Thèse de Abbas SALHAB

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

Soutenance de thèse le 4 février 2022 à 14h
Amphithéâtre de l’IEMN-DOAE – Université Polytechnique Hauts-de-France

Jury :

Corinne DEJOUS, Professeur, IMS Bordeaux, ENSEIRB (Valence), Rapporteur
Emmanuel LE CLEZIO, Professeur, Université de Montpellier, IES de Montpellier, Rapporteur
Raluca TIRON, Directrice de recherche, CEA – Leti (Grenoble), Examinateur
Xiumei XU, Ingénieur de recherche, IMEC (Louvain), Examinateur
Julien CARLIER, Professeur, UPHF – IEMN, Directeur de thèse
Vincent THOMY, Professeur, ULille – IEMN, Directeur de thèse
Pierre CAMPISTRON, Directeur, UPHF – IEMN, Encadrant
Malika TOUBAL, Directeur, UPHF – IEMN, Examinateur
Bertrand NONGAILLARD, Professeur, UPHF – IEMN, Invité
Marc NEYENS, Directeur, STMicroelectronics (Crolles), Invité

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.

Abstract:

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.