STI vs LOCOS : isolation, bec d’oiseau, miniaturisation
Ce sont deux méthodes d’isolation qui séparent électriquement des transistors voisins par un oxyde épais. Le LOCOS fait croître un oxyde épais en oxydant thermiquement le silicium non couvert de nitrure ; le procédé est simple, mais l’oxyde pénètre sous le bord du nitrure (bec d’oiseau), ce qui empêche de réduire la largeur d’isolation. La STI grave des tranchées peu profondes dans le silicium, les remplit d’oxyde et aplanit la surface par CMP ; sans bec d’oiseau et avec une surface plane, elle est devenue la norme des LSI fines à partir des générations autour de 0,25 µm.
| Critère | STI (isolation par tranchées peu profondes) | LOCOS (oxydation locale) |
|---|---|---|
| Méthode d’isolation | Graver des tranchées peu profondes dans le silicium et les remplir d’oxyde | Oxyder thermiquement le silicium non couvert de nitrure pour faire croître un oxyde de champ épais |
| Principales étapes | Formation de l’oxyde tampon et du nitrure → lithographie → gravure sèche du silicium → oxydation de revêtement (liner) → remplissage d’oxyde (HDP-CVD, par exemple) → CMP → retrait du nitrure | Formation de l’oxyde tampon et du nitrure → lithographie → gravure du nitrure → oxydation thermique (oxydation humide vers 1 000 °C, par exemple) → retrait du nitrure |
| Dimensions d’isolation (ordre de grandeur) | Profondeur de tranchée de l’ordre de quelques centaines de nm. La largeur de tranchée peut descendre jusqu’à la dimension minimale de gravure | Épaisseur de l’oxyde de champ de quelques centaines de nm à environ 1 µm. La largeur d’isolation est difficile à réduire |
| Bec d’oiseau | Aucun | Présent. L’oxyde pénètre sous le bord du nitrure et réduit la largeur effective du composant |
| Planéité de la surface | Plane grâce à la CMP. Avantageux pour la profondeur de champ en lithographie | Une partie de l’oxyde dépasse au-dessus de la surface du silicium et laisse une marche |
| Aptitude à la miniaturisation | Élevée. La largeur d’isolation peut être réduite, ce qui augmente la densité des composants | Faible. Plus l’isolation est étroite, plus la part du bec d’oiseau augmente ; l’isolation submicronique est difficile |
| Principaux problèmes | Défauts de remplissage des tranchées (vides), dishing lors de la CMP, forme des angles de tranchée (divots), contraintes dans l’oxyde de remplissage | Bec d’oiseau, défauts de l’oxyde de grille dus au nitrure formé sous le masque de nitrure (effet Kooi), longues étapes à haute température |
| Nombre d’étapes et coût | Élevé. Équipements de gravure, de remplissage et de CMP nécessaires | Faible. Essentiellement de l’oxydation thermique, donc bon marché |
| Générations concernées (ordre de grandeur) | Des générations autour de 0,25 µm jusqu’à aujourd’hui. Également utilisée pour isoler les ailettes des FinFET | Jusqu’aux générations autour de 0,35 à 0,5 µm des années 1990. Subsiste dans certains procédés anciens et pour la puissance et l’analogique |
Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.