半导体元件及其制备方法与流程

1.本技术案主张2020年7月8日申请的美国正式申请案第16/923,684号的优先权及益处，该美国正式申请案的内容以全文引用的方式并入本文中。
2.本公开是关于一种具有一流动层的半导体元件以及具有该流动层的该半导体元件的制备方法。特别是有关于一种具有该流动层的半导体元件。


背景技术：

3.半导体元件是使用在不同的电子应用，例如个人电脑、手机、数码相机，或其他电子设备。半导体元件的尺寸是逐渐地变小，以符合计算能力所逐渐增加的需求。然而，在尺寸变小的制程期间，是增加不同的问题，且如此的问题在数量与复杂度上持续增加。因此，仍然持续着在达到改善品质、良率、效能与可靠度以及降低复杂度方面的挑战。
4.上文的「先前技术」说明仅是提供背景技术，并未承认上文的「先前技术」说明揭示本公开的标的，不构成本公开的先前技术，且上文的「先前技术」的任何说明均不应作为本案的任一部分。


技术实现要素：

5.本公开的一实施例提供一种半导体元件，具有一基底；一第一绝缘层，位在该基底中；一第一处理后流动层，位在该第一绝缘层与该基底之间；一第二绝缘层，位在该基底中；以及一第二处理后流动层，位在该第二绝缘层与该基底之间。该第一绝缘层的一宽度是较大于该第二绝缘层的一宽度，以及该第一绝缘层的一深度是较小于该第二绝缘层的一深度。
6.在一些实施例中，该第一绝缘层的一深宽比是介于大约1：4到大约1：8之间，以及该第二绝缘层的一深宽比是介于大约1：6到大约1：12之间。
7.在一些实施例中，该半导体元件还包括一第一粘着层以及一第二粘着层，该第一粘着层位在该第一绝缘层与该第一处理后流动层之间，该第二粘着层位在该第二绝缘层与该第二处理后流动层之间。
8.在一些实施例中，该半导体元件还包括多个第一调整层，位在该第一绝缘层与该第一处理后流动层之间，并位在该第一处理后流动层的各侧壁上，其中所述第一调整层的宽度是从上到下逐渐缩减。
9.在一些实施例中，所述第一调整层的各上表面是大致与该第一绝缘层的一上表面为共面，以及该第一调整层的一深度是小于或等于该第一绝缘层的该深度的一半。
10.在一些实施例中，所述第一调整层是由下列材料所制：氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钛、氮化钛、氮化钨、氮化硅或氧化硅。
11.在一些实施例中，该第一绝缘层的各侧壁呈锥形。
12.在一些实施例中，该第一绝缘层的各侧壁与该第一绝缘层的一上表面之间的一角度，是介于80度到大约90度之间。
13.本公开的另一实施例提供一种半导体元件的制备方法。该制备方法包括：提供一基底；形成一第一沟槽以及一第二沟槽在该基底中；共形形成一流动层在该基底的一上表面上以及在该第一沟槽与该第二沟槽中；执行一热制程以转变该流动层成为一加工后流动层；形成一层绝缘材料在该加工后流动层上，以完全填满该第一沟槽与该第二沟槽；以及执行一平坦化制程以转变该层绝缘材料成为一第一绝缘层在该第一沟槽中以及成为一第二绝缘层在该第二沟槽中，以及转变该加工后流动层成为一第一处理后流动层在该第一沟槽中以及成为一第二处理后流动层在该第二沟槽中。该第一沟槽与该第二沟槽具有不同深宽比。
14.在一些实施例中，该半导体元件的制备方法还包括一步骤：共形形成一层粘着材料在该基底的该上表面以及在该第一沟槽与该第二沟槽中，其是在形成该流动层在该基底的该上表面上以及在该第一沟槽与该第二沟槽中得该步骤之前执行，其中该流动层是形成在该层粘着材料上。
15.在一些实施例中，该流动层包括多个化合物，所述化合物具有不饱和键结。
16.在一些实施例中，该加工后流动层包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或氧化氮化硅。
17.在一些实施例中，该层粘着材料包含氧化硅。
18.在一些实施例中，该流动层是从多个流动前驱物所形成，且所述流动前驱物是为硅烷(silane)、二硅烷(disilane)、三硅烷(trisilane)、六硅烷(hexasilane)、环六硅烷(cyclohexasilane)、甲基硅烷(methylsilane)、三乙氧基硅烷(triethoxysilane)或双-第三丁胺硅烷(btbas，bis-tert-butylamino silane)。
19.在一些实施例中，所述流动前驱物是与一氧化剂混合，以形成该流动层，而该氧化剂是为过氧化物(peroxide)、臭氧(ozone)、氧(oxygen)或水气(steam)。
20.在一些实施例中，该热制程的一制程温度是介于大约100℃到大约400℃之间。
21.在一些实施例中，在共形形成一流动层在该基底的一上表面上以及在该第一沟槽与该第二沟槽中期间的一基底温度，是小于120℃。
22.在一些实施例中，该层绝缘材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化氮化硅或掺氟硅酸盐(fluoride-doped silicate)。
23.在一些实施例中，该半导体元件的制备方法还包括一步骤：形成一层调整材料以覆盖该基底的该上表面以及该第一沟槽与该第二沟槽的各上部，其是在形成该层绝缘材料在该加工后流动层上以完全填满该第一沟槽与该第二沟槽的该步骤之前执行。
24.在一些实施例中，该层调整材料包括氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钛、氮化钛、氮化钨、氮化硅或氧化硅。
25.由于本公开该半导体元件的设计，该第一处理后流动层与该第二处理后流动层可填满小的基底间隙，而不会形成孔洞(voids)或薄弱水气(weak seams)。因此，可改善该半导体元件的良率。
26.上文已相当广泛地概述本公开的技术特征及优点，而使下文的本公开详细描述得以获得较佳了解。构成本公开的权利要求标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本公开所属技术领域中具有通常知识者应了解，可相当容易地利用下文揭示的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或制程而实现与本公开相同的目的。本公开所属技术领域中具有通常知识者亦应了解，这类等效建构无法脱离后附的权利要求所界定的本公开的精神
和范围。
附图说明
27.参阅实施方式与权利要求合并考量图式时，可得以更全面了解本技术案的揭示内容，图式中相同的元件符号是指相同的元件。
28.图1为依据本公开一实施例一种半导体元件的顶视示意图。
29.图2为沿图1的剖线a-a’与b-b’的剖视示意图。
30.图3及图4为依据本公开一些实施例各半导体元件的剖视示意图。
31.图5为依据本公开一实施例一种半导体元件的制备方法的流程示意图。
32.图6为依据本公开一实施例一中间半导体元件的顶视示意图。
33.图7到图12为沿图6的剖线a-a’与b-b’的剖视示意图，其是依据本公开一实施例该半导体元件的制备方法的一流程的剖视示意图。
34.图13到图15为沿图6的剖线a-a’与b-b’的剖视示意图，其是依据本公开一实施例一种半导体元件的制备方法的一流程的剖视示意图。
35.其中，附图标记说明如下：
36.10：方法
37.1a：半导体元件
38.1b：半导体元件
39.1c：半导体元件
40.101：基底
41.101ts：上表面
42.103：主动区
43.200：绝缘结构
44.201：绝缘层
45.201bs：下表面
46.201s：侧壁
47.201ts：上表面
48.203：第一粘着层
49.203ts：上表面
50.205：第一处理后流动层
51.205ts：上表面
52.207：第二绝缘层
53.207bs：下表面
54.207s：侧壁
55.207ts：上表面
56.209：第二粘着层
57.209ts：上表面
58.211：第二处理后流动层
59.211ts：上表面
60.301：第一调整层
61.301ts：上表面
62.303：第二调整层
63.501：垫氧化物层
64.503：垫氮化物层
65.505：第一沟槽
66.507：第二沟槽
67.509：粘着材料
68.511：流动层
69.513：加工后流动层
70.515：绝缘材料
71.517：调整材料
72.d1：深度
73.d2：深度
74.d3：深度
75.d4：深度
76.d5：深度
77.d6：深度
78.s11：步骤
79.s13：步骤
80.s15：步骤
81.s17：步骤
82.w：方向
83.w1：宽度
84.w2：宽度
85.w3：宽度
86.w4：宽度
87.w5：宽度
88.w6：宽度
89.x：方向
90.y：方向
91.z：方向
具体实施方式
92.以下描述了组件和配置的具体范例，以简化本公开的实施例。当然，这些实施例仅用以例示，并非意图限制本公开的范围。举例而言，在叙述中第一部件形成于第二部件之上，可能包含形成第一和第二部件直接接触的实施例，也可能包含额外的部件形成于第一和第二部件之间，使得第一和第二部件不会直接接触的实施例。另外，本公开的实施例可能在许多范例中重复参照标号及/或字母。这些重复的目的是为了简化和清楚，除非内文中特
别说明，其本身并非代表各种实施例及/或所讨论的配置之间有特定的关系。
93.此外，为易于说明，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)」等空间相对关系用语来阐述图中所示的一个元件或特征与另一(其他)元件或特征的关系。所述空间相对关系用语旨在除图中所绘示的取向外亦囊括元件在使用或操作中的不同取向。所述装置可具有其他取向(旋转90度或处于其他取向)且本文中所用的空间相对关系描述语可同样相应地进行解释。
94.应当理解，当形成一个部件在另一个部件之上(on)、与另一个部件相连(connected to)、及/或与另一个部件耦合(coupled to)，其可能包含形成这些部件直接接触的实施例，并且也可能包含形成额外的部件介于这些部件之间，使得这些部件不会直接接触的实施例。
95.应当理解，尽管这里可以使用术语第一，第二，第三等来描述各种元件、部件、区域、层或区段(sections)，但是这些元件、部件、区域、层或区段不受这些术语的限制。相反，这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或区段与另一个区域、层或区段所区分开。因此，在不脱离本发明进步性构思的教导的情况下，下列所讨论的第一元件、组件、区域、层或区段可以被称为第二元件、组件、区域、层或区段。
96.除非内容中另有所指，否则当代表定向(orientation)、布局(layout)、位置(location)、形状(shapes)、尺寸(sizes)、数量(amounts)，或其他量测(measures)时，则如在本文中所使用的例如「同样的(same)」、「相等的(equal)」、「平坦的(planar)」，或是「共面的(coplanar)」等术语(terms)并非必要意指一精确地完全相同的定向、布局、位置、形状、尺寸、数量，或其他量测，但其意指在可接受的差异内，是包含差不多完全相同的定向、布局、位置、形状、尺寸、数量，或其他量测，而举例来说，所述可接受的差异是可因为制造流程(manufacturing processes)而发生。术语「大致地(substantially)」是可被使用在本文中，以表现出此意思。举例来说，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)，是为精确地相同的、相等的，或是平坦的，或者是其是可为在可接受的差异内的相同的、相等的，或是平坦的，而举例来说，所述可接受的差异是可因为制造流程而发生。
97.在本公开中，一半导体元件通常意指可通过利用半导体特性(semiconductor characteristics)运行的一元件，而一光电元件(electro-optic device)、一发光显示元件(light-emitting display device)、一半导体线路(semiconductor circuit)以及一电子元件(electronic device)，是均包括在半导体元件的范畴中。
98.应当理解，在本公开的描述中，上方(above)(或之上(up))是对应z方向箭头的该方向，而下方(below)(或之下(down))是对应z方向箭头的相对方向。
99.图1为依据本公开一实施例一种半导体元件1a的顶视示意图。图2为沿图1的剖线a-a’与b-b’的剖视示意图。
100.请参考图1及图2，半导体元件1a可包括一基底101、一绝缘结构200以及多个装置元件(图未示)。
101.请参考图1及图2，举例来说，基底101可由下列材料所制：硅、锗、硅锗、硅碳(silicon carbon)、硅锗碳(silicon germanium carbon)、镓、砷化镓、砷化铟、磷化铟或其他iv-iv族、iii-v族或ii-vi族半导体材料。在一些实施例中，基底101可包括一有机半导体
或一层式(layered)半导体，例如硅/硅锗、绝缘体上覆硅(silicon-on-insulator)或绝缘体上覆硅锗(silicon germanium-on-insulator)。当基底101由绝缘体上覆硅所制时，基底101可包括由硅所制的一上半导体层与一下半导体层，以及一埋入隔离层，而该埋入隔离层是将该上半导体层与该下半导体层分开。举例来说，该埋入隔离层可包括一结晶或非结晶(crystalline or non-crystalline)氧化物、氮化物或其任一组合。
102.请参考图1及图2，绝缘结构200可设置在基底101中，并可围绕基底101的一些部分，以界定多个主动区103在基底101中。在一顶视图中，所述主动区103可具有一棒状(bar)形状，其是在一方向w延伸。所述主动区103可相互平行设置。
103.应当理解，主动区103可包括基底101的一部分以及在基底101的该部分上的一空间。将一元件描述成设置在主动层103上，是表示该元件设置在基底101的该部分的一上表面上。将一元件描述成设置在主动区103中，是表示该元件设置在基底101的该部分中；然而，该元件的一上表面可齐平于基底101的该部分的该上表面。将一元件描述成设置在主动区103上方，是表示该元件设置在基底101的该部分的该上表面上方。
104.所述装置元件可设置在所述主动区103中或在所述主动区103上。所述装置元件可为双极性接面晶体管(bipolar junction transistors)、金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)、二极管、是统大型集成电路(system large-scale integration)、快闪存储器(flash memories)、动态随机存取存储器(dynamic random-access memories)、静态随机存取存储器(static random-access memories)、电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory)、影像感测器、微机电系统(micro-electro-mechanical system)、主动元件或被动元件。举例来说，所述装置元件可为动态随机存取存储器的埋入字元线，并可设置在所述主动区103中。举另一个例子，所述装置元件可为金属氧化物半导体场效晶体管的栅极结构，并可设置在所述主动区103上。
105.请参考图2，绝缘结构200可包括多个第一绝缘层201、多个第一粘着层203、多个第一处理后(treated)流动层205、多个第二绝缘层207、多个第二粘着层209以及多个第二处理后流动层211。为了便于描述，仅描述一个第一绝缘层201、一个第一粘着层203、一个第一处理后流动层205、一个第二绝缘层207、一个第二粘着层209以及一个第二处理后流动层211。
106.请参考图2，第一绝缘层201可设置在基底101中。上表面201ts可大致与基底101的上表面101ts为共面。第一绝缘层201可具有一深宽比(aspect ratio)，是介于大约1：4到大约1：8之间。第一绝缘层201的各侧壁201s可大致呈垂直。举例来说，第一绝缘层201可由下列材料所制：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化氮化硅或掺氟硅酸盐(fluoride-doped silicate)。
107.应当理解，若是存在一个垂直平面，则一表面(或侧壁)是呈「垂直(vertical)」的话，则该表面与该垂直平面的偏离不会超过该表面的均方根粗糙度的三倍。
108.应当理解，在本公开的描述中，氮氧化硅表示一物质(substance)，其是包含硅、氮以及氧，且在其中的氧的一比率是大于氮的一比率。氧化氮化硅是表示一物质，其是包含硅、氧以及氮，且在其中的氮的一比率是大于氧的一比率。
109.请参考图2，第一粘着层203可设置在基底101与第一绝缘层201之间。在一些实施
例中，第一粘着层203可设置在第一绝缘层201的各侧壁201s上以及在第一绝缘层201的下表面201bs上。第一粘着层203的各上表面203ts可大致与第一绝缘层201的上表面201ts为共面。举例来说，第一粘着层203可由下列材料所制：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或氧化氮化硅。第一粘着层203可改善在基底101与第一绝缘层201或者是在基底101与第一处理后流动层205之间的粘性(adhesion)。第一粘着层203亦可减少在第一绝缘层201或是第一处理后流动层205形成期间的分层(delamination)与破裂(cracking)的发生。在一些实施例中，第一粘着层203是可选择的。
110.请参考图2，第一处理后流动层205可设置在第一粘着层203与第一绝缘层201之间。在一些实施例中，第一处理后流动层205可设置在基底101与第一绝缘层201之间。在一些实施例中，第一处理后流动层205可设置在第一绝缘层201的各侧壁201ts上以及在第一绝缘层201的下表面201bs上。第一处理后流动层205的各上表面205ts可与第一绝缘层201的上表面201ts为共面。在一些实施例中，举例来说，第一处理后流动层205可由下列材料所制：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或氧化氮化硅。
111.请参考图2，第二绝缘层207可设置在基底101中。第二绝缘层207的上表面207ts可大致与第一绝缘层201的上表面201ts为共面。第二绝缘层207的各侧壁207s可大致呈垂直。第一绝缘层201的宽度w1可较大于第二绝缘层207的一宽度w2。第二绝缘层207可具有一深宽比，是介于大约1：6到大约1：12。第二绝缘层207可由与第一绝缘层201相同的材料所制。
112.请参考图2，第二粘着层209可设置在基底101与第二绝缘层207之间。在一些实施例中，第二粘着层209可设置在第二绝缘层207的各侧壁207s上以及在第二绝缘层207的下表面207bs上。第二粘着层209的各上表面209ts可大致与第二绝缘层207的上表面207ts为共面。第二粘着层209可由与第一粘着层203相同的材料所制。第二粘着层209可改善在基底101与第二绝缘层207之间或是在基底101与第二处理后流动层211之间的粘性。第二粘着层209亦可减少在第二绝缘层207或是第二处理后流动层211形成期间的分层与破裂的发生。在一些实施例中，第二粘着层209是可选择的。
113.请参考图2，第二处理后流动层211可设置在第二粘着层209与第二绝缘层207之间。在一些实施例中，第二处理后流动层211可设置在基底101与第二绝缘层207之间。在一些实施例中，第二处理后流动层211可设置在第二绝缘层207的各侧壁207s上以及在第二绝缘层207的下表面207bs上。第二处理后流动层211的上表面211ts可大致与第二绝缘层207的上表面207ts为共面。第二处理后流动层211可由与第一处理后流动层205相同的材料所制。
114.在一些实施例中，第一粘着层203与第二粘着层209可同时形成。在一些实施例中，第一处理后流度层205与第二处理后流动层211可同时形成。第一处理后流动层205与第二处理后流动层211可从相同的一流动层所形成。在一些实施例中，该流动层可具有不饱和键结(unsaturated bonding)的多个化合物，例如双键结(double bonds)以及三键结(triple bonds)。在一些实施例中，该流动层可包括具有双键结的聚合物。在一些实施例中，该流度层可包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或氧化氮化硅。
115.图3及图4为依据本公开一些实施例各半导体元件1b与1c的剖视示意图。
116.请参考图3，半导体元件1b可包括多个第一调整层301以及多个第二调整层303。所述第一调整层301可设置在第一处理后流动层205的各侧壁205s上。换言之，所述第一调整
层301可设置在第一绝缘层201与第一处理后流动层205之间。所述第一调整层301的一宽度w3可从上到下沿方向z而逐渐缩减。所述第一调整层301的上表面301ts可大致与第一绝缘层201的上表面201ts为共面。所述第一调整层301的一深度d3可等于或小于第一绝缘层201的深度d1的一半。举例来说，所述第一调整层301可由下列材料所制：氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钛、氮化钛、氮化钨、氮化硅或氧化硅。
117.请参考图3，所述第二调整层303可设置在第二处理后流动层211的各侧壁211s上。换言之，所述第二调整层303可设置在第二绝缘层207与第二处理后流动层211之间。所述第二调整层303的一宽度w4可从上到下沿方向z而逐渐缩减。所述第二调整层303的各上表面303ts可大致与第二绝缘层207的上表面207ts为共面。所述第二调整层303的一深度d4可小于第二绝缘层207的深度d2的一半。所述第二调整层303的深度d4可等于所述第二调整层303的深度303。所述第二调整层303可由与所述第一调整层301相同的材料所制。所述第一调整层301与所述第二调整层303可同时从相同一层所形成。
118.请参考图4，在半导体元件1c中，第一绝缘层201的各侧壁201s以及第二绝缘层207的各侧壁2107s可呈锥形。第一绝缘层201的各侧壁201s与第一绝缘层201的上表面201ts之间的一角度α，可介于80度到大约90度之间。第二绝缘层207的各侧壁207s与第二绝缘层207的上表面207ts之间的一角度β，可介于80度到大约90度之间。角度α可等于或小于角度β。
119.应当理解，「正在形成(forming)」、「已经形成(formed)」以及「形成(form)」的术语，可表示并包括任何产生(creating)、构建(building)、图案化(patterning)、植入(implanting)或沉积(depositing)一元件(element)、一掺杂物(dopant)或一材料的方法。形成方法的例子可包括原子层沉积(atomic layer deposition)、化学气相沉积(chemical vapor deposition)、物理气相沉积(physical vapor deposition)、喷溅(sputtering)、旋转涂布(spin coating)、扩散(diffusing)、沉积(depositing)、生长(growing)、植入(implantation)、微影(photolithography)、干蚀刻以及湿蚀刻，但并不以此为限。
120.应当理解，文中所提到的功能或步骤是可发生不同于各图式中的顺序。举例来说，连续显示的两个图式实际上可以大致同时执行，或者是有时可以相反顺序执行，其是取决于所包含的功能或步骤。
121.图5为依据本公开一实施例一种半导体元件1a的制备方法10的流程示意图。图6为依据本公开一实施例一中间半导体元件的顶视示意图。图7到图12为沿图6的剖线a-a’与b-b’的剖视示意图，其是依据本公开一实施例该半导体元件1a的制备方法的一流程的剖视示意图。
122.请参考图5到图7，在步骤s11，可提供一基底101，以及多个第一沟槽505与多个第二沟槽507可形成在基底101中。
123.请参考图6及图7，可执行一系列的沉积制程以沉积一垫氧化物层501以及一垫氮化物层503在基底101上。可执行一微影制程以界定所述第一沟槽505与所述第二沟槽507的位置。在微影制程之后，可执行一蚀刻制程，例如一非等向性干蚀刻制程，以形成多个沟槽而穿经垫氧化物层501、垫氮化物层503以及基底101。在蚀刻制程之后，可形成所述第一沟槽505与所述第二沟槽507。所述第一沟槽505与所述第二沟槽507可界定基底101的多个主动区103。举例来说，垫氧化物层501可由氧化硅所制。举例来说，垫氮化物层503可由氮化是所制。
124.为了便于描述，仅描述一个第一沟槽505以及一个第二沟槽507。
125.请参考图7，在一些实施例中，第一沟槽505的一宽度w5可较大于第二沟槽507的一宽度w6。第一沟槽505的一深度d5可较小于第二沟槽507的一深度d6。在一些实施例中，第一沟槽505的一深宽比可介于大约1：4到大约1：8之间。第二沟槽507的一深宽比可介于大约1：6到大约1：12之间。
126.请参考图5及图8，在步骤s13，一层粘着材料509可形成在基底101上。
127.请参考图8，该层粘着材料509可形成在如图7所例示的中间半导体元件上。该层粘着材料509可形成在第一沟槽505中、在第二沟槽507中，以及在垫氮化物层503的上表面上。在一些实施例中，举例来说，该层粘着材料509可为氧化硅、氮氧化硅或氧化氮化硅。
128.在一些实施例中，该层粘着材料509可通过在氧化物/氮氧化物大气中执行一快速热氧化再如图7所例示的中间半导体元件所形成。快速热氧化的一温度可大约为1000℃。在快速热氧化制程之后，所述第一沟槽505与所述第二沟槽507的各角落是呈圆凸形(rounded)。
129.或者是，在一些实施例中，该层粘着材料509可通过一沉积制程所形成，其是同时转变四乙氧基硅烷(teos，tetraethoxysilane)与臭氧(ozone)成为如图7所例示的中间半导体元件。在沉积制程期间的基底温度可大于400℃、大于500℃，或大于600℃。可附加多个衍生物(additives)，例如水(水气(steam))、六甲基二硅氮(hexamethyldisilazane，hmds)以及1,1,3,3-四甲基二硅氧烷(1,1,3,3-tetramethyldisiloxane)，以确保一更顺畅或流畅的沉积。teos的例示的流量是可大于0.1gm/min(公克每分钟)、大于0.5gm/min、大于1gm/min，或大于3gm/min。臭氧的例示的流量可在下列流向流动：大于1000sccm(每分钟标准立方公分(standard cubic centimeters per minute))、大于3000sccm、大于10000sccm，或大于30000sccm。该层粘着材料509可在接下来的制程期间以及在接下来的制程之后改善粘性，并降低分层与破裂的事件。此外，该层粘着材料509可呈现一较平滑的外表面，其是可积极地影响在接下来制程的沉积动力(deposition dynamics)。
130.请参考图5、图9以及图10，在步骤s15，一加工后(processed)流动层513可形成在该层粘着材料509上。
131.请参考图9，一流动层511可形成在该层粘着材料509上。在一些实施例中，流动层511可包括具有多个不饱和键结的多个化合物，例如双键结以及三键结。流动层511可以软胶状层(soft jelly-like layer)、具有液体流动特性的凝胶(gel having liquid flow characteristics)，或是液体层为特征，但并不以此为限。流动层511可流进并充填多个小的基底间隙，而不会形成空洞(voids)或薄弱水气(weak seams)。请参考图10，可执行一热制程，以通过固体化流动层511而转变流动层501成为一加工后流动层513。热制程可能会将不饱和键结分解为自由基(radicals)，以及多个化合物可经由所述自由基而交联(cross-link)。因此，流动层511可被固体化。在一些实施例中，在热制程期间，可缩减流动层511的体积。因此，相较于流动层511，加工后流动层513可具有较大密度。
132.或者是，在一些实施例中，流动层511可为一可流动含硅与氮层(flowable silicon-and-nitrogen containing layer)。可流动含硅与氮层可通过混合一无碳含硅(carbon-free silicon-containing)前驱物与一氮自由基(radical-nitrogen)前驱物所形成。可流动含硅与氮层的流动性(flowable nature)可允许可流动含硅与氮层流进多个
窄的基底间隙或窄的沟槽中。在可流动含硅与氮层的形成期间，基底101的温度可小于120℃、小于100℃、小于80℃或小于60℃。
133.举例来说，无碳含硅前驱物可为一硅与氮前驱物、一硅与氢前驱物或一含硅氮与氢前驱物。在一些实施例中，无碳含硅前驱物亦可为无氧(oxygen-free)。氧的缺乏是导致在流动含硅与氮层中的硅烷醇基(silanol(si—oh)group)的一较低浓度，而流动含硅与氮层是从无碳含硅前驱物所形成。在流动含硅与氮层中的多余硅烷醇部分可在接下来的制程期间，造成增加孔隙率(porosity)以及收缩(shrinkage)，该接下来的制程是为从流动含硅与氮层移除羟(hydroxyl(—oh))部分。
134.在一些实施例中，无碳含硅前驱物可包括硅烷基胺silyl-amines)，例如h2n(sih3)、hn(sih3)2以及n(sih3)3。一硅烷基胺的流量可较大于或大约为200sccm、可较大于或大约为300sccm，或是可较大于或大约为500sccm。这些硅烷基胺可与额外的气体混合，而该额外的气体可当作载体气体(carrier gases)、反应气体(reactive gases)或其两者。这些额外的气体可包括h2、n2、nh3、he以及ar。
135.在一些实施例中，无碳含硅前驱物可包括单独的硅烷(silane)或与其他含硅气体(例如n(sih3)3)、含氢气体(例如h2)及/或含氮气体(例如n2、nh3)混合。
136.在一些实施例中，无碳含硅前驱物可包括二硅烷(disilane)、三硅烷(trisilane)、更高阶硅烷以及氯化硅烷(chlorinated silanes)、单独或与硅烷基胺组合。
137.自由基的氮前驱物可通过将氨水传送到一等离子体区域所产生。可接着传送自由基的氮前驱物以与无碳含硅前驱物混合。传送氨水到等离子体区域的流量可较大于或大约300sccm、较大于或大约500sccm或者是较大于或大约700sccm。在一些实施例中，可使用例如氮或氢的气体，以调整氮：氢的原子流量比(atomic flow ratio)。在一些实施例中，可使用氦或氩的气体当作载体气体，以传送氨水到等离子体区域。
138.在一些实施例中，无须使用氨水即可产生自由基的氮前驱物。包括氢、氮以及联氨的其中一或多个所述气体可传送到等离子体区域，以产生自由基的氮前驱物。
139.接下来，在含氧的空气中，一固化(cure)制程以及一退火制程可依序施加在流动含硅与氮层(例如流动层511)，以转换流动含硅与氮层成为由氧化硅所制的加工后流动层513。在一些实施例中，固化制程的基底温度可较低于或大约400℃。举例来说，固化制程的基底温度可介于大约100℃到大约200℃之间。在一些实施例中，退火制程的基底温度可介于大约500℃到大约1100℃之间。在一些实施例中，含氧空气可包括一或多个含氧气体，例如分子氧、臭氧、水蒸气(water vapor)、过氧化氢(hydrogen peroxide)以及氮氧化物(nitrogen-oxides)(例如一氧化氮、一氧化二氮等等)。
140.或者是，在一些实施例中，流动层511可通过多个气相前驱物与共反应物(co-reactants)进行反应所形成。流动层511可具有流动特性，其是可提供基底101的各基底间隙的一致性填充。接下来，可执行一后沉积处理(post-deposition treatment)，以及流动层511可实体地稠密及/或化学地转换，以降低其可流动性(flowability)。在后沉积处理之后，流动层511可转变成加工后流动层513。在一些实施例中，稠密的流动层511可视为被固体化。在一些实施例中，实体地稠密流动层511可包括收缩流动层511。在一些实施例中，后沉积处理可包含取代在流动层511中的化学物质(chemicals)，其是可能导致更稠密、更大体积的加工后流动层513。
141.在一些实施例中，流动层511可为流动氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。在一些实施例中，流动层511可为碳化硅或碳氧化硅。在一些实施例中，用于形成流动层511的腔室压力可介于大约1到200torr之间、介于10到75torr之间，或是大约10torr。在一些实施例中，用于形成流动层511的基底温度可介于大约-20℃到大约100℃之间、介于大约-20℃到30℃之间，或是介于-10℃到大约10℃之间。
142.在一些实施例中，所述气相前驱物可包括含硅前驱物或含碳前驱物。所述共反应物可包括氧化剂(oxidants)、催化剂(catalyst)、表面活性剂(surfactant)、惰性载体气体(inert carrier gases)。
143.所述含硅前驱物可包括硅烷(silane)、二硅烷(disilane)、三硅烷(trisilane)、六硅烷(hexasilane)、环六硅烷(cyclohexasilane)、烷氧基硅烷(alkoxysilanes)、胺基硅烷(aminosilanes)、烷基硅烷(alkylsilanes)、四异氰酸酯基硅烷(tetraisocyanatesilane，tics)、氢半硅氧烷(hydrogen silsesquioxane)、t8-氢化球面硅氧烷(t8-hydridospherosiloxane)或1,2-二甲氧基-1,1,2,2-四甲基二硅烷(1,2-dimethoxy-1,1,2,2-tetramethyldisilane)，但并不以此为限。
144.烷氧基硅烷可包括四氧甲基环四硅氧烷(tomcts，tetraoxymethylcyclotetrasiloxane)、八甲基环四硅氧烷(omcts，octamethylcyclotetrasiloxane)、四乙氧基硅烷(teos，tetraethoxysilane)、三乙氧基硅烷(tes，triethoxysilane)、三甲氧基硅烷(trimos，trimethoxysilane)、甲基三乙氧基正硅酸盐(mteos，methyltriethoxyorthosilicate)、四甲基正硅酸盐(tmos，tetramethylorthosilicate)、甲基三甲氧基硅烷(mtmos，methyltrimethoxysilane)、二甲基二甲氧基硅烷(dmdmos，dimethyldimethoxysilane)、二乙氧基硅烷(des，diethoxysilane)、二甲氧基硅烷(dmos，dimethoxysilane)、三苯基乙氧基硅烷(triphenylethoxysilane)、1-(三乙氧基硅烷基)-2-(二乙氧基甲基硅烷基)乙烷(1-(triethoxysilyl)-2-(diethoxymethylsilyl)ethane)、三第三丁氧基硅醇(tri-t-butoxylsilanol)、六甲氧基二硅烷(hmods，hexamethoxydisilane)、六乙氧基二硅烷(heods，hexaethoxydisilane)或是第三丁氧基二硅烷(tert-butoxydisilane)，但并不以此为限。胺基硅烷可包括双-第三丁胺硅烷(btbas，bis-tert-butylamino silane)或三(二甲基胺基)硅烷(tris(dimethylamino)silane)。
145.所述含碳前驱物可包括三甲基硅烷(3ms，trimethylsilane)、四甲基硅烷(4ms，tetramethylsilane)、二乙氧基甲基硅烷(dems，diethoxymethylsilane)、二甲基二甲氧基硅烷(dmdmos，dimethyldimethoxysilane)、甲基-三乙氧基硅烷(mtes，methyl-triethoxysilane)、甲基-三甲氧基硅烷(methyl-trimethoxysilane)、甲基-二乙氧基硅烷(methyl-diethoxysilane)、甲基-二甲氧基硅烷(methyl-dimethoxysilane)、三甲氧基甲基硅烷(tmoms，trimethoxymethylsilane)、二甲氧基甲基硅烷(dimethoxymethylsilane)或是双(三甲基硅烷基)碳二酰亚胺(bis(trimethylsilyl)carbodiimide)，但并不以此为限。
146.所述氧化剂可包括臭氧、过氧化氢、氧、水、醇(alcohols)、一氧化氮、二氧化氮(nitrous dioxide)、一氧化二氮、一氧化碳(carbon monoxide)或二氧化碳，但并不以此为限。举例来说，醇可包括甲醇(methanol)、乙醇(ethanol)或异丙醇(isopropanol)。
147.催化剂可包括质子予体催化剂(proton donor catalyst)、含卤素化合物、无机酸
(mineral acid)、碱(bases)、氯基二乙氧基硅烷(chloro-diethoxysilane)、甲磺酸(methanesulfonic acid)、三氟甲磺酸(trifluoromethanesulfonic acid)、氯基二甲氧基硅烷(chloro-dimethoxysilane)、砒啶(pyridine)、氯化乙酰(acetyl chloride)、氯代乙酸(chloroacetic acid)、二氯乙酸(dichloroacetic acid)、三氯乙酸(trichloroacetic acid)、草酸(oxalic acid)、苯甲酸(benzoic acid)或是三乙胺(triethylamine)，但并不以此为限。质子予体催化剂可包括硝酸(nitric acid)、氢氟酸(hydrofluoric acid)、磷酸(phosphoric acid)、硫酸(sulphuric acid)、盐酸(hydrochloric acid)、溴酸(bromic acid)、溴酸衍生物(carboxylic acid derivatives)、氨水(ammonia)、氢氧化铵(ammonium hydroxide)、联胺(hydrazine)或羟胺(hydroxylamine)。含卤素化合物可包括二氯硅烷(dichlorosilane)、三氯硅烷(trichlorosilane)、甲基氯硅烷(methylchlorosilane)、氯基三乙氧基硅烷(chlorotriethoxysilane)、氯基三甲氧基硅烷(chlorotrimethoxysilane)、氯甲基二乙氧基硅烷(chloromethyldiethoxysilane)、氯甲基二甲氧基硅烷(chloromethyldimethoxysilane)、乙烯基三氯硅烷(vinyltrichlorosilane)、二乙氧基二氯硅烷(diethoxydichlorosilane)或是六氯二硅氧烷(hexachlorodisiloxane)。无机酸可包括甲酸(formic acid)或是醋酸(acetic acid)。碱可包括次膦(phosphine)。
148.所述表面活化剂可包括溶剂(solvents)、醇、乙二醇(ethylene glycol)或是聚乙二醇(polyethylene glycol)。所述表面活化剂可用于减轻表面张力并增加反应物在基底表面上的润湿性(wetting)。所述表面活化剂亦可增加所述气相前驱物与其他反应物的混溶性(miscibility)。
149.所述溶剂可为非极性(non-polar)或极性(polar)以及质子(protic)或非质子(aprotic)。所述溶剂是可与所述气相前驱物的选择匹配，以改善在所述氧化剂中的混溶性。非极性溶剂可包括烷烃(alkanes)以及烯烃(alkenes)；所述极性非质子溶剂可包括丙酮(acetones)以及醋酸盐(acetate)；以及所述极性质子溶剂可包括醇与羧酸(carboxylic)的化合物。
150.所述溶剂的例子可包括甲醇(methanol)、乙醇(ethanol)、异丙醇(isopropanol)、丙酮(acetone)、二乙基乙醚(diethylether)、乙腈(acetonitrile)、二甲基甲酰胺(dimethylformamide)、甲基亚砜(dimethyl sulfoxide)、四氢呋喃(tetrahydrofuran)、二氯甲烷(dichloromethane)、己烷(hexane)、苯(benzene)、甲苯(toluene)、庚烷(isoheptane)以及二乙基乙醚(diethylether)，但并不以此为限。在一些实施例中，所述溶剂可在其他反应物之前引入。
151.所述惰性载体气体可包括氮、氦或氩。
152.后沉积处理可交联并移除在流动层511中的多个端基(terminal groups)，例如—oh基以及—h基，因此增加加工后流动层513的密度与硬度。后沉积处理可暴露在一下游或直接等离子体、暴露在紫外线或微波辐射、或是暴露在其他能量源而进行热固化。
153.当使用热固化当成后沉积处理的方法时，热固化的温度可介于大约200℃到大约600℃之间。后沉积处理可在一惰性环境中、在一氧化环境(oxidizing environment)中、在一氮化环境(nitridizing environment)中或是在一氧化与氮化混合环境中执行。惰性环境可包括氩或氦。氧化环境可包括氧、臭氧、水、过氧化氢、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮
(nitrogen dioxide)、一氧化碳、二氧化碳。氮化环境可包括氮、氨水、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮。热固化的温度可介于大约0.1torr到大约10torr之间。
154.当使用暴露在一下游或直接等离子体当作后沉积处理的方法时，等离子体是可为惰性等离子体(inert plasma)或一反应等离子体(reactive plasma)。惰性等离子体可为氦与氩等离子体。反应等离子体可为包含氧与水蒸气(steam)的氧化等离子体，或是包含氢与一稀释剂(diluent)的含氢等离子体，而稀释剂是例如惰性气体。在一些实施例中，在等离子体暴露期间的温度可大约为25℃或更高。在一些实施例中，在等离子体暴露期间的温度可介于大约-15℃到大约25℃之间。
155.在一些实施例中，一额外的等离子体处理可执行在流动层511的形成与后沉积制程之间。若是流动层511仍在已可流动状态下的话，额外的等离子体处理可有效移除孔隙率，并稠密化在所述基底间隙中的流动层511。额外的等离子体处理可使用一等离子体，该等离子体具有一主成分，该主成分为氢、氦、氮或氩。
156.请参考图5、图11及图12，在步骤s17，多个第一绝缘层201可形成在所述第一沟槽505中，以及多个第二绝缘层207可形成在所述第二沟槽507中。
157.为了便于描述，仅描述一个第一绝缘层201以及一个第二绝缘层207。
158.请参考图11，可执行一高深宽比制程以沉积一层绝缘材料515在加工后流动层513上，且该层绝缘材料515可完全填满所述第一沟槽505与所述第二沟槽517。举例来说，绝缘材料可为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化氮化硅或掺氟硅酸盐。
159.高深宽比制程可包括一第一阶段以及一第二阶段。第一阶段可具有一低沉积率，以确保更均匀的沟槽填充，并减少形成孔洞(voids)的机会。第二阶段可具有一快速沉积率，以通过减少沉积时间而提升整体生产效率。高深宽比制程可均包括当较慢的沉积率有益于减少缺陷时的一较慢沉积率阶段，以及当高沉积率导致较短沉积时间时的一较高沉积率阶段。
160.在一些实施例中，高深宽比制程的压力可介于大约200torr与大约760torr之间。在一些实施例中，高深宽比制程的温度可介于大约400℃到大约570℃之间。
161.在一些实施例中，可执行一两阶段退火(two stage anneal)在图11所例示的中间半导体元件。两阶段退火的第一阶段可在一环境中的一较低温度下继续进行，而该环境是包括一或多个含氧种类，例如水、氧、一氧化氮或一氧化二氮。两阶段退火的第一阶段可重新安排并加强氧化硅网络(silicon oxide network)，以避免在所述第一沟槽603中薄弱水气的空洞(voids)与开口(opening)的形成。此外，两阶段退火的第一阶段的较低温度可以防止氧气与多个沟槽壁(trench walls)和基底101的其他部分反应，以形成非期望(undesirable)的多个氧化物层。
162.两阶段退火的第二阶段可在一缺氧环境中的一较高温度中接着继续进行。两阶段退火的第二阶段可重新配置绝缘材料515的结构并排除水分，其是均可增加绝缘材料515的密度。举例来说，该环境可为大致纯氮、氮气和稀有气体(例如氦、氖、氩或氙)的混合物，或一大致纯稀有气体。该环境亦可具有还原气体，例如氢或氨水(ammonia)。两阶段退火的第二阶段可可促进高温稠密化(densification)而不会使基板101氧化。
163.请参考图12，可执行一平坦化制程，例如化学机械研磨，直到基底101的上表面暴露为止，以移除多余材料，提供一大致平坦表面给接下来的处理步骤，且同时形成所述第一
绝缘层201以及所述第二绝缘层207。在平坦化制程之后，该层粘着材料509可分别转变成一第一粘着层203在第一沟槽505中以及一第二粘着层209在第二沟槽507中。加工后流动层513可分别转变成一第一处理后流动层205在第一沟槽505中以及一第二处理后流动层211在第二沟槽507中。第一绝缘层201、第一粘着层203、第一处理后流动层205、第二绝缘层207、第二粘着层209以及第二处理后流动层211是一起形成一绝缘结构200。
164.图13到图15为沿图6的剖线a-a’与b-b’的剖视示意图，其是依据本公开一实施例一种半导体元件1b的制备方法的一流程的剖视示意图。
165.请参考图13，一中间半导体元件可以类似于如图6到图10所例示的一程序所制造。可形成多层的调整材料517以覆盖加工后流动层513的各侧壁的上部。举例来说，调整材料517可为氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钛、氮化钛、氮化钨、氮化硅或氧化硅。
166.该多层调整材料517可通过一沉积制程所形成，例如一原子层沉积方法，是精确地控制该原子层沉积方法的一第一前驱物的数量。
167.在一些实施例中，当该多层调整材料517由氧化铝所制时，原子层沉积方法的第一前驱物可为三甲基铝(trimethylaluminum)，而原子层沉积方法的一第二前驱物可为水或臭氧。
168.在一些实施例中，当该多层调整材料517由氧化铪所制时，原子层沉积方法的第一前驱物可为四氯化铪(hafnium tetrachloride)、三级丁氧化铪(hafnium tert-butoxide)、二甲基酰胺铪(hafnium dimethylamide)、甲基乙基酰胺铪(hafnium ethylmethylamide)、二乙基酰胺铪(hafnium diethylamide)或甲氧基-三级丁氧化铪(hafnium methoxy-t-butoxide)，而原子层沉积方法的第二前驱物可为水或臭氧。
169.在一些实施例中，当该多层调整材料517由氧化锆所制时，原子层沉积方法的第一前驱物可为四氯化锆(zirconium tetrachloride)，而原子层沉积方法的第二前驱物可为水或臭氧。
170.在一些实施例中，当该多层调整材料517由氧化钛所制时，原子层沉积方法的第一前驱物可为四氯化钛(titanium tetrachloride)、钛酸四乙酯(tetraethyl titanate)或异丙醇钛(titanium isopropoxide)，而原子层沉积方法的第二前驱物可为水或臭氧。
171.在一些实施例中，当该多层调整材料517由氮化钛所制时，原子层沉积方法的第一前驱物可为四氯化钛(titanium tetrachloride)或氨水(ammonia)。
172.在一些实施例中，当该多层调整材料517由氮化钨所制时，原子层沉积方法的第一前驱物可为六氟化钨(tungsten hexafluoride)或氨水(ammonia)。
173.在一些实施例中，当该多层调整材料517由氮化硅所制时，原子层沉积方法的第一前驱物可为亚硅烷基(silylene)、氯(chlorine)、氨水(ammonia)及/或联氨(dinitrogen tetrahydride)。
174.在一些实施例中，当该多层调整材料517由氧化硅所制时，原子层沉积方法的第一前驱物可为硅四异氰酸酯(silicon tetraisocyanate)或ch3osi(nco)3，而原子层沉积方法的第二前驱物可为水或臭氧。
175.请参考图14，可执行类似于如图11所例示的一程序。由于该多层调整材料517的存在，所以可降低在第一沟槽505与第二沟槽507的各侧壁上的绝缘材料515的沉积率。因此，在第一沟槽505与第二沟槽507的各侧壁上的绝缘材料515的沉积率以及在第一沟槽505与
第二沟槽507的各下表面上的绝缘材料515的沉积率可变得相互接近。因此，可填满第一沟槽505与第二沟槽507而不会在邻近第一沟槽505与第二沟槽507的各下表面处形成任何孔洞(void)。可改善半导体元件1c的良率。
176.请参考图15，可执行类似于如图12所例示的一程序。该多层调整材料217可分别转变成多个第一调整层在第一沟槽505中以及多个第二条整层303在第二沟槽507中。
177.本公开的一实施例提供一种半导体元件，具有一基底；一第一绝缘层，位在该基底中；一第一处理后流动层，位在该第一绝缘层与该基底之间；一第二绝缘层，位在该基底中；以及一第二处理后流动层，位在该第二绝缘层与该基底之间。该第一绝缘层的一宽度是较大于该第二绝缘层的一宽度，以及该第一绝缘层的一深度是较小于该第二绝缘层的一深度。
178.本公开的另一实施例提供一种半导体元件的制备方法。该制备方法包括：提供一基底；形成一第一沟槽以及一第二沟槽在该基底中；共形形成一流动层在该基底的一上表面上以及在该第一沟槽与该第二沟槽中；执行一热制程以转变该流动层成为一加工后流动层；形成一层绝缘材料在该加工后流动层上，以完全填满该第一沟槽与该第二沟槽；以及执行一平坦化制程以转变该层绝缘材料成为一第一绝缘层在该第一沟槽中以及成为一第二绝缘层在该第二沟槽中，以及转变该加工后流动层成为一第一处理后流动层在该第一沟槽中以及成为一第二处理后流动层在该第二沟槽中。该第一沟槽与该第二沟槽具有不同深宽比。
179.由于本公开半导体元件的设计，第一处理后流动层205与第二处理后流动层211可填满小的基底间隙，而不会形成孔洞(voids)或薄弱水气(weak seams)。因此，可改善半导体元件1a的良率。此外，由于流动层511的可流动特性，所以流动层511可同时形成在不同尺寸的沟槽中(例如第一沟槽505与第二沟槽507)。
180.应当理解，术语「大约(about)」修饰成分(ingredient)、部件的一数量(quantity)，或是本公开的反应物(reactant)，其是表示可发生的数值数量上的变异(variation)，举例来说，其是经由典型的测量以及液体处理程序(liquid handling procedures)，而该液体处理程序用于制造浓缩(concentrates)或溶液(solutions)。再者，变异的发生可源自于应用在制造组成成分(compositions)或实施所述方法或其类似方式在测量程序中的非故意错误(inadvertent error)、在制造中的差异(differences)、来源(source)、或成分的纯度(purity)。在一方面，术语「大约(about)」意指报告数值的10％以内。在另一方面，术语「大约(about)」意指报告数值的5％以内。在再另一方面，术语「大约(about)」意指报告数值的10、9、8、7、6、5、4、3、2或1％以内。
181.虽然已详述本公开及其优点，然而应理解可进行各种变化、取代与替代而不脱离权利要求所定义的本公开的精神与范围。例如，可用不同的方法实施上述的许多制程，并且以其他制程或其组合替代上述的许多制程。
182.再者，本技术案的范围并不受限于说明书中所述的制程、机械、制造、物质组成物、手段、方法与步骤的特定实施例。该技艺的技术人士可自本公开的揭示内容理解可根据本公开而使用与本文所述的对应实施例具有相同功能或是达到实质上相同结果的现存或是未来发展的制程、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤。据此，此等制程、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤是包含于本技术案的权利要求内。