STIとLOCOSの違い：素子分離のしかた・バーズビーク・微細化・工程・世代を比較
どちらも、隣り合うトランジスタを厚い酸化膜で電気的に分ける素子分離の方法です。LOCOSは、窒化膜で覆っていない部分のシリコンを熱酸化して厚い酸化膜を育てる方法で、工程が簡単ですが、窒化膜の端の下に酸化膜が食い込むバーズビークが生じ、分離の幅を狭くできません。STIは、シリコンに浅い溝を掘って酸化膜を埋め込み、CMPで平らにする方法で、バーズビークがなく表面も平坦なので、0.25 µm前後の世代から微細なLSIの標準になりました。
| 項目 | STI(シャロートレンチ分離) | LOCOS(選択酸化) |
|---|---|---|
| 分離のしかた | シリコンに浅い溝を掘り、酸化膜を埋め込む | 窒化膜で覆っていない部分のシリコンを熱酸化して、厚いフィールド酸化膜を育てる |
| 主な工程 | パッド酸化膜と窒化膜の形成 → リソグラフィ → シリコンのドライエッチング → ライナー酸化 → 酸化膜の埋め込み(HDP-CVDなど) → CMP → 窒化膜の除去 | パッド酸化膜と窒化膜の形成 → リソグラフィ → 窒化膜のエッチング → 熱酸化(約1,000 ℃のウェット酸化など) → 窒化膜の除去 |
| 分離の寸法(目安) | 溝の深さは数百 nm程度。溝の幅は最小加工寸法まで狭くできる | フィールド酸化膜の厚さは数百 nm〜1 µm程度。分離の幅は狭くしにくい |
| バーズビーク | ない | ある。窒化膜の端の下に酸化膜が食い込み、素子の有効な幅が減る |
| 表面の平坦さ | CMPで平坦になる。リソグラフィの焦点深度の点で有利 | 酸化膜の一部がシリコン面より上に盛り上がり、段差が残る |
| 微細化への適性 | 高い。分離の幅を狭くでき、素子の密度を上げられる | 低い。分離の幅を狭くするほどバーズビークの割合が大きくなり、サブµmの分離が難しい |
| 主な課題 | 溝の埋め込み不良(ボイド)、CMPのディッシング、溝の角の形状(ディボット)、埋め込んだ酸化膜の応力 | バーズビーク、窒化膜の下にできる窒化物によるゲート酸化膜の不良(クーイ効果)、長い高温の工程 |
| 工程の数とコスト | 多い。エッチング・埋め込み・CMPの装置が必要 | 少ない。熱酸化が中心で安い |
| 使われた世代(目安) | 0.25 µm前後の世代から現在まで。FinFETでもフィンどうしの分離に使われる | 1990年代の0.35〜0.5 µm前後の世代まで。現在も一部の古い世代のプロセスやパワー・アナログ用に残る |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。