トレンチ側壁の保護膜厚の制御

トレンチ（溝）側壁の保護膜厚の制御は、半導体プロセスにおいて**「垂直なエッチング形状（異方性）」**を維持し、サイドエッチングやボーイング（腹膨れ）を防ぐための極めて重要な工程です。

主に**「デポ・エッチ（交互）」方式か、「その場（in-situ）生成」**方式かによって制御の考え方が異なります。

1. 制御の主な手法

トレンチの深さに応じて均一な膜厚を維持するために、以下の手法が使われます。

A. ボッシュプロセス（Bosch Process）での制御

シリコンの深掘り（TSVなど）で使われる手法で、**「成膜ステップ」と「エッチングステップ」**を数秒おきに繰り返します。

制御因子： $C_4F_8$ などの堆積ガスの流量と供給時間。
膜厚の決まり方： 堆積時間を長くすれば保護膜（フッ素系ポリマー）は厚くなりますが、厚すぎると底部のエッチングが進まず、スカラップ（側壁の凹凸）が大きくなります。

B. 反応生成物による側壁保護（In-situ Passivation）

エッチングと同時に、ガス反応によって側壁に薄膜を形成する方法です。

制御因子： ガス比率（例： $HBr/O_2$ における $HBr/O_2$ 添加量や、 $SiCl_4/O_2$ 系の比率）。
膜厚の決まり方： 酸素濃度を高めると $SiO_x$ 系の強固な保護膜が厚く形成されます。これはナノメートルオーダーの精密な制御に適しています。

2. 膜厚制御に影響を与える重要パラメータ

側壁の保護膜は「ただ厚ければ良い」わけではなく、底部の膜だけをイオンで除去しつつ、側壁を守る絶妙なバランスが必要です。

パラメータ	側壁保護膜への影響
ウェハ温度	温度が低いほどポリマーが堆積しやすく、膜厚は厚くなる（極低温エッチングなど）。
バイアスパワー	高すぎると側壁へのイオン衝突が増え、保護膜が削られて薄くなる。
ガス圧力	圧力を上げると平均自由工程が短くなり、側壁への堆積種（ラジカル）の供給量が増える。
アスペクト比	溝が深くなるほど（ARが高いほど）、底の方に堆積ガスが届きにくくなり、膜厚が不均一になる。

3. 最新の制御技術：ALE (Atomic Layer Etching)

最近の超微細構造では、**ALE（原子層エッチング）**が活用されます。

自己停止反応： 原子一層分だけの修飾層を作り、その後余剰分を除去するため、ナノレベルで正確な保護膜制御が可能です。
メリット： 従来のプラズマエッチングでは困難だった、数nm単位の寸法精度（CD制御）が可能になります。

4. 膜厚不足・過剰による失敗例

膜厚不足（Under-passivation）： 側壁が削られ、**ボーイング（溝の中央が膨らむ）**や、隣のトレンチとの突き抜けが発生します。
膜厚過剰（Over-passivation）： 溝の入り口がふさがる（クロージャー）、あるいは底部のエッチングが止まる（エッチストップ）が発生します。

次のアクションとして

現在、どのようなデバイス（例：パワー半導体のSiトレンチ、あるいは微細ロジックのゲート等）のプロセスを想定されていますか？それにより、最適なガス種や温度帯の推奨値が異なります。

出典：Google Gemini

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