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引言
? ? ? 近年來，微米級(jí)低溫固體微粒的熱流體機(jī)械高功能性在應(yīng)用于高熱發(fā)射器件的超高熱通量冷卻技術(shù)領(lǐng)域受到關(guān)注。為了在先進(jìn)的納米技術(shù)領(lǐng)域有效利用這種低溫固體顆粒的高性能，我們實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種新的物理半導(dǎo)體清洗方法，該方法采用低溫噴霧。
? ? ? 在本方法中，為了闡明微觀(SN2)顆粒行為的詳細(xì)機(jī)理，進(jìn)行了綜合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析，以闡明傳統(tǒng)測(cè)量難以獲得的微觀低溫單固體顆粒傳熱機(jī)理。對(duì)于控制方程的表述，單個(gè)微SN2顆粒相變的熱流體動(dòng)力學(xué)行為由納維爾-斯托克斯方程、連續(xù)性方程和能量方程控制。這種現(xiàn)象的決定性特征是發(fā)生在SN2粒子和周圍氣相界面的強(qiáng)烈蒸發(fā)(以及后來的冷凝)。除了這些熱流體動(dòng)力學(xué)分析之外，還研究了微SN2噴霧在半導(dǎo)體晶片清洗技術(shù)中的應(yīng)用。從實(shí)驗(yàn)和數(shù)值兩個(gè)方面闡明了SN2粒子撞擊硅片抗熱機(jī)械去除清洗特性。特別研究了超高熱通量冷卻對(duì)有機(jī)材料熱收縮抗蝕劑去除性能的影響。此外，新發(fā)現(xiàn)了超聲霧化微固態(tài)氮對(duì)晶片超凈性能的影響。
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實(shí)驗(yàn)
? ? ? 對(duì)于在本方法中使用的晶片樣品，檢查了正KrF光致抗蝕劑涂覆的多晶硅/柵極氧化硅/硅襯底的剝離性能。這些晶圓是按如下方式制造的。首先，熱氧化8英寸p型硅襯底，并在襯底上沉積6納米厚的柵極氧化硅層。使用LPCVD(低壓化學(xué)氣相沉積)在柵極氧化物上沉積150納米厚的多晶硅層。將HMDS(六甲基二硅氮烷)層施加到多晶硅表面，以幫助光致抗蝕劑粘附到多晶硅上，然后使用旋涂機(jī)在HMDS層上形成500納米厚的光致抗蝕劑層。使用193納米的KrF激發(fā)光對(duì)光致抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖。門長(zhǎng)為0.34m，門寬為10m。多晶硅被電感耦合等離子體蝕刻系統(tǒng)(硅蝕刻系統(tǒng)，應(yīng)用材料公司)用溴化氫/氧氣化學(xué)蝕刻成圖案。這些晶片被切成大約5毫米×5毫米的矩形片。
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結(jié)果和討論
? ? ? 圖7顯示了撞擊SN2顆粒和變形抗蝕劑的非穩(wěn)態(tài)內(nèi)應(yīng)力分布的計(jì)算結(jié)果?？梢钥闯?，SN2顆粒和抗蝕劑之間的相互作用被合理地模擬。晶片抗蝕劑中應(yīng)力的大小隨著塑性變形的增加而增加。SN2顆粒中的壓力大小和晶片抗蝕劑的壓力隨著SN2顆粒的撞擊和破碎而增加。有可能數(shù)值預(yù)測(cè)了SN2粒子與塑性變形的碰撞，并且該碰撞引起抗蝕劑-多晶硅界面的剪切變形。結(jié)果，抗蝕劑去除性能通過撞擊布線圖案之間的窄凹部中的微納SN2顆粒碎片的刮擦效果而得到改善。
? ? ? 圖8顯示了使用由本拉瓦爾噴嘴方法產(chǎn)生的微SN2噴霧進(jìn)行抗蝕劑去除-清潔的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(掃描電鏡圖像)?？梢杂行У厝コ刮g劑，并且也成功地去除了晶片表面上的主要污染物。這種改進(jìn)的抗蝕劑去除清潔性能是極細(xì)(納米級(jí)直徑尺寸)SN2顆粒的運(yùn)動(dòng)抗蝕劑去除的結(jié)果。在技術(shù)發(fā)展的當(dāng)前階段，給定稀釋的SN2粒子數(shù)密度條件，在布線圖案的凹入部分中有少量殘留的抗蝕劑。然而，我們成功地開發(fā)了這種不使用氣態(tài)氦的單組分低溫物理抗蝕劑去除-清洗方法。
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圖8 用微SN2噴霧清除光刻膠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(掃描電鏡圖像)
? ? ? 數(shù)值和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于超高的傳熱特性，流體機(jī)械力與熱機(jī)械力的混合交互作用有助于抗蝕劑去除-清洗過程。特別是研究了超高熱通量冷卻對(duì)抗蝕劑材料熱收縮去除抗蝕劑性能的影響，新發(fā)現(xiàn)了超聲霧化微小SN2顆粒流對(duì)半導(dǎo)體晶片超凈性能的影響。
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總結(jié)
? ? ? 當(dāng)微固體氮顆粒與制冷劑一起用于加熱的襯底時(shí)，由于在操作期間實(shí)現(xiàn)了超高的冷卻熱通量水平，因此獲得了比傳統(tǒng)液體噴霧冷卻更好的冷卻性能。由于微SN2冷卻具有避免膜沸騰狀態(tài)的直接接觸和潛熱傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，因此在薄邊界層中的超短時(shí)間尺度傳熱比在液體噴霧中更有可能。
數(shù)值和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，微固體粒子的沖擊和超高傳熱特性對(duì)流體機(jī)械力的混合交互作用有助于抗蝕劑去除-清洗過程。一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)是，超高熱通量冷卻的影響對(duì)與抵抗材料熱收縮相關(guān)的抗蝕劑去除性能起著重要作用。
? ? ? 所獲得的結(jié)果在先進(jìn)的高熱發(fā)射器件低溫冷卻技術(shù)領(lǐng)域具有重要意義，但也將有助于納米器件工程的學(xué)術(shù)領(lǐng)域，這與半導(dǎo)體晶圓清潔技術(shù)密切相關(guān)。