水洗以及丙酮清洗，使用红外线烘干灯进行烘干，得到预处理铝材；所述酸洗所用酸洗液由体积比为(1-2):(1-2):(6-8)的氢氟酸、硝酸以及去离子水混合而成，所述氢氟酸的浓度为35-40wt％，所述硝酸的浓度为65-70wt％；

所述酸洗的次数为至少3次，每次酸洗的时间为至少1min，每次酸洗时酸洗液的用量与待测铝材的液固比为(5-10):1，所述液固比的单位为mg/L；

所述水洗的次数为至少3次，每次水洗的时间为至少2min，每次水洗时去离子水的用量与待测铝材的液固比为(5-10):1，所述液固比的单位为mg/L；所述水洗时伴有超声；

(2)使用红外吸收法测定步骤(1)所得预处理铝材；所述红外吸收法所用助熔剂为质量比为(1.2-1.6):1的钨锡助熔剂与纯铁助熔剂的组合；

所述钨锡助熔剂中锡的质量百分数为12-21％，C≤6ppm，S≤6ppm，余量为钨。

本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过对待测铝材进行前处理，并通过选择特定的助熔剂，使所述分析方法在检测高纯铝材中的碳含量时，能够对碳含量在1-10ppm范围内的高纯铝材进行稳定检测。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

本实施例提供了一种高纯铝材中碳含量的分析方法，所述分析方法包括如下步骤：

预处理：对纯度为5N的待测铝材进行依次进行破碎与筛分处理，选用粒度为20-50目的待测铝材进行步骤(1)；

(1)依次对待测铝材进行酸洗、水洗以及丙酮清洗，使用红外线烘干灯进行烘干，得到预处理铝材；所述酸洗所用酸洗液由体积比为1:1:6的氢氟酸、硝酸以及去离子水混合而成，所述氢氟酸的浓度为35wt％，所述硝酸的浓度为70wt％；

所述酸洗的次数为3次，每次酸洗的时间为1min，每次酸洗时酸洗液的用量与待测铝材的液固比为8:1，所述液固比的单位为mg/L；

所述水洗的次数为3次，每次水洗的时间为2min，每次水洗时去离子水的用量与待测铝材的液固比为8:1，所述液固比的单位为mg/L；所述水洗时伴有超声；

(2)在LECO CS844碳硫分析仪中使用红外吸收法测定步骤(1)所得预处理铝材；所述红外吸收法所用助熔剂为质量比为1.4:1的钨锡助熔剂与纯铁助熔剂的组合；

所述钨锡助熔剂中锡的质量百分数为16％，C≤6ppm，S≤6ppm，余量为钨。

实施例2

本实施例提供了一种高纯铝材中碳含量的分析方法，所述分析方法包括如下步骤：

预处理：对纯度为5N的待测铝材进行依次进行破碎与筛分处理，选用粒度为20-50目的待测铝材进行步骤(1)；

(1)依次对待测铝材进行酸洗、水洗以及丙酮清洗，使用红外线烘干灯进行烘干，得到预处理铝材；所述酸洗所用酸洗液由体积比为1:1:7的氢氟酸、硝酸以及去离子水混合而成，所述氢氟酸的浓度为36wt％，所述硝酸的浓度为69wt％；

所述酸洗的次数为4次，每次酸洗的时间为2min，每次酸洗时酸洗液的用量与待测铝材的液固比为6:1，所述液固比的单位为mg/L；

所述水洗的次数为4次，每次水洗的时间为4min，每次水洗时去离子水的用量与待测铝材的液固比为6:1，所述液固比的单位为mg/L；所述水洗时伴有超声；

(2)在LECO CS844碳硫分析仪中使用红外吸收法测定步骤(1)所得预处理铝材；所述红外吸收法所用助熔剂为质量比为1.3:1的钨锡助熔剂与纯铁助熔剂的组合；

所述钨锡助熔剂中锡的质量百分数为18％，C≤6ppm，S≤6ppm，余量为钨。

实施例3

本实施例提供了一种高纯铝材中碳含量的分析方法，所述分析方法包括如下步骤：

预处理：对纯度为5N的待测铝材进行依次进行破碎与筛分处理，选用粒度为20-50目的待测铝材进行步骤(1)；

(1)依次对待测铝材进行酸洗、水洗以及丙酮清洗，使用红外线烘干灯进行烘干，得到预处理铝材；所述酸洗所用酸洗液由体积比为1:1:8的氢氟酸、硝酸以及去离子水混合而成，所述氢氟酸的浓度为38wt％，所述硝酸的浓度为68wt％；

所述酸洗的次数为5次，每次酸洗的时间为1min，每次酸洗时酸洗液的用量与待测铝材的液固比为5:1，所述液固比的单位为mg/L；

所述水洗的次数为5次，每次水洗的时间为2min，每次水洗时去离子水的用量与待测铝材的液固比为5:1，所述液固比的单位为mg/L；所述水洗时伴有超声；

(2)在LECO CS844碳硫分析仪中使用红外吸收法测定步骤(1)所得预处理铝材；所述红外吸收法所用助熔剂为质量比为1.5:1的钨锡助熔剂与纯铁助熔剂的组合；

所述钨锡助熔剂中锡的质量百分数为14％，C≤6ppm，S≤6ppm，余量为钨。

实施例4

本实施例提供了一种高纯铝材中碳含量的分析方法，所述分析方法包括如下步骤：

预处理：对纯度为5N的待测铝材进行依次进行破碎与筛分处理，选用粒度为20-50目的待测铝材进行步骤(1)；

(1)依次对待测铝材进行酸洗、水洗以及丙酮清洗，使用红外线烘干灯进行烘干，得到预处理铝材；所述酸洗所用酸洗液由体积比为2:2:7的氢氟酸、硝酸以及去离子水混合而成，所述氢氟酸的浓度为39wt％，所述硝酸的浓度为66wt％；

所述酸洗的次数为3次，每次酸洗的时间为3min，每次酸洗时酸洗液的用量与待测铝材的液固比为9:1，所述液固比的单位为mg/L；

所述水洗的次数为3次，每次水洗的时间为6min，每次水洗时去离子水的用量与待测铝材的液固比为9:1，所述液固比的单位为mg/L；所述水洗时伴有超声；

(2)在LECO CS844碳硫分析仪中使用红外吸收法测定步骤(1)所得预处理铝材；所述红外吸收法所用助熔剂为质量比为1.2:1的钨锡助熔剂与纯铁助熔剂的组合；

所述钨锡助熔剂中锡的质量百分数为21％，C≤6ppm，S≤6ppm，余量为钨。

实施例5

本实施例提供了一种高纯铝材中碳含量的分析方法，所述分析方法包括如下步骤：

预处理：对纯度为5N的待测铝材进行依次进行破碎与筛分处理，选用粒度为20-50目的待测铝材进行步骤(1)；

(1)依次对待测铝材进行酸洗、水洗以及丙酮清洗，使用红外线烘干灯进行烘干，得到预处理铝材；所述酸洗所用酸洗液由体积比为2:2:8的氢氟酸、硝酸以及去离子水混合而成，所述氢氟酸的浓度为40wt％，所述硝酸的浓度为65wt％；

所述酸洗的次数为3次，每次酸洗的时间为3min，每次酸洗时酸洗液的用量与待测铝材的液固比为10:1，所述液固比的单位为mg/L；

所述水洗的次数为3次，每次水洗的时间为6min，每次水洗时去离子水的用量与待测铝材的液固比为10:1，所述液固比的单位为mg/L；所述水洗时伴有超声；

(2)在LECO CS844碳硫分析仪中使用红外吸收法测定步骤(1)所得预处理铝材；所述红外吸收法所用助熔剂为质量比为1.6:1的钨锡助熔剂与纯铁助熔剂的组合；

所述钨锡助熔剂中锡的质量百分数为12％，C≤6ppm，S≤6ppm，余量为钨。

实施例6

本实施例提供了一种高纯铝材中碳含量的分析方法，除步骤(1)所用酸洗液由体积比1:7的氢氟酸以及去离子水混合而成外，其余均与实施例1相同。

实施例7

本实施例提供了一种高纯铝材中碳含量的分析方法，除步骤(1)所用酸洗液由体积比1:7的硝酸以及去离子水混合而成外，其余均与实施例1相同。

实施例8

本实施例提供了一种高纯铝材中碳含量的分析方法，除步骤(1)所述烘干为脱除二氧化碳的热风烘干外，其余均与实施例1相同。

实施例9

本实施例提供了一种高纯铝材中碳含量的分析方法，除步骤(2)所述钨锡助熔剂与纯铁助熔剂的质量比为1:1外，其余均与实施例1相同。

实施例10

本实施例提供了一种高纯铝材中碳含量的分析方法，除步骤(2)所述钨锡助熔剂与纯铁助熔剂的质量比为1.8:1外，其余均与实施例1相同。

对比例1

本对比例提供了一种高纯铝材中碳含量的分析方法，除不进行步骤(1)所述水洗外，其余均与实施例1相同。

对比例2

本对比例提供了一种高纯铝材中碳含量的分析方法，除步骤(2)所述助熔剂为纯铁助熔剂外，其余均与实施例1相同。

对比例3

本对比例提供了一种高纯铝材中碳含量的分析方法，除步骤(2)所述助熔剂为钨锡助熔剂外，其余均与实施例1相同。

所述钨锡助熔剂中锡的质量百分数为16％，C≤6ppm，S≤6ppm，余量为钨。

本发明实施例1-10以及对比例1-3所测高纯铝材为同一批次高纯铝材，即将同一份高纯铝材经过破碎与筛分，将过20目筛但不过50目筛的高纯铝材样品均分为14份，以不进行预处理的一份作为空白对照。

本发明所述红外吸收法进行测定时，所用坩埚在1200℃的马弗炉中灼烧4小时；所用氧气的纯度为5N，使用前对氧气进行预处理，去除其中所含有的一氧化碳、甲烷以及二氧化碳等杂质，并且使用过氯酸镁除湿后再通入LECO CS844碳硫分析仪。

使用LECO CS844碳硫分析仪对碳含量进行测量时，使用NaOH作为CO

表1

由表1可知，本发明实施例1-5提供的分析方法均能够得到高纯铝材中含量为1-10ppm的碳含量，且检测结果波动较小。

实施例6在酸洗时未添加硝酸，酸洗效果不佳，使高纯铝材(纯度为5N)的碳含量测定结果达到28ppm，所得结果失真严重。实施例7在酸洗时未添加氢氟酸，酸洗效果不佳，使高纯铝材(纯度为5N)的碳含量测定结果达到43ppm，所得结果失真严重。

实施例8在烘干时选用脱除二氧化碳的热风进行烘干，但烘干所用热风量较大，且难以保证二氧化碳的脱除效果，使最终使高纯铝材(纯度为5N)的碳含量测定结果达到37ppm。

实施例9与实施例10中，钨锡助熔剂与纯铁助熔剂的质量比分别为1:1与1.8:1，助熔剂虽然能够发挥助熔作用，但助熔剂本身的燃烧不充分，空白不稳定，所得结果分别偏离至12ppm与11ppm。

对比例1中未进行水洗，难以克服酸洗所用酸液对后续检测的不利影响。最终测试结果偏离至33ppm。对比例2与对比例3中使用单一的助熔剂，助熔剂的助熔效果较差，且空白不稳定，所得结果分别偏离至14ppm与16ppm。

综上所述，本发明通过对待测铝材进行前处理，并通过选择特定的助熔剂，使所述分析方法在检测高纯铝材中的碳含量时，能够对碳含量在1-10ppm范围内的高纯铝材进行稳定检测。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。