实验一
衬底清洗实验

一、实验目的

（1）了解RCA清洗衬底的工艺方法。

（2）掌握单晶硅衬底清洗的方法。

二、实验原理

本实验的清洗衬底方法是根据RCA清洗方法改变而来的，RCA标准清洗法是1965年由Kern和Puotinen等人在N．J．Princeton的RCA实验室首创的，并由此得名。

标准的RCA清洗工艺一般包含四个步骤，大致如下：

第一步，使用的试剂为SPM（Surfuric ／ Peroxide Mix的简称）试剂，SPM试剂又称SC－3（Standard Clean－3 的简称）试剂。SC－3 试剂由H ₂ SO ₄ 、H ₂ O ₂ 、H ₂ O组成（其中H ₂ SO ₄ 与H ₂ O ₂ 的体积比为1∶3）。用SC－3 试剂在100℃～130℃温度下对硅片进行清洗是去除有机物的典型工艺。

第二步，使用的试剂为APM（Ammonia／ Peroxide Mix的简称）试剂，APM试剂又称SC－1（Standard Clean－1 的简称）试剂。SC－1 试剂由NH ₄ OH、H ₂ O ₂ 、H ₂ O组成，三者的比例为1∶1∶5 到1∶2∶7，清洗时的温度为65℃～80℃。SC－1试剂清洗的主要作用是碱性氧化，去除硅片上的颗粒，并可氧化及去除表面少量的有机物和Au、Ag、Cu、Ni、Cd、Zn、Ca、Cr等金属原子污染。

第三步，通常称为DHF工艺，采用氢氟酸（HF）或稀氢氟酸（DHF）清洗，HF与H ₂ O的体积比为1∶（2～10），处理温度为20℃～25℃。利用氢氟酸能够溶解二氧化硅的特性，把在上步清洗过程中生成在硅片表面的氧化层去除，同时将吸附在氧化层上的微粒及金属去除。去除氧化层的同时，还有硅氢键在硅晶圆表面形成而使硅表面呈疏水性的作用（氢氟酸原液的浓度为49％）。

第四步，使用的试剂为HPM（Hydrochloric ／ Peroxide Mix的简称）试剂，HPM试剂又称SC－2（Standard Clean－2的简称）试剂。SC－2试剂由HCl、H ₂ O ₂ 、H ₂ O组成，三者的比例为1∶1∶6 到1∶2∶8，清洗时的温度为65℃～80℃。它的主要作用是酸性氧化，能溶解多种不被氨络合的金属离子以及不溶解于氨水但可溶解于盐酸中的Al（OH） ₃ 、Fe（OH） ₃ 、Mg（OH） ₂ 和Zn（OH） ₂ 等物质，所以对Al ^{3 ＋} 、Fe ^{3 ＋} 、Mg ^{2 ＋} 、Zn ^{2 ＋} 等离子的去除有较好的效果。

标准的RCA清洗过程较为复杂，用到的H ₂ SO ₄ 和HF也具有一定的危险性，因此可以根据实际需要简化一些步骤。由于目前购买的单晶硅片都是在无尘环境中生产的，出厂前也会进行较好的保护，因此其在生产过程中所受到的污染较少，可以只使用SC－1试剂和SC－2试剂清洗，并且将清洗液煮沸一定的时间，利用高温和沸腾时产生的气泡增强清洗的效果。

三、实验步骤

本实验采用的溶液配比如表1－1所示。

清洗过程如下：

（1）先将切割好的单晶硅衬底放入定制的聚四氟乙烯清洗花篮的孔洞中（花篮的孔洞要根据硅片切割的大小来定制），再将花篮放到定制的石英烧杯中（如图1－1所示）。清洗时，务必使清洗液完全没过硅片及花篮。

（2）先用去离子水清洗，烧杯中装入去离子水没过硅片和花篮，捏住花篮中轴，一边左右旋转晃动，一边上下提放，旋转几次后，小心地提出花篮，确认没有衬底掉出花篮后，倒掉清洗液，如此重复3～5次，冲洗掉切割硅片时可能残留的碎屑或粉末。

（3）按照表1－1的比例配制一号碱性清洗液，根据烧杯的大小（直径为12cm）及硅片的高度，可取每一份的量为50mL。配液时按照量多的液体先配、量少的液体后配的顺序配制试剂。

（4）将烧杯放在电炉上煮沸，沸腾5min，关闭电炉，待自然冷却5min后，小心地提出花篮及硅片，倒掉清洗液（要将清洗液倒入专门的废液回收桶中），再按第2个步骤，用去离子水清洗5～6遍。

（5）按表1－1的比例配制二号酸性清洗液，同样取每一份的量为50mL，然后按第4个步骤的方法煮沸、清洗，再用去离子水清洗10遍左右。

（6）用带透气孔的盖子盖好烧杯和花篮，将烧杯放入烘箱烘干，备用。

四、问题与思考

（1）在用去离子水进行清洗的过程中，如何避免样品从花篮中掉出？

（2）先用碱性液后用酸性液清洗的作用是什么？ N470RHq3YlDB0+Lni5M8Q6igloxpQ5HmbsVyO2k/ModVQAe9Z/g002OOUSqdernZ