半导体装置与其形成方法制造方法及图纸

提供半导体装置及其形成方法。半导体装置包括：第一型沟道场效晶体管，包含具有第一栅极结构的第一第一型沟道场效晶体管，以及具有第二栅极结构的第二第一型沟道场效晶体管。第一第一型沟道场效晶体管的临界电压小于第二第一型沟道场效晶体管的临界电压。第一栅极结构包含第一功函数调整材料层，且第二栅极结构包含第二功函数调整材料层。第一功函数调整材料层与第二功函数调整材料层的厚度与材料中至少一者彼此不同。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置与其形成方法
本公开实施例涉及半导体装置的形成方法。
技术介绍
当半导体产业进展至纳米技术工艺节点以达更高装置密度、更高效能、与更低成本时，来自制作与设计的双重挑战导致三维设计(如鳍状场效晶体管)与金属栅极结构搭配高介电常数材料的发展。金属栅极结构的形成方法通常为栅极置换技术。
技术实现思路
本公开一实施例提供的半导体装置，包括：第一型沟道场效晶体管，包含具有第一栅极结构的第一第一型沟道场效晶体管，以及具有第二栅极结构的第二第一型沟道场效晶体管，其中：第一第一型沟道场效晶体管的临界电压小于第二第一型沟道场效晶体管的临界电压，第一栅极结构包含第一功函数调整材料层，且第二栅极结构包含第二功函数调整材料层，以及第一功函数调整材料层与第二功函数调整材料层的厚度与材料中至少一者彼此不同。本公开一实施例提供的半导体装置，包括：第一n型沟道场效晶体管，包含具有临界电压Vn1的第一栅极结构；第二n型沟道场效晶体管，包含具有临界电压Vn2的第二栅极结构；第三n型沟道场效晶体管，包含具有临界电压Vn3的第三栅极结构；第一p型沟道场效晶体管，包含具有临界电压Vp1的第四栅极结构；第二p型沟道场效晶体管，包含具有临界电压Vp2的第五栅极结构；以及第三p型沟道场效晶体管，包含具有临界电压Vp3的第六栅极结构，其中：Vn1<Vn2<Vn3且p1<Vp2<Vp3，第一栅极结构包含第一功函数调整材料层，第二栅极结构包含第二功函数调整材料层，第三栅极结构包含第三功函数调整材料层，第四栅极结构包含第四功函数调整材料层，第五栅极结构包含第五功函数调整材料层，且第六栅极结构包含第六功函数调整材料层，以及第一功函数调整材料层、第二功函数调整材料层、第三功函数调整材料层、第四功函数调整材料层、第五功函数调整材料层、与第六功函数调整材料层的厚度与材料中至少一者彼此不同。本公开一实施例提供的半导体装置的形成方法，包括：形成栅极介电层于用于多个场效晶体管的每一沟道层上；形成第一导电层于栅极介电层上；形成功函数调整材料层于第一导电层上；以及形成第二导电层于功函数调整材料层上，其中：形成功函数调整材料层以用于至少一场效晶体管的步骤包含：形成一或多个导电层并蚀刻一或多个导电层，以露出第一导电层的第一步骤；以及形成导电层且不蚀刻导电层的第二步骤。附图说明图1至图6是本公开一实施例中，半导体装置的工艺中多种阶段的剖视图。图7是对应图6的区域61的放大剖视图。图8A至图8C与图9A至图9C是本公开多种实施例中，对应图6的区域61的多种晶体管的放大剖视图。图10A至图10D是本公开一实施例中，依序形成金属栅极结构的工艺的多种阶段其剖视图。图11A至图11H是本公开另一实施例中，依序形成金属栅极结构的工艺的多种阶段其剖视图。附图标记说明：N1第一n型沟道场效晶体管N2第二n型沟道场效晶体管N3第三n型沟道场效晶体管P1第一p型沟道场效晶体管P2第二p型沟道场效晶体管P3第三p型沟道场效晶体管10基板15掩模图案20鳍状结构30隔离绝缘层40虚置栅极结构42界面层44栅极介电层45掩模图案50层间介电层55栅极空间60金属栅极结构61区域70第一导电层80功函数调整材料层90第二导电层95第三导电层100第一功函数调整材料层110第二功函数调整材料层120第三功函数调整材料层130第四功函数调整材料层140第五功函数调整材料层150第六功函数调整材料层具体实施方式应理解的是，下述内容提供的不同实施例可实施本公开的不同结构。特定构件与排列的实施例是用以简化本公开而非局限本公开。举例来说，元件尺寸并不限于公开的范围或数值，端视工艺调件及/或所需的装置性质而定。此外，形成第一构件于第二构件上的叙述包含两者直接接触，或两者之间隔有其他额外构件而非直接接触。为简化与清楚说明，可采用不同比例绘示多种结构。此外，空间性的相对用语如「下方」、「其下」、「较下方」、「上方」、「较上方」、或类似用语可用于简化说明某一元件与另一元件在图示中的相对关系。空间性的相对用语可延伸至以其他方向使用的元件，而非局限于图示方向。元件亦可转动90°或其他角度，因此方向性用语仅用以说明图示中的方向。此外，用语「…的组成为」可指「包含」或「由…组成」。图1至图6是本公开一实施例中，半导体装置的工艺中多种阶段的剖视图。首先，在基板10上制作一或多个鳍状结构20。鳍状结构20包含底部区域与较上区域(如沟道区)。举例来说，基板10可为p型硅基板，其杂质浓度介于约1×1015cm-3至约1×1018cm-3之间。在其他实施例中，基板为n型硅基板，其杂质浓度介于约1×1015cm-3至约1×1018cm-3之间。在其他实施例中，基板10可包含其他半导体元素如锗、半导体化合物(IV-VI族半导体化合物如SiC或SiGe，III-V族半导体化合物如GaAs、GaP、GaN、InP、InAs、InSb、GaAsP、AlGaN、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP、或GaInAsP)、或上述的组合。在一实施例中，基板10为或绝缘层上硅基板的硅层。为制作鳍状结构20，形成掩模层于基板10上，并在掩模层上进行图案化步骤(包含光刻工艺与蚀刻工艺)以形成掩模图案15。掩模图案15包含一或多层的绝缘材料如氧化硅与氮化硅。在一些实施例中，掩模图案15包含氧化硅组成的较下层，与氮化硅组成的较上层。掩模层的形成方法可为热氧化、低压化学气相沉积、等离子体化学气相沉积、或其他合适的成膜方法。如图1所示，以掩模图案15作为蚀刻掩模，蚀刻基板10以形成沟槽与鳍状结构20。在形成鳍状结构20后，形成隔离绝缘层30于鳍状结构20上。隔离绝缘层30包含一或多层的绝缘材料如氧化硅、氮氧化硅、或氮化硅，其形成方法可为低压化学气相沉积、等离子体化学气相沉积、或可流动化学气相沉积。隔离绝缘层可为一或多层的旋转涂布玻璃、SiO、SiON、SiOCN、及/或掺杂氟的硅酸盐玻璃。在形成隔离绝缘层30于鳍状结构上之后，进行平坦化步骤以移除隔离绝缘层30的较上部分。平坦化步骤可包含化学机械研磨及/或回蚀刻工艺。接着可进一步移除(凹陷化)隔离绝缘层30，以露出鳍状结构20的较上区域，如图2所示。鳍状结构20的露出部分将成为鳍状场效晶体管的沟道区。如图3所示，形成虚置栅极结构40于露出的鳍状结构20上。虚置栅极结构40包含虚置栅极(组成可为硅)与虚置栅极介电层(组成可为氧化硅)。侧壁间隔物亦可形成于虚置栅极结构的侧壁上，其可包含一或多层的绝缘材料。为制作虚置栅极结构，先形成虚置栅极层的毯覆层于图2的结构上，再形成多晶硅层的毯覆层于虚置栅极介电层上。接着形成掩模层于多晶硅层上，并在掩模层上进行图案化步骤以得掩模图案45。以掩模图案45作为蚀刻掩模，图案化多晶硅层以形成虚置栅极结构40，如图3所示。在此专利技术实施例中，图1至图6中仅图示用于单一虚置栅极结构的两个鳍状结构。然而鳍状结构与虚置栅极结构的数目并不限于图1至图6所示的数目。虚置栅极结构40沿着X方向延伸，而鳍状结构沿着Y方向(未图示)延伸且X方向占有宽度，其中Y方向垂直于X方向与Z方向。在形成虚置栅极结构40后，虚置栅极结构未覆盖的鳍状结构20将凹陷至低于隔离绝缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：第一型沟道场效晶体管，包含具有第一栅极结构的一第一第一型沟道场效晶体管，以及具有第二栅极结构的一第二第一型沟道场效晶体管，其中：该第一第一型沟道场效晶体管的临界电压小于该第二第一型沟道场效晶体管的临界电压，该第一栅极结构包含一第一功函数调整材料层，且该第二栅极结构包含一第二功函数调整材料层，以及该第一功函数调整材料层与该第二功函数调整材料层的厚度与材料中至少一者彼此不同。

【技术特征摘要】
2016.02.10 US 62/293,636;2016.11.18 US 15/355,7171.一种半导体装置，包括：第一型沟道场效晶体管，包含具有第一栅极结构的一第一第一型沟道场效晶体管，以及具有第二栅极结构的一第二第一型沟道场效晶体管，其中：该第一第一型沟道场效晶体管的临界电压小于该第二第一型沟道场效晶体管的临界电压，该第一栅极结构包含一第一功函数调整材料层，且该第二栅极结构包含一第二功函数调整材料层，以及该第一功函数调整材料层与该第二功函数调整材料层的厚度与材料中至少一者彼此不同。2.如权利要求1所述的半导体装置，其中：该第一型沟道场效晶体管还包括具有第三栅极结构的一第三第一型沟道场效晶体管，其中该第三第一型沟道场效晶体管的临界电压大于第二第一型沟道场效晶体管的临界电压，该第三栅极结构包含一第三功函数调整材料层，以及该第一功函数调整材料层、该第二功函数调整材料层、与该第三功函数调整材料层的厚度与材料中至少一者彼此不同。3.如权利要求2所述的半导体装置，其中：该第一功函数调整材料层包含第一材料组成的第一层；该第二功函数调整材料层与该第三功函数调整材料层各自包含第一材料组成的第一层，以及第二材料组成的第二层位于第一层上，其中第一材料不同于第二材料。4.如权利要求3所述的半导体装置，其中该第二功函数调整材料层的第二层的厚度，小于该第三功函数调整材料层的第二层的厚度。5.如权利要求2所述的半导体装置，其中该第一功函数调整材料层、该第二功函数调整材料层、与该第三功函数调整材料层各自形成于第一导电层上，且第一导电层位于栅极介电层上。6.一种半导体装置，包括：一第一n型沟道场效晶体管，包含具有临界电压Vn1的一第一栅极结构；一第二n型沟道场效晶体管，包含具有临界电压Vn2的一第二栅极结构；一第三n型沟道场效晶体管，包含具有临界电压Vn3的一第三栅极结构；一第一p型沟道场效晶体管，包含具有临界电压Vp1的一第四栅极结构；一第二p型沟道场效晶体管，包含具有临界电压Vp2的一第五栅极结构；以及一第三p型沟道场效晶体管，包含具有临界电压Vp3的一第六栅极结构，其中：Vn1<Vn2<V...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖舜章，王淑慧，张世勋，廖家骏，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71