STI 與 LOCOS 的差異:元件隔離方式、鳥嘴、微縮化、製程、世代比較
兩者都是以厚氧化層將相鄰電晶體電性隔開的元件隔離方法。LOCOS 是將未被氮化層覆蓋部分的矽熱氧化、成長出厚氧化層的方法,製程簡單,但氧化層會鑽入氮化層邊緣下方形成鳥嘴,無法縮小隔離寬度。STI 是在矽中蝕刻出淺溝槽、填入氧化層,再以 CMP 平坦化的方法,沒有鳥嘴且表面平坦,因此從 0.25 µm 前後的世代起成為微縮 LSI 的標準。
| 項目 | STI(淺溝槽隔離) | LOCOS(矽局部氧化) |
|---|---|---|
| 隔離方式 | 在矽中蝕刻出淺溝槽,填入氧化層 | 將未被氮化層覆蓋部分的矽熱氧化,成長出厚的場氧化層 |
| 主要製程 | 形成墊氧化層與氮化層 → 微影 → 矽的乾式蝕刻 → 襯層氧化 → 填入氧化層(HDP-CVD 等) → CMP → 去除氮化層 | 形成墊氧化層與氮化層 → 微影 → 氮化層蝕刻 → 熱氧化(約 1,000 ℃ 的濕式氧化等) → 去除氮化層 |
| 隔離尺寸(參考值) | 溝槽深度約數百 nm。溝槽寬度可縮小到最小加工尺寸 | 場氧化層厚度約數百 nm 至 1 µm。隔離寬度不易縮小 |
| 鳥嘴 | 無 | 有。氧化層鑽入氮化層邊緣下方,使元件的有效寬度減少 |
| 表面平坦度 | 以 CMP 平坦化。在微影的焦深方面有利 | 部分氧化層隆起高於矽表面,留下段差 |
| 對微縮化的適應性 | 高。可縮小隔離寬度,提高元件密度 | 低。隔離寬度越窄,鳥嘴所佔比例越大,次微米的隔離很困難 |
| 主要課題 | 溝槽填充不良(孔洞)、CMP 的碟形凹陷、溝槽角落的形狀(凹陷,divot)、填入之氧化層的應力 | 鳥嘴、氮化層下方生成的氮化物造成閘極氧化層不良(Kooi 效應)、長時間的高溫製程 |
| 製程步驟數與成本 | 多。需要蝕刻、填充、CMP 設備 | 少。以熱氧化為主,便宜 |
| 使用世代(參考值) | 從 0.25 µm 前後的世代至今。在 FinFET 中也用於鰭片之間的隔離 | 到 1990 年代 0.35 至 0.5 µm 前後的世代為止。目前仍留存於部分舊世代製程,以及功率、類比用途 |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。