本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置與半導(dǎo)體裝置的柵極堆疊的制作方法，特別涉及垂直通道半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體裝置如金氧半場效晶體管(MOSFET)在過去數(shù)十年中，集成電路的速度、效能、密度、與每單位功能的成本均持續(xù)改進(jìn)。垂直/水平通道裝置的改良，有利于進(jìn)一步縮小集成電路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體裝置包括通道區(qū)以及柵極堆疊。柵極堆疊包含柵極絕緣物、一對分隔的第一金屬柵極層、與第二金屬柵極層。柵極絕緣物沿著通道區(qū)的長度方向延伸。第一金屬柵極層具有第一功函數(shù)，且自柵極絕緣物延伸。第二金屬柵極層位于第一金屬柵極層之間，具有第二功函數(shù)且自柵極絕緣物延伸。

本公開另一實(shí)施例提供半導(dǎo)體裝置的柵極堆疊的制作方法。半導(dǎo)體裝置包含一對間隔物以定義容置空間于間隔物之間。上述方法包括：將柵極絕緣物填入部份容置空間中；沉積金屬柵極層于容置空間中；以及移除間隔物上的金屬柵極層之間的第一金屬柵極層。

本公開另一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體裝置的柵極堆疊的制作方法。半導(dǎo)體裝置包含一對間隔物以定義容置空間于間隔物之間。此方法包括將柵極絕緣物填入部份容置空間中；沉積虛置柵極層于容置空間中；以及移除間隔物上的虛置柵極層之間的虛置柵極層。

本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置可沉積多種厚度的金屬以調(diào)整晶體管的臨界電壓。采用不同臨界電壓(VTH1與VTH2)的兩種金屬，可將裝置的臨界電壓調(diào)整于VTH1與VTH2之間。

附圖說明

圖1A、圖1B、與圖1C是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖2A、圖2B、與圖2C是某些實(shí)施例中，金屬柵極中不同金屬層所占的柵極長度比例，對應(yīng)裝置的臨界電壓等級的曲線圖。

圖3是某些實(shí)施例中，形成半導(dǎo)體裝置的方塊圖。

圖4是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置其制作方法的流程圖。

圖5A至圖5F是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置于工藝階段中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖6是某些實(shí)施例中，具半導(dǎo)體裝置其制作方法的流程圖。

圖7A至圖7J是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置于工藝階段中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖8是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置其制作方法的流程圖。

圖9A至圖9H是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置于工藝階段中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖10是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖。

圖11A至圖11F是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)于工藝階段中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖12是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置其柵極堆疊的制作方法的流程圖。

圖13是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置其柵極堆疊的制作方法的流程圖。

圖14是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖15是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置其柵極堆疊的制作方法的流程圖。

圖16是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。

圖17是某些實(shí)施例中，圖15的步驟1520的流程圖。

圖18是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。

圖19是某些實(shí)施例中，圖17的步驟1720的流程圖。

圖20A與圖20B是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。

圖21是某些實(shí)施例中，圖17的步驟1720的流程圖。

圖22A與圖22B是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。

圖23是某些實(shí)施例中，圖15的步驟1520的流程圖。

圖24是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。

圖25是某些實(shí)施例中，圖23的步驟2320的流程圖。

圖26A與圖26B是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。

圖27是某些實(shí)施例中，圖23的步驟2320的流程圖。

圖28A與圖28B是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。

圖29A與圖29B是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。

圖30是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖31是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

其中， 附圖標(biāo)記說明如下：

D 間距

L_G 長度

T1、T2 厚度

VTH1、VTH12、VTH2 臨界電壓

WF1 第一功函數(shù)等級

WF2 第二功函數(shù)等級

10、30、40 VGAA裝置

12、52、204、224、254、408、1410、1610、3010、3110 基板

14 介電層

16、20 垂直通道區(qū)

18 基板部份

22、212、232、252、413、1440、1840、2440、3040、3140 柵極絕緣物

24 柵極金屬層

44 第一功函數(shù)部份

46 第二功函數(shù)部份

50 半導(dǎo)體裝置

54 納米線結(jié)構(gòu)

56 柵極材料

58 柵極氧化物

60 第一柵極金屬部份

62 第二柵極金屬部份

64 絕緣材料

100、102、104、106、108、110、112、114、116、118、122、124、126、128、130、132、134、136、138、140、142、144、146、148、150、152、154、156、158、160、162、164、166、168、170、172、174、176、300、302、304、306、308、310、312、314、1210、1220、1230、1240、1310、1320、1330、1340、1510、1520、1710、1720、1730、2310、2320、2330、2340、2350、2710、2720 步驟

202、222、252、410、412 垂直通道結(jié)構(gòu)

206、226、256 氧化物區(qū)

208、228、258、1420、1620 鰭狀物

210、230、260 氮化物硬掩模

214、234、264、400、414 第一金屬層

216、220、236、240、266、272、402、420 氧化物

218、238、270、418 第二金屬層

221、235、271、419、421 金屬柵極

242、268、1430、1630、3030、3130 間隔物

244 低電阻金屬

266 柵極隔離物

404 第一裝置

406 第二裝置

415 第三柵極部份

416 掩模

417 第四柵極部份

1200、1300、1500 方法

1400、3000、3100 半導(dǎo)體裝置

1490、1690、3190 通道區(qū)

1450、1460、2050、2250、2960、3050、3060、3150、3160 金屬柵極層

2670、2870 虛置柵極層

3180 源極與漏極區(qū)

具體實(shí)施方式

下述內(nèi)容提供的不同實(shí)施例可實(shí)施本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。特定構(gòu)件與排列的實(shí)施例是用以簡化本發(fā)明而非局限本發(fā)明。舉例來說，形成第一構(gòu)件于第二構(gòu)件上的敘述包含兩者直接接觸，或兩者之間隔有其他額外構(gòu)件而非直接接觸。此外，本發(fā)明的多種實(shí)例將重復(fù)標(biāo)號及/或符號以簡化并清楚說明。不同實(shí)施例中具有相同標(biāo)號的元件并不必然具有相同的對應(yīng)關(guān)系及/或排列。

此外，空間性的相對用語如「下方」、「其下」、「較下方」、「上方」、「較上方」、或類似用語可用于簡化說明某一元件與另一元件在圖示中的相對關(guān)系?？臻g性的相對用語可延伸至以其他方向使用的元件，而非局限于圖示方向。元件亦可轉(zhuǎn)動90°或其他角度，因此方向性用語僅用以說明圖示中的方向。

圖1A是一實(shí)施例中，VGGA(垂直環(huán)繞式柵極)裝置10的通道區(qū)的剖視圖。此例的VGAA裝置10包含基板12、位于基板12上的介電層14如氧化硅、以及垂直通道區(qū)16。垂直通道區(qū)16包含基板部份18與垂直通道區(qū)20。在此例中，垂直通道區(qū)20的形成方法采用納米線技術(shù)。此例的VGAA裝置10亦包含柵極絕緣物22如高介電常數(shù)介電的柵極絕緣物，以及具有長度L_G的柵極金屬層24。柵極金屬層24具有第一功函數(shù)等級WF1。柵極金屬層24的功函數(shù)等級WF1，將影響VGAA裝置10的臨界電壓等級。

圖1B是另一實(shí)施例的VGAA裝置30的通道區(qū)的剖視圖。此例的VGAA裝置30與圖1A中的VGAA裝置10類似，亦包含基板12、位于基板12上的介電層14如氧化硅，垂直通道區(qū)16，以及柵極絕緣物22。垂直通道區(qū)16 包含基板部份18與垂直通道區(qū)20。此例的VGAA裝置30包含柵極金屬層32，其亦具有長度L_G，以及第二功函數(shù)等級WF2(與第一功函數(shù)等級WF1不同)。金屬柵極層32的第二功函數(shù)等級WF2，使VGAA裝置30的臨界電壓不同于VGAA裝置10的臨界電壓。

圖1C是另一實(shí)施例的VGAA裝置40的通道區(qū)的剖視圖。此例的VGAA裝置40與圖1A中的VGAA裝置10及圖1B中的VGAA裝置30類似。此例的VGAA裝置40亦包含基板12、介電層14如氧化硅，垂直通道區(qū)16，以及柵極絕緣物22。垂直通道區(qū)16包含基板部份18與垂直通道區(qū)20。此例的VGAA裝置40包含柵極金屬層42，其亦具有長度L_G，并具有第一功函數(shù)(WF1)部份44及第二功函數(shù)(WF2)部份46。金屬柵極層42中第一功函數(shù)(WF1)部份44與第二功函數(shù)(WF2)部份46的組合，可讓VGAA裝置40的臨界電壓等級介于VGAA裝置10的臨界電壓等級與VGAA裝置30的臨界電壓等級之間。

若VGAA裝置10、30、與40為n型通道晶體管，其臨界電壓(VTH)隨著金屬功函數(shù)增加而變大。若第二功函數(shù)等級WF2大于第一功函數(shù)等級WF1，則具有第二功函數(shù)等級WF2的裝置的臨界電壓VTH2大于具有第一功函數(shù)等級WF1的裝置的臨界電壓VTH1，如圖2A所示。同樣在圖2A中，具有第一功函數(shù)等級/第二功函數(shù)等級(WF1/WF2)堆疊且具有柵極長度L_G的裝置，其臨界電壓VTH12介于臨界電壓VTH1與臨界電壓VTH2之間。圖2B顯示第二功函數(shù)等級WF2的金屬厚度增加，且第一功函數(shù)等級WF1的金屬厚度縮小使兩者總合的長度L_G一樣(L_G＝WF1厚度+WF2厚度)，則裝置的臨界電壓自VTH1單調(diào)遞增至VTH2。

圖2C的曲線圖顯示第一功函數(shù)等級WF1的金屬與第二功函數(shù)等級WF2的金屬所占的柵極長度百分比，可設(shè)置裝置的臨界電壓介于VTH1與VTH2之間。若x定義為第二功函數(shù)等級WF2的金屬占柵極長度的百分比，則第二功函數(shù)等級WF2的金屬的厚度等于xL_G，而第一功函數(shù)等級WF1的金屬的厚度等于(1-x)L_G。若x＝0，則柵極百分的百由第一功函數(shù)等級WF1的金屬組成，且其臨界電壓為VTH1。若x＝1，則柵極百分之百由第二功函數(shù)等級WF2的金屬組成，且其臨界電壓為VTH2。若0<x<1，則柵極的臨界電壓介于VTH1與VTH2之間。

圖3是一實(shí)施例中，采用納米線技術(shù)形成的半導(dǎo)體裝置50的方塊圖。半導(dǎo)體裝置50制作于基板52上。在此例中，基板52包含基體基板，但亦可采用其他基板結(jié)構(gòu)如絕緣層上硅(SOI)。在某些實(shí)施例中，基體基板可包含半導(dǎo)體元素如結(jié)晶、多晶、或非晶結(jié)構(gòu)的硅或鍺；半導(dǎo)體化合物如碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦、或銻化銦；半導(dǎo)體合金如硅鍺、硅鍺錫、鍺錫、磷化鎵砷、砷化鋁銦、砷化鋁鎵、砷化鎵銦、磷化鎵銦、或砷磷化鎵銦；其他合適材料；只有在納米線型態(tài)成為半導(dǎo)體的半導(dǎo)體元素如鉍或錫；或上述的組合。某些實(shí)施例的基體基板可包含p型材料，而其他實(shí)施例的基體基板可包含n型材料?；?2可包含隔離區(qū)、摻雜區(qū)、及/或其他結(jié)構(gòu)。

此例的半導(dǎo)體裝置50亦包含源極區(qū)(未圖示)于基板52中、一或多個納米線結(jié)構(gòu)54、以及具有長度L_G的柵極材料56。柵極材料56位于基板上并包圍納米線結(jié)構(gòu)54的中間部份。此例的納米線結(jié)構(gòu)54的方向垂直，并自源極區(qū)向上延伸。在其他例子中，納米線結(jié)構(gòu)可朝其他方向(如水平方向)延伸。此外，雖然此例的納米線于圖式中具有圓形的截面形狀，但其他例的納米線的截面形狀可為圓形、方形、矩形、三角形、梯形、或其他形狀。此例的納米線結(jié)構(gòu)54包含半導(dǎo)體材料如硅，其可用于形成源極區(qū)與漏極區(qū)(未圖示)之間的通道區(qū)。此例的漏極區(qū)與源極區(qū)分別位于納米線結(jié)構(gòu)54的相反兩端。柵極氧化物58亦包圍納米線結(jié)構(gòu)54，并夾設(shè)于柵極材料56及納米線結(jié)構(gòu)54之間。此例的柵極材料56包含第一柵極金屬部份60與第二柵極金屬部份62。第一柵極金屬部份60具有第一功函數(shù)等級與第一厚度，而第二柵極金屬部份62具有第二功函數(shù)等級與第二厚度。此例的半導(dǎo)體裝置50亦包含絕緣材料(ILD)64于基板52上，且絕緣材料64包圍納米線結(jié)構(gòu)54。

圖4是一實(shí)施例中，具有不同功函數(shù)等級的多重柵極部份的半導(dǎo)體裝置其制作方法的流程圖。步驟100形成自基板延伸的垂直通道結(jié)構(gòu)，作為源極區(qū)與漏極區(qū)之間的通道。垂直通道結(jié)構(gòu)可包含多種結(jié)構(gòu)，比如蝕刻基板形成的鰭狀物(步驟102)，及/或成長于基板上的納米線(步驟104)。圖5A顯示一實(shí)施例中，經(jīng)由氮化物硬掩模210蝕刻鰭狀物208后，形成垂直通道結(jié)構(gòu)202于具有氧化物區(qū)206的基板204上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。上述硬掩模亦可采用其他硬掩模材料如氮化硅碳(SiCN)。

回到圖4，在形成垂直通道結(jié)構(gòu)后，沉積絕緣物于氧化物區(qū)上，且絕緣 物圍繞垂直通道結(jié)構(gòu)(步驟106)。圖5B顯示一實(shí)施例中，沉積柵極絕緣物212于氧化物區(qū)206上以圍繞垂直通道結(jié)構(gòu)202的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。

回到圖4，在沉積柵極絕緣物后，提供第一金屬柵極層(步驟108)。提供第一金屬柵極層的步驟可包括在沉積第一金屬層后沉積氧化物層，接著可進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟(步驟110)。上述第一金屬層具有第一功函數(shù)等級。接著可蝕刻第一金屬層與氧化物層，而保留的第一金屬層具有第一厚度等級(步驟112)。圖5C是一實(shí)施例中，沉積第一金屬層214與氧化物216之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。圖5D是一實(shí)施例中，蝕刻第一金屬層214與氧化物后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖，而保留的第一金屬層214具有第一厚度等級。

回到圖4，在提供第一金屬柵極層后，提供第二金屬柵極層(步驟114)。提供第二金屬柵極層的步驟可包括沉積第二金屬層后沉積氧化物層，接著進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟(步驟116)。上述第二金屬層具有第二功函數(shù)等級。接著可蝕刻第二金屬層與氧化物層，而保留的第二金屬層具有第二厚度等級(步驟118)。第一厚度等級與第二厚度等級可選擇使金屬柵極具有所需的柵極長度。圖5E是一實(shí)施例中，沉積第二金屬層218與氧化物220之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖5F是一實(shí)施例中，蝕刻第二金屬層218與氧化物層220之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖，而保留的第二金屬層218具有第二厚度等級。如圖所示，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含自基板204延伸的垂直通道結(jié)構(gòu)202，其可形成源極區(qū)與漏極區(qū)之間的通道。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)更包含金屬柵極221包圍部份的垂直通道結(jié)構(gòu)202。金屬柵極221具有柵極長度。金屬柵極221具有第一柵極部份如第一金屬層214，其具有第一功函數(shù)等級WF1與第一厚度等級。金屬柵極221亦具有第二柵極部份如第二金屬層218，其具有第二功函數(shù)等級WF2與第二厚度等級。第一厚度等級可與第二等級厚度不同，且第一厚度等級與第二厚度等級的總合等于柵極長度。用于柵極長度的第一厚度等級與第二厚度等級的比例，可選擇以達(dá)用于半導(dǎo)體裝置的特定臨界電壓等級。

圖6是另一實(shí)施例中，具有不同功函數(shù)等級的多重柵極部份的半導(dǎo)體裝置其制作方法的流程圖。步驟122形成自基板延伸的垂直通道結(jié)構(gòu)，作為源極區(qū)與漏極區(qū)之間的通道。垂直通道結(jié)構(gòu)可包含多種結(jié)構(gòu)如蝕刻基板形成的鰭狀物(步驟124)，及/或成長于基板上的納米線(步驟126)。圖7A顯示一實(shí) 施例中，經(jīng)由氮化物硬掩模230蝕刻鰭狀物228后，形成垂直通道結(jié)構(gòu)222于具有氧化物區(qū)226的基板224上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。上述硬掩模亦可采用其他硬掩模材料如氮化硅碳(SiCN)。

回到圖6，在形成垂直通道結(jié)構(gòu)后，沉積柵極絕緣物于氧化物區(qū)上，且柵極絕緣物包圍垂直通道結(jié)構(gòu)(步驟128)。圖7B是一實(shí)施例中，沉積柵極絕緣物232于氧化物區(qū)226上之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖，且柵極絕緣物232圍繞垂直通道結(jié)構(gòu)222。

回到圖6，在沉積柵極絕緣物后，提供第一金屬柵極層(步驟130)。提供第一金屬柵極層的步驟可包括沉積第一金屬層后沉積氧化物層，之后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟(步驟132)。上述第一金屬層具有第一功函數(shù)等級。接著可蝕刻第一金屬層與氧化物層，使保留的第一金屬層具有第一厚度等級(步驟134)。圖7C是一實(shí)施例中，沉積第一金屬層234與氧化物236后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。圖7D是一實(shí)施例中，蝕刻第一金屬層234與氧化物后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖，且保留的第一金屬層具有第一厚度等級。

回到圖6，在提供第一金屬柵極層后，提供第二金屬柵極層(步驟136)。提供第二金屬柵極層的步驟可包括沉積第二金屬層后沉積氧化物層，之后再進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟(步驟138)。上述第二金屬層具有第二功函數(shù)等級。接著可蝕刻第二金屬層與氧化物層，使保留的第二金屬層具有第二厚度等級(步驟140)。第一厚度等級與第二厚度等級可選擇使金屬柵極具有所需的柵極長度。圖7E是一實(shí)施例中，沉積第二金屬層238與氧化物240之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。圖7F是一實(shí)施例中，蝕刻第二金屬層238與氧化物層240之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖，而保留的第二金屬層238具有第二厚度等級。

回到圖6，提供低電阻金屬層以圍繞第一功函數(shù)金屬層與第二功函數(shù)金屬層(步驟142)。此步驟包括形成間隔物與回蝕刻第一功函數(shù)金屬層與第二功函數(shù)金屬層的堆疊(步驟144)。接著，可沉積低電阻金屬如鎢或鋁(步驟146)。低電阻金屬可回蝕刻至所需高度(步驟148)。最后可視情況移除間隔物(步驟150)。

圖7G是一實(shí)施例中，形成間隔物242與回蝕刻第一金屬層234與第二金屬層238之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。圖7H是一實(shí)施例中，沉積低電阻金 屬244如鎢或鋁之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。圖7I是一實(shí)施例中，回蝕刻低電阻金屬244至所需高度之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖7J是一實(shí)施例中，移除間隔物之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。如圖所示，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含自基板224延伸的垂直通道結(jié)構(gòu)222，其形成源極區(qū)與漏極區(qū)之間的通道。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)亦包含金屬柵極235，其包圍部份的垂直通道結(jié)構(gòu)。金屬柵極235具有柵極長度。金屬柵極235具有第一柵極部份如第一金屬層234，其具有第一功函數(shù)等級WF1與第一厚度等級。金屬柵極235亦具有第二柵極部份如第二金屬層238，其具有第二功函數(shù)等級WF2與第二厚度等級。第一厚度等級可與第二等級厚度不同，且第一厚度等級與第二厚度等級的總合等于柵極長度。用于柵極長度的第一厚度等級與第二厚度等級的比例，可選擇以達(dá)用于半導(dǎo)體裝置的特定臨界電壓等級。金屬柵極235更包含低電阻金屬244包圍第一金屬層234與第二金屬層238。

圖8是另一實(shí)施例中，具有不同功函數(shù)等級的多重柵極部份的半導(dǎo)體裝置其制作方法的流程圖。步驟152形成自基板延伸的垂直通道結(jié)構(gòu)，作為源極區(qū)與漏極區(qū)之間的通道。垂直通道結(jié)構(gòu)可包含多種結(jié)構(gòu)如蝕刻基板形成的鰭狀物(步驟154)，及/或成長于基板上的納米線(步驟156)。圖9A顯示一實(shí)施例中，經(jīng)由氮化物硬掩模260蝕刻鰭狀物258后，形成垂直通道結(jié)構(gòu)252于具有氧化物區(qū)256的基板254上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。上述硬掩模亦可采用其他硬掩模材料如氮化硅碳(SiCN)。

回到圖8，在形成垂直通道結(jié)構(gòu)后，沉積柵極絕緣物于氧化物區(qū)上，且柵極絕緣物包圍垂直通道結(jié)構(gòu)(步驟158)。圖9B是一實(shí)施例中，沉積柵極絕緣物252于氧化物區(qū)256上之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖，且柵極絕緣物252圍繞垂直通道結(jié)構(gòu)252。

回到圖8，在沉積柵極絕緣物后，提供第一金屬柵極層(步驟160)。提供第一金屬柵極層的步驟可包括沉積第一金屬層后沉積氧化物層，之后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟(步驟162)。上述第一金屬層具有第一功函數(shù)等級。接著可蝕刻第一金屬層與氧化物層，使保留的第一金屬層具有第一厚度等級(步驟164)。圖9C是一實(shí)施例中，沉積第一金屬層264與氧化物266后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。圖9D是一實(shí)施例中，蝕刻第一金屬層264與氧化物266后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖，且保留的第一金屬層264具有第一厚度等級。

回到圖8，可提供柵極隔離物于第一功函數(shù)金屬層與第二功函數(shù)金屬層之間(步驟166)。此步驟包含沉積柵極隔離物于第一金屬層上，以及形成間隔物于部份柵極隔離物上(步驟168)。之后移除間隔物下的柵極隔離物，并移除間隔物(步驟170)。圖9E是一實(shí)施例中，沉積柵極隔離物266于第一金屬層264上，并形成間隔物268于部份柵極隔離物266上之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。圖9F是一實(shí)施例中，移除不與間隔物相鄰的柵極隔離物266，并移除間隔物之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。

回到圖8，在提供額外的柵極絕緣物后，提供第二金屬柵極層(步驟172)。提供第二金屬柵極層的步驟可包括沉積第二金屬層后沉積氧化物層，之后再進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟(步驟174)。上述第二金屬層具有第二功函數(shù)等級。接著可蝕刻第二金屬層與氧化物層，使保留的第二金屬層具有第二厚度等級(步驟176)。第一厚度等級與第二厚度等級可選擇使金屬柵極具有所需的柵極長度。圖9G是一實(shí)施例中，沉積第二金屬層270與氧化物272之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖9H是一實(shí)施例中，蝕刻第二金屬層270與氧化物層272之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖，而保留的第二金屬層270具有第二厚度等級。如圖所示，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含自基板254延伸的垂直通道結(jié)構(gòu)252，其可形成源極區(qū)與漏極區(qū)之間的通道。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)更包含金屬柵極271包圍部份的垂直通道結(jié)構(gòu)252。金屬柵極271具有柵極長度。金屬柵極271具有第一柵極部份如第一金屬層264，其具有第一功函數(shù)等級WF1與第一厚度等級。金屬柵極271亦具有第二柵極部份如第二金屬層270，其具有第二功函數(shù)等級WF2與第二厚度等級。第一厚度等級可與第二等級厚度不同，且第一厚度等級與第二厚度等級的總合等于柵極長度。用于柵極長度的第一厚度等級與第二厚度等級的比例，可選擇以達(dá)用于半導(dǎo)體裝置的特定臨界電壓等級。部份第一金屬柵極部份(如第一金屬層264)與部份第二金屬柵極部份(如第二金屬層270)之間隔有柵極隔離物266如氧化物。

圖10是一實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖，其包含兩個裝置，各自具有不同功函數(shù)等級的多重柵極部份。步驟300形成自基板延伸的垂直通道結(jié)構(gòu)，作為源極區(qū)與漏極區(qū)之間的通道。接著沉積柵極絕緣物于氧化物區(qū)上，且柵極絕緣物圍繞用于每一裝置的垂直通道結(jié)構(gòu)(步驟302)。在 沉積柵極絕緣物后，提供用于每一裝置的第一金屬層(步驟304)。提供第一金屬層的步驟可包括沉積第一金屬層后沉積氧化物層，之后再進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟。上述第一金屬層具有第一功函數(shù)等級。

圖11A是一實(shí)施例中，沉積第一金屬層400與氧化物402于結(jié)構(gòu)(包含第一裝置404與第二裝置406)上之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。第一裝置404與第二裝置406共用基板408，各自具有垂直通道結(jié)構(gòu)410與412，且各自具有柵極絕緣物413包圍其垂直通道結(jié)構(gòu)410與412。

回到圖10，接著可蝕刻第一金屬層與氧化物(步驟306)。此例的蝕刻步驟關(guān)于蝕刻第一金屬層與氧化物層使保留的第一金屬層具有第一厚度等級，及提供掩模于某一裝置上。圖11B是一實(shí)施例中，蝕刻第一金屬層400至第一厚度等級如第一金屬層414，并提供掩模416于某一裝置上之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。掩模某一裝置的步驟可為微影及光阻步驟。掩模步驟亦可為施加硬掩模于某一裝置上。

回到圖10，在掩模某一裝置后，可進(jìn)一步蝕刻另一裝置的第一金屬柵極層至第二厚度等級(步驟308)。圖11C是一實(shí)施例中，蝕刻第一金屬層414至第二厚度等級之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖，其中第二厚度等級小于第一厚度等級。

回到圖10，可自具有掩模的裝置移除掩模。在移除掩模后，可沉積第二金屬層與氧化物于兩個裝置上，接著進(jìn)行CMP(步驟310)。圖11D是一實(shí)施例中，沉積第二金屬層418與氧化物420之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。

回到圖10，可回蝕刻氧化物，直到移除具有最厚的第一金屬層的裝置上的第二金屬層上的氧化物為止(步驟312)。圖11E是一實(shí)施例中，蝕刻氧化物420直到移除裝置406(具有最厚的第一金屬層414)的第二金屬層418上的氧化物為止的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。

回到圖10，可蝕刻第二金屬層使兩個裝置具有相同柵極長度(步驟314)。圖11F是一實(shí)施例中，蝕刻第二金屬層418使兩個裝置404及406具有相同柵極長度之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖視圖。

如圖所示，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含自基板408延伸的垂直通道結(jié)構(gòu)410，其可形成源極區(qū)與漏極區(qū)之間的通道。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)更包含金屬柵極419包圍部份的垂直通道結(jié)構(gòu)410。金屬柵極419具有柵極長度。金屬柵極419具有第一 柵極部份如第一金屬層414，其具有第一功函數(shù)等級WF1與第一厚度等級。金屬柵極419亦具有第二柵極部份如第二金屬層418，其具有第二功函數(shù)等級WF2與第二厚度等級。第一厚度等級可與第二等級厚度不同，且第一厚度等級與第二厚度等級的總合等于柵極長度。用于柵極長度的第一厚度等級與第二厚度等級的比例，可選擇以達(dá)用于半導(dǎo)體裝置的特定臨界電壓等級。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)亦包含自基板408延伸的垂直通道結(jié)構(gòu)412，其可形成源極區(qū)與漏極區(qū)之間的通道。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)亦包含金屬柵極421包圍部份的垂直通道結(jié)構(gòu)412。金屬柵極421具有柵極長度。金屬柵極421具有第三柵極部份415，其具有第一功函數(shù)等級WF1與第三厚度等級。金屬柵極419亦具有第四柵極部份417，其具有第二功函數(shù)等級WF2與第四厚度等級。第三厚度等級可與第四等級厚度不同，且第三厚度等級與第四厚度等級的總合等于柵極長度。用于柵極長度的第三厚度等級與第四厚度等級的比例，可選擇以達(dá)用于包含第二垂直通道結(jié)構(gòu)412與金屬柵極421的半導(dǎo)體裝置的特定臨界電壓等級。

上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可具有不同臨界電壓等級的多重裝置(如晶體管)。所有裝置可具有相同的柵極長度，但一裝置與其他裝置的第一金屬柵極層厚度不同。同樣地，一裝置與其他裝置的第二金屬柵極層厚度不同。通過小心選擇裝置中多種柵極的相對厚度，可在相同基板上制作不同臨界電壓的裝置。

圖12是某些實(shí)施例中，制作半導(dǎo)體裝置的柵極堆疊的方法1200其流程圖。方法1200開始于步驟1210，提供半導(dǎo)體裝置(如圖16的半導(dǎo)體裝置)。半導(dǎo)體裝置包含一對間隔物(如圖16的間隔物1630)，以定義容置空間于兩者之間。步驟1220接著將柵極絕緣物(如圖18之柵極絕緣物1840或圖24之柵極絕緣物2440)填入部份容置空間。步驟1230接著沉積金屬柵極層(如圖20A之金屬柵極層2050或圖22A之金屬柵極層2250)于容置空間中。步驟1240接著移除間隔物上的金屬柵極層之間的金屬柵極層，以露出間隔物上之金屬柵極層之間的柵極絕緣物。

圖13是某些實(shí)施例中，制作半導(dǎo)體裝置之柵極堆疊的方法1300其流程圖。方法1300開始于步驟1310，提供半導(dǎo)體裝置(如圖16之半導(dǎo)體裝置)。半導(dǎo)體裝置包含一對間隔物(如圖16的間隔物1630)，以定義容置空間于兩者之間。步驟1320接著將柵極絕緣物(如圖18的柵極絕緣物1840或圖24 的柵極絕緣物2440)填入部份容置空間。步驟1330接著沉積虛置柵極層(如圖26A的虛置柵極層2670或圖28A的虛置柵極層2870)于容置空間中。步驟1340接著以干蝕刻或濕蝕刻移除間隔物上的虛置柵極層之間的虛置柵極層，以露出間隔物上的虛置柵極層之間的柵極絕緣物。

圖14是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置1400的剖視圖。半導(dǎo)體裝置1400包含基板1410、鰭狀物1420、一對間隔物1430、與柵極堆疊。鰭狀物1420自基板1410延伸并沿著長度方向延伸，其包含一對源極與漏極區(qū)(未圖示)以及與源極區(qū)及漏極區(qū)內(nèi)連線的通道區(qū)1490。在某些實(shí)施例中，源極與漏極區(qū)位于鰭狀物1420中。在其他實(shí)施例中，源極與漏極區(qū)自鰭狀物1420上延伸至鰭狀物1420中。間隔物1430通?；ハ嗥叫?，延伸穿過鰭狀物1420，并與通道區(qū)1490交會，以定義容置空間于間隔物1430之間。

柵極堆疊包含柵極絕緣物1440、一對金屬柵極層1450、與金屬柵極層1460。柵極絕緣物1440填入部份的容置空間中，并延著通道區(qū)1490的長度方向延伸并圍繞通道區(qū)1490。在此實(shí)施例中，金屬柵極層1450與1460的堆疊方向通常平行于流過通道區(qū)1490的電流方向。上述結(jié)構(gòu)可讓用于半導(dǎo)體裝置1400的臨界電壓的范圍更寬。特別的是，金屬柵極層1450亦填入部份的容置空間，其具有第一功函數(shù)且分別位于間隔物1430上。金屬柵極層1450且自柵極絕緣物1440延伸，并圍繞接觸柵極絕緣物1440。金屬柵極層1460實(shí)質(zhì)上填滿容置空間，其具有第二功函數(shù)(不同于第一功函數(shù))且位于金屬柵極層1450之間。金屬柵極層1460且自柵極絕緣物1440延伸，并圍繞接觸柵極絕緣物1440。在此實(shí)施例中，兩個金屬柵極層1450具有實(shí)質(zhì)上相同的厚度T1。在某些實(shí)施例中，金屬柵極層1460的厚度T2與厚度T1實(shí)質(zhì)上相同，因此金屬柵極層1460覆蓋約33.3％的柵極長度L_G。在其他實(shí)施例中，厚度T2大于厚度T1(比如金屬柵極層1460覆蓋約50％的柵極長度L_G)，或者厚度T2小于厚度T1(比如金屬柵極層1460覆蓋約25％的柵極長度L_G)。此外，此實(shí)施例中厚度T2與兩倍的厚度T1的總合，與柵極長度L_G(比如小于約20nm)實(shí)質(zhì)上相同。

在圖2A中，若半導(dǎo)體裝置1400的臨界電壓隨著金屬柵極層的功函數(shù)增加，且第二功函數(shù)WF2大于第一功函數(shù)WF1，則只包含金屬柵極層1460的裝置的臨界電壓(VTH2)高于只包含金屬柵極層1450的裝置的臨界電壓 (VTH1)。同樣在圖2A中，包含金屬柵極層1450與1460的堆疊的半導(dǎo)體裝置1400其臨界電壓VTH12將介于臨界電壓VTH1與VTH2之間。

如圖2B所示，在固定柵極長度(L_G)的情況下，增加厚度T2即降低厚度T1(即L_G＝2T1+T2)，半導(dǎo)體裝置1400的臨界電壓VTH12將隨著厚度T2增加，由臨界電壓VTH1朝臨界電壓VTH2線性增加。

如圖2C所示，若將金屬柵極層1460覆蓋的柵極長度(LG)的百分比定義為x，則T2＝xL_G，且T1＝(1-x)L_G/2。若x＝0，則柵極堆疊全部由金屬柵極層1450所組成，其臨界電壓為VTH1。若x＝1，則柵極堆疊全部由金屬柵極層1460所組成，其臨界電壓為VTH2。若0<x<1，則臨界電壓VTH12介于臨界電壓VTH1與VTH2之間。

圖15是某些實(shí)施例中，制作圖14的半導(dǎo)體裝置1400的柵極堆疊的方法1500其流程圖。圖16是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置1400于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。舉例來說，步驟1510提供半導(dǎo)體裝置。如圖16所示，半導(dǎo)體裝置包含基板1610、鰭狀物1620、與一對間隔物1630。鰭狀物1620自基板1610延伸并沿著長度方向延伸，其包含一對源極與漏極區(qū)(未圖示)以及與源極區(qū)及漏極區(qū)內(nèi)連線的通道區(qū)1690。在某些實(shí)施例中，源極與漏極區(qū)位于鰭狀物1620中。在其他實(shí)施例中，源極與漏極區(qū)自鰭狀物1620上延伸至鰭狀物1620中。間隔物1630通?；ハ嗥叫校由齑┻^鰭狀物1620，并與通道區(qū)1690交會，以定義容置空間于間隔物1630之間。間隔渡1630的材料包含但不限于氮化硅或某些其他材料，比如電漿增強(qiáng)式氧化物(PEOX)或四乙氧硅烷(TEOS)氧化物。

在某些實(shí)施例中，步驟1510包含提供基板1610；形成一對溝槽于基板1610中，以形成鰭狀物1620；摻雜源極與漏極區(qū)；沉積多晶柵極層延伸穿過鰭狀物1620與圍繞通道區(qū)1690；分別提供間隔物于多晶柵極層的側(cè)壁上；以及移除多晶柵極層。

回到圖15，在步驟1510提供半導(dǎo)體裝置后，步驟1520形成柵極堆疊于容置空間中如下述內(nèi)容。

圖17是某些實(shí)施例中，圖15的步驟1520的流程圖。圖18是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置1400于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。在步驟1710中，將柵極絕緣物1840填入(比如沉積)部份容置空間中。柵極絕緣物1840 的材料包含但不限于氧化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鉭、氧化鉿、氧化鋯、鈦酸鋇鍶、或某些其他高介電常數(shù)的介電材料。柵極絕緣物1840沿著通道區(qū)1690的長度方向延伸，并圍繞通道區(qū)1690，如圖18所示。在某些實(shí)施例中，柵極絕緣物1840沉積于容置空間中的厚度小于或等于約4nm。

回到圖17，在步驟1710將柵極絕緣物填入部份容置空間中后，步驟1720將一對分隔且具有第一功函數(shù)的金屬柵極層填入部份容置空間中。

圖19是某些實(shí)施例中，圖17的步驟1720的流程圖。圖20A與圖20B是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置1400于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。在步驟1910中，毯覆性地沉積具有第一功函數(shù)的金屬柵極層2050，以實(shí)質(zhì)上填入容置空間。在某些實(shí)施例中，在步驟1910后進(jìn)行CMP步驟。如圖20A所示，金屬柵極層2050自柵極絕緣物1840延伸，并圍繞接觸柵極絕緣物1840。接著進(jìn)行圖19的步驟1920，移除間隔物1630上的金屬柵極層2050之間的金屬柵極層2050，以露出間隔物1630上的金屬柵極層2050之間的柵極絕緣物1840。如圖20B所示，間隔物1630上的金屬柵極層2050具有實(shí)質(zhì)上相同的厚度T1，且具有間距D于金屬柵極層2050之間。在某些實(shí)施例中，間距D與厚度T1實(shí)質(zhì)上相同。在其他實(shí)施例中，間距D與厚度T1不同，比如間距D小于或大于厚度T1。

圖21是某些實(shí)施例中，圖17的步驟1720的流程圖。圖22A與圖22B是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置1400于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。在步驟2110中，進(jìn)一步填入部份的容置空間，比如順應(yīng)性地沉積具有第一功函數(shù)的金屬柵極層2250，且沉積方法可為原子層沉積(ALD)。如圖22A所示，金屬柵極層2250自柵極絕緣物1840延伸，且圍繞并接觸柵極絕緣物1840。同樣在圖22A中，間隔物1630上的金屬柵極層2250，與間隔物1630上的金屬柵極層2050之間的金屬柵極層2250具有相同的厚度T1。之后如圖21的步驟2120所示，移除間隔物1630上的金屬柵極層2250之間的金屬柵極層2250，以露出間隔物1630上的金屬柵極層2250之間的柵極絕緣物1840。如圖22B所示，間隔物1630上的金屬柵極層2250之間具有間距D。在某些實(shí)施例中，間距D與厚度T1實(shí)質(zhì)上相同。在其他實(shí)施例中，間距D與厚度T1不同，比如間距D大于或小于厚度T1。

如圖17所示，在步驟1720后部份容置空間中填入具有第一功函數(shù)的金 屬柵極層。步驟1730將具有第二功函數(shù)的金屬柵極層實(shí)質(zhì)上填滿容置空間，且此金屬柵極層自柵極絕緣物1840延伸并圍繞接觸柵極絕緣物1840。在某些實(shí)施例中，接著進(jìn)行CMP步驟以形成圖14的半導(dǎo)體裝置1400。

圖23是某些實(shí)施例中，圖15的步驟1520的流程圖。圖24是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置1400于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。在步驟2310中，將柵極絕緣物2440填入部份容置空間中，且填入方法可為沉積法。柵極絕緣物2440的材料包含但不限于氧化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鉭、氧化鉿、氧化鋯、鈦酸鋇鍶、或某些其他高介電常數(shù)的介電材料。柵極絕緣物2440沿著通道區(qū)1690的長度方向延伸，并圍繞通道區(qū)1690，如圖24所示。在某些實(shí)施例中，柵極絕緣物2440沉積于容置空間中的厚度小于或等于約4nm。

回到圖23，在步驟2310將柵極絕緣物2440填入部份容置空間中后，步驟2320將一對分隔的虛置柵極層填入部份容置空間中。

圖25是某些實(shí)施例中，圖23的步驟2320的流程圖。圖26A與圖26B是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置1400于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。在步驟2510中，毯覆性地沉積虛置柵極層2670，以實(shí)質(zhì)上填入容置空間。虛置柵極層2670的材料包含但不限于氧化硅、PEOX、氧化鍺、高分子、光阻、與蝕刻速率高于柵極絕緣物2440的蝕刻速率的某些其他材料。在某些實(shí)施例中，在步驟2510后進(jìn)行CMP步驟。如圖26A所示，虛置柵極層2670自柵極絕緣物2440延伸，并圍繞接觸柵極絕緣物2440。接著進(jìn)行圖25的步驟2520，干蝕刻或濕蝕刻移除間隔物1630上的虛置柵極層2670之間的虛置柵極層2670，以露出間隔物1630上的虛置柵極層2670之間的柵極絕緣物2440。如圖26B所示，間隔物1630上的虛置柵極層2670具有實(shí)質(zhì)上相同的厚度T1，且具有間距D于虛置柵極層2670之間。在某些實(shí)施例中，間距D與厚度T1實(shí)質(zhì)上相同。在其他實(shí)施例中，間距D與厚度T1不同，比如間距D小于或大于厚度T1。

圖27是某些實(shí)施例中，圖23的步驟2320的流程圖。圖28A與圖28B是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置1400于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖。在步驟2710中，進(jìn)一步填入部份的容置空間，比如順應(yīng)性地沉積虛置柵極層2870，且沉積方法可為原子層沉積(ALD)。虛置柵極層2870的材料包含 但不限于氧化硅、PEOX、氧化鍺、高分子、光阻、與蝕刻速率高于柵極絕緣物2440的蝕刻速率的某些其他材料。如圖28A所示，虛置柵極層2870自柵極絕緣物2440延伸，且圍繞并接觸柵極絕緣物2440。同樣在圖28A中，間隔物1630上的虛置柵極層2870，與間隔物1630上的虛置柵極層2870之間的虛置柵極層2870具有相同的厚度T1。之后如圖27的步驟2720所示，濕蝕刻或干蝕刻移除間隔物1630上的虛置柵極層2870之間的虛置柵極層2870，以露出間隔物1630上的虛置柵極層2870之間的柵極絕緣物2440。如圖28B所示，間隔物1630上的虛置柵極層2870之間具有間距D。在某些實(shí)施例中，間距D與厚度T1實(shí)質(zhì)上相同。在其他實(shí)施例中，間距D與厚度T1不同，比如間距D大于或小于厚度T1。

圖29A與圖29B是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置1400于制作柵極堆疊的工藝階段中的示意圖?；氐綀D23，在步驟2320后，虛置柵極層填入部份容置空間如圖29A所示。步驟2330將具有第二功函數(shù)的金屬柵極層2960實(shí)質(zhì)上填滿容置空間。金屬柵極層2960自柵極絕緣物2440延伸，并圍繞接觸柵極絕緣物2440。在某些實(shí)施例中，接著進(jìn)行CMP步驟。同樣如圖29A所示，金屬柵極層2960具有厚度T2。

回到圖23，在步驟2330后，容置空間實(shí)質(zhì)上填滿具有第二功函數(shù)的金屬柵極層2960。步驟2340濕蝕刻或干蝕刻間隔物1630上的虛置柵極層2870，以露出間隔物1630與金屬柵極層2960之間的柵極絕緣物，如圖29B所示。之后回到圖23，在某些實(shí)施例進(jìn)行CMP步驟后，步驟2350將具有第一功函數(shù)(不同于第二功函數(shù))的金屬柵極層實(shí)質(zhì)上填滿容置空間，且此金屬柵極層自柵極絕緣物2440延伸并圍繞接觸柵極絕緣物2440。上述步驟形成圖14所示的半導(dǎo)體裝置1400。

圖30是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置3000的剖視圖。半導(dǎo)體裝置3000包含基板3010、一對源極與漏極區(qū)(未圖示)、通道區(qū)(未圖示)、一對間隔物3030、與柵極堆疊。通道區(qū)位于基板3010中，并與源極與漏極區(qū)內(nèi)連線。在某些實(shí)施例中，源極與漏極區(qū)位于基板3010中。在其他實(shí)施例中，源極與漏極區(qū)自基板3010上延伸至基板3010中。間隔物3030通?；ハ嗥叫?，自基板3010延伸并與通道區(qū)的長度方向交會，以定義容置空間于間隔物3030之間。

柵極堆疊包含柵極絕緣物3040、一對金屬柵極層3050、與金屬柵極層3060。柵極絕緣物3040填入部份的容置空間中，自基板3010延伸并延著通道區(qū)的長度方向延伸。在此實(shí)施例中，金屬柵極層3050與3060的堆疊方向通常平行于流過通道區(qū)的電流方向。上述結(jié)構(gòu)可讓用于半導(dǎo)體裝置3000的臨界電壓的范圍更寬。特別的是，金屬柵極層3050亦填入部份的容置空間，其具有第一功函數(shù)且分別位于間隔物3030上。金屬柵極層3050自柵極絕緣物3040延伸，并圍繞接觸柵極絕緣物3040。金屬柵極層3060實(shí)質(zhì)上填滿容置空間，其具有第二功函數(shù)(不同于第一功函數(shù))且位于金屬柵極層3050之間。金屬柵極層3060且自柵極絕緣物3040延伸，并圍繞接觸柵極絕緣物3040。在此實(shí)施例中，兩個金屬柵極層3050具有實(shí)質(zhì)上相同的厚度T1。在某些實(shí)施例中，金屬柵極層3060的厚度T2與厚度T1實(shí)質(zhì)上相同，因此金屬柵極層3060覆蓋約33.3％的柵極長度L_G。在其他實(shí)施例中，厚度T2大于厚度T1(比如金屬柵極層3060覆蓋約50％的柵極長度L_G)，或者厚度T2小于厚度T1(比如金屬柵極層3060覆蓋約25％的柵極長度L_G)。此外，此實(shí)施例中厚度T2與兩倍的厚度T1的總合，與柵極長度L_G(比如小于約20nm)實(shí)質(zhì)上相同。由于半導(dǎo)體裝置3000的柵極堆疊的制作方式與前述類似，在此不贅述重復(fù)內(nèi)容。

圖31是某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置3100的剖視圖。半導(dǎo)體裝置3100包含基板3110、一對源極與漏極區(qū)3180、通道區(qū)3190、一對間隔物3130、與柵極堆疊。源極與漏極區(qū)3180自基板3110延伸。通道區(qū)3190懸吊于基板3110上，并與源極與漏極區(qū)3180內(nèi)連線。間隔物3130通常互相平行，圍繞通道區(qū)3190，并定義容置空間于間隔物3130之間。

柵極堆疊包含柵極絕緣物3140、一對金屬柵極層3150、與金屬柵極層3160。柵極絕緣物3140填入部份的容置空間中，延著通道區(qū)3190的長度方向延伸并圍繞通道區(qū)3190。在此實(shí)施例中，金屬柵極層3150與3160的堆疊方向通常平行于流過通道區(qū)3190的電流方向。上述結(jié)構(gòu)可讓用于半導(dǎo)體裝置3100的臨界電壓的范圍更寬。特別的是，金屬柵極層3150亦填入部份的容置空間，其具有第一功函數(shù)且分別位于間隔物3130上。金屬柵極層3150自柵極絕緣物3140延伸，并圍繞接觸柵極絕緣物3140。金屬柵極層3160實(shí)質(zhì)上填滿容置空間，其具有第二功函數(shù)(不同于第一功函數(shù))且位于金屬柵極 層3150之間。金屬柵極層3160且自柵極絕緣物3140延伸，并圍繞接觸柵極絕緣物3140。在此實(shí)施例中，兩個金屬柵極層3150具有實(shí)質(zhì)上相同的厚度T1。在某些實(shí)施例中，金屬柵極層3160的厚度T2與厚度T1實(shí)質(zhì)上相同，因此金屬柵極層3160覆蓋約33.3％的柵極長度L_G。在其他實(shí)施例中，厚度T2大于厚度T1(比如金屬柵極層3160覆蓋約50％的柵極長度L_G)，或者厚度T2小于厚度T1(比如金屬柵極層3160覆蓋約25％的柵極長度L_G)。此外，此實(shí)施例中厚度T2與兩倍的厚度T1的總合，與柵極長度L_G(比如小于約20nm)實(shí)質(zhì)上相同。由于半導(dǎo)體裝置3100的柵極堆疊的制作方式與前述類似，在此不贅述重復(fù)內(nèi)容。

通過上述技術(shù)，可沉積多種厚度的金屬以調(diào)整晶體管的臨界電壓。采用不同臨界電壓(VTH1與VTH2)的兩種金屬，可將裝置的臨界電壓調(diào)整于VTH1與VTH2之間。

一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體裝置包括通道區(qū)以及柵極堆疊。柵極堆疊包含柵極絕緣物、一對分隔的第一金屬柵極層、與第二金屬柵極層。柵極絕緣物沿著通道區(qū)的長度方向延伸。第一金屬柵極層具有第一功函數(shù)，且自柵極絕緣物延伸。第二金屬柵極層位于第一金屬柵極層之間，具有第二功函數(shù)且自柵極絕緣物延伸。

另一實(shí)施例提供半導(dǎo)體裝置的柵極堆疊的制作方法。半導(dǎo)體裝置包含一對間隔物以定義容置空間于間隔物之間。上述方法包括：將柵極絕緣物填入部份容置空間中；沉積金屬柵極層于容置空間中；以及移除間隔物上的金屬柵極層之間的第一金屬柵極層。

另一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體裝置的柵極堆疊的制作方法。半導(dǎo)體裝置包含一對間隔物以定義容置空間于間隔物之間。此方法包括將柵極絕緣物填入部份容置空間中；沉積虛置柵極層于容置空間中；以及移除間隔物上的虛置柵極層之間的虛置柵極層。

上述實(shí)施例的特征有利于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解可采用本申請案作為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并變化其他工藝與結(jié)構(gòu)以完成上述實(shí)施例的相同目的及/或相同優(yōu)點(diǎn)。