淺溝槽隔離(STI:Shallow Trench Isolation)是在矽基板上蝕刻出淺溝槽(trench),再以氧化矽等絕緣材料填充,使相鄰電晶體之間電氣絕緣的元件隔離技術。在0.25μm世代以後的先進CMOS製程中,已成為標準的元件隔離方法,與傳統的LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法相比,在微縮適應性與平坦性上更為優異。
STI的製造流程依序為:①以氮化矽膜為遮罩,乾式蝕刻形成溝槽(深度200~400nm);②溝槽內壁氧化;③以CVD法填充SiO₂;④以CMP(化學機械研磨)進行表面平坦化;⑤去除氮化膜。由於CMP步驟的研磨均勻性會大幅影響STI形狀與後續步驟的精度,研磨液與研磨條件的管理相當重要。
STI在FinFET製程中扮演特殊角色。在FinFET中,STI的回蝕量決定Fin的露出高度,直接影響電晶體性能。STI的凹陷深度必須控制在數nm等級,考驗應用材料與科林研發等廠商蝕刻・CVD設備的精度。
在GAA(Gate-All-Around)電晶體世代,採用由傳統平面STI概念發展而來的「Nano-Sheet隔離」結構。此外,STI側壁產生的應力(STI-induced stress)會影響電晶體的遷移率,因此在製程設計上會從應力工程的角度最佳化STI形狀。
STI已知的失效模式包括:溝槽轉角處氧化層變薄(corner thinning)導致漏電流增加,以及填充SiO₂中形成孔洞(void)等。由於這些會影響元件的可靠度(NBTI、HCI),材料與製程條件的最佳化持續進行中。東京威力科創(TEL)與應用材料是引領市場的主要設備供應商。