isolation 공정: STI (Shallow Trench Isolation)

들어가는 글

이전 포스팅에서 isolation 공정 중 과거에 사용되던 기법인 LOCOS 기법에 관해 알아보았다. 이번 포스팅에서는 isolation 공정 중 현재까지 사용되고 있는 최신 기법인 STI (Shallow Trench Isolation) 기법에 관해 알아보도록 하겠다. STI에 관해 살펴보기 전에 isolation의 기본 개념과 LOCOS 기법에 관한 이전 포스팅을 읽어보시길 추천한다. https://selectroing.tistory.com/entry/isolation-%EA%B3%B5%EC%A0%95-LOCOS-LOCal-Oxidation-of-Silicon

STI (Shallow Trench Isolation) 개념

STI 기법은 앞서 설명했듯이 LOCOS 기법의 단점인 bird's beak 불량을 개선하기 위해 고안된 방식이다. 우선 STI란 Shallow Trench Isolation의 약자로, 말 그대로 얇은 층의 참호를 파서 isolation 한다는 의미이다. 개별 소자 사이 영역의 Si 기판을 파내서 그 속에 oxide 물질을 채워 소자 사이를 전기적으로 분리하는 것이다.

STI 공정

아래 그림과 함께 공정 과정을 살펴보면 다음과 같다. 우선 가장 먼저, thermal oxidation 공정을 통해 oxide 막과 nitride 막을 형성한다. 그다음 photo, etch 공정으로 trench를 형성한다. (a) 패터닝이 끝난 뒤, ashing 공정으로 PR을 제거한다. 여기서 플라즈마를 사용하면 PR을 더 정확하고 깔끔하게 제거할 수 있다. (b) 그다음 thermal oxidation 공정으로 liner(라이너) oxide를 형성한다. 이때, oxide 대신 nitride를 사용하기도 한다. (c) CVD로 oxide gap (trench의 빈 공간)을 채운다. (d) CMP로 oxide를 평평하게 만든다. 이 과정을 평탄화 과정이라고도 한다. (e) 마지막으로 wet etch를 통해 nitride를 제거하면 공정이 종료된다.

STI 공정 진행 과정, 이미지 출처 https://www.iue.tuwien.ac.at/phd/hollauer/node7.html

STI 장단점

우선 장점은 첫째, 앞서 설명했듯이 oxide가 위쪽으로 솟아오르지 않으므로 brid's beak 불량을 해결할 수 있다. 둘째, 소자 분리를 위한 영역을 최대한 작게 만들 수 있다. 소자 분리를 위해 oxide를 채우는 영역은 버려지는 영역으로 볼 수 있기 때문에 해당 영역을 최소로 하는 것이 중요하다. (그래야 실제 소자를 더 빼곡히 많이 만들 수 있다.) 단점으로는 공정 과정이 비교적 복잡하다는 점이 있다. nitride 패터닝 한 번만 진행하면 되는 LOCOS와 달리, STI는 Si 기판과 nitride 총 두 번 패터닝 해야하기 때문이다. 하지만 소자가 미세화되는 과정에서 LOCOS 공정을 적용할 수 없기 때문에, 공정의 복잡도가 증가하는 점은 감안해야 한다고 볼 수 있다.