TW202217044A - 具有抗蝕刻氮化物層之半導體元件的製備方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種半導體元件的製備方法，包括：提供一基底在一反應腔室中；形成一未處理氮化矽膜在該基底上；以及形成一處理過氮化矽膜在該未處理氮化矽膜上。形成該未處理氮化矽膜包括下列步驟：(a)供應一第一矽前驅物進入該反應腔室，藉此允許來自該第一矽前驅物的多個化學物種以被吸收在該基底上；以及(b)供應一氮前驅物進入該反應腔室，藉此氮化該等化學物種以沉積所得的氮化矽。該步驟(a)與該步驟(b)係依序且重複執行，以形成該未處理氮化矽膜。形成該處理後氮化矽膜包括下列步驟：(c)提供一第二矽前驅物進入該反應腔室，藉此允許來自該第二矽前驅物的多個化學物種以被吸收在該未處理氮化矽膜上；(d)藉由提供多個氫自由基進入該反應腔室以減少來自該第二矽前驅物之該等化學物種中的雜質來執行一第一氫自由基清除；以及(e)供應一第二氮前驅物進入該反應腔室，藉此氮化來自該第二矽前驅物的該等化學物種以沉積所得的氮化矽。該步驟(c)、該步驟(d)以及該步驟(e)可依序且重複執行，以形成該處理後氮化矽膜。該未處理氮化矽膜與該處理後氮化矽膜一起形成一氮化矽層。

Description

具有抗蝕刻氮化物層之半導體元件的製備方法
本申請案主張2020年10月22日申請之美國正式申請案第17/077,685號的優先權及益處，該美國正式申請案之內容以全文引用之方式併入本文中。
本揭露係關於一種半導體元件的製備方法。特別是有關於一種具有抗蝕刻氮化物層之半導體元件的製備方法。
半導體元件係使用在不同的電子應用，例如個人電腦、手機、數位相機，或其他電子設備。半導體元件的尺寸係逐漸地變小，以符合計算能力所逐漸增加的需求。然而，在尺寸變小的製程期間，係增加不同的問題，且如此的問題在數量與複雜度上持續增加。因此，仍然持續著在達到改善品質、良率、效能與可靠度以及降低複雜度方面的挑戰。
上文之「先前技術」說明僅係提供背景技術，並未承認上文之「先前技術」說明揭示本揭露之標的，不構成本揭露之先前技術，且上文之「先前技術」之任何說明均不應作為本案之任一部分。
本揭露之一實施例提供一種半導體元件的製備方法，包含：提供一基底在一反應腔室中；形成一未處理氮化矽膜在該基底上；以及形成一處理後氮化矽膜在該未處理氮化矽膜。形成該未處理氮化矽膜包括下列步驟：(a)供應一第一矽前驅物進入該反應腔室，藉此允許來自該第一矽前驅物的多個化學物種以被吸收在該基底上；以及(b)供應一第一氮前驅物進入該反應腔室，藉此氮化該等化學物種以沉積所得的氮化矽在該基底上。該步驟(a)以及該步驟(b)係依序且重複執行，以形成該未處理氮化矽膜。形成該處理後氮化矽膜包括下列步驟：(c)供應一第二矽前驅物進入該反應腔室，藉此允許來自該第二矽前驅物的多個化學物種，以被吸收到該未處理氮化矽膜上；(d)藉由提供多個氫自由基進入該反應腔室以減少來自該第二矽前驅物之該等化學物種中的雜質來執行一第一氫自由基清除；以及(e)供應一第二氮前驅物進入該反應腔室，藉此氮化來自該第二矽前驅物的該等化學物種以沉積所得的氮化矽在該未處理氮化矽膜上。該步驟(c)、該步驟(d)以及該步驟(e)依序且重複執行，以形成該處理後氮化矽膜。該未處理氮化矽膜與該處理後氮化矽膜一起形成一氮化矽層。
在一些實施例中，該第一矽前驅物與該第二矽前驅物包含二氯矽烷(dichlorosilane)。
在一些實施例中，該第一矽前驅物與該第二矽前驅物包含氨氣(ammonia gas)。
在一些實施例中，該步驟(d)中的該等氫自由基係藉由一電漿產生單元供應氫氣而產生在該電漿產生單元中。
在一些實施例中，該步驟(d)包括一穩定階段(stabilizing stage)、一流動階段(flowing stage)以及一真空階段(vacuuming stage)。
在一些實施例中，在該步驟(d)的該流動階段期間，在該反應腔室中的一製程壓力係介於大約40Pa到大約100Pa之間。
在一些實施例中，在該步驟(d)的該流動階段期間，在該電漿產生單元中的一製程壓力係介於大約70Pa到大約400Pa之間。
在一些實施例中，在該步驟(d)的該流動階段期間，該等氫自由基的一流量係介於大約0.5slm到大約5slm之間。
在一些實施例中，在該步驟(d)的該流動階段期間，該電漿產生單元的一製程頻率係介於大約10.00MHz到大約15.00MHz之間。
在一些實施例中，形成該處理後氮化矽膜還包括一步驟(f)，係藉由供應多個氫自由基進入該反應腔室以執行一第二氫自由基清除。
本揭露之另一實施例提供一種半導體元件的製備方法，包括：提供一基底在一反應腔室中；以及藉由重複多次形成一未處理氮化矽膜以及一處理後氮化矽膜，以形成一氮化矽層在該基底上。形成該未處理氮化矽膜包括下列步驟：(a)供應一第一矽前驅物進入該反應腔室，藉此允許來自該第一矽前驅物的多個化學物種以被吸收在該基底上；(b)供應一第一氮前驅物進入該反應腔室，藉此氮化該等化學物種以沉積所得的氮化矽在該基底上；(c)依序且重複執行該步驟(a)以及該步驟(b)係，以形成該未處理氮化矽膜；(d)供應一第二矽前驅物進入該反應腔室，藉此允許來自該第二矽前驅物的多個化學物種，以被吸收到該未處理氮化矽膜上；(e)藉由提供多個氫自由基進入該反應腔室以減少來自該第二矽前驅物之該等化學物種中的雜質來執行一第一氫自由基清除；(f)供應一第二氮前驅物進入該反應腔室，藉此氮化來自該第二矽前驅物的該等化學物種以沉積所得的氮化矽在該未處理氮化矽膜上；以及(g)依序且重複執行該步驟(c)、該步驟(d)以及該步驟(e)，以形成該處理後氮化矽膜。
在一些實施例中，該第一矽前驅物與該第二矽前驅物包含二氯矽烷。
在一些實施例中，該第一矽前驅物與該第二矽前驅物包含氨氣。
在一些實施例中，該步驟(e)中的該等氫自由基係藉由一電漿產生單元供應氫氣而產生在該電漿產生單元中。
在一些實施例中，該步驟(a)包括一穩定階段、一流動階段以及一清除與真空階段(purging and vacuuming stage)。
在一些實施例中，在該步驟(a)的該流動階段期間，一製程溫度係介於大約200℃到大約550℃之間。
在一些實施例中，在該步驟(a)的該流動階段期間，該第一矽前驅物的一流量係介於大約1slm到大約5slm之間。
在一些實施例中，在該步驟(a)的該流動階段期間，一製程壓力係介於大約400Pa到大約1200Pa之間。
在一些實施例中，該步驟(b)包括一穩定階段、一流動階段以及一清除與真空階段。
在一些實施例中，在該步驟(b)的該流動階段期間，該電漿產生單元的一製程頻率係介於大約10.00MHz到大約15.00MHz之間。
由於本揭露該半導體元件的設計，可降低該所得的氮化矽層的雜質濃度。藉此，可改善該氮化矽層的濕蝕刻抗性(wet etch resistance property)。因此，可改善該半導體元件的良率、品質以及可靠度。
上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。
以下描述了組件和配置的具體範例，以簡化本揭露之實施例。當然，這些實施例僅用以例示，並非意圖限制本揭露之範圍。舉例而言，在敘述中第一部件形成於第二部件之上，可能包含形成第一和第二部件直接接觸的實施例，也可能包含額外的部件形成於第一和第二部件之間，使得第一和第二部件不會直接接觸的實施例。另外，本揭露之實施例可能在許多範例中重複參照標號及/或字母。這些重複的目的是為了簡化和清楚，除非內文中特別說明，其本身並非代表各種實施例及/或所討論的配置之間有特定的關係。
此外，為易於說明，本文中可能使用例如「之下(beneath)」、「下面(below)」、「下部的(lower)」、「上方(above)」、「上部的(upper)」等空間相對關係用語來闡述圖中所示的一個元件或特徵與另一(其他)元件或特徵的關係。所述空間相對關係 用語旨在除圖中所繪示的取向外亦囊括元件在使用或操作中的不同取向。所述裝置可具有其他取向(旋轉90度或處於其他取向)且本文中所用的空間相對關係描述語可同樣相應地進行解釋。
應當理解，當形成一個部件在另一個部件之上(on)、與另一個部件相連(connected to)、及/或與另一個部件耦合(coupled to)，其可能包含形成這些部件直接接觸的實施例，並且也可能包含形成額外的部件介於這些部件之間，使得這些部件不會直接接觸的實施例。
應當理解，儘管這裡可以使用術語第一，第二，第三等來描述各種元件、部件、區域、層或區段(sections)，但是這些元件、部件、區域、層或區段不受這些術語的限制。相反，這些術語僅用於將一個元件、組件、區域、層或區段與另一個區域、層或區段所區分開。因此，在不脫離本發明進步性構思的教導的情況下，下列所討論的第一元件、組件、區域、層或區段可以被稱為第二元件、組件、區域、層或區段。
除非內容中另有所指，否則當代表定向(orientation)、布局(layout)、位置(location)、形狀(shapes)、尺寸(sizes)、數量(amounts)，或其他量測(measures)時，則如在本文中所使用的例如「同樣的(same)」、「相等的(equal)」、「平坦的(planar)」，或是「共面的(coplanar)」等術語(terms)並非必要意指一精確地完全相同的定向、布局、位置、形狀、尺寸、數量，或其他量測，但其意指在可接受的差異內，係包含差不多完全相同的定向、布局、位置、形狀、尺寸、數量，或其他量測，而舉例來說，所述可接受的差異係可因為製造流程(manufacturing processes)而發生。術語「大致地(substantially)」係可被使用在本文中，以表現出此意思。舉例來說，如大致地相同的(substantially the same)、大致地相等的(substantially equal)，或是大致地平坦的(substantially planar)，係為精確地相同的、相等的，或是平坦的，或者是其係可為在可接受的差異內的相同的、相等的，或是平坦的，而舉例來說，所述可接受的差異係可因為製造流程而發生。
應當理解，術語「大約(about)」修飾成分(ingredient)、部件的一數量(quantity)，或是本揭露的反應物(reactant)，其係表示可發生的數值數量上的變異(variation)，舉例來說，其係經由典型的測量以及液體處理程序(liquid handling procedures)，而該液體處理程序用於製造濃縮(concentrates)或溶液(solutions)。再者，變異的發生可源自於應用在製造組成成分(compositions)或實施該等方法或其類似方式在測量程序中的非故意錯誤(inadvertent error)、在製造中的差異(differences)、來源(source)、或成分的純度(purity)。在一方面，術語「大約(about)」意指報告數值的10%以內。在另一方面，術語「大約(about)」意指報告數值的5%以內。在再另一方面，術語「大約(about)」意指報告數值的10、9、8、7、6、5、4、3、2或1%以內。
在本揭露中，一半導體元件通常意指可藉由利用半導體特性(semiconductor characteristics)運行的一元件，而一光電元件(electro-optic device)、一發光顯示元件(light-emitting display device)、一半導體線路(semiconductor circuit)以及一電子元件(electronic device)，係均包括在半導體元件的範疇中。
應當理解，在本揭露的描述中，上方(above)(或之上(up))係對應Z方向箭頭的該方向，而下方(below)(或之下(down))係對應Z方向箭頭的相對方向。
圖1例示本揭露一實施例之一種半導體元件1A之製備方法10的流程示意圖。圖2例示本揭露一實施例之該半導體元件1A之製備流程的一部份的剖視示意圖。圖3例示本揭露一些實施例之形成未處理氮化矽膜300之製程條件的製程圖表。
請參考圖1及圖2，在步驟S11，一基底101可提供給一反應腔室。
請參考圖2，在一些實施例中，基底101可包括一半導體晶圓，例如晶體矽(例如矽＜100＞或矽＜111＞)、氧化矽、應變矽(strained silicon)、絕緣體上覆矽、矽鍺、一摻雜或未摻雜多晶矽晶圓或類似物，但並不以此為限。在一些實施例中，基底101的上表面可包括下列區域：裸矽(bare silicon)、阻障材料、低介電常數或高介電常數介電材料、導電材料或類似物。在一些實施例中，基底101的上表面可包括多個溝槽(trenches)、多個開孔(openings)、多個孔洞(holes)、多個凹陷(receses)或類似物。
在一些實施例中，基底101可藉由選擇性執行多個製成以進行預處理，而該等製程係例如研磨(polishing)、退火(annealing)、烘烤(baking)、蝕刻、減縮(reduction)、氧化、鹵化(halogenation)、氫氧基化(hydroxylation)或類似製程。
請參考圖1到圖3，在步驟S13，一未處理(untreated)氮化矽膜300可形成在基底101上。
請參考圖3及圖3，未處理氮化矽膜的製作技術可包含一第一沉積製程。第一沉積製程可為一原子層沉積製程。一般而言，原子層沉積製程在多個預定的製程條件下，係交替地將兩種(或多種)不同的源氣體一個一個地供應到一製程物體(process object)上，以使來自該等源氣體的多個化學物種(chemical species)被吸收到在一單一原子層位階處的製程物體，以及經由多個表面反應(surface reactions)而沉積在製程物體上。舉例來說，一第一氣體以及一第二氣體係交錯的供應到一製程物體，以沿著其表面流動，藉此包含在第一源氣體中的多個分子(或多個化學物種)係吸收到製程物體的表面，而且包含在第二源氣體中的多個分子(或多個化學物種)係與源自於第一源氣體之該等被吸收的該等分子進行反應，以形成一單一分子位階之一厚度的一膜。上述的該等製程步驟係重複地執行，以使一高品質膜可形成在製程物體上。
接下來，第一沉積製程可包括依序執行的一第一矽前驅物供應步驟501以及一第一氮前驅物供應步驟503。在第一矽前驅物供應步驟501中，一第一矽前驅物可供應到反應腔室，以及來自第一矽前驅物的多個化學物種可被吸收到位在一單一原子層位階處之基底101的上表面。在第一氮前驅物供應步驟503中，一第一氮前驅物可被活化(activated)並供應到反應腔室，而且包含在第一氮前驅物中的多個化學物種可與源自於第一矽前驅物之被吸收的該等化學物種進行反應，以形成一單一分子位階之一厚度的一未處理氮化矽子膜301。未處理氮化矽子膜301可形成在基底101的上表面上。
在一些實施例中，第一矽前驅物供應步驟501可包括一穩定階段(stabilizing stage)、一流動階段(flowing stage)以及一清除與真空階段(purging and vacuuming stage)。
請參考圖2及圖3，在第一矽前驅物供應步驟501的穩定階段中，例如氮氣的一稀釋氣體(dilution gas)(或是一載體氣體(carrier gas))係可供應到反應腔室。稀釋器體的一流量(flow rate)可介於大約0.3slm(標準公升每分鐘，standard liter per minute)到大約0.7slm之間。舉例來說，在所述的實施例中，稀釋氣體的流量可為0.5slm。穩定階段的一製程溫度可介於大約25℃到大約700℃之間、介於大約50℃到大約600℃之間、介於大約100℃到大約500℃之間、介於大約200℃到大約450℃之間，或是介於大約350℃到大約425℃之間。舉例來說，在所述的實施例中，穩定階段的製程溫度可為400℃。穩定階段的一製程壓力可介於大約200Pa到大約600Pa、介於大約300Pa到大約500Pa，或是介於大約350Pa到大約450Pa。舉例來說，在本實施例中，穩定階段的製程壓力可為400Pa。
請參考圖2及圖3，在第一矽前驅物供應步驟501的流動階段中，第一矽前驅物可供應到反應腔室，同時供應稀釋氣體。來自第一矽前驅物的該等化學物種可被吸收到位在一單一原子層位階處之基底101的上表面。在一些實施例中，第一矽前驅物可包含一鹵化物(halide)，例如碘(I)或氯(Cl)。在所述的實施例中，舉例來說，第一矽前驅物可為二氯矽烷(dichlorosilane)。第一矽前驅物與基底101之間的反應可如化學方程式1所示。在一些實施例中，舉例來說，第一矽前驅物可包括四氯化矽(silicon tetrachloride)、三氯矽烷(trichlorosilane)、二氯矽烷(dichlorosilane)或六氯二矽烷(hexachlorodisilane)。在一些實施例中，舉例來說，第一矽前驅物可包括四碘化矽(silicon tetraiodide)、三碘甲矽烷(triododsilane)、二碘矽烷(diiodosilane)、碘矽烷(iodosilane)、六碘化二矽(disilicon hexaiodide)、八氧化三矽(trisilicon octaiodide)、H 2Si 2I 4、H 3Si 2I 3、H 4Si 2I 2、H 5Si 2I或HSi 2I 5。在一些實施例中，第一矽前驅物可包括以下其中一個：三碘甲矽烷、二碘矽烷、碘矽烷、H 2Si 2I 4、H 4Si 2I 2以及H 5Si 2I。在一些實施例中，第一矽前驅物可包括以下其中兩個、三個、四個、五個或六個：三碘甲矽烷、二碘矽烷、碘矽烷、H 2Si 2I 4、H 4Si 2I 2以及H 5Si 2I，包含其任何組合。 —NH 2+SiH 2Cl 2→—NH—SiH 2Cl+HCl⇑ (化學方程式1)
請參考圖2及圖3，在第一矽前驅物供應步驟501的流動階段中，第一矽前驅物的一流量可介於大約1slm到大約5slm之間，或是介於大約3slm到大約4.5slm之間。舉例來說，在所述的實施例中，第一矽前驅物的流量可為1slm。若是第一矽前驅物的流量低於1slm的話，則第一矽前驅物的數量可能不足以供應給在基底101之上表面上的該等氮原子。若是第一矽前驅物的流量大於5slm的話，則第一矽前驅物的數量可能不會與在基底101之上表面上的該等氮原子進行反應。稀釋氣體的一流量可介於大約0.3slm到大約0.7slm之間。舉例來說，在所述的實施例中，稀釋氣體的流量可為0.5slm。
請參考圖2及圖3，在第一矽前驅物供應步驟501的流動階段中，流動階段的一製程溫度可介於大約200℃到大約550℃之間。舉例來說，在所述的實施例中，流動階段的製程溫度可為400℃。若是製程溫度低於200℃的話，來自第一矽前驅物的該等化學物種可能不會被吸收到基底101的上表面。若是製程溫度大於550℃的話，則係可影響在基底101中之電晶體的可靠度以及在區域3中之所得的氮化矽層的厚度可以更淺。換言之，所得的氮化物層的厚度均勻度可能更差。在一些實施例中，流動階段的製程溫度可介於大約390℃到大約410℃之間。藉由使用前述的溫度範圍，可提升沉積率，以及係可改善所得的氮化矽層之各式不同的特徵，例如厚度均勻度、濕蝕刻抗性(wet etch resistance property)以及膜應力(film stress)。
請參考圖2及圖3，在第一矽前驅物供應步驟501的流動階段中，流動階段的一製程壓力可介於大約400Pa到大約1200Pa之間、介於大約600Pa到大約1100Pa之間，或是介於大約800Pa到大約1000Pa之間。舉例來說，在本揭露中，流動階段的製程壓力可為850Pa。藉由使用前述的壓力範圍，可提升在多個氮原子與第一矽前驅物之間的反應率，以及可持續的調節壓力。
請參考圖2及圖3，在第一矽前驅物供應步驟501的清除與真空階段中，可停止第一矽前驅物的供應。可增加稀釋氣體的一流量，以淨化反應腔室。舉例來說，稀釋氣體的流量可介於大約3slm到大約7slm之間。在所述的實施例中，稀釋氣體的流量可為5slm。
在一些實施例中，第一氮前驅物供應步驟503可包括一穩定階段、一流量階段以及一清除與真空階段。
請參考圖2及圖3，第一氮前驅物供應步驟503的穩定階段中，例如氮氣的一稀釋氣體可供應到反應腔室。稀釋氣體的一流量可介於大約0.3slm到大約0.7slm之間。舉例來說，在所述的實施例中，稀釋氣體的流量可為0.5slm。穩定階段的一製程溫度可介於大約25℃到大約700℃之間、介於大約50℃到大約600℃之間、介於大約100℃到大約500℃之間、介於大約200℃到大約450℃之間，或是介於大約350℃到大約425℃之間。舉例來說，在所述的實施例中，穩定階段的製程溫度可為400℃。穩定階段的一製程壓力可介於大約10Pa到大約70Pa、介於大約20Pa到大約60Pa，或是介於大約30Pa到大約50Pa之間。舉例來說，在本揭露的實施例中，穩定階段的製程壓力可為50Pa。
請參考圖2及圖3，在第一氮前驅物供應步驟503的流動階段中，當供應稀釋氣體時，第一氮前驅物可在一電漿產生單元中被活化，然後供應到反應腔室。包含在活化後之第一氮前驅物中的該等化學物種，係可與源自於第一矽前驅物之被吸收的該等化學物種進行反應，以形成未處理氮化矽子膜301在基底101的上表面上。舉例來說，第一氮前驅物可為氨水。
請參考圖2及圖3，在第一氮前驅物供應步驟503的流動階段中，可打開(turned on)在電漿產生單元中的一無線射頻(radio frequency，RF)，以活化第一氮前驅物。流動階段的一無線射頻功率可介於大約50W到大約1000W之間，或是介於大約100W到大約300W之間。若是流動階段的無線射頻功率大於1000W的話，則可能損壞電漿產生單元的多個石英牆(quartz walls)。流動階段的一無線射頻功率密度可介於大約0.02 W/cm 2到大約2.0 W/cm 2之間，或是介於大約0.05 W/cm 2到大約1.5 W/cm 2之間。電漿產生單元的製程頻率可介於大約10.00MHz到大約15.00MHz之間。舉例來說，在所述的實施例中，在流動階段中之電漿產生單元的製程頻率可為13.56MHz。在所述的實施例中，活化後的該等第一氮前驅物可為多個氨自由基(ammonia radicals)(NH 3*)。活化後的該等第一氮前驅物可以電漿形態而供應到反應腔室。
請參考圖2及圖3，在第一氮前驅物供應步驟503的流動階段中，被活化的第一氮前驅物的一流量係可介於大約0.5slm到大約5slm之間，或是介於大約3slm到大約5slm之間。藉由使用前述的流動率範圍，係可持續產生活化後的第一氮前驅物之電漿，以及活化後的第一氮前驅物之數量係足以與源自於第一矽前驅物之被吸收後的該等化學物種進行反應。在所述的實施例中，舉例來說，活化後的第一氮前驅物之流量可為3slm。應當理解，稀釋氣體仍可在流動階段供應，以及稀釋氣體的一流量可介於大約0.3slm到大約0.7slm之間。舉例來說，在所述的實施例中，稀釋氣體的流量仍可為0.5slm。
請參考圖2及圖3，在第一氮前驅物供應步驟503的流動階段中，在反應腔室中的一製程壓力可介於大約40Pa到大約100Pa之間，或是介於大約50Pa到大約70Pa之間。舉例來說，在所述的實施例中，在反應腔室中的製程壓力可為50Pa。在電漿產生單元中的一製程壓力可介於大約70PA到大約600Pa之間，或是介於大約280Pa到大約330Pa之間。藉由使用在電漿產生單元中之前述的製程壓力範圍，係可持續產生活化後的第一氮前驅物之電漿，以及活化後的第一氮前驅物之數量係可足以與源自於第一矽前驅物之被吸收後的該等化學物種進行反應。
請參考圖2及圖3，在第一氮前驅物供應步驟503的流動階段中，在活化後的第一氮前驅物與源自於第一矽前驅物之被吸收後的該等化學物種之間的反應，係可如化學反應式2及化學反應式3所示。含有—NH—SiH 2(NH 2)以及—NH—SiHCl(NH 2)的未處理氮化矽子膜301可在該等表面反應之後形成。應當理解，在未處理氮化矽子膜301中例如氯之該等雜質的存在，係可能會對所得的未經處理的氮化矽膜300的某些特性，例如膜應力和濕蝕刻抗性產生不利影響，將如下文所述。 —NH—SiH 2Cl+NH 3*→—NH—SiH 2(NH 2)+HCl⇑ (化學方程式2) —NH—SiH 2Cl+NH 3*→—NH—SiHCl(NH 2)+H 2⇑ (化學方程式3)
請參考圖2及圖3，在第一氮前驅物供應步驟503的清除與真空階段中，可停止第一氮前驅物的供應，以及可關閉(turned off)電漿產生單元的無線射頻。可增加稀釋氣體的一流量，以淨化反應腔室。舉例來說，稀釋氣體的流量可介於大約3slm到大約7slm之間。在所述的實施例中，稀釋氣體的流量可為5slm。
在第一沉積製程之後，可形成一層未處理氮化矽子膜301。第一沉積製程可重複多次(為了簡潔說明，僅例示四次)，以形成預期厚度的多層未處理氮化矽子膜301。該多層未處理氮化矽子膜301一起形成未處理氮化矽膜300。在一些實施例中，第一沉積製程的重複次數可介於大約20到大約60之間、介於大約30到大約50之間，或是介於大約34到大約40之間。
圖4例示本揭露一實施例之製備該半導體元件1A之一流程的一部份的剖視示意圖。圖5例示本揭露一些實施例之形成處理後氮化矽膜400之製程條件的製程圖表。
請參考圖1、圖4及圖5，在步驟S15，一處理後氮化矽膜400可形成在未處理氮化矽膜300上，以及未處理氮化矽膜300與處理後氮化矽膜400一起形成一氮化矽層200。
請參考圖4及圖5，處理後氮化矽膜400的製作技術可包括一第二沉積製程。第二沉積製程可為一原子層沉積製程。第二沉積製程可包括依序執行的一第二矽前驅物供應步驟601、一第一氫自由基清除步驟603以及一第二氮前驅物供應步驟605。在第二矽前驅物供應步驟601中，一第二矽前驅物可供應到反應腔室，以及來自第二矽前驅物的多個化學物種可被吸收到在一單一原子層位階處之未處理氮化矽膜300的上表面。在第一氫自由基清除步驟603中，多個氫自由基可供應到反應腔室以取代多個雜質，該等雜質係包含在源自於第二矽前驅物之被吸收的該等化學物種中，例如氯。據此，可減少該等雜質的數量，而該等雜質係包含在源自於第二矽前驅物之被吸收的該等化學物種中。在第二氮前驅物供應步驟605中，一第二氮前驅物可被活化並供應到反應腔室，以及包含在第二氮前驅物中的多個化學物種可與源自於第二矽前驅物之被吸收的該等ˋ學物種進行反應，以形成一單一分子位階之一厚度的一處理後氮化矽子膜401。處理後氮化矽子膜401可形成在未處理氮化矽膜300的上表面上。
在一些實施例中，第二矽前驅物供應步驟601可包括一穩定階段、一流動階段以及一清除與真空階段。
請參考圖4及圖5，在第二矽前驅物供應步驟601的穩定階段中，例如氮氣的一稀釋氣體可供應到反應腔室。稀釋氣體的一流量可介於大約0.3slm到大約0.7slm。舉例來說，在所述的實施例中，稀釋氣體的流量可為0.5slm。穩定階段的一製程溫度可介於大約25℃到大約700℃之間、介於大約50℃到大約600℃之間、介於大約100℃到大約500℃之間、介於大約200℃到大約450℃之間，或是介於大約350℃到大約425℃之間。舉例來說，在所述的實施例中，穩定階段的製程溫度可為400℃。穩定階段的一製程壓力可介於大約200Pa到大約600Pa之間、介於大約300Pa到大約500Pa之間，或是介於大約350Pa到大約450Pa之間。舉例來說，在所述的實施例中，穩定階段的製程壓力可為400Pa。
請參考圖4及圖5，在第二矽前驅物供應步驟601的流動階段中，第二矽前驅物可供應到反應腔室，同時供應稀釋氣體。來自第二矽前驅物的該等化學物種可被吸收到位在一單一原子層位階處之未處理氮化矽膜300的上表面。在一些實施例中，第二矽前驅物可包含一鹵化物(halide)，例如碘(I)或氯(Cl)。在所述的實施例中，舉例來說，第二矽前驅物可為二氯矽烷。第二矽前驅物與未處理氮化矽膜300之間的反應可類似於第一矽前驅物與基底101之間的反應。在一些實施例中，舉例來說，第二矽前驅物可包括四氯化矽、三氯矽烷、二氯矽烷或六氯二矽烷。在一些實施例中，舉例來說，第二矽前驅物可包括四碘化矽、三碘甲矽烷、二碘矽烷、碘矽烷、六碘化二矽、八氧化三矽、H 2Si 2I 4、H 3Si 2I 3、H 4Si 2I 2、H 5Si 2I或HSi 2I 5。在一些實施例中，第二矽前驅物可包括以下其中一個：三碘甲矽烷、二碘矽烷、碘矽烷、H 2Si 2I 4、H 4Si 2I 2以及H 5Si 2I。在一些實施例中，第二矽前驅物可包括以下其中兩個、三個、四個、五個或六個：三碘甲矽烷、二碘矽烷、碘矽烷、H 2Si 2I 4、H 4Si 2I 2以及H 5Si 2I，包含其任何組合。
請參考圖4及圖5，在第二矽前驅物供應步驟601的流動階段中，第二矽前驅物的一流量可介於大約1slm到大約5slm之間，或是介於大約3slm到大約4.5slm之間。舉例來說，在所述的實施例中，第二矽前驅物的流量可為1slm。若是第二矽前驅物的流量低於1slm的話，則第二矽前驅物的數量可能不足以供應給在未處理氮化矽膜300之上表面上的該等氮原子。若是第二矽前驅物的流量大於5slm的話，則第二矽前驅物的數量可能不會與在未處理氮化矽膜300之上表面上的該等氮原子進行反應。稀釋氣體的一流量可介於大約0.3slm到大約0.7slm之間。舉例來說，在所述的實施例中，稀釋氣體的流量可為0.5slm。
請參考圖4及圖5，在第二矽前驅物供應步驟601的流動階段中，流動階段的一製程溫度可介於大約200℃到大約550℃之間。舉例來說，在所述的實施例中，流動階段的製程溫度可為400℃。若是製程溫度低於200℃的話，來自第二矽前驅物的該等化學物種可能不會被吸收到未處理氮化矽膜300的上表面。若是製程溫度大於550℃的話，則係可影響在基底101中之電晶體的可靠度以及在區域3中之所得的氮化矽層的厚度可以更淺。意即，所得的氮化物層之厚度均勻度可能更差。在一些實施例中，流動階段的製程溫度可介於大約390℃到大約410℃之間。藉由使用前述的溫度範圍，可提升沉積率，以及係可改善所得的氮化矽層之各式不同的特徵，例如厚度均勻度、濕蝕刻抗性(wet etch resistance property)以及膜應力(film stress)。
請參考圖4及圖5，在第二矽前驅物供應步驟601的流動階段中，流動階段的一製程壓力可介於大約400Pa到大約1200Pa之間、介於大約600Pa到大約1100Pa之間，或是介於大約800Pa到大約1000Pa之間。舉例來說，在本揭露中，流動階段的製程壓力可為850Pa。藉由使用前述的壓力範圍，可提升在多個氮原子與第一矽前驅物之間的反應率，以及可持續的調節壓力。
請參考圖4及圖5，在第二矽前驅物供應步驟601的清除與真空階段中，可停止第二矽前驅物的供應。可增加稀釋氣體的一流量，以淨化反應腔室。舉例來說，稀釋氣體的流量可介於大約3slm到大約7slm之間。在所述的實施例中，稀釋氣體的流量可為5slm。
在一些實施例中，第一氫自由基清除步驟603可包括一穩定階段、一流量階段以及一清除與真空階段。
請參考圖4及圖5，第一氫自由基清除步驟603的穩定階段中，例如氮氣的一稀釋氣體可供應到反應腔室。稀釋氣體的一流量可介於大約0.3slm到大約0.7slm之間。舉例來說，在所述的實施例中，稀釋氣體的流量可為0.5slm。穩定階段的一製程溫度可介於大約25℃到大約700℃之間、介於大約50℃到大約600℃之間、介於大約100℃到大約500℃之間、介於大約200℃到大約450℃之間，或是介於大約350℃到大約425℃之間。舉例來說，在所述的實施例中，穩定階段的製程溫度可為400℃。穩定階段的一製程壓力可介於大約10Pa到大約70Pa、介於大約20Pa到大約60Pa，或是介於大約30Pa到大約50Pa之間。舉例來說，在本揭露的實施例中，穩定階段的製程壓力可為50Pa。
請參考圖4及圖5，在第一氫自由基清除步驟603的流動階段中，當供應稀釋氣體時，第一自由基源可在電漿產生單元中被活化，然後供應到反應腔室。活化後的第一自由基源可供應到反應腔室，以取代多個雜質，該等雜質係包含在源自於第二矽前驅物中之該等化學物種中，例如氯。據此，可減少該等雜質的數量，而該等雜質係包含在源自於第二矽前驅物之被吸收的該等化學物種中。舉例來說，第一自由基源可為氫氣(hydrogen gas)。
請參考圖4及圖5，在第一氫自由基清除步驟603的流動階段中，可打開在電漿產生單元中的一無線射頻，以活化第一自由基源。流動階段的一無線射頻功率可介於大約50W到大約1000W之間，或是介於大約100W到大約300W之間。若是流動階段的無線射頻功率大於1000W的話，則可能損壞電漿產生單元的多個石英牆(quartz walls)。流動階段的一無線射頻功率密度可介於大約0.02 W/cm 2到大約2.0 W/cm 2之間，或是介於大約0.05 W/cm 2到大約1.5 W/cm 2之間。電漿產生單元的製程頻率可介於大約10.00MHz到大約15.00MHz之間。舉例來說，在所述的實施例中，在流動階段中之電漿產生單元的製程頻率可為13.56MHz。在所述的實施例中，活化後的第一自由基源可為多個氫自由基(hydrogen radicals (H 2*，H*)。活化後的第一自由基源可以電漿形態而供應到反應腔室。
請參考圖4及圖5，在第一氫自由基清除步驟603的流動階段中，被活化的第一自由基源的一流量係可介於大約0.5slm到大約5slm之間，或是介於大約1.5slm到大約2.3slm之間。藉由使用前述的流動率範圍，係可持續產生活化後的第一自由基源之電漿，以及活化後的第一自由基源之數量係足以取代多個雜質，該等雜質係包含在源自於第二矽前驅物之被吸收的該等化學物種中，例如氯。在所述的實施例中，舉例來說，活化後的第一氮前驅物之流量可為2slm。應當理解，稀釋氣體仍可在流動階段供應，以及稀釋氣體的一流量可介於大約0.3slm到大約0.7slm之間。舉例來說，在所述的實施例中，稀釋氣體的流量仍可為0.5slm。
請參考圖4及圖5，在第一氫自由基清除步驟603的流動階段中，在電漿產生單元中的一製程壓力可介於大約70Pa到大約400Pa之間，或是介於大約350Pa到大約4000Pa之間。藉由使用在電漿產生單元中之前述的製程壓力範圍，係可持續產生活化後的第一自由基源之電漿，以及活化後的第一自由基源之數量係可足以取代多個雜質，該等雜質係包含在源自於第二矽前驅物之被吸收的該等化學物種中。在反應腔室中的一製程壓力可介於大約40Pa到大約100Pa，或是介於大約50Pa到大約70Pa。舉例來說，在所述的實施例中，在反應腔室中的製程壓力可為50Pa。
請參考圖4及圖5，在第一氫自由基清除步驟603的流動階段中，活化的第一自由基源與包含在源自於第二矽前驅物中之吸收後的該等化學物中中的該等雜質之間的取代反應(substitution reaction)，係可如化學方程式4所示。在所述的實施例中，多個氫自由基(在化學方程式4中係以H 2表示)可取代包含在該等化學物種中的氯，而且氯可與該等氫自由基組合在一起以形成氯化氫(hydrogen chloride)，並可被移除。因此，藉由移除在第一氫自由基清除步驟603中的氯，係可降低在所得的氮化矽層中之氯濃度。據此，可降低所得的氮化矽層之濕蝕刻率。換言之，可改善所得的氮化矽層之蝕刻抗性。 —NH 2+SiH 2Cl+H 2→—NH—SiH 3+HCl⇑ (化學方程式4)
請參考圖4及圖5，在第一氫自由基清除步驟603的真空階段中，可停止第一自由基源的供應，並可關閉電漿產生單元的無線射頻。稀釋氣體仍可供應到反應腔室。稀釋氣體的一流量可介於大約0.3slm到大約0.7slm之間。在所述的實施例中，稀釋氣體的流量可為0.5slm。
在一些實施例中，第二氮前驅物供應步驟605可包括一穩定階段、一流量階段以及一清除與真空階段。
請參考圖4及圖5，第二氮前驅物供應步驟605的穩定階段中，例如氮氣的一稀釋氣體可供應到反應腔室。稀釋氣體的一流量可介於大約0.3slm到大約0.7slm之間。舉例來說，在所述的實施例中，稀釋氣體的流量可為0.5slm。穩定階段的一製程溫度可介於大約25℃到大約700℃之間、介於大約50℃到大約600℃之間、介於大約100℃到大約500℃之間、介於大約200℃到大約450℃之間，或是介於大約350℃到大約425℃之間。舉例來說，在所述的實施例中，穩定階段的製程溫度可為400℃。穩定階段的一製程壓力可介於大約10Pa到大約70Pa、介於大約20Pa到大約60Pa，或是介於大約30Pa到大約50Pa之間。舉例來說，在本揭露的實施例中，穩定階段的製程壓力可為50Pa。
在一些實施例中，第二沉積製程的兩階段可重疊或結合。舉例來說，第一氫自由基清除步驟603的真空階段與第二氮前驅物供應步驟605的穩定階段可部分或完全重疊。
請參考圖4及圖5，在第二氮前驅物供應步驟605的流動階段中，當供應稀釋氣體時，第二氮前驅物可在電漿產生單元中被活化，然後供應到反應腔室。包含在活化後之第二氮前驅物中的該等化學物種，係可與源自於第二矽前驅物之被吸收的該等化學物種進行反應，以形成處理後氮化矽子膜401在未處理氮化矽膜300的上表面上。舉例來說，第二氮前驅物可為氨水。
請參考圖4及圖5，在第二氮前驅物供應步驟605的流動階段中，可打開在電漿產生單元中的一無線射頻，以活化第二氮前驅物。流動階段的一無線射頻功率可介於大約50W到大約1000W之間，或是介於大約100W到大約300W之間。若是流動階段的無線射頻功率大於1000W的話，則可能損壞電漿產生單元的多個石英牆。流動階段的一無線射頻功率密度可介於大約0.02 W/cm 2到大約2.0 W/cm 2之間，或是介於大約0.05 W/cm 2到大約1.5 W/cm 2之間。電漿產生單元的製程頻率可介於大約10.00MHz到大約15.00MHz之間。舉例來說，在所述的實施例中，在流動階段中之電漿產生單元的製程頻率可為13.56MHz。在所述的實施例中，活化後的該等第二氮前驅物可為多個氨自由基(NH 3*)。活化後的第二氮前驅物可以電漿形態而供應到反應腔室。
請參考圖4及圖5，在第二氮前驅物供應步驟605的流動階段中，被活化的第二氮前驅物的一流量係可介於大約0.5slm到大約5slm之間，或是介於大約3slm到大約5slm之間。藉由使用前述的流動率範圍，係可持續產生活化後的第二氮前驅物之電漿，以及活化後的第二氮前驅物之數量係足以與源自於第二矽前驅物之被吸收後的該等化學物種進行反應。在所述的實施例中，舉例來說，活化後的第二氮前驅物之流量可為3slm。應當理解，稀釋氣體仍可在流動階段供應，以及稀釋氣體的一流量可介於大約0.3slm到大約0.7slm之間。舉例來說，在所述的實施例中，稀釋氣體的流量仍可為0.5slm。
請參考圖4及圖5，在第二氮前驅物供應步驟605的流動階段中，在反應腔室中的一製程壓力可介於大約40Pa到大約100Pa之間，或是介於大約50Pa到大約70Pa之間。舉例來說，在所述的實施例中，在反應腔室中的製程壓力可為50Pa。在電漿產生單元中的一製程壓力可介於大約70PA到大約600Pa之間，或是介於大約280Pa到大約330Pa之間。藉由使用在電漿產生單元中之前述的製程壓力範圍，係可持續產生活化後的第二氮前驅物之電漿，以及活化後的第二氮前驅物之數量係可足以與源自於第二矽前驅物之被吸收後的該等化學物種進行反應。
請參考圖4及圖5，在第二氮前驅物供應步驟605的流動階段中，活化的第二氮前驅物與源自於第二矽前驅物之被吸收的該等化學物種之間的表面反應，係可如化學方程式5所示。包含—NH—SiH 2(NH 2)的處理後氮化矽子膜401可在表面反應之後所形成。 —NH—SiH 3+NH 3*→—NH—SiH 2(NH 2)+H 2⇑ (化學方程式5)
請參考圖4及圖5，在第二氮前驅物供應步驟605的清除與真空階段中，可停止第二氮前驅物的供應，並關閉電漿產生單元的無線射頻。可增加稀釋氣體的一流量，以淨化反應腔室。舉例來說，稀釋氣體的流量可介於大約3slm到大約7slm之間。在所述的實施例中，稀釋氣體的流量可為5slm。
在第一沉積製程之後，可形成一層處理後氮化矽子膜401。第二沉積製程可重複多次(為了清楚，僅顯示四次)，以形成預期厚度的多層處理後氮化矽子膜401。該多層處理後氮化矽子膜401一起形成處理後氮化矽膜400。在一些實施例中，第二沉積製程的重複次數可介於大約5到大約35之間、介於大約10到大約30之間，或是介於大約13到大約20之間。未處理氮化矽膜300與處理後氮化矽膜400可一起形成氮化矽層200在基底101上。
在一些實施例中，氮化矽層200的矽氮比，其係不包括氫或其他雜質，可以表示為SiN x。其x可介於大約0.5到大約2.0之間、介於大約0.9到大約1.7之間、介於大約1.0到大約1.5之間，或是介於大約1.2到大約1.4之間。
由於第一氫自由基清除步驟603可移除包含在源自於第二矽前驅物之笨吸收的該等化學物種中的該等雜質，所以處理後氮化矽膜400的雜質濃度(例如氯濃度)可低於未處理氮化矽膜300的雜質濃度。因此，所得的氮化矽層200可具有一高膜應力以及較好的濕蝕刻抗性。
此外，藉由改變第一沉積製程和第二沉積製程的重複次數，可以持續地控制氮化矽層200的成分，因此亦可持續控制氮化矽層200的應力。
在一些實施例中，舉例來說，應力控制氮化矽層200係可適於下列元件的製造結合使用：場效電晶體、動態隨機存取記憶體、快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體、基於互補金屬氧化物半導體結構的先進影像感測器、先進發光二極體結構以及類似物。
在一些實施例中，舉例來說，稀釋氣體可為氮氣、氬氣或氦氣。可在稀釋氣體的幫助下，供應第一矽前驅物、第一氮前驅物、第二矽前驅物、第二氮前驅物或第一自由基源。稀釋氣體亦可用作淨化氣體以清除過量的該等前驅物和該等副產品。
圖6例示本揭露一些實施例之形成處理後氮化矽膜之製程條件的製程圖表。
請參考圖6，氮化矽層的製作技術可包含類似於如圖1到圖5所描繪的一程序以類似的製程條件執行。其差異係在於，在第二氮前驅物供應步驟605之後，第二沉積製程還可包括一第二氫自由基清除步驟607。第二氫自由基清除步驟607還可降低所得的氮化矽層之雜質濃度。
在一些實施例中，第二氫自由基清除步驟607可包括一穩定階段、一流動階段以及一真空階段。前述的每一階段可具有類似於第一氫自由基清除步驟603之各相對應階段的製程條件。
應當理解，在整個圖式中所使用之相同或相似的元件編號，係用於表示相同或相似的特徵、元件或結構，因此，將不再對每一張圖式之相同或相似的特徵、元件或結構進行詳細說明。
圖7例示本揭露一實施例之一種半導體元件1B之製備方法20的流程示意圖。圖8及圖9例示本揭露一實施例之製備該半導體元件1B之一流程的一部份的剖視示意圖。
請參考圖7及圖8，在步驟S21，可提供一基底101，以及一氮化矽子膜201可藉由一第三沉積製程而形成在基底101上。
請參考圖8，第三沉積製程可包括形成一未處理氮化矽膜300在基底101上，以及形成一處理後氮化矽膜400在未處理氮化矽膜300上。未處理氮化矽膜300與處理後氮化矽膜400一起形成氮化矽子層201。
請參考圖8，未處理氮化矽膜300的製作技術可包含類似於如圖1到圖5所描繪的第一沉積製程以類似的製程條件執行。第一沉積製程的重複次數可為兩次，以形成兩層未處理氮化矽子膜301，其係一起形成未處理氮化矽膜300。
請參考圖8，處理後氮化矽膜400的製作技術可包含類似於如圖1到圖5所描繪的第二沉積製程以類似的製程條件執行。第二沉積製程的重複次數可為三次，以形成三層處理後氮化矽子膜401，其係一起形成處理後氮化矽膜400。
請參考圖7及圖9，在步驟S23，氮化矽子層201可重複多次形成，以堆疊一氮化矽層200在基底101上。
請參考圖9，第三製程可重複多次(為了清楚，僅顯示四次)，以形成預期厚度的多層氮化矽子層201。該多層氮化矽子層201一起形成氮化矽層200。
圖10到圖15例示本揭露一實施例半導體元件1C、1D、1E、1F、1G、1H的剖視示意圖。
請參考圖10，半導體元件1C的製作技術可類似於如圖7到圖9所描繪的一程序。第一沉積製程的重複次數可為兩次，以形成兩層未處理氮化矽子膜301，其係一起形成未處理氮化矽膜300。第二沉積製程的重複次數可為一次，以形成一層處理後氮化矽子膜401，其係可視為處理後氮化矽膜400。
請參考圖11，半導體元件1D的製作技術可類似於如圖7到圖9所描繪的一程序。第一沉積製程的重複次數可為三次，以形成三層未處理氮化矽子膜301，其係一起形成未處理氮化矽膜300。第二沉積製程的重複次數可為一次，以形成一層處理後氮化矽子膜401，其係可視為處理後氮化矽膜400。
請參考圖12，半導體元件1E的製作技術可類似於如圖7到圖9所描繪的一程序。第一沉積製程的重複次數可為一次，以形成一層未處理氮化矽子膜301，其係可視為未處理氮化矽膜300。第二沉積製程的重複次數可為兩次，以形成兩層處理後氮化矽子膜401，其係一起成為處理後氮化矽膜400。
請參考圖13，半導體元件1F的製作技術可類似於如圖7到圖9所描繪的一程序。第一沉積製程的重複次數可為一次，以形成一層未處理氮化矽子膜301，其係可視為未處理氮化矽膜300。第二沉積製程的重複次數可為三次，以形成三層處理後氮化矽子膜401，其係一起形成處理後氮化矽膜400。
請參考圖14，半導體元件1G的製作技術可類似於如圖7到圖9所描繪的一程序。第一沉積製程的重複次數可為三次，以形成三層未處理氮化矽子膜301，其係一起形成未處理氮化矽膜300。第二沉積製程的重複次數可為兩次，以形成兩層處理後氮化矽子膜401，其係一起形成處理後氮化矽膜400。
請參考圖15，半導體元件1H的製作技術可類似於如圖7到圖9所描繪的一程序。第一沉積製程的重複次數可為一次，以形成一層未處理氮化矽子膜301，其係可視為未處理氮化矽膜300。第二沉積製程的重複次數可為一次，以形成一層處理後氮化矽子膜401，其係可視為處理後氮化矽膜400。
由於本揭露之該半導體元件的設計，所以可降低所得的氮化矽層200之雜質濃度。據此，可改善氮化矽層200的濕蝕刻抗性。因此，可改善半導體元件1A的良率、品質以及可靠度。
雖然已詳述本揭露及其優點，然而應理解可進行各種變化、取代與替代而不脫離申請專利範圍所定義之本揭露的精神與範圍。例如，可用不同的方法實施上述的許多製程，並且以其他製程或其組合替代上述的許多製程。
再者，本申請案的範圍並不受限於說明書中所述之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法與步驟之特定實施例。該技藝之技術人士可自本揭露的揭示內容理解可根據本揭露而使用與本文所述之對應實施例具有相同功能或是達到實質上相同結果之現存或是未來發展之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟。據此，此等製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟係包含於本申請案之申請專利範圍內。
1A:半導體元件 1B:半導體元件 1C:半導體元件 1D:半導體元件 1E:半導體元件 1F:半導體元件 1G:半導體元件 1H:半導體元件 10:製備方法 101:基底 20:製備方法 200:氮化矽層 201:氮化矽子膜 300:未處理氮化矽膜 301:未處理氮化矽子膜 400:處理後氮化矽膜 401:處理後氮化矽子膜 501:第一矽前驅物供應步驟 503:第一氮前驅物供應步驟 601:第二矽前驅物供應步驟 603:第一氫自由基清除步驟 605:第二氮前驅物供應步驟 607:第二氫自由基清除步驟 S11:步驟 S13:步驟 S15:步驟 S21:步驟 S23:步驟 Z:方向
參閱實施方式與申請專利範圍合併考量圖式時，可得以更全面了解本申請案之揭示內容，圖式中相同的元件符號係指相同的元件。 圖1例示本揭露一實施例之一種半導體元件之製備方法的流程示意圖。 圖2例示本揭露一實施例之半導體元件之製備流程的一部份的剖視示意圖。 圖3例示本揭露一些實施例之形成未處理氮化矽膜之製程條件的製程圖表。 圖4例示本揭露一實施例之半導體元件之製備流程的一部份的剖視示意圖。 圖5例示本揭露一些實施例之形成處理後氮化矽膜之製程條件的製程圖表。 圖6例示本揭露一些實施例之形成處理後氮化矽膜之製程條件的製程圖表。 圖7例示本揭露另一實施例之一種半導體元件之製備方法的流程示意圖。 圖8及圖9例示本揭露另一實施例之半導體元件之製備流程的一部份的剖視示意圖。 圖10到圖15例示本揭露一些實施例之半導體元件的剖視示意圖。
1A:半導體元件
101:基底
200:氮化矽層
300:未處理氮化矽膜
301:未處理氮化矽子膜
400:處理後氮化矽膜
401:處理後氮化矽子膜
Z:方向

Claims (20)

  1. 一種半導體元件的製備方法，包括： 提供一基底在一反應腔室中； 形成一未處理氮化矽膜在該基底上；以及 形成一處理後氮化矽膜在該未處理氮化矽膜； 其中，形成該未處理氮化矽膜包括下列步驟： (a)供應一第一矽前驅物進入該反應腔室，藉此允許來自該第一矽前驅物的多個化學物種以被吸收在該基底上；以及 (b)供應一第一氮前驅物進入該反應腔室，藉此氮化該等化學物種以沉積所得的氮化矽在該基底上； 其中，該步驟(a)以及該步驟(b)係依序且重複執行，以形成該未處理氮化矽膜； 其中，形成該處理後氮化矽膜包括下列步驟： (c)供應一第二矽前驅物進入該反應腔室，藉此允許來自該第二矽前驅物的多個化學物種，以被吸收到該未處理氮化矽膜上； (d)藉由提供多個氫自由基進入該反應腔室以減少來自該第二矽前驅物之該等化學物種中的雜質來執行一第一氫自由基清除；以及 (e)供應一第二氮前驅物進入該反應腔室，藉此氮化來自該第二矽前驅物的該等化學物種以沉積所得的氮化矽在該未處理氮化矽膜上； 其中，該步驟(c)、該步驟(d)以及該步驟(e)依序且重複執行，以形成該處理後氮化矽膜； 其中，該未處理氮化矽膜與該處理後氮化矽膜一起形成一氮化矽層。
  2. 如請求項1所述之半導體元件的製備方法，其中該第一矽前驅物與該第二矽前驅物包含二氯矽烷。
  3. 如請求項2所述之半導體元件的製備方法，其中該第一矽前驅物與該第二矽前驅物包含氨氣。
  4. 如請求項3所述之半導體元件的製備方法，其中該步驟(d)中的該等氫自由基係藉由一電漿產生單元供應氫氣而產生在該電漿產生單元中。
  5. 如請求項4所述之半導體元件的製備方法，其中該步驟(d)包括一穩定階段、一流動階段以及一真空階段。
  6. 如請求項5所述之半導體元件的製備方法，其中在該步驟(d)的該流動階段期間，在該反應腔室中的一製程壓力係介於大約40Pa到大約100Pa之間。
  7. 如請求項6所述之半導體元件的製備方法，其中在該步驟(d)的該流動階段期間，在該電漿產生單元中的一製程壓力係介於大約70Pa到大約400Pa之間。
  8. 如請求項7所述之半導體元件的製備方法，其中在該步驟(d)的該流動階段期間，該等氫自由基的一流量係介於大約0.5slm到大約5slm之間。
  9. 如請求項8所述之半導體元件的製備方法，其中在該步驟(d)的該流動階段期間，該電漿產生單元的一製程頻率係介於大約10.00MHz到大約15.00MHz之間。
  10. 如請求項9所述之半導體元件的製備方法，其中形成該處理後氮化矽膜還包括一步驟(f)，係藉由供應多個氫自由基進入該反應腔室以執行一第二氫自由基清除。
  11. 一種半導體元件的製備方法，包括： 提供一基底在一反應腔室中；以及 藉由重複多次形成一未處理氮化矽膜以及一處理後氮化矽膜，以形成一氮化矽層在該基底上； 其中，形成該未處理氮化矽膜包括下列步驟： (a)供應一第一矽前驅物進入該反應腔室，藉此允許來自該第一矽前驅物的多個化學物種以被吸收在該基底上； (b)供應一第一氮前驅物進入該反應腔室，藉此氮化該等化學物種以沉積所得的氮化矽在該基底上； (c)依序且重複執行該步驟(a)以及該步驟(b)係，以形成該未處理氮化矽膜； (d)供應一第二矽前驅物進入該反應腔室，藉此允許來自該第二矽前驅物的多個化學物種，以被吸收到該未處理氮化矽膜上； (e)藉由提供多個氫自由基進入該反應腔室以減少來自該第二矽前驅物之該等化學物種中的雜質來執行一第一氫自由基清除； (f)供應一第二氮前驅物進入該反應腔室，藉此氮化來自該第二矽前驅物的該等化學物種以沉積所得的氮化矽在該未處理氮化矽膜上；以及 (g)依序且重複執行該步驟(c)、該步驟(d)以及該步驟(e)，以形成該處理後氮化矽膜。
  12. 如請求項11所述之半導體元件的製備方法，其中該第一矽前驅物與該第二矽前驅物包含二氯矽烷。
  13. 如請求項12所述之半導體元件的製備方法，其中該第一矽前驅物與該第二矽前驅物包含氨氣。
  14. 如請求項13所述之半導體元件的製備方法，其中該步驟(e)中的該等氫自由基係藉由一電漿產生單元供應氫氣而產生在該電漿產生單元中。
  15. 如請求項14所述之半導體元件的製備方法，其中該步驟(a)包括一穩定階段、一流動階段以及一清除與真空階段。
  16. 如請求項15所述之半導體元件的製備方法，其中在該步驟(a)的該流動階段期間，一製程溫度係介於大約200℃到大約550℃之間。
  17. 如請求項16所述之半導體元件的製備方法，其中在該步驟(a)的該流動階段期間，該第一矽前驅物的一流量係介於大約1slm到大約5slm之間。
  18. 如請求項17所述之半導體元件的製備方法，其中在該步驟(a)的該流動階段期間，一製程壓力係介於大約400Pa到大約1200Pa之間。
  19. 如請求項18所述之半導體元件的製備方法，其中該步驟(b)包括一穩定階段、一流動階段以及一清除與真空階段。
  20. 如請求項19所述之半導體元件的製備方法，其中在該步驟(b)的該流動階段期間，該電漿產生單元的一製程頻率係介於大約10.00MHz到大約15.00MHz之間。
TW110124768A 2020-10-22 2021-07-06 具有抗蝕刻氮化物層之半導體元件的製備方法 TWI802928B (zh)

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