Caractérisation dynamique de l'état de mouillage et de séchage de structures DTI(Deep Trench Isolation) par ondes ultrasonores haute fréquence

Dynamic characterization of the wetting and drying states of DTI (Deep Trench Isolation) structures using high frequency ultrasonic waves

• Auteur / Autrice : Abbas Salhab
• Direction : Julien Carlier, Vincent Thomy, Pierre Campistron, Marc Neyens
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro-nano systèmes et capteurs
• Date : Soutenance le 04/02/2022
• Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale polytechnique Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Le Clézio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Carlier, Vincent Thomy, Pierre Campistron, Marc Neyens, Corinne Déjous, Raluca Tiron, Malika Toubal, Xiumei Xu, Bertrand Nongaillard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Le Clézio, Corinne Déjous

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes acoustiques de surface

Contrôle non destructif

Semiconducteurs

Mots clés libres

Micro et Nano-technologie

Mouillage

Nettoyage de surface

Microélectronique

Contrôles non destructifs

Acoustique

Transducteurs piézoélectriques

Microfluidique

Deep Trench Isolation

Micro and Nano-technology

Wetting

Surface cleaning

Microelectronics

Nondestructive testing

Acoustics

Piezoelectric transducers

Microfluidics

Deep Trench Isolation

Résumé

Dans l'industrie des semi-conducteurs, un nettoyage efficace des contaminations par voie humide est un facteur déterminant pour garantir la bonne qualité des produits électroniques. Le cycle entre les processus de mouillage et de séchage peut alors créer plusieurs problèmes dans les structures micro/nanométriques à rapport d'aspect élevé. Dans ce travail de thèse, nous présentons la caractérisation due mouillage dynamique de fluides au sein de structures "Deep Trench Isolation" (DTI) utilisés dans les capteurs imageurs de STMicroelectronics. Cette caractérisation utilise une technique originale de réflectométrie d'ondes acoustiques à ultra-hautes fréquences. Afin d'obtenir des conditions de nettoyage aussi proches que possible de celles utilisées dans le procédé industriel, le mouillage dynamique est assuré par un canal microfluidique réalisé en PolyDiMethylSiloxane (PDMS) localisé au niveau des structures à étudier. Un modèle numérique analytique basé sur les différences finies 2D nous a permis de simuler les interactions acoustiques à l'intérieur des micro/nanostructures pour interpréter au mieux les résultats expérimentaux. De plus, le développement d'une technique d'acquisition automatique du coefficient de réflexion acoustique a donné la possibilité d‟étudier les processus rapides de mouillage des structures DTI. Enfin, la cinématique de séchage des DTI a également été étudiée avec différents liquides. Des phénomènes de déformation des structures ("pattern collapse") ont été analysés à l'aide d'images de microscopie électronique à balayage (MEB) et corrélés avec les mesures acoustiques.

In the semiconductor industry, effective wet cleaning of contamination is a critical factor in ensuring good quality of electronic products. The cycle between the wetting and drying processes can create several problems in the high aspect ratio micro / nanoscale structures. In this thesis work, we present the characterization of the dynamic wetting of fluids within Deep Trench Isolation (DTI) structures used in STMicroelectronics imaging sensors. This characterization uses an original technique of acoustic waves reflectometry at ultra-high frequencies. In order to obtain cleaning conditions as close as possible to those used in the industrial process, dynamic wetting is provided by a microfluidic channel made of PolyDiMethylSiloxane (PDMS) located at the level of the structures to be studied. An analytical numerical model based on 2D finite difference allowed us to simulate the acoustic interactions inside micro / nanostructures to better interpret the experimental results. In addition, the development of a technique for the automatic acquisition of the acoustic reflection coefficient has made it possible to study the rapid wetting processes of DTI structures. Finally, the kinematics of DTI drying was also studied with different liquids. Structural deformation phenomenon, known as "pattern collapse", was analyzed using scanning electron microscopy (SEM) images and correlated with acoustic measurements.