亚微米沟槽冲洗和清洁

引言

表面和亚微米深沟槽的清洗在半导体制造中是一个巨大的挑战。在这项工作中，使用物理数值模拟研究了使用脉动流清洗毯式和图案化晶片。毯式晶片清洗工艺的初步结果与文献中的数值和实验结果吻合良好。毯式和图案化晶片的初步结果表明，振荡流清洗比稳定流清洗更有效，并且振荡流的最佳频率是沟槽尺寸的函数。

介绍

微污染是大多数大规模生产的超大规模集成电路的产量损失[1]。传统上，晶片清洗工作专注于毯式晶圆。然而，化学和微粒污染自然发生在图案化的晶片也是如此。例如，离子注入、反应离子蚀刻(RIE)、湿法化学清洗所有留下的金属和/或化学物质图案化晶片表面上的污染物。跟随许多BEOL过程、污染物或化学品

可以留在战壕里。因此，有一个迫切需要开发有效的清洁技术并用亚微米尺寸沟槽冲洗晶片表面。盖尔和布斯纳娜研究了兆频超声波清洗和用于毯式晶片[2]的清洗工艺提供了一些早期的建模结果。尽管兆频超声波清洗目前被用于图案化晶片清洗的机理用于图案化晶片的兆频超声波清洗工艺不是很好理解。本文基于

毯式晶片的实验和数值研究清洗，去除亚微米级的污染物使用兆频超声波清洗的沟槽使用物理建模。

利用控制动量和质量守恒方程的有限差分解，模拟了湿清洗几何结构中的流体流动和污染物输运。对流动通过一系列空腔的模拟进行了验证，与帕金斯[3]的数值和实验结果非常吻合。

模型的物理定义

该模型是二维的，所用的过程溶液是水，假设水是不可压缩的牛顿流体。

A.控制方程:

速度场满足连续性和纳维尔-斯托克斯方程

i个物种在速度场中的输运由

结果和讨论

A. 毯式晶圆清洗:

最初，模拟了兆频超声波清洗槽中单个晶片的清洗。如图1所示，兆频超声波束由位于储罐底部的浸入式换能器产生。将单个晶片平行于强超声波束放置。使用的工艺溶液是水。清洗过程中不使用溢出。

图一。兆频超声波储罐几何形状

图2示出了晶片表面上钾的清洗随时间变化的实验和数值结果。实验和模拟结果的一致性对停滞浴是有利的。兆频超声波清洗流大大减少了清洗时间，因为振荡增加了污染物的传输速率。在有限的漂洗时间内，兆频超声波流动漂洗比静止浴具有更高的清洗效率。

图二。清洗过程中K的表面浓度

B.图案化晶片清洗:

图案化晶片清洗可以被建模为通过一系列矩形空腔的脉动流中的质量传递。在入口和出口边界使用周期性边界条件，我们可以考虑用一个空腔来模拟流过一系列空腔的流动(重复的几何形状)。

图4显示了冲洗过程中腔内和腔内表面残留的钾离子数量随时间的变化。使用相同的平均速度v0，图中显示了振荡流漂洗比稳定流漂洗具有更高的效率。在振荡流冲洗中，当流速v#0时，通过流腔外的压力差拖出空腔。为了稳定的流动清洗，即使离子污染从腔表面扩散，但由于缺乏对流的质量传输，大部分仍留在腔内。当一个稳定的流通过一个腔时，它会在腔内诱发一个大的单涡。污染物从腔表面扩散到腔的大部分。

结论

与停滞浴和稳定流冲洗相比，脉动(兆频超声波)流冲洗在毯式和图案化晶片冲洗中显示出显著的优势。它大大减少了毯式晶片清洗过程中的冲洗时间。涡流振荡机制显著增强了图案化晶片清洗的混合。