Effects on Process A of showerhead change in December 2014
The effects of changing of the showerhead in December 2014 was investigated. Patterned wafers were processed before and after and the profile of the etched features were inspected in SEM. Click on the numbers in the 'Runs' column below to see the profiles.
Process A is optimized for speed and depending on feature size and etch load it will achieve etch rates up to 25-30 µm/min.
This aggressive etch has a few drawbacks - one of which is the release of energy in the etch process. In general, it is clear that
The higher the etch rate, the higher rate of released energy.
The larger an area of silicon is exposed to plasma and hence etched, the higher rate of released energy.
Given its high etch rate, Process A is very sensible to high etch load processes and substrates with reduced cooling efficiency. Therefore, users are generally advised to
Use Process A with precaution at high etch loads - above some 50%.
Avoid using Process A on bonded wafers, in particular if the etch load is more than 5-10%. The bonding reduces the heat conduction across the wafer interface so the top wafer will immediately heat up and cause the mask to erode and the bonding polymer to melt.
If you have a bonded sandwich of wafers with very poor heat conduction (typically caused by intermediate polymer layers thicker than a few microns) you are advised to use other etch processes, maybe the deepetch on the ASE.
Process A performance
The perfomance of Process A has been investigated as a function of feature size and etch load.
Experiment
A number of wafers are patterned with the Travka mask set in AZ photoresist or 600 nm oxide. The wafers are then etched (batch recipe with 5 minute TDESC interstep cleans) using two different durations of process A in the DRIE-Pegasus.
Wafers
Wafer number
Mask
Mask material
Process A duration
C01548.01
Travka 05
AZ photoresist
55 cycles, 10:05 mins
C01548.02
Travka 10
AZ photoresist
55 cycles, 10:05 mins
C01548.03
Travka 20
AZ photoresist
55 cycles, 10:05 mins
C01548.04
Travka 35
AZ photoresist
55 cycles, 10:05 mins
C01548.05
Travka 50
AZ photoresist
55 cycles, 10:05 mins
Wafers
Wafer number
Mask
Mask material
Process A duration
C01549.01
Travka 05
600 nm oxide
110 cycles, 20:10 mins
C01549.02
Travka 10
600 nm oxide
110 cycles, 20:10 mins
C01549.03
Travka 20
600 nm oxide
110 cycles, 20:10 mins
C01549.04
Travka 35
600 nm oxide
110 cycles, 20:10 mins
Results: Optical images
Optical images of the C01548 batch that is processed 10:05 mins.
Wafer C01549.03: 20 % exposed area. In the centre some 90 nm oxide remains.
Wafer C01549.04: 35 % exposed area. In the centre some 90 nm oxide remains.
Wafer C01549.05: 35 % exposed area (close-up). The oxide has disappeared leaving the Si exposed.
The etching of silicon releases energy. This means that the faster the etch is, the more heat needs to be dissipated. The consequence is the same if a larger percentage of the wafer is etched. Process A is the fastest etch and as seen above, the exposed area plays an important role. As the exposed area increases the oxide mask erosion is more and more pronounced.
If a larger area is to be etched, the cooling must be made more efficient, either by lowering the platen temperature or with increasing the pressure of He on the backside of the wafer. This will be investigated soon.
Results: Etched depths in trenches of different widths
Graphs
Process time 10:05
Process time 20:10
Results: SEM images of trench cross sections
Travkatesting2: Process A run for 55 cycles on travka 5, 10, 20, 35, 50 masks
Date
Substrate Information
Process Information
SEM images of trenches
Numbers
2 µm
3 µm
4 µm
6 µm
8 µm
10 µm
15 µm
25 µm
40 µm
50 µm
75 µm
100 µm
150 µm
200 µm
300 µm
January 2013
Travka05, AZ 5214, 5% open
Process A 55 cycles or 10:05 minutes, C01548.01
Trench width
2
3
4
6
8
10
15
25
40
50
75
100
150
200
300
Etched depth (µm)
92
106
113
126
136
146
161
181
200
208
222
230
238
243
248
Av. ER (µm/min)
9,2
10,5
11,2
12,5
13,5
14,4
16,0
18,0
19,9
20,7
22,0
22,8
23,6
24,1
24,6
Av. ER (nm/cyc)
1679
1918
2054
2294
2473
2648
2933
3299
3641
3786
4038
4184
4324
4409
4507
Sdewll bowing (%)
0,3%
0,2%
0,2%
0,3%
0,3%
0,2%
0,0%
0,2%
0,2%
-0,3%
0,1%
0,1%
0,2%
0,2%
-0,1%
Sdewll angle(degs)
90,4
90,3
90,5
90,8
90,6
90,9
91,0
90,9
90,9
91,0
90,9
90,9
91,1
91,2
91,4
Trench width (µm)
4,8
7,1
7,7
9,7
12,6
14,1
20,0
30,3
46,3
56,4
82,5
107,3
156,9
206,7
308,6
January 2013
Travka10, AZ 5214, 10% open
Process A 55 cycles or 10:05 minutes, C01548.02
Trench width (µm)
2
3
4
6
8
10
15
25
40
50
75
100
150
200
300
Etched depth (µm)
90
101
108
121
130
138
152
171
189
198
210
218
228
232
239
Av. ER (µm/min)
8,9
10,0
10,7
12,0
12,9
13,7
15,1
16,9
18,8
19,6
20,9
21,6
22,6
23,1
23,7
Av. Scllp hght (nm)
1639
1834
1964
2192
2356
2508
2772
3103
3441
3601
3825
3961
4143
4227
4346
Sdwall bowing (%)
0,40
0,19
0,25
0,16
0,04
0,12
0,16
-0,18
-0,04
0,00
0,04
-0,08
-0,20
-0,05
-0,05
Sdwall angle (degs)
90,2
90,3
90,5
90,5
90,6
90,7
90,8
91,1
91,1
91,1
91,1
91,2
91,2
91,3
91,6
Trench width (µm)
5,2
7,2
8,2
10,9
13,2
15,5
20,6
31,3
46,5
56,1
81,2
107,2
158,9
211,1
306,2
January 2013
Travka20, AZ 5214, 20% open
Process A 55 cycles or 10:05 minutes, C01548.03
Trench width (µm)
2
3
4
6
8
10
15
25
40
50
75
100
150
200
300
Etched depth (µm)
75
85
92
103
111
117
130
148
164
170
181
188
194
199
203
Av. ER (µm/min)
7,5
8,4
9,1
10,2
11,0
11,6
12,9
14,7
16,2
16,8
17,9
18,6
19,3
19,7
20,1
Av. Scllp hght (nm)
1371
1543
1676
1874
2019
2133
2368
2692
2978
3086
3286
3412
3533
3619
3686
Sdwall bowing (%)
0,46
0,59
0,40
0,42
0,40
0,28
0,35
0,18
0,36
0,36
0,26
0,58
0,40
0,31
0,05
Sdwall angle (degs)
90,1
90,4
90,4
90,5
90,8
90,6
91,1
91,3
91,4
91,5
91,5
91,7
91,8
91,8
92,2
Trench width (µm)
4,9
6,1
7,8
10,4
12,2
14,9
19,9
30,5
46,3
57,4
82,3
106,6
158,1
209,0
309,7
January 2013
Travka35, AZ 5214, 35% open
Process A 55 cycles or 10:05 minutes, C01548.04
Trench width (µm)
2
3
4
6
8
10
15
25
40
50
75
100
150
200
300
Etched depth (µm)
61
70
76
86
94
100
111
126
139
143
153
158
163
165
168
Av. ER (µm/min)
6,1
6,9
7,6
8,6
9,3
9,9
11,0
12,5
13,8
14,2
15,2
15,6
16,2
16,4
16,7
Av. Scllp hght (nm)
1117
1267
1390
1568
1704
1810
2014
2287
2526
2602
2786
2868
2967
3007
3054
Sdwall bowing (%)
0,22
0,31
0,30
0,46
0,39
0,55
0,41
0,20
-0,04
-0,33
-0,25
-0,19
-0,13
-0,13
-0,21
Sdwall angle (degs)
89,7
90,1
90,2
90,4
90,5
90,4
90,2
89,9
90,0
89,9
90,2
90,4
90,8
90,9
91,3
Trench width (µm)
4,5
5,4
6,7
9,0
11,4
13,4
19,1
30,0
45,0
56,2
82,3
108,4
156,3
207,5
308,3
January 2013
Travka50, AZ 5214, 50% open
Process A 55 cycles or 10:05 minutes, C01548.05
Trench width (µm)
2
3
4
6
8
10
15
25
40
50
75
100
150
200
300
Etched depth (µm)
62
67
75
81
86
94
105
113
118
123
125
129
131
133
Av. ER (µm/min)
6,2
6,7
7,5
8,0
8,5
9,3
10,4
11,2
11,7
12,2
12,4
12,8
13,0
13,2
Av. Scllp hght (nm)
1132
1223
1370
1472
1565
1706
1906
2061
2142
2234
2277
2355
2379
2412
Sdwall bowing (%)
0,42
0,61
0,39
0,36
0,41
0,38
0,39
0,52
0,24
0,36
0,47
0,63
0,59
0,32
Sdwall angle (degs)
89,9
89,8
90,0
90,1
90,5
90,7
91,1
91,3
91,6
91,8
92,1
92,3
92,4
92,6
Trench width (µm)
5,1
6,7
9,3
11,4
13,7
18,6
29,0
44,5
54,4
80,5
106,7
156,9
207,4
310,1
Travkatesting2: Process A run for 110 cycles on travka 5, 10, 20, 35 masks
Date
Substrate Information
Process Information
SEM images of trenches
Numbers
2 µm
3 µm
4 µm
6 µm
8 µm
10 µm
15 µm
25 µm
40 µm
50 µm
75 µm
100 µm
150 µm
200 µm
300 µm
January 2013
Travka05, 600 nm oxide, 5% open
Process A 110 cycles or 20:10 minutes, C01549.01
Trench width (µm)
2
3
4
6
8
10
15
25
40
50
75
100
150
200
300
Etched depth (µm)
175
195
209
229
247
260
289
330
370
393
428
454
488
507
523
Av. ER (µm/min)
8,7
9,7
10,4
11,3
12,3
12,9
14,4
16,3
18,3
19,5
21,2
22,5
24,2
25,2
25,9
Av. Scllp hght (nm)
1591
1772
1902
2079
2247
2359
2631
2997
3364
3569
3888
4124
4434
4614
4751
Sdwall bowing (%)
0,12
0,20
0,30
0,35
0,32
0,35
0,40
0,30
0,41
0,24
0,33
0,32
0,47
0,71
0,00
Sdwall angle (degs)
89,6
89,9
89,9
90,1
90,2
90,3
90,7
90,9
91,1
91,4
91,5
91,5
91,2
91,6
91,7
Trench width (µm)
8,5
9,5
10,8
13,2
16,0
18,4
22,6
33,0
48,0
57,5
82,7
106,8
159,0
207,0
306,8
January 2013
Travka10, 600 nm oxide, 10% open
Process A 110 cycles or 20:10 minutes, C01549.02
Trench width (µm)
2
3
4
6
8
10
15
25
40
50
75
100
150
200
300
Etched depth (µm)
164
179
190
209
224
238
263
300
337
358
388
404
438
452
469
Av. ER (µm/min)
8,1
8,9
9,4
10,4
11,1
11,8
13,1
14,9
16,7
17,7
19,2
20,0
21,7
22,4
23,2
Av. Scllp hght (nm)
1489
1626
1730
1899
2034
2163
2395
2724
3063
3251
3526
3671
3978
4110
4262
Sdwall bowing (%)
0,20
0,41
0,46
0,57
0,74
0,62
0,68
0,75
0,58
0,99
0,54
0,49
0,72
0,51
0,77
Sdwall angle (degs)
89,7
90,0
89,9
90,1
90,2
90,3
90,8
91,2
91,5
91,3
92,0
92,2
92,6
92,8
93,6
Trench width (µm)
7,9
8,7
10,4
12,6
16,1
18,1
22,8
33,5
49,3
58,1
83,1
108,6
157,0
207,1
301,3
January 2013
Travka20, 600 nm oxide, 20% open
Process A 110 cycles or 20:10 minutes, C01549.03
Trench width (µm)
2
3
4
6
8
10
15
25
40
50
75
100
150
200
300
Etched depth (µm)
142
153
164
181
195
206
228
258
287
303
326
342
366
380
392
Av. ER (µm/min)
7,0
7,6
8,1
9,0
9,7
10,2
11,3
12,8
14,2
15,0
16,2
17,0
18,2
18,8
19,4
Av. Scllp hght (nm)
1288
1390
1493
1647
1775
1877
2073
2342
2612
2754
2967
3108
3331
3451
3561
Sdwall bowing (%)
0,54
0,77
1,08
0,83
1,06
0,91
0,95
1,07
0,88
0,75
0,95
0,05
0,83
0,73
0,46
Sdwall angle (degs)
89,6
89,6
89,8
90,2
90,3
90,6
90,9
91,5
91,6
91,8
92,3
93,3
92,5
92,9
93,0
Trench width (µm)
7,2
8,7
9,9
12,4
14,7
16,9
22,8
31,1
48,4
58,0
81,9
108,6
160,4
209,9
311,1
January 2013
Travka35, 600 nm oxide, 35% open
Process A 110 cycles or 20:10 minutes, C01549.04
Trench width (µm)
2
3
4
6
8
10
15
25
40
50
75
100
150
200
300
Etched depth (µm)
131
146
155
164
181
205
226
234
254
264
277
284
292
Av. ER (µm/min)
6,5
7,2
7,7
8,2
9,0
10,2
11,2
11,6
12,6
13,1
13,8
14,1
14,5
Av. Scllp hght (nm)
1189
1325
1408
1495
1642
1867
2050
2125
2312
2398
2523
2584
2653
Sdwall bowing (%)
1,35
1,37
1,25
1,28
1,24
1,45
1,30
1,42
1,50
1,38
1,18
0,76
0,81
Sdwall angle (degs)
89,4
89,6
89,9
90,0
90,3
91,0
91,7
91,9
92,3
92,4
93,0
93,0
93,5
Trench width (µm)
8,8
11,3
13,5
16,0
21,2
31,1
46,3
56,5
81,2
108,0
157,7
210,0
310,4
10:05
Travkatesting2: Process A run for 55 cycles on travka 5, 10, 20, 35, 50 masks
Date
Substrate Information
Process Information
SEM images of trenches
Numbers
2 µm
3 µm
4 µm
6 µm
8 µm
10 µm
15 µm
25 µm
40 µm
50 µm
75 µm
100 µm
150 µm
200 µm
300 µm
January 2013
Travka05, AZ 5214, 5% open
Process A 55 cycles or 10:05 minutes, C01548.01
Trench width
2
3
4
6
8
10
15
25
40
50
75
100
150
200
300
Etched depth (µm)
92
106
113
126
136
146
161
181
200
208
222
230
238
243
248
Av. ER (µm/min)
9,2
10,5
11,2
12,5
13,5
14,4
16,0
18,0
19,9
20,7
22,0
22,8
23,6
24,1
24,6
Av. ER (nm/cyc)
1679
1918
2054
2294
2473
2648
2933
3299
3641
3786
4038
4184
4324
4409
4507
Sdewll bowing (%)
0,3%
0,2%
0,2%
0,3%
0,3%
0,2%
0,0%
0,2%
0,2%
-0,3%
0,1%
0,1%
0,2%
0,2%
-0,1%
Sdewll angle(degs)
90,4
90,3
90,5
90,8
90,6
90,9
91,0
90,9
90,9
91,0
90,9
90,9
91,1
91,2
91,4
Trench width (µm)
4,8
7,1
7,7
9,7
12,6
14,1
20,0
30,3
46,3
56,4
82,5
107,3
156,9
206,7
308,6
January 2013
Travka10, AZ 5214, 10% open
Process A 55 cycles or 10:05 minutes, C01548.02
Trench width (µm)
2
3
4
6
8
10
15
25
40
50
75
100
150
200
300
Etched depth (µm)
90
101
108
121
130
138
152
171
189
198
210
218
228
232
239
Av. ER (µm/min)
8,9
10,0
10,7
12,0
12,9
13,7
15,1
16,9
18,8
19,6
20,9
21,6
22,6
23,1
23,7
Av. Scllp hght (nm)
1639
1834
1964
2192
2356
2508
2772
3103
3441
3601
3825
3961
4143
4227
4346
Sdwall bowing (%)
0,40
0,19
0,25
0,16
0,04
0,12
0,16
-0,18
-0,04
0,00
0,04
-0,08
-0,20
-0,05
-0,05
Sdwall angle (degs)
90,2
90,3
90,5
90,5
90,6
90,7
90,8
91,1
91,1
91,1
91,1
91,2
91,2
91,3
91,6
Trench width (µm)
5,2
7,2
8,2
10,9
13,2
15,5
20,6
31,3
46,5
56,1
81,2
107,2
158,9
211,1
306,2
January 2013
Travka20, AZ 5214, 20% open
Process A 55 cycles or 10:05 minutes, C01548.03
Trench width (µm)
2
3
4
6
8
10
15
25
40
50
75
100
150
200
300
Etched depth (µm)
75
85
92
103
111
117
130
148
164
170
181
188
194
199
203
Av. ER (µm/min)
7,5
8,4
9,1
10,2
11,0
11,6
12,9
14,7
16,2
16,8
17,9
18,6
19,3
19,7
20,1
Av. Scllp hght (nm)
1371
1543
1676
1874
2019
2133
2368
2692
2978
3086
3286
3412
3533
3619
3686
Sdwall bowing (%)
0,46
0,59
0,40
0,42
0,40
0,28
0,35
0,18
0,36
0,36
0,26
0,58
0,40
0,31
0,05
Sdwall angle (degs)
90,1
90,4
90,4
90,5
90,8
90,6
91,1
91,3
91,4
91,5
91,5
91,7
91,8
91,8
92,2
Trench width (µm)
4,9
6,1
7,8
10,4
12,2
14,9
19,9
30,5
46,3
57,4
82,3
106,6
158,1
209,0
309,7
January 2013
Travka35, AZ 5214, 35% open
Process A 55 cycles or 10:05 minutes, C01548.04
Trench width (µm)
2
3
4
6
8
10
15
25
40
50
75
100
150
200
300
Etched depth (µm)
61
70
76
86
94
100
111
126
139
143
153
158
163
165
168
Av. ER (µm/min)
6,1
6,9
7,6
8,6
9,3
9,9
11,0
12,5
13,8
14,2
15,2
15,6
16,2
16,4
16,7
Av. Scllp hght (nm)
1117
1267
1390
1568
1704
1810
2014
2287
2526
2602
2786
2868
2967
3007
3054
Sdwall bowing (%)
0,22
0,31
0,30
0,46
0,39
0,55
0,41
0,20
-0,04
-0,33
-0,25
-0,19
-0,13
-0,13
-0,21
Sdwall angle (degs)
89,7
90,1
90,2
90,4
90,5
90,4
90,2
89,9
90,0
89,9
90,2
90,4
90,8
90,9
91,3
Trench width (µm)
4,5
5,4
6,7
9,0
11,4
13,4
19,1
30,0
45,0
56,2
82,3
108,4
156,3
207,5
308,3
January 2013
Travka50, AZ 5214, 50% open
Process A 55 cycles or 10:05 minutes, C01548.05
Trench width (µm)
2
3
4
6
8
10
15
25
40
50
75
100
150
200
300
Etched depth (µm)
62
67
75
81
86
94
105
113
118
123
125
129
131
133
Av. ER (µm/min)
6,2
6,7
7,5
8,0
8,5
9,3
10,4
11,2
11,7
12,2
12,4
12,8
13,0
13,2
Av. Scllp hght (nm)
1132
1223
1370
1472
1565
1706
1906
2061
2142
2234
2277
2355
2379
2412
Sdwall bowing (%)
0,42
0,61
0,39
0,36
0,41
0,38
0,39
0,52
0,24
0,36
0,47
0,63
0,59
0,32
Sdwall angle (degs)
89,9
89,8
90,0
90,1
90,5
90,7
91,1
91,3
91,6
91,8
92,1
92,3
92,4
92,6
Trench width (µm)
5,1
6,7
9,3
11,4
13,7
18,6
29,0
44,5
54,4
80,5
106,7
156,9
207,4
310,1
20:10
Travkatesting2: Process A run for 110 cycles on travka 5, 10, 20, 35 masks