LOCOS

LOCOS技術の概要

LOCOS（LOCal Oxidation of Silicon）とは、シリコンウェハー上の特定の領域に二酸化ケイ素（SiO2）を形成し、Si-SiO2界面を他のシリコン表面よりも低い位置に作る微細加工プロセスです。この技術は、MOSトランジスタ間の絶縁を実現し、クロストークを防止することを目的としています。

プロセスの流れ

LOCOSプロセスは、以下の順序で進行します。

1. シリコン基板の用意（層1）：シリコンウェハーは、電子デバイスの基盤となる重要な要素です。
2. バッファー酸化物のCVD（層2）：SiO2の化学蒸着（CVD）により、バッファー酸化物層を形成します。
3. 窒化物マスクのCVD（層3）：Si3N4を使用し、特定の区域を被覆するマスクを構築します。
4. エッチング工程：窒化物層（層3）とシリコン酸化物層（層2）のエッチングを行い、後続工程への準備を整えます。
5. シリコン酸化物の熱成長（構造4）：高温下でシリコン酸化物の形成が進みます。
6. さらなる成長：熱酸化物のさらなる成長を促進し、絶縁構造を強化します。
7. 窒化物マスクの除去：必要な工程を経た後、最後に窒化ケイ素マスクを除去します。

このプロセスは、シリコン基板、バッファー酸化物、窒化物マスク、絶縁酸化物の4つの基本的な層から成り立っています。特に、シリコン基板は、MOSトランジスタなどの電子構造を構築するための重要な土台です。

層の機能と構造

シリコンウェハーを酸化させる際、高温で酸素が拡散しないように窒化ケイ素の層で対象外の領域を覆います。これは800°Cから1200°Cの温度で行われる熱酸化プロセスです。絶縁構造の成長中に、窒化ケイ素層は上方に持ち上がり、シリコン基板へのストレスを軽減します。バッファー酸化物がない場合、シリコン基板に過剰な応力が作用し、電子デバイスに悪影響を及ぼす可能性があります。

熱酸化過程で、シリコンウェハーが消費され、シリコン酸化物に置き換わるため、シリコン酸化物とシリコンの体積比は約2.4:1となります。この時、絶縁構造の成長によって応力が発生します。LOCOS技術はトランジスタの数を減少させ、デバイスの寸法に影響を与えます。

技術的課題と解決策

LOCOS技術の欠点は、MOSトランジスタを一つのウェハー上に多く作ることができない点です。また、窒化ケイ素マスクの端部には、マスクの下に酸化ケイ素が侵入し、「鳥のくちばし」状の形成を引き起こすことがあります。これにより、設計寸法が変わるリスクが生じます。

この問題に対処する方法としては、シャロートレンチアイソレーション（STI）が有効です。STIはトレンチを形成し、対象区域に二酸化ケイ素を堆積する手法です。ただし、この方法ではLOCOS技術を用いることはできず、熱酸化中に生じる体積の変化により大きなストレスがトレンチ内で発生するためです。

LOCOS技術は、微細加工の進展を促す重要な手法であり、さらなる研究と改良が求められています。

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