TW202410459A

TW202410459A - 半導體裝置及其製造方法

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Publication number: TW202410459A
Application number: TW112123106A
Authority: TW
Inventors: 潘育麒; 林冠瑋; 林群能; 汪于仕; 葉明熙; 黃國彬
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date: 2022-06-24
Filing date: 2023-06-20
Publication date: 2024-03-01

Abstract

半導體裝置包含複數個鰭結構，設置於基底上方，以及功函數合金層，設置於複數個鰭結構的每一者上方，複數個鰭結構包含第一鰭結構及第二鰭結構，功函數合金層的第一部分中的第一元素的含量不同於功函數合金層的第二部分中的第一元素的含量，第一部分設置於第一鰭結構上方，第二部分設置於第二鰭結構上方。

Description

半導體裝置及其製造方法

本發明實施例係有關於半導體技術，且特別是有關於半導體裝置及其製造方法。

本文有關於半導體裝置，且特別是有關於製造非平面電晶體的方法。

由於各種電子組件(例如電晶體、二極體、電阻、電容等)的積體密度的不斷改善的緣故，半導體產業已經歷了快速成長。大多數情況下，積體密度的改善來自最小化部件尺寸的不斷縮小，這允許更多組件整合至給定區域中。

鰭式場效電晶體(Fin Field-Effect Transistor，FinFET)裝置在積體電路中得到普遍應用。鰭式場效電晶體裝置具有三維結構，三維結構包括從基底突出的鰭。被配置來控制鰭式場效電晶體裝置的導電通道中的電荷載子的流動的閘極結構環繞鰭。舉例來說，在三閘極鰭式場效電晶體裝置中，閘極結構環繞鰭的三個面，進而在鰭的三個面上形成導電通道。

在一些實施例中，提供半導體裝置，半導體裝置包含複數個鰭結構，設置於基底上方；以及功函數合金層，設置於複數個鰭結構的每一者上方，其中功函數合金層的第一部分中的第一元素的含量不同於功函數合金層的第二部分中的第一元素的含量。

在一些實施例中，提供半導體裝置的製造方法，此方法包含在基底上方形成複數個鰭結構；在複數個鰭結構的每一者上方沉積功函數合金層，功函數合金層包含第一元素；在複數個鰭結構的每一者上方之除了功函數合金層的第一部分之外的功函數合金層的一部分上方形成第一保護層；以及降低功函數合金層的第一部分中的第一元素的含量。

在另外一些實施例中，提供半導體裝置的製造方法，此方法包含在基底上形成複數個鰭結構，複數個鰭結構包含第一鰭結構及第二鰭結構；在複數個鰭結構的每一者上沉積功函數合金層，功函數合金層含有第一元素，功函數合金層包含在第一鰭結構上方的第一部分及在第二鰭結構上方的第二部分；以及降低功函數合金層的第一部分中的第一元素的含量，而不改變功函數合金層的第二部分中的第一元素的含量。

要瞭解的是以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例，以實施提供之主體的不同部件。以下敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以求簡化揭露內容的說明。當然，這些僅為範例並非用以限定本發明。例如，元件之尺寸不限於本揭示之一實施方式之範圍或數值，但可取決於元件之處理條件及/或要求性質。此外，在隨後描述中在第二部件上方或在第二部件上形成第一部件之包括第一及第二部件形成為直接接觸之實施例，以及亦可包括額外部件可形成在第一及第二部件之間，使得第一及第二部件可不直接接觸之實施例。此外，揭露內容中不同範例可能使用重複的參考符號及/或用字。這些重複符號或用字係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定各個實施例及/或所述外觀結構之間的關係。

再者，為了方便描述圖式中一元件或部件與另一(複數)元件或(複數)部件的關係，可使用空間相關用語，例如“在...之下”、“下方”、“下部”、“在...之上”、“上部”及類似的用語。除了圖式所繪示的方位之外，空間相關用語也涵蓋裝置在使用或操作中的不同方位。所述裝置也可被另外定位(例如，旋轉90度或者位於其他方位)，並對應地解讀所使用的空間相關用語的描述。

本發明實施例討論了形成鰭式場效電晶體裝置，且特別是形成鰭式場效電晶體裝置的情況。在現有的技術中，為了具有用於對應的鰭式場效電晶體的多個臨界電壓，多個功函數層沉積並圖案化於鰭式場效電晶體裝置的鰭結構上方。接著，一個或多個這些功函數層的各種組合部分用作鰭式場效電晶體裝置的對應(金屬)閘極結構。然而，現有技術的圖案化可為複雜且耗時。再者，多個功函數層的沉積通常涉及原子層沉積技術，這可導致高成本。此外，現有技術可能不與鰭式場效電晶體裝置中的較小臨界尺寸(例如鰭式場效電晶體裝置中較小的溝槽臨界尺寸)相容。雖然本發明實施例討論形成鰭式場效電晶體裝置，本發明實施例也可應用至其他半導體裝置，例如全繞式閘極(Gate-All-Around，GAA)裝置，全繞式閘極裝置包含水平全繞式閘極(horizontal GAA，HGAA)裝置及垂直全繞式閘極(vertical GAA，VGAA)裝置。

本文提供了不受上述問題影響的半導體裝置(例如鰭式場效電晶體裝置)的各種實施例及其形成方法。本發明實施例提供半導體裝置，例如鰭式場效電晶體裝置，鰭式場效電晶體裝置具有設置於基底上的複數個鰭結構及設置於每個鰭結構上方的功函數合金層。功函數層包含多個(即兩個或更多個)部分，每個部分具有功函數合金層的合金的不同元素含量的區域。功函數合金層的多個部分的每一者中不同元素含量為功函數合金層的多個部分的每一者提供了不同的臨界電壓。因此，具有功函數合金層的合金的不同元素含量之具有多個部分的功函數層為半導體裝置(例如鰭式場效電晶體裝置)提供多個臨界電壓。

半導體裝置(例如鰭式場效電晶體裝置)可透過第4圖顯示的製程製造。製程可涉及一個或多個以下操作:操作402提供基底(例如半導體基底)；操作404在基底上形成鰭結構；操作406形成隔離區；操作408在鰭結構上方形成閘極介電層；操作410在鰭結構上方的閘極介電層上方形成功函數合金層；操作412透過例如使用不同的濕蝕刻條件來濕蝕刻功函數合金層的每個部分，以修改功函數合金層，以提供功函數合金層的多個部分，每個部分具有功函數合金層的合金的不同元素含量，使得多個部分的每一者具有不同的臨界電壓；操作414形成含有功函數合金層的多個部分的主動閘極結構，由於功函數合金層的合金的不同元素含量的緣故，功函數合金層的多個部分具有不同的臨界電壓。第6A-6F圖提供操作402、404、406、408的額外細節。第3A-3G圖提供操作410、412、414的額外細節。第7A-7G圖提供操作410、412的額外細節。

第1圖顯示具有功函數層的半導體裝置(例如鰭式場效電晶體裝置)的一實施例，功函數層包含多個(即兩個或更多個)部分，每個部分具有功函數合金層的合金的元素的不同含量。第1圖顯示具有基底101的半導體裝置100。基底101具有N個鰭結構，例如鰭結構102-1、102-2、102-(N-1)及102-N。N可為2、3、4、5等。N個鰭結構可各具有在鰭結構的頂表面及側壁表面上方的對應閘極介電層。舉例來說，鰭結構102-1具有閘極介電層103-1；鰭結構102-2具有閘極介電層103-2；鰭結構102-(N-1)具有閘極介電層103-(N-1)；鰭結構102-N具有閘極介電層103-N。半導體裝置100包含沉積於N個鰭結構(包含鰭結構102-1、102-2、102-(N-1)及102-N)的每一者上方的功函數合金層104。功函數合金層104包含多個(即兩個或更多個)部分，每個部分具有功函數合金層的合金的元素的不同含量。舉例來說，第1圖顯示部分104-1、104-1、104-(N-1)及104-N，每個部分具有功函數合金層的合金的選定元素的不同含量，而合金的剩下元素具有相同含量或本質相同(例如差異在2%內，或1%內，或0.5%內，或0.2%內，或0.1%內)。舉例來說，部分104-1可具有選定元素的第一含量，部分104-2可具有選定元素的第二含量，第二含量不同於第一含量；部分104-(N-1)可具有選定元素的第三含量，第三含量不同於第一含量及第二含量的每一者；部分104-N可具有選定元素的第四含量，第四含量不同於第一含量、第二含量及第三含量的每一者。雖然第1圖顯示四個部分104-1、104-1、104-(N-1)及104-N，每個部分具有功函數合金層的合金的選定元素的不同含量，這些部分的數量可為2、3、4、5、6、7等。雖然第1圖顯示部分104-1、104-1、104-(N-1)及104-N的數量對應鰭結構102-1、102-2、102-(N-1)及102-N的數量，但是在某些實施例中，具有選定元素的不同含量的功函數合金層的部分的數量可不同於鰭結構的數量。舉例來說，在一些實施例中，具有選定元素的不同含量的功函數合金層的部分的數量可大於鰭結構的數量。在一些實施例中，具有選定元素的不同含量的功函數合金層的部分的數量可小於鰭結構的數量。在一些實施例中，具有選定元素的不同含量的功函數合金層的兩相鄰部分之間的邊界可在兩相鄰鰭結構之間的區域中，如第1圖所示。在一些實施例中，具有選定元素的不同含量的功函數合金層的兩相鄰部分之間的邊界可在鰭結構的一者上。

第2A-2J圖顯示用於實現半導體裝置(例如鰭式場效電晶體)的多個臨界電壓的現有技術。第2A圖顯示具有基底201的半導體裝置200。基底201具有N個鰭結構，例如鰭結構202-1、202-2、202-(N-1)及202-N。N可為2、3、4、5等。N個鰭結構各具有在鰭結構的頂表面及側壁表面上方的對應閘極介電層。舉例來說，鰭結構202-1具有閘極介電層203-1；鰭結構202-2具有閘極介電層203-2；鰭結構202-(N-1)具有閘極介電層203-(N-1)；鰭結構202-N具有閘極介電層203-N。半導體裝置200包含沉積於N個鰭結構(包含鰭結構202-1、202-2、202-(N-1)及202-N)的每一者上方的第一功函數層204-1。第一功函數層204-1的每個元素的對應含量在每個部分中可為相同的，第一功函數層204-1的每個部分包含對應沉積於鰭結構202-1、202-2、202-(N-1)及202-N上方的部分204-1-1、204-1-2、204-1-(N-1)及204-1-N。

第2B圖顯示具有沉積於N個鰭結構(包含鰭結構202-1、202-2、202-(N-1)及202-N)的每一者上方的第一功函數層204-1的頂部上的保護層205-N的半導體裝置200。第2B圖顯示遮罩層206-N(可例如為光阻層)沉積於僅在鰭結構202-N上方的保護層205-N。保護層205-N的部分205-N-N為被遮罩層206-N遮蔽的保護層205-N的一部分。

第2C圖顯示在連同遮罩層206-N一起移除保護層205-N未被遮罩層206-N覆蓋的部分之後的半導體裝置200，使得保護層205-N的部分205-N-N僅保留在鰭結構202-N上方。

第2D圖顯示例如透過乾蝕刻或濕蝕刻來蝕刻移除具有第一功函數層204-1的所有部分的半導體裝置200，除了被保護層的部分205-N-N覆蓋的第一功函數層204-1。換句話說，第2D圖顯示蝕刻移除部分204-1-1、204-1-2及204-1-(N-1)但是保留完整的保護層的部分205-N-N覆蓋的部分204-1-N。

第2E圖顯示移除保護層的部分205-N-N之後的半導體裝置200。如同第2D圖，第2E圖中的半導體裝置200僅保留第一功函數層204-1的部分204-1-N。

第2F圖顯示沉積第二功函數層204-2之後的半導體裝置200。第二功函數層204-2的每個元素的含量在每個部分中可為相同的，第一功函數層204-1的每個部分包含對應沉積於鰭結構202-1、202-2、202-(N-1)及202-N上方的部分204-2-1、204-2-2、204-2-(N-1)及204-2-N。

第二功函數層204-2可透過使用相似於用於圖案化第一功函數層204-1的方法來圖案化。換句話說，另一保護層可沉積於每個鰭結構(包含鰭結構202-1、202-2、202-(N-1)及202-N)上方，且另一遮罩層可沉積於保護層上方，另一遮罩層將定義在蝕刻之後保留的第二功函數層204-2的一部分。舉例來說，第2G圖顯示將第二功函數層204-2圖案化，使得第二功函數層204-2僅在鰭結構202-(N-1)及202-N上方。在第2G圖中，鰭結構202-N具有第一功函數層204-1及第二功函數層204-2的一部分在其上方，而鰭結構202-(N-1)僅具有第二功函數層204-2的一部分在其上方。

可重複後續功函數層的沉積及後續圖案化，以在每個鰭上方提供一個或多個功函數層的不同組合。每個鰭結構上方的一個或多個功函數層的不同組合提供具有不同臨界電壓的裝置。

第2H圖顯示第n個功函數層204-n(包含部分204-n-1、204-n-2、204-n-(N-1)、204-n-N)的沉積，而第2I圖顯示將第n個功函數層204-n圖案化，使得從鰭結構202-1蝕刻移除第n個功函數層204-n。

在每個鰭結構上方形成一個或多個功函數層的不同組合之後，以提供具有不同臨界電壓的裝置，金屬填充層可形成於每個鰭結構(包含鰭結構202-1、202-2、202-(N-1)及202-N)上方。舉例來說，第2J圖顯示金屬填充層207形成於每個鰭結構(包含鰭結構202-1、202-2、202-(N-1)及202-N)上方。

用於實現半導體裝置(例如鰭式場效電晶體裝置)的多個臨界電壓的現有技術例如第2A-2J圖顯示的技術涉及沉積多個功函數層(例如功函數層204-1、204-2、204-n等)可能很昂貴。再者，多個功函數層的每一者的圖案化可為複雜且耗時。

第3A-3H圖顯示半導體裝置(例如鰭式場效電晶體裝置)的功函數合金層的製造，使得功函數合金層具有功函數合金的不同元素含量的區域。第3A圖顯示具有基底301的半導體裝置300。基底301具有N個鰭結構，例如鰭結構302-1、302-2、302-(N-1)及302-N。N可為2、3、4、5等。N個鰭結構各具有在鰭結構的頂表面及側壁表面上方的對應閘極介電層。舉例來說，鰭結構302-1具有閘極介電層303-1；鰭結構302-2具有閘極介電層303-2；鰭結構302-(N-1)具有閘極介電層303-(N-1)；鰭結構302-N具有閘極介電層303-N。半導體裝置300包含沉積於N個鰭結構(包含鰭結構302-1、302-2、302-(N-1)及302-N)的每一者上方的功函數合金層304。功函數合金層304順應下方鰭結構(例如鰭結構302-1、302-2、302-(N-1)及302-N)的形狀，並覆蓋下方鰭結構的側壁表面及頂表面。

功函數合金層304由金屬合金製成。功函數合金的合金含有可蝕刻元素，與合金的其他元素相比，可蝕刻元素可能對特定類型的濕蝕刻更易受影響或更具反應性。

在一些實施例中，合金可為含鋁合金，即含有鋁作為其可蝕刻元素的合金，即此元素比合金的其他元素對特定類型的濕蝕刻更易受影響或更具反應性。含鋁合金的一非限制性範例可為除了鋁之外也含有Ti、N、C的一個或多個的合金。在一些實施例中，含鋁合金可含有Ti、N、C、Al的每一者。在一些實施例中，含鋁合金可由Ti、N、C、Al製成或由Ti、N、C、Al組成，即可為Ti _xAl _yN _zC _a合金。初始沉積的含鋁合金中的鋁含量可改變。舉例來說，含鋁合金中的鋁的原子百分比可在3at%至70at%，或在5at%至50at%，或在30at%至50at%，或在這些範圍中的任何數值或子範圍。

在一些實施例中，合金可為含鎢合金，即含有鎢作為其可蝕刻元素的合金，即此元素比合金的其他元素對特定類型的濕蝕刻更易受影響或更具反應性。含鎢合金的一非限制性範例可為除了鎢之外也含有N、C的一個或多個的合金。在一些實施例中，含鎢合金可含有N、C、W的每一者。在一些實施例中，含鎢合金可由N、C、W製成或由N、C、W組成，即可為W _yN _zC _a合金。

功函數合金層304可透過物理或化學沉積技術來沉積。在一些實施例中，功函數合金層304可透過物理氣相沉積、濺鍍或原子層沉積的一者來沉積。雖然沉積的功函數合金層304的厚度不受限，但是在一些實施例中，此後度可例如在3Å至200Å，或在5Å至150Å，或在5Å至100Å。

在沉積功函數合金層304之後，功函數合金層304的每個元素的對應含量在每個部分中可為相同的，功函數合金層304的每個部分包含對應沉積於鰭結構302-1、302-2、302-(N-1)及302-N上方的部分304-1、304-2、304-(N-1)及304-N。舉例來說，當功函數合金層304的合金為含鋁合金，此合金的每個元素(包含鋁)的對應含量在功函數合金層304的每個部分中為相同的，功函數合金層304的每個部分包含部分304-1、304-2、304-(N-1)及304-N。舉例來說，對於由Ti、N、C、Al組成的含鋁合金，在功函數合金層304的每個部分中的Ti含量為相同的，在功函數合金層304的每個部分中的Al含量為相同的，在功函數合金層304的每個部分中的C含量為相同的，且在功函數合金層304的每個部分中的N含量為相同的。

半導體裝置300的多個臨界電壓可透過濕蝕刻功函數合金層304的不同部分來實現，透過改變濕蝕刻條件(例如濕蝕刻的時間、濕蝕刻溶液的濃度及/或濕蝕刻的溫度)，以實現在功函數合金層的每個部分中的合金的可蝕刻的不同含量，不改變或大致不改變合金的每個剩下元素的含量。在沉積功函數合金層304之後，製程可沒有其他功函數層沉積及/或其他金屬層沉積。

第3B圖顯示在N個鰭結構的每一者上方的功函數合金層304(包含鰭結構302-1、302-2、302-(N-1)及302-N)上方的保護材料305-1。保護材料305-1填充相鄰對的鰭(例如鰭結構302-1、302-2、302-(N-1)及302-N)之間的空間。保護材料305-1在N個鰭結構(包含鰭結構302-1、302-2、302-(N-1)及302-N)的每一者的頂部上方具有連續部分。此保護材料305-1覆蓋並保護N個鰭結構(包含鰭結構302-1、302-2、302-(N-1)及302-N)的每一者的側壁表面及頂表面。保護材料305-1具有大致平坦或平坦的上表面。

第3B圖也顯示沉積於保護材料305-1的上表面的一部分上的遮罩層306-1。遮罩層306-1不覆蓋保護材料305-1的上表面的全部，反而暴露保護材料305-1的一部分(例如在第3B圖中的部分305-1-N)。保護材料305-1的暴露部分(例如部分305-1-N)定義了功函數合金層304的一部分，此部分將暴露於後續的濕蝕刻。在第3B圖中，暴露部分305-1-N在鰭結構302-N上方的功函數合金層304的部分304-N上方。保護材料305-1的暴露部分可覆蓋多於單一個鰭結構。再者，透過遮罩層306-1的邊界定義的保護材料305-1的暴露部分的邊界可能在或不在兩個鰭結構之間。舉例來說，在後者情況中，透過遮罩層306-1的邊界定義的保護材料305-1的暴露部分的邊界可能在鰭結構的一者上方。

保護材料305-1由耐特定類型的濕蝕刻的材料製成，濕蝕刻將對功函數合金層304的一部分進行。舉例來說，當功函數合金層304為含鋁合金時，對於濕蝕刻此合金，可使用鹼或鹼性溶液，例如鹼的水溶液。鹼的非限制性的範例包含NH ₄OH、NaOH、KOH、Ca(OH) ₂、Na ₂CO ₃。在此情況中，保護材料305-1由耐此鹼或鹼性溶液的材料製成。

在一些實施例中，溶液鹼性蝕刻溶液中的鹼性濃度(例如NH ₄OH)可在0.01 vol%至30 vol%，或0.05 vol%至28 vol%，或0.1 vol%至28 vol%，或0.1 vol%至25 vol%，或在這些範圍中的任何數值或子範圍。鹼性溶液的蝕刻時間可在5秒至1200秒，或在10秒至1000秒，或在10秒至900秒，或在這些範圍中的任何數值或子範圍。鹼性溶液的蝕刻溫度可在15°C至90°C，或在20°C至85°C，或在25°C至80°C，或在這些範圍中的任何數值或子範圍。

當功函數合金層304的合金為含鎢合金時，可使用氧化劑或氧化溶液(例如含有氧化劑的水溶液)對此合金的鎢進行選擇性濕蝕刻。氧化劑的非限制性範例包含H ₂O ₂及其他無機過氧化物。在此一情況中，保護材料305-1由耐氧化劑或氧化溶液的材料製成。

在一些實施例中，在氧化蝕刻水溶液中氧化劑的濃度(例如H ₂O ₂)可在0.1 vol%至70 vol%，或0.5 vol%至60 vol%，或1 vol%至50 vol%，或在這些範圍中的任何數值或子範圍。氧化溶液的蝕刻時間可在5秒至1200秒，或在10秒至1000秒，或在10秒至900秒，或在這些範圍中的任何數值或子範圍。氧化溶液的蝕刻溫度可在15°C至90°C，或在20°C至85°C，或在25°C至80°C，或在這些範圍中的任何數值或子範圍。

用於保護材料305-1的材料可包含底部抗反射塗佈(bottom anti-reflective coating，BARC)材料，底部抗反射塗佈材料用於形成底部抗反射塗層。用於遮罩層306-1的材料可包含光阻。在一些實施例中，用作保護材料305-1的底部抗反射塗佈材料可透過在N個鰭結構(包含鰭結構302-1、302-2、302-(N-1)及302-N)的每一者上方塗佈技術沉積，例如旋塗。底部抗反射塗佈材料的厚度可在100至2000 Å，或在200至2000 Å。在沉積底部抗反射塗佈材料之後，可進行一個或多個烘烤製程。

光阻可透過塗佈技術(例如旋塗)沉積於底部抗反射塗佈材料的上表面上。光阻的厚度可在500 Å至1µm，或在1000 Å至1µm。使用例如光微影製程(例如高解析深紫外光的光微影製程)可將光阻圖案化，以定義底部抗反射塗佈材料的暴露部分，例如部分305-N-1。

底部抗反射塗佈材料可在光微影製程期間提供入射到基底的輻射吸收，光微影製程包含上方光阻層(如以下描述)的曝光。在一些實施例中，底部抗反射塗層為顯影劑可溶底部抗反射塗層(例如developer-soluble ARC，DBARC)。顯影劑可溶塗層具有可溶於顯影劑溶液中的組成，例如用於顯影上方光阻層的顯影劑。在一實施例中，底部抗反射塗層為光敏底部抗反射塗層，也被稱為光成像底部抗反射塗層。光敏底部抗反射塗層(或光成像底部抗反射塗層)為在曝光於輻射之後改變顯影劑的可溶性的組成。在一種光敏底部抗反射塗層中，材料在照射後變得可溶於顯影劑(例如類似於正型光阻)。在另一類型的光敏底部抗反射塗層中，材料在照射後變得不可溶於顯影劑(例如類似於負型光阻)。

光敏底部抗反射塗層可包含光酸產生劑(photoacid generator，PAG)。光敏底部抗反射塗層(或光成像底部抗反射塗層) 為在曝光於輻射之後改變顯影劑的可溶性的組成。

光敏底部抗反射塗層可包含組成例如酸敏官能基。酸敏官能基在與酸反應後可變得可溶於顯影劑。底部抗反射塗層中的酸可能來自暴露於輻射束後產生的光酸。舉例來說，在一實施例中，光酸為光酸產生劑。光酸產生劑可對KrF、ArF、極紫外光、電子束及/或其他合適的輻射敏感。

顯影劑可溶底部抗反射塗層可包含具有極性基的官能基，這可在接觸顯影劑(例如四甲基氫氧化銨(tetramethyl ammonium hydroxide，TMAH))時增加聚合物可溶性。舉例來說，聚合物極性基可含有羥基、內酯、羧酸、環氧樹脂及/或其他合適的組件。顯影劑可溶底部抗反射塗層聚合物可選自聚氫氣苯乙烯(polyhydroxystyrene，PHS)、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、萘及/或可實現所期望蝕刻及反射率需求的其他合適的結構。底部抗反射塗層也可含有用於實現耐溶劑的交聯劑。舉例來說，交聯劑可含有用於交聯反應的羥基。交聯劑可由三烷基胺組成。舉例來說，交聯劑可包含三乙胺。

底部抗反射塗層的組成一般用於半導體加工中，包含市售可用作底部抗反射塗佈材料的組成。

光阻可為化學放大光阻(chemical amplified photoresist，CAR)。光阻可包含聚合物，例如光酸產生劑(PAG)，這提供對顯影劑、溶劑及/或其他合適組成的溶解度變化。光阻可透過例如塗佈(例如旋塗)及軟烤的製程形成。

第3C圖顯示在蝕刻(底部抗反射塗層蝕刻)未被遮罩層306-1覆蓋的保護材料305-1的部分305-1-N的半導體裝置300。底部抗反射塗層蝕刻可例如透過使用蝕刻氣體來完成，蝕刻氣體可包含具有化學式C _xF _y的一個或多個氟碳蝕刻劑氣體，C _xF _y中的下標x及y可在0至9；或具有化學式C _xH _yF _z的一個或多個氟碳蝕刻劑氣體，下標x、y、z在0至9。這些氣體的範例包括CF ₄、C ₂F ₆、C ₄F ₈、CHF ₃、CH ₂F ₂、CH3F或前述之組合。遮罩層306-1的光阻在蝕刻期間腐蝕且被移除。

由於蝕刻的緣故，變得暴露功函數合金層304的部分304-N，而不透過蝕刻移除功函數合金層304的剩下部分(包含被保護材料305-1的一部分覆蓋的部分304-1、304-2、304-(N-1))。

接著，功函數合金層304的暴露部分304-N接觸蝕刻溶液，以減少暴露部分中的可蝕刻元素的含量。仍被保護材料305-1覆蓋的功函數合金層304的剩下部分(包含部分304-1、304-2、304-(N-1))中的可蝕刻元素的含量保持不變。

在濕蝕刻之後，保護材料305-1的剩下部分可透過例如灰化(可例如為電漿灰化)移除。例示性灰化條件可涉及N ₂/H ₂/O ₂的組合，每個氣體的濃度在0 至10000 ccm，或在1至10000 ccm，或在10至10000 ccm。

第3E圖顯示在移除或灰化保護材料305-1的剩下部分之後的半導體裝置300。在第3E圖中，相較於功函數合金層304的剩下部分中的可蝕刻元素的含量，減少了部分304-N中的可蝕刻元素的含量。

用於濕蝕刻功函數合金層304的第二部分，第二保護材料(可為底部抗反射塗佈材料)可形成於全部N個鰭結構上方的所有功函數合金層304上方。第二保護材料填充相鄰對的鰭之間的空間。第二保護材料在N個鰭結構的每一者的頂部上方具有連續部分。第二保護材料具有大致平坦或平坦的上表面。接著，第二遮罩層(可為光阻層)可形成於第二保護材料的頂部上。第二保護材料未被第二遮罩層覆蓋的部分將定義功函數合金層的第二部分，在蝕刻移除第二保護材料未被第二遮罩層覆蓋的部分之後，功函數合金層的第二部分將暴露於濕蝕刻。保護材料305-1一般適用於第二保護材料，而遮罩層306-1一般適用於第二遮罩層，唯一的區別在於第二保護材料的暴露部分，即未被第二遮罩層覆蓋的第二保護材料的部分不同於保護材料305-1的暴露部分。如此一來，透過保護材料305-1的暴露部分定義的功函數合金層304的第一部分不同且不重疊或大致不重疊透過第二保護材料的暴露部分定義的功函數合金層304的第二部分。

用於濕蝕刻功函數合金層的第二部分的條件(例如濕蝕刻的時間、濕蝕刻溶液的蝕刻劑濃度及/或濕蝕刻的溫度)不同於用於濕蝕刻功函數合金層304的部分304-N的條件。因此，功函數合金層304的第二部分中的可蝕刻元素的含量將不同於部分304-N中的可蝕刻元素的含量。舉例來說，濕蝕刻的較長時間將導致可蝕刻元素的較低含量。較高的蝕刻劑濃度將導致可蝕刻元素的較低含量。較高的蝕刻溫度將導致可蝕刻元素的較低含量。

在濕蝕刻功函數合金層304的第二部分之後，可移除或灰化第二保護材料的剩下部分。第3F圖顯示在濕蝕刻功函數合金層304的部分304-(N-1)(顯示第二部分)之後的半導體裝置300，濕蝕刻用以降低部分304-(N-1)中的可蝕刻元素的含量，並移除或灰化第二保護材料。在第3F圖中，功函數合金層304的部分304-N具有可蝕刻元素的第一降低含量，部分304-(N-1)具有可蝕刻元素的第二降低含量，第二降低含量不同於第一降低含量。功函數合金層304的剩下部分(包含部分304-1及304-2)具有原始、不減少的可蝕刻元素的含量，此含量不同於第一降低含量及第二降低含量。

可進行一次或更多次對功函數合金層304的特定部分的濕蝕刻的操作。在每個情況中，功函數合金層304的特定部分將透過保護材料(例如底部抗反射塗佈材料)的區域定義，保護材料起初沉積於所有N個鰭結構上方的功函數合金層304上方，此區域未被在保護材料的頂部上的遮罩層(例如光阻層)覆蓋。功函數合金層304的每個不同部分的濕蝕刻可為功函數合金層304提供可蝕刻元素的減少含量，這不同於在功函數合金層的任何其他部分中的可蝕刻元素的含量。

第3G圖顯示對功函數合金層304的多個部分進行濕蝕刻之後的半導體裝置300，由於用於功函數合金層304的特定部分的濕蝕刻條件的緣故，功函數合金層304的多個部分各具有可蝕刻元素的不同含量。功函數合金層304的多個部分的每一者中的可蝕刻元素的差異將為多個部分各提供不同的臨界電壓。具體來說，第3G圖顯示部分304-1、304-2、304-(N-1)及304-N由於用於每個部分的不同濕蝕刻條件的緣故各具有可蝕刻元素的不同含量。由於可蝕刻元素的不同含量，因此部分304-1、304-2、304-(N-1)及304-N各具有不同的臨界電壓。第3G圖中的半導體裝置300本質上與第1圖的半導體裝置100相同。

在形成具有多個部分的功函數合金層304之後，由於部分中可蝕刻元素的不同含量的緣故，這些部分各具有不同的臨界電壓，金屬填充層可形成於鰭結構(包含鰭結構302-1、302-2、302-(N-1)及302-N)的每一者上方的功函數合金層304上方。舉例來說，第3H圖顯示金屬填充物307形成於每個鰭結構(包含鰭結構302-1、302-2、302-(N-1)及302-N)上方。

金屬填充物307可填充個別鰭結構(例如鰭結構302-1、302-2、302-(N-1)及302-N)的相鄰對之間的溝槽或空間。舉例來說，金屬填充物307可填充鰭結構302-1與302-2之間的溝槽308-1以及鰭結構302-(N-1)與302-N之間的溝槽308-2。金屬填充物307可與功函數合金層304的一部分及下方的介電層共同形成每個鰭結構的主動閘極結構，其中主動閘極結構橫跨鰭結構。舉例來說，對於鰭結構302-1，鰭結構302-1的主動閘極結構309-1包含金屬填充物307、功函數合金層304的部分304-1及橫跨於鰭結構302-1上方的閘極介電層303-1；對於鰭結構302-2，鰭結構302-2的主動閘極結構309-2包含金屬填充物307、功函數合金層304的部分304-2及橫跨於鰭結構302-2上方的閘極介電層303-2；對於鰭結構302-(N-1)，鰭結構302-(N-1)的主動閘極結構309-(N-1)包含金屬填充物307、功函數合金層304的部分304-(N-1)及橫跨於鰭結構302-(N-1)上方的閘極介電層303-(N-1)；對於鰭結構302-N，鰭結構302-N的主動閘極結構309-N包含金屬填充物307、功函數合金層304的部分304-N及橫跨於鰭結構302-N上方的閘極介電層303-N。

金屬填充物307可包含合適金屬，例如鎢(W)，透過合適方法形成，例如物理氣相沉積、化學氣相沉積、電鍍、無電電鍍或類似方法。除了鎢之外，其他合適材料(例如銅(Cu)、金(Au)、鈷(Co)、前述之組合、前述之多層、前述之合金或類似物)也可用於金屬填充物307。

第5圖顯示鰭式場效電晶體裝置500的範例的透視圖。鰭式場效電晶體裝置500包含基底501及突出於基底501之上的鰭502。隔離區510形成於鰭502的兩側，鰭502突出於隔離區510之上。閘極介電質503沿鰭502的側壁及頂表面上方延伸，且閘極509在閘極介電質503上方。源極/汲極結構512S及512D在鰭502中(或從鰭502延伸)，且在閘極介電質503及閘極509的兩側。提供第5圖做為後續圖式的許多剖面的參考。舉例來說，剖面B-B沿鰭式場效電晶體裝置500的閘極的縱軸延伸。剖面A-A垂直於剖面B-B，並沿鰭502的縱軸延伸，且在例如源極/汲極結構512S與512D之間的電流方向中。第6A-6F圖參照這些參考剖面。

第6A-6F圖各顯示在製程400的各製造階段，鰭式場效電晶體裝置600的一部分的剖面示意圖，例如對應至操作402、404、406、408。鰭式場效電晶體裝置600大致相似於第5圖顯示的鰭式場效電晶體裝置500。雖然第6A-6F圖顯示鰭式場效電晶體裝置600，但是應理解的是，鰭式場效電晶體裝置600可包含許多其他裝置，例如電感、熔絲、電容、線圈等，為了清楚顯示的目的，這些不顯示於第6A-6F圖中。

對應第4圖的操作402，第6A圖為在製造的各階段之一，包含基底601(有時也被稱為半導體基底)的鰭式場效電晶體裝置600的剖面示意圖。第6A圖的剖面示意圖沿虛設或主動閘極結構的縱向方向切割(例如第5圖的剖面B-B)。

基底601可為半導體基底，例如塊狀半導體、絕緣層上覆半導體(semiconductor-on-insulator ，SOI)基底或類似物，基底601可為摻雜(例如摻雜p型或n型摻雜物)或未摻雜。基底601可為晶圓，例如矽晶圓。一般來說，絕緣層上覆半導體基底包含形成於絕緣層上的半導體材料層。絕緣層可為例如埋置氧化(buried oxide，BOX)層、氧化矽層或類似物。絕緣層提供於基底上，一般為矽基底或玻璃基底。也可使用其他基底，例如多層或漸變基底。在一些實施例中，基底601的半導體材料可包含矽、鍺、化合物半導體(包含碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦及/或銻化銦)、合金半導體(包含SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP及/或GaInAsP)或前述之組合。

對應第4圖的操作404，第6B圖為在各製造階段之一，包含(半導體)鰭結構602-1及602-2的鰭式場效電晶體裝置600的剖面示意圖。第6B圖的剖面示意圖為沿虛設或主動閘極結構的縱向方向切割(例如第5圖的剖面B-B)。

雖然第6B圖(及後續的第6C-6F圖)的顯示實施例顯示兩個鰭結構，但是應當理解的是，鰭式場效電晶體裝置600可包含任何數量的鰭結構，而同時在本發明實施例的範圍中。在一些實施例中，鰭結構602-1及602-2透過使用例如光微影及蝕刻技術將基底601圖案化來形成。舉例來說，遮罩層(例如墊氧化層613及上方的墊氮化層614)形成於基底601上方。墊氧化層613可為例如使用熱氧化製程形成的包括氧化矽的薄膜。墊氧化層613可用作基底601與上方的墊氮化層614之間的黏著層。在一些實施例中，墊氮化層614由氮化矽、氮氧化矽、氮碳化矽、類似物或前述之組合形成。墊氮化層614可例如透過使用低壓化學氣相沉積(low-pressure chemical vapor deposition，LPCVD)或電漿輔助化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)形成。

遮罩層可透過使用光微影技術來圖案化。一般來說，光微影技術使用光阻材料(未顯示)，沉積光阻材料，輻射(曝光)光阻材料，並顯影以移除光阻材料的一部分。剩下的光阻材料保護下方材料(在此範例中，例如為遮罩層)免於後續加工步驟(例如蝕刻)。舉例來說，使用光阻材料將墊氧化層613及墊氮化層614圖案化，以形成圖案化遮罩615，如第6B圖所示。

之後，使用圖案化遮罩615來圖案化基底601的暴露部分，以形成溝槽608(或開口)，進而定義相鄰溝槽608之間的鰭結構(例如鰭結構602-1及602-2)，如第6B圖所示。當形成多個鰭結構時，此溝槽可設置於任何相鄰的鰭結構之間。在一些實施例中，鰭結構602-1及602-2透過使用例如反應性離子蝕刻(reactive ion etch，RIE)、中子束蝕刻(neutral beam etch，NBE)、類似方法或前述之組合在基底601中蝕刻溝槽形成。此蝕刻可為非等向性。在一些實施例中，溝槽608可為彼此平行的條帶(從頂部看)，且彼此緊密間隔。在一些實施例中，溝槽608可為連續的，且圍繞每個鰭結構602-1及602-2。鰭結構602-1及602-2可有時在之後被稱為鰭602。

鰭602可透過任何合適方法來圖案化。舉例來說，鰭602可透過使用一個或多個光微影製程(包含雙重圖案化或多重圖案化製程)來圖案化。一般來說，雙重圖案化或多重圖案化製程結合了光微影和自對準製程，以創造具有較小間距的圖案，舉例來說，此圖案具有比使用單一直接光微影製程可獲得的間距更小的圖案。舉例來說，在一實施例中，犧牲層形成於基底上方並透過使用光微影製程圖案化。間隔物透過使用自對準製程形成於圖案化犧牲層旁邊。接著，移除犧牲層，且可接著使用剩下的間隔物來將鰭圖案化。

每個鰭602可具有寬度(即平行B-B方向的尺寸)從1nm至100nm，或從2nm至70nm，或從2nm至50nm，或從10nm至50nm，或從2nm至10nm。每個鰭602可具有高度(即從基底601突出的距離)從10nm至200nm，或從15nm至150nm，或從20nm至100nm。

在某些實施例中，鰭式場效電晶體裝置600可包含多個鰭602，每個類型的鰭具有至少一種尺寸(例如高度及/或寬度)不同於任何其他類型的鰭。舉例來說，在一些實施例中，鰭式場效電晶體裝置600可包含(a)較小的鰭(各具有鰭寬度從2nm至10nm及鰭高度從20nm至100nm)及(b)較大的鰭(各具有鰭寬度從10nm至50nm及鰭高度從20nm至100nm)。

對應第4圖的操作406，第6C圖為在製造的各階段之一，包含隔離區610的鰭式場效電晶體裝置600的剖面示意圖。第6C圖的剖面示意圖沿虛設或主動閘極結構的縱向方向切割(例如第5圖的剖面B-B)。

由絕緣材料形成的隔離區610可將相鄰鰭彼此電性隔離。絕緣材料可為氧化物，例如氧化矽、氮化物、類似物或前述之組合，且可透過高密度電漿化學氣相沉積(high density plasma chemical vapor deposition，HDP-CVD)、可流動化學氣相沉積(flowable CVD，FCVD)(例如在遠端電漿系統中的化學氣相沉積為主的材料沉積，之後固化將其轉變為另一材料，例如氧化物)、類似方法或前述之組合。可使用其他絕緣材料及/或形成製程。在顯示的實施例中，絕緣材料為透過可流動化學氣相沉積製程形成的氧化矽。當形成絕緣材料之後，可進行退火製程。平坦化製程(例如化學機械研磨(chemical mechanical polish，CMP))可移除任何多餘的絕緣材料，且隔離區610的頂表面及鰭602的頂表面共平面。也可透過平坦化製程移除圖案化遮罩615(第6B圖)。

在一些實施例中，隔離區610包含襯墊，例如襯墊氧化物(未顯示)，襯墊在每個隔離區610與基底601(鰭602)之間的界面處。在一些實施例中，形成襯墊氧化物，以減少基底601與隔離區610之間的界面處的晶面缺陷。相似地，也可使用襯墊氧化物來減少鰭602與隔離區610之間的界面處的晶面缺陷。襯墊氧化物(例如氧化矽)可為透過將基底601的表面層熱氧化形成的熱氧化物，但是也可使用其他合適方法來形成襯墊氧化物。

接著，將隔離區610凹陷，以形成淺溝槽隔離(shallow trench isolation，STI)區，如第6C圖所示。將隔離區610凹陷，使得鰭602的上部從相鄰的隔離區610之間突出。隔離區610對應的頂表面可具有平面(如圖所示)、凸面、凹面(例如凹陷)或前述之組合。隔離區610的頂表面可透過合適蝕刻形成為平面、凸面及/或凹面。隔離區610可透過使用合適的蝕刻製程來凹陷，例如對隔離區610的材料有選擇性的蝕刻製程。舉例來說，可進行使用稀釋氫氟酸(dilute hydrofluoric，DHF)的乾蝕刻或濕蝕刻來將隔離區610凹陷。

第6A-6C圖顯示形成鰭602的一實施例，但是鰭可在各種不同製程中形成。舉例來說，基底601的頂部可透過合適材料取代，例如適用於將形成的半導體裝置的預期類型(例如N型或P型)的磊晶材料。之後，將具有頂部磊晶材料的基底圖案化，以形成包含磊晶材料的鰭602。

舉另一例來說，可在基底的頂表面上方形成介電層；可通過介電層蝕刻溝槽；可在溝槽中磊晶成長同質磊晶結構；以及可將介電層凹陷，使得同質磊晶結構從介電層突出，以形成一個或多個鰭。

舉另一例來說，可在基底的頂表面上方形成介電層；可通過介電層蝕刻溝槽；可使用不同於基底的材料在溝槽中磊晶成長異質磊晶結構；以及可將介電層凹陷，使得異質磊晶結構從介電層突出，以形成一個或多個鰭。

在成長磊晶材料或磊晶結構(例如異質磊晶結構或同質磊晶結構)的實施例中，可在成長期間原位摻雜成長材料或結構，這可免除之前及之後的佈植，儘管可一起使用原位及佈植摻雜。再者，在N型金屬氧化物半導體區中磊晶生長材料不同於P型金屬氧化物半導體區中的材料可能是有利的。在各種實施例中，鰭602可包含矽鍺(Si _xGe _1-x，其中x可在0與1之間)、碳化矽、純鍺或大致純鍺、第III-V族化合物半導體、第II-VI族化合物半導體或類似物。舉例來說，用於形成第III-V族化合物半導體的可用材料包含但不限於InAs、 AlAs、 GaAs、 InP、 GaN、 InGaAs、 InAlAs、 GaSb、 AlSb、 AlP、 GaP及類似物。

第6D圖為在製造的各階段之一，包含虛設閘極結構616的鰭式場效電晶體裝置600的剖面示意圖。第6D圖的剖面示意圖沿虛設或主動閘極結構的縱向方向切割(例如第5圖的剖面B-B)。

在一些實施例中，虛設閘極結構616包含虛設閘極介電質617及虛設閘極618。遮罩619可形成於虛設閘極結構616上方。為了形成虛設閘極結構616，介電層形成於鰭602上。介電層可為例如氧化矽、氮化矽、前述之多層或類似物，且可沉積或熱成長。

閘極層形成於介電層上方，且遮罩層形成於閘極層上方。閘極層可沉積於介電層上方，並例如透過化學機械研磨平坦化。遮罩層可沉積於閘極層上方。閘極層可由例如多晶矽形成，但是也可使用其他材料。遮罩層可由例如氮化矽或類似物形成。

在形成這些層(例如介電層、閘極層及遮罩層)之後，遮罩層可透過使用合適個光微影及蝕刻技術圖案化，以形成遮罩619。接著，遮罩619的圖案可透過合適的蝕刻技術轉移至閘極層及介電層，以分別形成虛設閘極618及下方的虛設介電質617。虛設閘極618及虛設介電質617覆蓋鰭602的中央部分(例如通道區)。虛設閘極618也可具有縱向方向(例如第5圖的剖面B-B的方向)大致垂直於鰭602的縱向方向(例如第5圖的剖面A-A的方向)。

在第6D圖的範例中，顯示的虛設介電質617形成於鰭602上方(例如在每個鰭結構602-1及602-2的頂表面及側壁上方)及隔離區610上方。在其他實施例中，虛設介電質617可透過例如鰭602的材料的熱氧化形成，因此可形成於鰭602上方但是不形成於隔離區610上方。應理解的是，這些及其他變化也被包含在本發明實施例的範圍中。

之後，進行例示性的閘極後製製程(有時被稱為取代閘極製程)，以主動閘極結構(也可被稱為取代閘極結構或金屬閘極結構)取代虛設閘極結構616。在移除虛設閘極結構616之前，許多部件/結構已形成於鰭式場效電晶體裝置600中。舉例來說，閘極間隙壁設置於虛設閘極結構616的兩側，源極/汲極結構形成於鰭602中(例如形成於虛設閘極結構616的側面上，且閘極間隙壁設置於其間)，層間介電質(interlayer dielectric，ILD)設置於源極/汲極結構上方等。

第6E圖為在製造的各階段之一的鰭式場效電晶體裝置600的剖面示意圖，其中移除虛設閘極結構616，以形成閘極溝槽610’。第6E圖的剖面示意圖沿虛設或主動閘極結構的縱向方向切割(例如第5圖的剖面B-B)。

為了移除虛設閘極結構616，進行一個或多個蝕刻步驟，已移除虛設閘極618，接著移除虛設介電質617，以形成閘極溝槽610’(也可被稱為凹口)。閘極溝槽610’可暴露鰭結構602的通道區。在虛設閘極移除期間，虛設介電質617可用作當蝕刻虛設閘極618時的蝕刻停止層。在移除虛設閘極618之後，接著可移除虛設介電質617。在移除虛設閘極結構616(或形成閘極溝槽610’)之後，可暴露每個鰭結構602的頂表面602T及側壁602S，這在第6E圖的剖面示意圖中更好地顯示。

對應第4圖的操作408，第6F圖為在製造的各階段之一，包含閘極介電層603的鰭式場效電晶體裝置600的剖面示意圖。第6F圖的剖面示意圖沿虛設或主動閘極結構的縱向方向切割(例如第5圖的剖面B-B)。

例如在鰭結構602-1及602-2的頂表面及側壁上設置閘極介電層603。在一些實施例中，閘極介電層603可包含氧化矽、氮化矽或前述之多層。在一例示性實施例中，閘極介電層603包含高介電常數介電材料，且在這些實施例中，閘極介電層603可具有介電常數值大於約7.0，且可包含Hf、 Al、 Zr、 La、 Mg、 Ba、 Ti、 Pb的金屬氧化物或矽酸鹽及前述之組合。閘極介電層603的形成方法可包含分子束沉積(molecular beam deposition，MBD)、原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)、電漿輔助化學氣相沉積及類似方法。舉例來說，閘極介電層603的厚度可在約8 Å與約20 Å之間。舉另一例來說，閘極介電層603的厚度可在約5 nm與約25 nm之間。

第6F圖中的鰭式場效電晶體裝置600可對應至第3A圖中在沉積功函數合金層304之前的半導體裝置300或第7A圖中的裝置700。

第7A-7G圖顯示第4圖的操作410及412。

第7A圖顯示裝置700，裝置700包含基底701及鰭結構702-1、702-2、702-3及702-4。閘極介電層703順應鰭結構702-1、702-2、702-3及702-4的形狀覆蓋鰭結構702-1、702-2、702-3及702-4的每一者的側壁表面及頂表面。

第7B圖顯示在每個鰭結構702-1、702-2、702-3及702-4上方的閘極介電層703上方沉積功函數合金層704之後的裝置700。功函數合金層704順應每個鰭結構702-1、702-2、702-3及702-4的形狀覆蓋鰭結構702-1、702-2、702-3及702-4的每一者的側壁表面及頂表面。功函數合金層704在每個部分中具有相同組成，即對於功函數合金層704的各部分，功函數合金層704的合金的每個元素含量相同。舉例來說，當功函數合金層的合金為包括或由Ti、Al、N 及C組成的合金時，功函數合金層704的每個部分的Ti含量相同，功函數合金層704的每個部分的Al含量相同，功函數合金層704的每個部分的N含量相同，功函數合金層704的每個部分的C含量相同。

第一保護層(例如底部抗反射塗層)可沉積於鰭結構702-1、702-2、702-3及702-4的每一者上方的功函數合金層704上方。第一保護層填充鰭的相鄰對之間(例如鰭結構702-1與鰭結構702-2之間、鰭結構702-2與鰭結構702-3之間及鰭結構702-3與鰭結構702-4之間)的空間。第一保護層具有大致平坦或平坦上表面。第一遮罩層(例如光阻層)沉積於第一保護層的上表面的一部分上方。在蝕刻第一保護層(底部抗反射塗佈蝕刻)以移除未被第一遮罩層覆蓋的第一保護層的部分之後，將暴露定義了功函數合金層的下方部分的第一保護層的上表面的此部分。

第7C圖顯示具有第一保護層705-1及第一遮罩層706-1的裝置700，在透過例如乾蝕刻來蝕刻移除第一保護層705-1未被第一遮罩層706-1覆蓋的部分之後，以暴露功函數合金層704的部分704-1。依據第7C圖，部分704-1的右邊邊界在鰭結構702-2的上表面上方，此僅為顯示目的。在某些實施例中，功函數合金層的暴露部分(例如功函數合金層704暴露的部分704-1)的邊界在個別鰭結構之間。

第7D圖顯示在對暴露部分704-1在第一濕蝕刻條件下進行濕蝕刻，以將功函數合金層的合金的可蝕刻元素的含量降低至第一降低含量之後的裝置700。功函數合金層的合金的剩下元素(即可蝕刻元素以外的元素)的含量保持大致相同。舉例來說，當功函數合金層704的合金包括或由Ti、Al、N 及C組成時，濕蝕刻製程將暴露部分704-1中的Al含量降低至第一降低含量，第一降低含量小於沉積的功函數合金層704中的Al含量，而暴露部分704-1中的Ti、N 及C的每一者的對應含量保持大致相同於這些元素沉積於功函數合金層704中時的含量。在一些實施例中，雖然第7D圖顯示第一保護層705-1及第一遮罩層706-1皆作為保護功函數合金層704的一部分而非部分704-1免於濕蝕刻，但是可僅存在第一保護層705-1，而可移除第一遮罩層706-1。在完成第一蝕刻條件下的濕蝕刻之後，可移除或灰化移除第一保護層705-1及剩下的第一遮罩層706-1(如果有任何剩下)。

第7E圖顯示具有第二保護層705-2及第二遮罩層706-2的裝置700，在透過例如乾蝕刻來蝕刻移除第二保護層705-2未被第二遮罩層706-2覆蓋的部分之後，以暴露功函數合金層704的部分704-2。在第7E圖中，第二保護層705-2及第二遮罩層706-2覆蓋先前透過濕蝕刻改變功函數合金層704的部分704-1。

第7F圖顯示在對暴露部分704-2在第二濕蝕刻條件(不同於第一蝕刻條件)下進行濕蝕刻，以將功函數合金層的合金的可蝕刻元素的含量降低至第二降低含量之後的裝置700，第二降低含量不同於第一降低含量。功函數合金層的合金的剩下元素(即可蝕刻元素以外的元素)的含量保持大致相同。僅第二保護層705-2或第二保護層705-2及第二遮罩層706-2的任何剩下部分保護功函數合金層704的部分704-1及704-3免於第二蝕刻條件下的濕蝕刻。在完成第二濕蝕刻條件下的濕蝕刻之後，可移除或灰化移除第二保護層705-2及剩下的第二遮罩層706-2(如果有任何剩下)。

舉例來說，第7G圖顯示在此移除之後的裝置700。在第7G圖中，功函數合金層具有功函數合金層704的合金的可蝕刻元素的原始含量的部分704-3、具有可蝕刻元素的第一降低含量的部分704-1，第一降低含量不同於原始含量；具有可蝕刻元素的第二降低含量的部分704-2，第二降低含量不同於原始含量及第一降低含量的每一者。功函數合金層704的合金的剩下元素(即可蝕刻元素以外的元素)的對應含量在部分704-1、704-2及704-3的每一者中可為大致相同。由於可蝕刻元素的不同含量的緣故，部分704-1、704-2及704-3具有不同的臨界電壓。

當功函數合金層704透過濕蝕刻而改變為具有多個不同的臨界電壓之後，金屬填充物可填充個別鰭結構(例如鰭結構702-1、702-2、702-3及702-4)的相鄰對之間的溝槽或空間。

在本發明實施例的一方面，揭露半導體裝置。半導體裝置包含複數個鰭結構，設置於基底上方；以及功函數合金層，設置於複數個鰭結構的每一者上方，功函數合金層的第一部分中的第一元素的含量不同於功函數合金層的第二部分中的第一元素的含量。

在一些其他實施例中，其中功函數合金層的第三部分中的第一元素的含量不同於功函數合金層的第一部分中的第一元素的含量及功函數合金層的第二部分中的第一元素的含量。

在一些其他實施例中，其中對於複數個鰭結構的每一者來說，設置於鰭結構上方的功函數合金層的一部分中的第一元素的含量不同於設置於複數個鰭結構的任何其他鰭結構上方的功函數合金層的一部分中的第一元素的含量。

在一些其他實施例中，上述半導體裝置更包含金屬填充物，位於功函數合金層上方。

在一些其他實施例中，其中第一元素為鋁。

在一些其他實施例中，其中功函數合金層為Ti _xAl _yN _zC _a層。

在本發明實施例的另一方面，揭露半導體裝置的製造方法。此方法包含在基底上方形成複數個鰭結構。此方法更包含在複數個鰭結構的每一者上方沉積功函數合金層，功函數合金層包含第一元素。此方法也包含在複數個鰭結構的每一者上方之除了功函數合金層的第一部分之外的功函數合金層的一部分上方形成第一保護層；以及降低功函數合金層的第一部分中的第一元素的含量。

在一些其他實施例中，其中第一元素為可蝕刻元素，且降低功函數合金層的第一部分中的第一元素的含量的步驟包含濕蝕刻功函數合金層的第一部分。

在一些其他實施例中，其中可蝕刻元素為鋁。

在一些其他實施例中，其中濕蝕刻步驟包含將功函數合金層的第一部分暴露於鹼性溶液。

在一些其他實施例中，上述方法更包含移除第一保護層。

在一些其他實施例中，其中移除第一保護層的步驟包含灰化第一保護層。

在一些其他實施例中，其中複數個鰭結構更包含至少一第一鰭結構及至少一第二鰭結構，其中功函數合金層的第一部分在至少一第一鰭結構上方，且其中上述方法更包含:在除了功函數合金層的第二部分之外的複數個鰭結構中的每一者上方的功函數合金層的一部分上方形成第二保護層，第二部分在至少一第二鰭結構之上；以及降低功函數合金層的第二部分中的第一元素的含量，其中功函數合金層的第二部分中的第一元素降低的含量不同於功函數合金層的第一部分中的第一元素降低的含量。

在一些其他實施例中，其中複數個鰭結構更包含至少一第一鰭結構，其中功函數合金層的第一部分在至少一第一鰭結構上方，且其中形成第一保護層的步驟包含在複數個鰭結構的每一者上方沉積保護材料，保護材料包含在至少一第一鰭結構之上的第一部分以及在除了至少一第一鰭結構之外的複數個鰭結構的每一者之上的剩下部分；在保護材料的剩下部分上方沉積遮罩；以及移除保護材料的第一部分，進而暴露至少一第一鰭結構，其中保護材料的剩下部分變為第一保護層。

在一些其他實施例中，其中移除保護材料的第一部分的步驟包含乾蝕刻保護材料的第一部分。

在一些其他實施例中，上述方法更包含對於複數個鰭結構的每一者，在除了選定鰭結構之上的功函數合金層的一部分之外的複數個鰭結構的每一者之上的功函數合金層的一部分上方形成保護層；降低選定鰭結構之上的功函數合金層的此部分中的第一元素的含量；以及移除保護層，其中功函數合金層的一部分中的第一元素降低的含量不同於複數個鰭結構的每一者。

在一些其他實施例中，上述方法更包含在功函數合金層上方沉積金屬填充物，其中對於複數個鰭結構的每一者，金屬填充物的一部分及具有第一元素降低的含量的功函數合金層對應的部分形成複數個鰭結構的對應鰭結構的主動閘極結構。

在本發明實施例的另一方面，揭露半導體裝置的製造方法。此方法包含在基底上形成複數個鰭結構，複數個鰭結構包含第一鰭結構及第二鰭結構。此方法更包含在複數個鰭結構的每一者上沉積功函數合金層，功函數合金層含有第一元素，功函數合金層包含在第一鰭結構上方的第一部分及在第二鰭結構上方的第二部分。此方法也包含降低功函數合金層的第一部分中的第一元素的含量，而不改變功函數合金層的第二部分中的第一元素的含量。

前述內文概述了許多實施例的特徵，使本技術領域中具有通常知識者可以從各個方面更加了解本發明實施例。本技術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本發明實施例為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例等相同之優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本發明實施例的發明精神與範圍。在不背離本發明實施例的發明精神與範圍之前提下，可對本發明實施例進行各種改變、置換或修改。

100,200,300:半導體裝置 101,201,301,501,601,701:基底 102-1,102-2,102-(N-1),102-N,202-1,202-2,202-(N-1),202-N,302-1,302-2,302-(N-1),302-N,602-1,602-2, 702-1,702-2,702-3,702-4:鰭結構 103-1,103-2,103-(N-1),103-N,203-1,203-2,203-(N-1),203-N,303-1,303-2,303-(N-1),303-N,603,703:閘極介電層 104,304,704:功函數合金層 204-1:第一功函數層 204-2:第二功函數層 204-n:第n個功函數層 104-1,104-2,104-(N-1),104-N,204-1-1,204-1-2,204-1-(N-1),204-1-N,204-2-1,204-2-2,204-2-(N-1),204-2-N,204-n-1,204-n-2,204-n-(N-1),204-n-N,304-1,304-2,304-(N-1),304-N,205-N-N,305-1-N,704-1,704-2,704-3:部分 205-N:保護層 206-N,306-1:遮罩層 207:金屬填充層 305-1:保護材料 307:金屬填充物 308-1,308-2,608:溝槽 309-1,309-2,309-(N-1),309-N:主動閘極結構 400:製程 402,404,406,408,410,412,414:操作 500,600:鰭式場效電晶體裝置 502,602:鰭 503:閘極介電質 509:閘極 510,610:隔離區 602S:側壁 602T:頂表面 610’:閘極溝槽 512S,512D:源極/汲極結構 613:墊氧化層 614:墊氮化層 615:圖案化遮罩 616:虛設閘極結構 617:虛設閘極介電質 618:虛設閘極 619:遮罩 700:裝置 705-1:第一保護層 705-2:第二保護層 706-1:第一遮罩層 706-2:第二遮罩層

根據以下的詳細說明並配合所附圖式可以更加理解本發明實施例。應注意的是，根據本產業的標準慣例，圖示中的各種部件(feature)並未必按照比例繪製。事實上，可能任意的放大或縮小各種部件的尺寸，以做清楚的說明。第1圖顯示依據一些實施例，具有功函數合金層的鰭式場效電晶體(FinFET)裝置，功函數合金層具有合金的不同元素含量的區域。第2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H、2I、2J圖顯示在鰭式場效電晶體裝置的不同區域上方的改變功函數的傳統方法。第3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、3H圖顯示依據一些實施例，產生鰭式場效電晶體裝置的功函數合金層，使得功函數合金層具有合金的不同元素含量的區域。第4圖顯示依據一些實施例，製造非平面電晶體裝置的範例方法的流程圖。第5圖顯示依據一些實施例，鰭式場效電晶體(FinFET)裝置的透視圖。第6A、6B、6C、6D、6E、6F圖顯示依據一些實施例，透過第4圖的方法在各種製造接段期間，範例鰭式場效電晶體裝置(或範例鰭式場效電晶體裝置的一部分)的剖面示意圖。第7A、7B、7C、7D、7E、7F、7G圖顯示依據一些實施例，產生鰭式場效電晶體裝置的功函數合金層，使得功函數合金層具有合金的不同元素含量的區域。

100:半導體裝置

101:基底

102-1,102-2,102-(N-1),102-N:鰭結構

103-1,103-2,103-(N-1),103-N:閘極介電層

104:功函數合金層

104-1,104-2,104-(N-1),104-N:部分

Claims

一種半導體裝置，包括: 複數個鰭結構，設置於一基底上方；以及一功函數合金層，設置於該複數個鰭結構的每一者上方，其中該功函數合金層的一第一部分中的一第一元素的含量不同於該功函數合金層的一第二部分中的該第一元素的含量。
如請求項1之半導體裝置，其中該功函數合金層的一第三部分中的該第一元素的含量不同於該功函數合金層的該第一部分中的該第一元素的含量及該功函數合金層的該第二部分中的該第一元素的含量。
如請求項1之半導體裝置，其中對於該複數個鰭結構的每一者來說，設置於一鰭結構上方的該功函數合金層的一部分中的該第一元素的含量不同於設置於該複數個鰭結構的任何其他鰭結構上方的該功函數合金層的一部分中的該第一元素的含量。
如請求項3之半導體裝置，更包括: 一金屬填充物，位於該功函數合金層上方。
如請求項1之半導體裝置，其中該第一元素為鋁。
如請求項5之半導體裝置，其中該功函數合金層為Ti _xAl _yN _zC _a層。
一種半導體裝置的製造方法，包括: 在一基底上方形成複數個鰭結構；在該複數個鰭結構的每一者上方沉積一功函數合金層，該功函數合金層包含一第一元素；在該複數個鰭結構的每一者上方之除了該功函數合金層的一第一部分之外的該功函數合金層的一部分上方形成一第一保護層；以及降低該功函數合金層的該第一部分中的該第一元素的含量。
如請求項7之半導體裝置的製造方法，其中該第一元素為一可蝕刻元素，且降低該功函數合金層的該第一部分中的該第一元素的含量的步驟包括濕蝕刻該功函數合金層的該第一部分。
如請求項8之半導體裝置的製造方法，其中該可蝕刻元素為鋁。
如請求項9之半導體裝置的製造方法，其中該功函數合金層為Ti _xAl _yN _zC _a層。
如請求項9之半導體裝置的製造方法，其中濕蝕刻步驟包括將該功函數合金層的該第一部分暴露於一鹼性溶液。
如請求項7之半導體裝置的製造方法，更包括: 移除該第一保護層。
如請求項12之半導體裝置的製造方法，其中移除該第一保護層的步驟包括灰化該第一保護層。
如請求項12之半導體裝置的製造方法，其中該複數個鰭結構更包括至少一第一鰭結構及至少一第二鰭結構，其中該功函數合金層的該第一部分在該至少一第一鰭結構上方，且其中半導體裝置的製造方法更包括: 在除了該功函數合金層的一第二部分之外的該複數個鰭結構中的每一者上方的該功函數合金層的一部分上方形成一第二保護層，該第二部分在該至少一第二鰭結構之上；以及降低該功函數合金層的該第二部分中的該第一元素的含量，其中該功函數合金層的該第二部分中的該第一元素降低的含量不同於該功函數合金層的該第一部分中的該第一元素降低的含量。
如請求項7之半導體裝置的製造方法，其中該複數個鰭結構更包括至少一第一鰭結構，其中該功函數合金層的該第一部分在該至少一第一鰭結構上方，且其中形成該第一保護層的步驟包括在該複數個鰭結構的每一者上方沉積一保護材料，該保護材料包括在該至少一第一鰭結構之上的一第一部分以及在除了該至少一第一鰭結構之外的該複數個鰭結構的每一者之上的一剩下部分；在該保護材料的該剩下部分上方沉積一遮罩；以及移除該保護材料的該第一部分，進而暴露該至少一第一鰭結構，其中該保護材料的該剩下部分變為該第一保護層。
如請求項15之半導體裝置的製造方法，其中移除該保護材料的該第一部分的步驟包括乾蝕刻該保護材料的該第一部分。
如請求項7之半導體裝置的製造方法，更包括: 對於該複數個鰭結構的每一者，在除了一選定鰭結構之上的該功函數合金層的一部分之外的該複數個鰭結構的每一者之上的該功函數合金層的一部分上方形成一保護層；降低該選定鰭結構之上的該功函數合金層的該部分中的該第一元素的含量；以及移除該保護層，其中該功函數合金層的一部分中的該第一元素降低的含量不同於該複數個鰭結構的每一者。
如請求項17之半導體裝置的製造方法，更包括: 在該功函數合金層上方沉積一金屬填充物，其中對於該複數個鰭結構的每一者，該金屬填充物的一部分及具有該第一元素降低的含量的該功函數合金層對應的部分形成該複數個鰭結構的一對應鰭結構的一主動閘極結構。
一種半導體裝置的製造方法，包括: 在一基底上形成複數個鰭結構，該複數個鰭結構包含一第一鰭結構及一第二鰭結構；在該複數個鰭結構的每一者上沉積一功函數合金層，該功函數合金層含有一第一元素，該功函數合金層包括在該第一鰭結構上方的一第一部分及在該第二鰭結構上方的一第二部分；以及降低該功函數合金層的該第一部分中的該第一元素的含量，而不改變該功函數合金層的該第二部分中的該第一元素的含量。
如請求項19之半導體裝置的製造方法，其中該第一元素為鋁，且降低該功函數合金層的該第一部分中的該第一元素的含量的步驟包括濕蝕刻該功函數合金層的該第一部分。