一种适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法

摘要

本发明提供了一种适用于ICP‑OES的CuAl合金制样方法，所述CuAl合金制样方法包括如下步骤：混合CuAl合金靶材与混合酸，保温8‑10min，得到样品溶液；所述混合酸为体积比1:(1.8‑2.2)组成的硝酸与氢氟酸，所述硝酸的浓度为65‑68wt％，所述氢氟酸的浓度为35‑38wt％。所述CuAl合金制样方法能够在10min之内完全溶解CuAl合金靶材，溶解效率高，且溶解后不影响ICP‑OES的测试，填补了CuAl合金靶材进行ICP‑OES测试时的制样空白。

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种分析CuAl合金的方法，尤其涉及一种适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法。

背景技术

磁控溅射技术广泛应用于材料表面装置、材料表面改性及光学器件制作等多种领域。磁控溅射的原理为：在真空状态下，当磁控溅射靶材被施加一个负电位、被镀膜的工件加正电位时，在磁控溅射靶材所在的真空室内形成电场，然后向真空室内充入工艺载气，在一定压力和温度下，正电位与负电位之间会产生放电现象，电子沿环形轨道运动，撞击工艺载气分子，产生等离子体放电。同时，磁控溅射靶材上的磁铁产生磁场，磁场施加于电场之中，在电场和磁场作用下工艺载气产生的离子撞击磁控溅射靶材表面，使得作为阴极的磁控溅射靶材的原子溅射出去，在被镀膜的工件表面形成一层薄膜。

芯片用Cu及CuAl/CuMn合金通常作为种子层，通过物理气相沉积的方式沉积到预先刻蚀的沟槽中，后续通过电镀方式沉积纯Cu或CuP作为互连线。种子层厚度仅为纳米量级，对镀膜的均匀性及沟槽的覆盖均匀性要求极高。对于CuAl合金靶材，其Cu与Al的含量对于相关性能起到决定性的作用，因此需要对其含量进行准确分析。

电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)为测试CuAl合金靶材成分的常用设备，应用电感耦合等离子体发射光谱对CuAl合金靶材进行测试时的干扰少，测试信号稳定且操作简单，但测试之前需要将CuAl合金靶材溶解。

CN 103575725A公开了一种测定纯铼中铝、钙、镉、铜、镁、锰和钛元素含量的方法，可以有效溶解纯铼样品。其选用的分析谱线Al为394.401nm、Ca为393.366nm、Cd为326.106nm、Cu为327.396nm、Mg为280.270nm、Mn为279.827nm、Ti为337.280nm。其溶解样品时需要将试样置于烧杯中，分两次分别添加1-4mL硝酸，待不再进行剧烈反应后，实现对样品的溶解。所述方法仅能对铝、钙、镉、铜、镁、锰和钛元素含量较少时进行溶解，当Cu与Al含量较多时，溶解速度较慢，无法实现试样的快速溶解。

CN 107764802A公开了一种测定纯铁中痕量铝、铬、铜、锰、镍和硅元素的方法，该方法采用纯化试剂，将样品称置于塑料瓶中，滴加盐酸、硝酸溶解，加水稀释至塑料瓶内溶液净重至50g，采用标准加入工作曲线系列溶液，在电感耦合等离子体原子发射光谱仪上扣除背景，测定出标准加入工作曲线样品中的分析元素的含量，计算出工作曲线系列溶液中分析元素的真实含量，不扣背景建立工作曲线，测定纯铁中痕量铝、铬、铜、锰、镍和硅元素的含量。上述方法能够对痕量元素进行检测，但用于检测CuAl合金靶材时，溶解效率同样较低，难以保证CuAl合金靶材的检测效率。

CN 105092347A公开了一种新型Al-4％Cu合金腐蚀溶液的使用方法，所述使用方法包括步骤如下：(1)制备Al-4％Cu合金待腐蚀试样；(2)将Al-4％Cu合金待腐蚀试样用电吹风热风吹干，使试样表面洁净且具有一定温度，方便腐蚀液与试样反应顺畅；(3)为避免试样在腐蚀液中长时间不动，将滴在试样上的腐蚀溶液每隔4s用棉球擦拭一次，并继续滴加腐蚀溶液，再每隔4s擦拭一次；(4)用工业酒精对经腐蚀溶液腐蚀过的纯铝进行清洗；(5)对Al-4％Cu合金进行吹干处理。上述使用方法较为复杂，实现对Al-4％Cu合金腐蚀时的时间较长，且不易操作，不利于保障CuAl合金靶材的检测效率。

对此，需要提供一种适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法，使CuAl合金靶材能够顺利溶解，保证制样效率，且能够有效避免背景信号的影响。

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适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法，所述CuAl合金制样方法能够在10min之内完全溶解CuAl合金靶材，溶解效率高，且溶解后不影响ICP-OES的测试，填补了CuAl合金靶材进行ICP-OES测试时的制样空白。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法，所述CuAl合金制样方法包括如下步骤：混合CuAl合金靶材与混合酸，保温8-10min，得到样品溶液；

所述混合酸为体积比1:(1.8-2.2)组成的硝酸与氢氟酸，所述硝酸的浓度为65-68wt％，所述氢氟酸的浓度为35-38wt％。

本发明使用特定组成的硝酸与氢氟酸对CuAl合金制样进行处理，仅需要8-10min的时间即可实现CuAl合金靶材的完全溶解，所需时间较短，且得到的样品溶液进行测量时，能够有效避免混合酸带来的背景影响，多次测量时的结果偏差较小。

本发明所述混合酸中硝酸的浓度为65-68wt％，例如可以是65wt％、65.5wt％、66wt％、66.5wt％、67wt％、67.5wt％或68wt％，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。

本发明所述混合酸中氢氟酸的浓度为35-38wt％，例如可以是35wt％、35.5wt％、36wt％、36.5wt％、37wt％、37.5wt％或38wt％，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。

本发明所述混合酸中硝酸与氢氟酸的体积比为1:(1.8-2.2)，例如可以是1:1.8、1:1.9、1:2、1:2.1或1:2.2，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，本发明所述保温的温度为80-100℃，例如可以是80℃、85℃、90℃、95℃或100℃，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。

本发明所述混合的温度可以将CuAl合金靶材与混合酸混合后升温至80-100℃；也可以将温度为80-100℃的CuAl合金靶材与温度为80-100℃的混合酸进行混合，然后在80-100℃的温度下进行保温。本领域技术人员能够根据工艺需要对达到80-100℃的方式进行合理地选择，本发明不做具体限定。

优选地，所述CuAl合金靶材与混合酸的固液比为1:(50-70)，例如可以是1:50、1:55、1:60、1:65或1:70，所述固液比的单位为g/mL。

优选地，所述CuAl合金靶材中Al的质量百分含量为0.08-0.12wt％，例如可以是0.08wt％、0.09wt％、0.1wt％、0.11wt％或0.12wt％，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，所述保温时伴随超声。

本发明在保温过程中进行超声，能够缩短得到澄清样品溶液的时间。

优选地，所述超声包括依次进行的第一超声与第二超声。

优选地，所述第一超声的功率为200-400W，例如可以是200W、250W、300W、350W或400W，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，所述第一超声的时间为2-4min，例如可以是2min、2.5min、3min、3.5min或4min，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，所述第二超声的功率为500-800W，例如可以是500W、550W、600W、650W、700W、750W或800W，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，所述第二超声的时间为4-8min，例如可以是4min、4.5min、5min、5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min或8min，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，所述第一超声结束后将CuAl合金靶材翻面。

本发明在第一超声结束后将CuAl合金靶材翻面，能够缩短得到澄清样品溶液的时间缩短至接近8min。

作为本发明所述的CuAl合金制样方法的优选技术方案，所述CuAl合金制样方法包括如下步骤：

固液比1:(50-70)混合CuAl合金靶材与混合酸，80-100℃保温8-10min，得到样品溶液，所述固液比的单位为g/mL；

所述混合酸为体积比1:(1.8-2.2)组成的硝酸与氢氟酸，所述硝酸的浓度为65-68wt％，所述氢氟酸的浓度为35-38wt％；

所述保温时伴随超声；所述超声包括依次进行的第一超声与第二超声；第一超声结束后将CuAl合金靶材翻面；

所述第一超声的功率为200-400W，第一超声的时间为2-4min；

所述第二超声的功率为500-800W，第二超声的时间为4-8min。

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：

(1)本发明提供的制样方法操作简单，能够实现CuAl合金靶材的快速溶解，填补了CuAl合金靶材进行ICP-OES测试时的制样空白；

(2)本发明提供的CuAl合金制样方法能够在10min之内完全溶解CuAl合金靶材，溶解效率高，且溶解后能够有效避免混合酸带来的背景影响，多次测量时的结果偏差较小，不影响ICP-OES的测试。

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适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法，所述CuAl合金制样方法包括如下步骤：CuAl合金靶材中Al的质量百分含量为0.1wt％；

固液比1:60混合CuAl合金靶材与混合酸，90℃保温9min，得到样品溶液，所述固液比的单位为g/mL；

所述混合酸为体积比1:2组成的硝酸与氢氟酸，所述硝酸的浓度为66wt％，所述氢氟酸的浓度为36wt％；

所述保温时伴随超声；所述超声包括依次进行的第一超声与第二超声；

所述第一超声的功率为300W，第一超声的时间为3min；

所述第二超声的功率为600W，第二超声的时间为6min。

本实施例所得样品溶液澄清，保温结束后CuAl合金靶材能够完全溶解。

实施例2

本实施例提供了一种适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法，所述CuAl合金制样方法包括如下步骤：CuAl合金靶材中Al的质量百分含量为0.1wt％；

固液比1:55混合CuAl合金靶材与混合酸，95℃保温8.5min，得到样品溶液，所述固液比的单位为g/mL；

所述混合酸为体积比1:1.9组成的硝酸与氢氟酸，所述硝酸的浓度为66wt％，所述氢氟酸的浓度为36wt％；

所述保温时伴随超声；所述超声包括依次进行的第一超声与第二超声；

所述第一超声的功率为250W，第一超声的时间为3.5min；

所述第二超声的功率为700W，第二超声的时间为5min。

本实施例所得样品溶液澄清，保温结束后CuAl合金靶材能够完全溶解。

实施例3

本实施例提供了一种适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法，所述CuAl合金制样方法包括如下步骤：CuAl合金靶材中Al的质量百分含量为0.1wt％；

固液比1:65混合CuAl合金靶材与混合酸，85℃保温9.5min，得到样品溶液，所述固液比的单位为g/mL；

所述混合酸为体积比1:2.1组成的硝酸与氢氟酸，所述硝酸的浓度为66wt％，所述氢氟酸的浓度为36wt％；

所述保温时伴随超声；所述超声包括依次进行的第一超声与第二超声；

所述第一超声的功率为350W，第一超声的时间为2.5min；

所述第二超声的功率为600W，第二超声的时间为7min。

本实施例所得样品溶液澄清，保温结束后CuAl合金靶材能够完全溶解。

实施例4

本实施例提供了一种适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法，所述CuAl合金制样方法包括如下步骤：CuAl合金靶材中Al的质量百分含量为0.1wt％；

固液比1:50混合CuAl合金靶材与混合酸，80℃保温10min，得到样品溶液，所述固液比的单位为g/mL；

所述混合酸为体积比1:1.8组成的硝酸与氢氟酸，所述硝酸的浓度为65wt％，所述氢氟酸的浓度为38wt％；

所述保温时伴随超声；所述超声包括依次进行的第一超声与第二超声；

所述第一超声的功率为400W，第一超声的时间为2min；

所述第二超声的功率为500W，第二超声的时间为8min。

本实施例所得样品溶液澄清，保温结束后CuAl合金靶材能够完全溶解。

实施例5

本实施例提供了一种适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法，所述CuAl合金制样方法包括如下步骤：CuAl合金靶材中Al的质量百分含量为0.1wt％；

固液比1:70混合CuAl合金靶材与混合酸，100℃保温8min，得到样品溶液，所述固液比的单位为g/mL；

所述混合酸为体积比1:2.2组成的硝酸与氢氟酸，所述硝酸的浓度为68wt％，所述氢氟酸的浓度为35wt％；

所述保温时伴随超声；所述超声包括依次进行的第一超声与第二超声；

所述第一超声的功率为200W，第一超声的时间为4min；

所述第二超声的功率为800W，第二超声的时间为4min。

本实施例所得样品溶液澄清，保温结束后CuAl合金靶材能够完全溶解。

实施例6

本实施例提供了一种适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法，所述CuAl合金制样方法包括如下步骤：CuAl合金靶材中Al的质量百分含量为0.1wt％；

固液比1:60混合CuAl合金靶材与混合酸，90℃保温8min，得到样品溶液，所述固液比的单位为g/mL；

所述混合酸为体积比1:2组成的硝酸与氢氟酸，所述硝酸的浓度为66wt％，所述氢氟酸的浓度为36wt％；

所述保温时伴随超声；所述超声包括依次进行的第一超声与第二超声；第一超声结束后将CuAl合金靶材翻面；

所述第一超声的功率为300W，第一超声的时间为3min；

所述第二超声的功率为600W，第二超声的时间为5min。

本实施例所得样品溶液澄清，保温结束后CuAl合金靶材能够完全溶解。

实施例7

本实施例提供了一种适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法，除CuAl合金靶材中Al的质量百分含量为0.08wt％外，其余均与实施例1相同。

本实施例所得样品溶液澄清，保温结束后CuAl合金靶材能够完全溶解。

实施例8

本实施例提供了一种适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法，除CuAl合金靶材中Al的质量百分含量为0.12wt％外，其余均与实施例1相同。

本实施例所得样品溶液澄清，保温结束后CuAl合金靶材能够完全溶解。

实施例9

本实施例提供了一种适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法，所述CuAl合金制样方法包括如下步骤：CuAl合金靶材中Al的质量百分含量为0.1wt％；

固液比1:60混合CuAl合金靶材与混合酸，90℃保温9min，得到样品溶液，所述固液比的单位为g/mL；

所述混合酸为体积比1:2组成的硝酸与氢氟酸，所述硝酸的浓度为66wt％，所述氢氟酸的浓度为36wt％；

所述保温时伴随超声；所述超声包括第一超声；

所述第一超声的功率为300W，第一超声的时间为9min。

本实施例中，保温结束后CuAl合金靶材无法完全溶解。

实施例10

本实施例提供了一种适用于ICP-OES的CuAl合金制样方法，所述CuAl合金制样方法包括如下步骤：CuAl合金靶材中Al的质量百分含量为0.1wt％；

固液比1:60混合CuAl合金靶材与混合酸，90℃保温9min，得到样品溶液，所述固液比的单位为g/mL；

所述混合酸为体积比1:2组成的硝酸与氢氟酸，所述硝酸的浓度为66wt％，所述氢氟酸的浓度为36wt％；

所述保温时伴随超声；所述超声包括第二超声；

所述第二超声的功率为600W，第一超声的时间为9min。

本实施例所得样品溶液澄清，保温结束后CuAl合金靶材能够完全溶解。

对比例1

本对比例提供了一种CuAl合金制样方法，所述CuAl合金制样方法包括如下步骤：CuAl合金靶材中Al的质量百分含量为0.1wt％；

固液比1:60混合CuAl合金靶材与66wt％硝酸，90℃保温9min，得到样品溶液，所述固液比的单位为g/mL；

所述保温时伴随超声；所述超声包括依次进行的第一超声与第二超声；

所述第一超声的功率为300W，第一超声的时间为3min；

所述第二超声的功率为600W，第二超声的时间为6min。

本对比例中，保温结束后CuAl合金靶材无法完全溶解。

对比例2

本对比例提供了一种CuAl合金制样方法，所述CuAl合金制样方法包括如下步骤：CuAl合金靶材中Al的质量百分含量为0.1wt％；

固液比1:60混合CuAl合金靶材与36wt％氢氟酸，90℃保温9min，得到样品溶液，所述固液比的单位为g/mL；

所述保温时伴随超声；所述超声包括依次进行的第一超声与第二超声；

所述第一超声的功率为300W，第一超声的时间为3min；

所述第二超声的功率为600W，第二超声的时间为6min。

本对比例中，保温结束后CuAl合金靶材无法完全溶解。

对实施例1-8以及实施例10所得样品溶液中的Al含量进行测试，测试所用仪器为Agilent5100IPC-OES等离子发射光谱仪。选用394.401nm作为分析谱线，进行精密度测试。

通过精密度试验对实施例1-8以及实施例10提供的检测方法进行评价，每个实施例重复进行5次测试。对实施例1-8以及实施例10所得样品溶液中Al含量的测得的结果如表1所示。

表1

综上所述，本发明提供的制样方法操作简单，能够实现CuAl合金靶材的快速溶解，填补了CuAl合金靶材进行ICP-OES测试时的制样空白；本发明提供的CuAl合金制样方法能够在10min之内完全溶解CuAl合金靶材，溶解效率高，且溶解后能够有效避免混合酸带来的背景影响，多次测量时的结果偏差较小，不影响ICP-OES的测试。

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。