パワー半導体のSiトレンチ

パワー半導体（IGBTやMOSFET）のSiトレンチ形成では、耐圧特性やオン抵抗に直結する**「トレンチ形状の制御」**が極めて重要です。特にアスペクト比が高くなるため、側壁保護膜の制御には独特のノウハウが必要になります。

パワーデバイス向けのSi深掘りにおける側壁保護膜制御のポイントを整理しました。

1. HBr/O₂ 系による酸化膜保護（In-situ パッシベーション）

パワー半導体のトレンチエッチングで最も一般的なのが、HBr（臭化水素）と O₂（酸素）の混合ガスを用いた手法です。

• メカニズム： エッチング中に生成される SiBr_x と O₂ が反応し、側壁に SiO_xBr_y（シリコン酸化臭化物） の強固な保護膜を形成します。

• 膜厚制御： O₂ の流量比が最大の鍵です。

  • O₂ が多い → 保護膜が厚くなり、テーパー角（傾斜）がつく。

  • O₂ が少ない → 保護膜が薄くなり、ボーイング（側壁のえぐれ）が発生しやすくなる。

2. トレンチ底部の「丸み（Bottom Rounding）」との兼ね合い

パワーデバイス特有の課題として、電界集中を防ぐために**トレンチ底面を丸く（ラウンド形状）**する必要があります。

• 保護膜の役割： エッチング終盤で保護膜の堆積条件をあえて弱める、あるいはバイアスパワーを調整して底部付近の膜厚を薄く制御することで、滑らかな底面を形成します。

• サブトレンチの防止： 底部の隅にイオンが集中して「ツノ」のような深い溝（サブトレンチ）ができるのを防ぐため、側壁保護膜が底面まで回り込みすぎないよう、ガスの圧力と平均自由行程を緻密に計算します。

3. プロセス後半の膜厚維持（ARDE対策）

トレンチが深くなるにつれ、反応ガスが底まで届きにくくなる ARDE（Aspect Ratio Dependent Etching） 現象が起こります。

• 動的制御： エッチングの進行に合わせて、$O_2$ 流量や圧力を段階的に変化させる「ステップレシピ」を用います。

• スカラップの抑制： ボッシュプロセス（交互供給）を用いる場合は、1サイクルあたりの時間を短縮し、成膜ステップでの堆積量を極限まで絞ることで、チャネル移動度に悪影響を与える側壁の凹凸（スカラップ）を抑えます。

4. 保護膜厚の評価指標

次のステップとして

パワーデバイスの場合、トレンチエッチング後の**「保護膜（ポリマー）の除去」と「犠牲酸化」**の工程も、最終的な界面特性を左右します。

出典：Google Gemini

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