Qu'est-ce que STI (isolation par tranchées peu profondes) ?
Méthode d'isolation des composants consistant à creuser des tranchées peu profondes dans le silicium, à les remplir d'isolant puis à planariser par CMP. Sans bec d'oiseau du LOCOS, c'est le standard pour les LSI fins.
Nom japonais: STI(シャロートレンチ分離)
« STI (isolation par tranchées peu profondes) » apparaît dans 14 questions d'entraînement réparties sur 5 thèmes, dont Oxydation et diffusion, CMP et nettoyage, Dépôt (CVD et PVD).
Domaine: Oxydation et diffusion
Le flot de procédé STI
On dépose un mince oxyde de piédestal (pad oxide) et une couche de nitrure de silicium, puis la lithographie et la gravure ouvrent dans le silicium des tranchées d'environ 200 à 300 nm de profondeur. Un mince oxyde de revêtement (liner) est formé, souvent par oxydation thermique ou ISSG, pour réparer les dommages de gravure et arrondir les coins des tranchées. La tranchée est remplie d'oxyde CVD, puis recuite pour le densifier. Le polissage mécano-chimique (CMP) retire l'oxyde excédentaire et s'arrête sur le nitrure, souvent à l'aide de slurries à l'oxyde de cérium dont la sélectivité oxyde/nitrure va de quelques dizaines à plus de 100. Enfin, le nitrure est retiré dans de l'acide phosphorique chaud à environ 160 °C.
Remplissage et ingénierie des coins
Le CVD ordinaire tend à refermer l'ouverture de la tranchée et à y piéger une cavité. De la génération 0,25 µm à environ 65 nm, le CVD par plasma haute densité (HDP-CVD) a rempli les STI en pulvérisant les coins pendant le dépôt ; les tranchées plus étroites, jusqu'à environ 10 nm, font appel au CVD fluable (flowable CVD) ou à des diélectriques déposés par centrifugation, qui remplissent par le fond puis sont convertis en oxyde. Les coins comptent aussi : un coin supérieur vif concentre le champ de grille et crée un transistor de bord parasite, et un creux d'oxyde (divot) dû aux nettoyages humides ultérieurs aggrave la situation ; l'arrondi des coins et le contrôle du retrait sont donc soigneusement ajustés.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre la STI et le LOCOS ?
Le LOCOS fait croître un oxyde thermique épais dans les zones non masquées et souffre de l'empiètement du bec d'oiseau et de marches en surface. La STI grave des tranchées, les remplit d'oxyde et planarise par CMP, ce qui donne des surfaces planes et une isolation beaucoup plus étroite.
Pourquoi parle-t-on d'isolation par tranchées peu profondes ?
Ses tranchées ne mesurent que quelques centaines de nanomètres de profondeur, ce qui est peu comparé à l'isolation par tranchées profondes, de plusieurs micromètres, utilisée dans certaines technologies bipolaires, de puissance, de capteurs d'image et d'anciennes DRAM.
Pourquoi utilise-t-on une slurry à l'oxyde de cérium pour le CMP de la STI ?
L'oxyde de cérium enlève efficacement l'oxyde de silicium et, avec des additifs adaptés, ne polit presque pas le nitrure de silicium. La forte sélectivité oxyde/nitrure permet d'arrêter le polissage de manière fiable sur la couche de nitrure.