STI versus LOCOS: isolatie, bird's beak, schaling en generaties
Beide zijn methoden om naburige transistors elektrisch te scheiden met een dik oxide. LOCOS laat een dik oxide groeien door het silicium dat niet door nitride is bedekt thermisch te oxideren; het proces is eenvoudig, maar onder de rand van het nitride dringt oxide binnen (de bird's beak), zodat de isolatiebreedte niet klein kan worden. STI etst ondiepe sleuven in het silicium, vult ze met oxide en vlakt het oppervlak met CMP; er is geen bird's beak en het oppervlak is vlak, zodat STI vanaf de generatie rond 0,25 µm de standaard werd voor fijne LSI's.
| Kenmerk | STI (shallow trench isolation) | LOCOS (lokale oxidatie) |
|---|---|---|
| Isolatiemethode | Ondiepe sleuven in het silicium etsen en met oxide vullen | Het silicium dat niet door nitride is bedekt thermisch oxideren tot een dik veldoxide |
| Belangrijkste processtappen | Vorming van padoxide en nitride → lithografie → droog etsen van silicium → lineroxidatie → vullen met oxide (bijv. HDP-CVD) → CMP → verwijderen van het nitride | Vorming van padoxide en nitride → lithografie → etsen van het nitride → thermische oxidatie (bijv. natte oxidatie bij ongeveer 1000 °C) → verwijderen van het nitride |
| Isolatieafmetingen (indicatief) | Sleufdiepte in de orde van enkele honderden nm. De sleufbreedte kan tot de kleinste structuurgrootte worden verkleind | Veldoxidedikte van enkele honderden nm tot ongeveer 1 µm. De isolatiebreedte is moeilijk te verkleinen |
| Bird's beak | Geen | Aanwezig. Oxide dringt onder de rand van het nitride binnen en verkleint de effectieve breedte van de component |
| Vlakheid van het oppervlak | Vlak dankzij CMP. Gunstig voor de scherptediepte bij lithografie | Een deel van het oxide steekt boven het siliciumoppervlak uit, zodat er een hoogteverschil blijft |
| Geschiktheid voor schaling | Hoog. De isolatiebreedte kan klein zijn, wat een hoge componentdichtheid mogelijk maakt | Laag. Hoe smaller de isolatie, hoe groter het aandeel van de bird's beak; isolatie onder de µm is moeilijk |
| Belangrijkste problemen | Slecht vullen van sleuven (holtes), dishing bij CMP, de vorm van de sleufhoeken (divots), spanning in het gevulde oxide | Bird's beak, defecten in het gate-oxide door nitride dat onder het nitridemasker ontstaat (Kooi-effect), lange stappen bij hoge temperatuur |
| Aantal processtappen en kosten | Veel. Apparatuur voor etsen, vullen en CMP is nodig | Weinig. Hoofdzakelijk thermische oxidatie, dus goedkoop |
| Gebruikte generaties (indicatief) | Vanaf de generatie rond 0,25 µm tot nu. Ook bij FinFET's gebruikt voor isolatie tussen fins | Tot de generaties rond 0,35 tot 0,5 µm in de jaren 1990. Blijft nog in sommige oudere processen en voor vermogens- en analoge toepassingen |
De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.