本發(fā)明實(shí)施例是關(guān)于一種柵極結(jié)構(gòu)，特別是一種包含功金屬函數(shù)層的柵極結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著科技節(jié)點(diǎn)逐漸縮小，在特定集成電路設(shè)計(jì)中，將多晶硅柵極電極以金屬柵極電極取代可以改善裝置效能又迎合較小的裝置尺寸。利用金屬柵極結(jié)構(gòu)(例如包含一金屬柵極電極而非多晶硅)提供了一種解決手段。在形成金屬柵極堆疊的其中一個(gè)制程被稱作為柵極后制(gate last)制程，最終的柵極堆疊是在最后的制程中形成，使得相關(guān)的制程簡(jiǎn)化。除此之外，隨著晶體管的大小減少，柵極氧化層的厚度也跟著柵極長(zhǎng)度一并減少，以維持柵極功效。為了減少柵極漏電，會(huì)使用高介電系數(shù)的柵極絕緣層，使得柵極結(jié)構(gòu)在體積更減縮的形態(tài)下，維持如較大體積的柵極相同的運(yùn)作功效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例提供柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)包含至少間隔層界定柵極區(qū)域于半導(dǎo)體基材上，柵極介電層設(shè)置于半導(dǎo)體基材的該柵極區(qū)域上，以及第一功函數(shù)金屬層設(shè)置于介電柵極層且內(nèi)襯間隔層內(nèi)側(cè)壁的底部部分。

根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例提供柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)包含至少間隔層界定柵極區(qū)域于半導(dǎo)體基材上，柵極介電層設(shè)置于半導(dǎo)體基材的該柵極區(qū)域上，第一功函數(shù)金屬層設(shè)置于介電柵極層且內(nèi)襯間隔層內(nèi)側(cè)壁的多個(gè)部分，第一功函數(shù)金屬層具有傾斜邊緣，以及填充金屬部分被第一功函數(shù)金屬層包覆，其中第一功函數(shù)金屬層傾斜邊緣是埋藏在該填充金屬之下。

根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例提供形成柵極結(jié)構(gòu)的方法，方法包含形成至少虛設(shè)柵極堆疊包含柵極介電層以及虛設(shè)柵極材料層于該柵極介電層之上，于該虛設(shè)柵極堆疊四周形成一層間介電層，自虛設(shè)柵極堆疊移除至少柵極材料層以形成凹槽，形成功函數(shù)金屬層于凹槽的底面以及側(cè)壁，自凹槽的側(cè)壁移除功函數(shù)金屬層的第一部分，其中移除功函數(shù)金屬層的第一部分后功函數(shù)金屬層的第二部分保留在凹槽，以及以填充金屬填充凹槽的剩余部分。

附圖說明

本發(fā)明實(shí)施例的上述和其他態(tài)樣以及特征請(qǐng)參照說明書內(nèi)容并配合附加附圖得到更清楚的了解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例一種制造柵極結(jié)構(gòu)方法的流程圖；

圖2-19是根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例一種制造半導(dǎo)體裝置方法各個(gè)階段的剖面圖；

圖20與圖21分別為圖17虛線部分局部放大圖；以及

圖22是根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例繪示形成一高介電金屬柵極堆疊中間階段的剖面圖。

具體實(shí)施方式

為了使本揭示內(nèi)容的敘述更加詳盡與完備，下文針對(duì)了本發(fā)明實(shí)施方式與具體實(shí)施例提出了說明性的描述；但這并非實(shí)施或運(yùn)用本發(fā)明具體實(shí)施例的唯一形式。以下所揭露的各實(shí)施例，在有益的情形下可相互組合或取代，也可在一實(shí)施例中附加其他的實(shí)施例，而無須進(jìn)一步的記載或說明。在以下描述中，將詳細(xì)敘述許多特定細(xì)節(jié)以使讀者能夠充分理解以下的實(shí)施例。然而，可在無此等特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例。

圖1是根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例一種制造柵極結(jié)構(gòu)方法100的流程圖。方法100自步驟101開始，設(shè)置虛設(shè)柵極堆疊層在一晶圓的一半導(dǎo)體基材上。接著，步驟103，圖案化該虛設(shè)柵極堆疊層以形成垂直虛設(shè)柵極堆疊。再來，步驟105，于該虛設(shè)柵極堆疊四周植布輕摻雜漏極源極(light-doped drain and source,LDD)。繼續(xù)到步驟107，形成間隔層于該虛設(shè)柵極堆疊兩側(cè)。接下來步驟109，于半導(dǎo)體基材植布源極/漏極區(qū)。繼續(xù)到步驟111，于間隔層四周形成層間介電層。再來，步驟113，移除虛設(shè)柵極堆疊以形成凹槽。到步驟115，設(shè)置功函數(shù)金屬層于該凹槽。接下來，步驟117，自凹槽側(cè)壁移除功函數(shù)金屬層第一部分。步驟119，以填充金屬填充凹槽剩余部分。步驟121，移除部分填充金屬以及功函數(shù)金屬層。接著，步驟123，以保護(hù)層填充凹槽剩余部分。步驟125，平坦化保護(hù)層以及層間介電層。

圖2-19是根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例一種制造半導(dǎo)體裝置方法各個(gè)階段的剖面圖。在圖2-19中，晶圓300是一半導(dǎo)體裝置在制造過程的中間階段。晶圓300包含一半導(dǎo)體基材301。半導(dǎo)體可以包含例如硅、硅絕緣體(silicon on insulator,SOI)、鍺(Ge)、碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)、砷化鎵鋁(GaAlAs)、磷化銦(InP)以及氮化鋁(GaN)、硅化鍺(SiGe)。半導(dǎo)體基材301可以為n-型或p-型摻雜或未摻雜。金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFETs)可添加至晶圓300，在互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體制程中(CMOS)其可為n-型或p-型或n-、p-兩型。根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，晶圓300包含n-型井區(qū)、p-型井區(qū)或兩者。圖1-19所示的方法適用于平面金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管以及/或鰭式場(chǎng)效晶體管(fin field effect transistors,FinFETs)。當(dāng)圖2-19的方法用來形成鰭式場(chǎng)效晶體管，半導(dǎo)體基材301包含至少一鰭結(jié)構(gòu)。圖2-19所示的部分半導(dǎo)體基材301為鰭結(jié)構(gòu)的一部分。

請(qǐng)參考圖2。一界面層303以及一高介電系數(shù)介電層(柵極介電層)305形成在半導(dǎo)體基材301之上(圖1步驟101)。界面層303半導(dǎo)體基材301與高介電系數(shù)介電層305的界面。界面層303包含一氧化硅或氮氧化硅。界面層303可以在形成高介電系數(shù)介電層305之前，晶圓300進(jìn)行濕清理的同時(shí)形成，抑或是形成高介電系數(shù)介電層305在半導(dǎo)體基材301之上的同時(shí)，透過界面處理形成，又或是在形成介電層305之后形成?？桃庑纬山缑鎸?03可以提供更好的界面品質(zhì)。界面層303厚度相當(dāng)薄，以減少界面層303在柵極中對(duì)于整個(gè)的氧化層的整體厚度。根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，界面層303的厚度約為1至20埃(angstroms)。

當(dāng)界面層303為氧化硅，可以透過合適的制程形成，例如以在設(shè)置高介電系數(shù)介電層305之前即時(shí)以氟化氫(HF)處理半導(dǎo)體基材301。另外一種形成氧化硅界面層303的制程為是用熱處理生成界面層303，接著用精密蝕刻達(dá)到所需的厚度。根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，界面層303可以在形成高介電系數(shù)介電層305之后形成。例如，氮氧化硅界面層可以透過退火處理包含硅半導(dǎo)體基材的晶圓以及鉿型高介電系數(shù)介電層的過程形成，而環(huán)境必須包含一氧化氮。透過后者的形成方式可以減少制程時(shí)間。

高介電系數(shù)介電層305包含一或多層高介電系數(shù)材料。高介電系數(shù)界電材料具有一介電系數(shù)至少或等于約4.0。高介電系數(shù)材料可以包含，例如鉿型材料像是HfO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO以及HfO₂Al₂O₃合金。其他高介電系數(shù)材料還包含例如ZrO₂、Ta₂O₅、Al₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃以及SrTiO₃。根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，高介電系數(shù)介電層305具有一厚度介于約5-50埃。高介電系數(shù)介電層305可以透過例如化學(xué)汽相沉積(chemical vapor deposition,化學(xué)汽相沉積)或原子層沉積(atomic layer deposition,原子層沉積)的方式形成。

另外，可形成一覆蓋層于高介電系數(shù)介電層305上。覆蓋層可在接下來的制程中保護(hù)高介電系數(shù)介電層305，并在之后虛設(shè)柵極材料層307移除后，當(dāng)作一蝕刻終止層。覆蓋層可以包含一或多層材料，材料包含例如TiN以及TaN。覆蓋層可以通過一沉積制程形成，像是化學(xué)汽相沉積,原子層沉積或電鍍至一特定厚度。

請(qǐng)繼續(xù)參考圖2,虛設(shè)柵極材料層307形成在高介電系數(shù)介電層305上。虛設(shè)柵極材料層307為多晶硅，亦可包含其他材料。虛設(shè)柵極材料層307可以透過半導(dǎo)體沉積制程形成。例如，多晶硅虛設(shè)柵極材料層可以透過熱解甲硅烷形成。形成虛設(shè)柵極材料層307之后，虛設(shè)柵極堆疊層310形成在晶圓300上如圖2所示。虛設(shè)柵極堆疊層310包含界面層303、高介電系數(shù)介電層305以及虛設(shè)柵極材料層307。

請(qǐng)參考圖3-4。虛設(shè)柵極堆疊層310經(jīng)過圖案化形成虛設(shè)柵極堆疊318a與318b(圖1步驟103)。為了形成虛設(shè)柵極堆疊318a與318b，圖案化可以由微影蝕刻制程達(dá)成。微影蝕刻制程包含以一光阻覆蓋晶圓300，根據(jù)裝置設(shè)計(jì)，選擇性暴露光阻，將光阻顯影，再利用圖案化的光阻當(dāng)作蝕刻光罩。圖案化的光阻可以當(dāng)作遮罩拿來蝕刻虛設(shè)柵極堆疊層310。抑或是，將光阻拿來圖案劃一硬遮罩層。如果使用硬遮罩層，應(yīng)遮罩是在光阻形成之前形成。圖2所示的晶圓300在圖案化之前包含一硬遮罩層309。圖3所示的晶圓300包含一圖案化硬遮罩層309a與309b。圖案化硬遮罩層309a與309b被當(dāng)作虛設(shè)柵極堆疊層310的蝕刻遮罩使用。任何蝕刻制程或組合多種不同蝕刻方式的制程都可以用來形成虛設(shè)柵極堆疊層310。

請(qǐng)參考圖4。圖案化虛設(shè)柵極堆疊層310之后，形成虛設(shè)柵極堆疊318a與318b。虛設(shè)柵極堆疊318a包含界面層303a、高介電系數(shù)介電層305a、虛設(shè)柵極材料層307a以及圖案化的硬遮罩層309a。同樣地，虛設(shè)柵極堆疊318b包含界面層303b、高介電系數(shù)介電層305b、虛設(shè)柵極材料層307b以及圖案化硬遮罩層309b。需注意的是，虛設(shè)柵極堆疊318a與318b可能不是彼此相鄰。為求圖示簡(jiǎn)潔，兩個(gè)虛設(shè)柵極堆疊318a與318b在圖示中相鄰并排表示。虛設(shè)柵極堆疊318a與318b可被其他圖示未繪示的元件分隔。

蝕刻虛設(shè)柵極堆疊層310的制程包含等離子蝕刻。在等離子蝕刻的過程可以用活性氣與晶圓300反應(yīng)，以產(chǎn)生揮發(fā)性的副產(chǎn)物，揮發(fā)性副產(chǎn)物在接下來的蝕刻過程會(huì)再沉積在附近的表面上。如此一來，可以形成一保護(hù)層(圖未示)在虛設(shè)柵極堆疊318a與318b的側(cè)壁。保護(hù)層可以為二氧化硅或其他類似的材料像是硅酸鹽。

進(jìn)行離子植布制程，在虛設(shè)柵極堆疊四周形成輕摻雜漏極源極區(qū)域(圖1步驟105)。虛設(shè)柵極堆疊318a與318b被當(dāng)作遮罩，用來協(xié)助控制植布型態(tài)與分布。圖5繪示晶圓300以及輕摻雜漏極源極區(qū)域329a與329b形成在半導(dǎo)體基材301上。在離子植布之后，間隔層320a與320b形成在虛設(shè)柵極堆疊318a與318b四周(圖1步驟107)。間隔層材料先設(shè)置在晶圓300上，覆蓋虛設(shè)柵極堆疊318a與318b以及虛設(shè)柵極堆疊318a與318b之間的區(qū)域。接著蝕刻間隔層材料，移除部分位于虛設(shè)柵極堆疊318a與318b之上以及虛設(shè)柵極堆疊318a與318b之間的間隔層材料。通過微調(diào)蝕刻制程條件，在蝕刻制程結(jié)束之后，間隔層部分320a與320b被保留在虛設(shè)柵極堆疊318a與318b之間。

形成間隔層之前，可形成間隔層內(nèi)襯層(圖未示)。間隔層內(nèi)襯層可以是二氧化硅或硅酸鹽。如果也設(shè)置了保護(hù)層，間隔層內(nèi)襯層的材料可以與保護(hù)層類似。間隔層320a與320b可以是氧化硅或其他具有順型沉積、與虛設(shè)柵極材料之間存在高蝕刻選擇性(較虛設(shè)柵極材料層更不易被蝕刻)以及一保護(hù)材料用來保留摻雜物。

請(qǐng)續(xù)參考圖5。在形成間隔層320a與320b之后，形成源極/漏極區(qū)域327a與327b(圖1步驟109)。源極/漏極區(qū)域327a與327b形成在半導(dǎo)體基材301里。根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，當(dāng)虛設(shè)柵極堆疊318a以及/或虛設(shè)柵極堆疊318b為p-型金屬氧化半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(p-MOS)裝置，源極/漏極區(qū)域327a以及/或源極/漏極區(qū)域327b為p-型。根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，當(dāng)虛設(shè)柵極堆疊318a以及/或虛設(shè)柵極堆疊318b為n-型金屬氧化半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(n-MOS)裝置，源極/漏極區(qū)域327a以及/或源極/漏極區(qū)域327b為n-型。源極/漏極區(qū)域327a與327b的形成方式可以是例如蝕刻半導(dǎo)體基材301，于半導(dǎo)體基材301形成凹槽，接著進(jìn)行壘晶，生成源極/漏極區(qū)域327a與327b于凹槽內(nèi)。

請(qǐng)參考圖6。形成一層間介電層319(圖1步驟111)。層間介電層319附著在間隔層320a與320b以及硬遮罩層309a與309b.之上。

請(qǐng)參考圖7。形成層間介電層319之后，在晶圓300表面進(jìn)行平坦化制程，以降低虛設(shè)柵極材料層307a與307b的表面高度。平坦化可以由例如化學(xué)機(jī)械拋光(chemical mechanical polishing,CMP)達(dá)成。在平坦化之后，移除圖案化硬遮罩層309a與309b，虛設(shè)柵極材料層307a與307b、間隔層320a與320b以及層間介電層319皆具有相同高度。

請(qǐng)參考圖8。將虛設(shè)柵極材料層307a與307b自凹槽312a與312b內(nèi)移除(圖1步驟113)。虛設(shè)柵極材料層307a與307b可以通過一個(gè)或多個(gè)蝕刻步驟移除，包含濕蝕刻以及干蝕刻。根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例，在晶圓300上圖案化一硬遮罩以保護(hù)層間介電層319以及間隔層320a與320b。根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，進(jìn)行依第一蝕刻制程，穿過虛設(shè)柵極材料層307a與307b本身的氧化層。再進(jìn)行第二蝕刻制程，減少虛設(shè)柵極材料層307a與307b的厚度。虛設(shè)柵極材料層的蝕刻可以停止在高介電系數(shù)層305a與305b，抑或持續(xù)進(jìn)行直到介面層303a與303b或到半導(dǎo)體基材301。根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，只有虛設(shè)柵極材料層307a與307b被移除。不過，蝕刻制程可能移除一部分周遭的材料像是間隔層320a與320b。凹槽312a形成在間隔層320a之間，凹槽312b形成在間隔層320b之間。如先前所述，高介電系數(shù)介電層305a與305b也可能被移除，在此種情形下，一高介電系數(shù)介電層將于另一個(gè)步驟中再形成。

請(qǐng)參考圖9。多個(gè)功函數(shù)金屬層形成在凹槽312a與312b內(nèi)。多個(gè)功函數(shù)金屬沉積在凹槽312a與312b內(nèi)(圖1步驟115)。兩個(gè)柵極結(jié)構(gòu)分別標(biāo)示為300a與300b。第一功函數(shù)金屬層330形成在凹槽312a與312b內(nèi)，沿著凹槽312a與312b的底面與側(cè)壁外型以及間隔層320a與320b以及層間介電層319的上表面形成。第二功函數(shù)金屬層340沉積在第一功函數(shù)金屬層330上且順型形成于第一功函數(shù)金屬層330。第一功函數(shù)金屬層330與高介電系數(shù)介電層高介電系數(shù)介電層305a與305b直接接觸。第二功函數(shù)金屬層340延承第一功函數(shù)金屬層330的外型態(tài)樣。

第一與第二功函數(shù)金屬層330與340材料可以包含Ti、TiAl、TiAlN、TaC、TaCN、TaSiN、Mn、Zr、TiN、TaN、Ru、Mo、WN、Co、Al或其他合適的材料。舉例來說，當(dāng)至少柵極結(jié)構(gòu)300a與300b其中一者為PMOS裝置，第一與第二功函數(shù)金屬層330與340包含至少TiN、Co、WN或TaC其中一種。又，當(dāng)至少柵極結(jié)構(gòu)300a與300b其中一者為NMOS裝置，第一與第二功函數(shù)金屬層330與340包含至少Ti、Al或TiAl其中一種。第一與第二功函數(shù)金屬層330與340可通過化學(xué)汽相沉積、等離子化學(xué)汽相沉積(plasma-enhanced CVD)、濺鍍、電子束、涂布、物理汽相沉積(physical vapor deposition,PVD)、原子層沉積或其他方式形成。

請(qǐng)參考圖10-13。第二功函數(shù)金屬層340經(jīng)過兩步驟回蝕(圖1步驟117)。如圖10所示，一遮罩層345設(shè)置在半導(dǎo)體基材301之上。根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，遮罩層345可以是一底部抗反射層(bottom anti-reflective coating,BARC)。遮罩層345填充凹槽312a與312b且覆蓋在間隔層320a與320b以及層間介電層319之上的第二功函數(shù)金屬層340。

接下來，請(qǐng)參考圖11。進(jìn)行第一蝕刻，例如干蝕刻，圖案化遮罩層345。圖案化的遮罩層345a與345b分別回縮至凹槽312a與312b內(nèi)。遮罩層345a與345b的表面高度降低至凹槽312a與312b內(nèi)。

請(qǐng)參考圖12。進(jìn)行完第一次蝕刻之后，遮罩層345圖案化形成了遮罩層345a與345b，再進(jìn)行第二蝕刻。第二蝕刻可以是濕蝕刻，針對(duì)第二功函數(shù)金屬層340。在第二蝕刻時(shí)，圖案化的遮罩層345a與345b保護(hù)了其下位于凹槽312a與312b的第二功函數(shù)金屬層340。在第二蝕刻結(jié)束后，the第二功函數(shù)金屬340a與340b分別下降至凹槽312a與312b內(nèi)，且第二功函數(shù)金屬340a與340b的頂端緣在第二蝕刻過程中因修飾作用形成傾斜邊緣342a與342b。根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，第一功函數(shù)金屬層330以及第二功函數(shù)金屬層340是由不同材料構(gòu)成。第一功函數(shù)金屬層330是由在第二蝕刻中對(duì)于第二功函數(shù)金屬層340具有蝕刻選擇性的材料構(gòu)成。

請(qǐng)參考圖13?；匚g制程是針對(duì)第二功函數(shù)金屬層340,而第一功函數(shù)金屬層330在此階段因?yàn)槲g刻選擇性保持其完整。接著，將圖案化遮罩層345a與345b自晶圓300移除。傾斜邊緣342a與342b具有一斜角向凹槽312a與312b內(nèi)部下降(遠(yuǎn)離間隔層320a與320b)。漸縮、傾斜邊緣342a與342b的斜角角度介于約15至45度。根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，傾斜邊緣342a與342b為圓弧角。

請(qǐng)參考圖14。第三功函數(shù)金屬層350設(shè)置在晶圓300上，且第三功函數(shù)金屬層350在柵極結(jié)構(gòu)300a的一部分被移除。根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例,柵極結(jié)構(gòu)300a以及柵極結(jié)構(gòu)300b被當(dāng)作具有不同臨界電壓的晶體管或不同種類的晶體管，因此，柵極結(jié)構(gòu)300a以及柵極結(jié)構(gòu)300b具有不同數(shù)量的功函數(shù)金屬層。根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，柵極結(jié)構(gòu)300a不包含第三功函數(shù)金屬層350，而柵極結(jié)構(gòu)300b包含第三功函數(shù)金屬層350。根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，柵極結(jié)構(gòu)300a是為一p-型柵極電極，柵極結(jié)構(gòu)300b是為一n-型柵極電極。n-型與p-型裝置的臨界電壓可以通過不同功函數(shù)金屬層的組合微調(diào)。為了達(dá)到不同的臨界電壓，形成不同數(shù)量的功函數(shù)金屬層組合，因此造成柵極結(jié)構(gòu)300a與300b不同的圖案。第三功函數(shù)金屬層350順型形成于有內(nèi)襯的凹槽312b，其中第一功函數(shù)金屬層330以及第二功函數(shù)金屬層340b內(nèi)襯凹槽312b的底面以及側(cè)壁。第三功函數(shù)金屬層350超越第二功函數(shù)金屬層340b在凹槽312b內(nèi)的傾斜邊緣342b，因此第二與第三功函數(shù)金屬層340b與350皆與第一功函數(shù)金屬層330接觸。除此之外，因?yàn)榈诙瘮?shù)金屬層340b的邊緣經(jīng)過修飾，第三功函數(shù)金屬層350沿襲凹槽312b倒置的階梯狀金字塔的形狀。

請(qǐng)參考圖15。回蝕第三功函數(shù)金屬層350生成傾斜邊緣352。與第二功函數(shù)金屬340a與340b類似，第三功函數(shù)金屬層350經(jīng)過一連串的蝕刻制程。利用一遮罩層進(jìn)行第一蝕刻，在凹槽312b內(nèi)的第三功函數(shù)金屬層350上界定一圖案化遮罩層。接著，第二蝕刻造成第三功函數(shù)金屬層350縮回進(jìn)入凹槽312b內(nèi)，且形成傾斜邊緣352。第三功函數(shù)金屬層350覆蓋其下的第二功函數(shù)金屬層340b。第二蝕刻之后第三功函數(shù)金屬層350再增加凹槽312b側(cè)壁的一個(gè)階層。傾斜邊緣342b的角度、外型被轉(zhuǎn)型到第三功函數(shù)金屬層350。相同地，因?yàn)槲g刻選擇性，此回蝕制程針對(duì)特定功函數(shù)金屬層，而第一功函數(shù)金屬層330在第一與第二功函數(shù)金屬層回蝕的過程中得以保留其原型。

請(qǐng)參考圖16。填充金屬360沉積在晶圓300上(圖1步驟119)。填充金屬360填充凹槽312a與312b剩余的部分，且填滿、溢過凹槽312a與312b并覆蓋住在間隔層320a與320b、層間介電層319上的第一功函數(shù)金屬層330。填充金屬360可以包含例如鎢(W)。柵極結(jié)構(gòu)300a與300b因?yàn)橛胁煌瑪?shù)量的功函數(shù)金屬層，所以具有不同圖案。如圖16所示，在沉積填充金屬360之后，凹槽312a與312b內(nèi)不同的形態(tài)更加明顯。在柵極結(jié)構(gòu)300a，一部分的填充金屬360是由第二功函數(shù)金屬層340a包覆，而填充金屬360剩下的部分與第一功函數(shù)金屬層330接觸。在柵極結(jié)構(gòu)300b，填充金屬360填滿溢過凹槽312b且鋪蓋在第一功函數(shù)金屬層330以及第三功函數(shù)金屬層350上。在凹槽312b內(nèi)的填充金屬360不與第二功函數(shù)金屬層340b接觸，因?yàn)榈诙瘮?shù)金屬層340b被覆蓋在第三功函數(shù)金屬層350之下而且沒有暴露出來。第二功函數(shù)金屬層340b對(duì)于階梯狀的凹槽312b的階層型態(tài)仍有貢獻(xiàn)，而且依舊發(fā)揮其原本功效，也就是電壓微調(diào)。三層的功函數(shù)金屬層330、340b、與350一起產(chǎn)生漸縮的凹槽312b側(cè)壁，又比在凹層312a內(nèi)的雙層功函數(shù)金屬層330與340a多了一個(gè)階層。

請(qǐng)參考圖17。進(jìn)行回蝕使得填充金屬360以及第一功函數(shù)金屬層330收縮進(jìn)入凹槽312a與312b(圖1步驟121)。全面性的回蝕無法顧及柵極結(jié)構(gòu)的不同圖案。當(dāng)只有填充金屬360與第一功函數(shù)金屬層330為全面性回蝕制程目標(biāo)物，不同柵極結(jié)構(gòu)的變異可以縮到最小。

請(qǐng)續(xù)參考圖17。經(jīng)過回蝕，填充金屬360a、360b高度降至凹槽312a與312b內(nèi)，且在層間介電層319上的第一功函數(shù)金屬層330也被移除。回蝕持續(xù)進(jìn)行直到第一功函數(shù)金屬層330a與330b縮回至凹槽312a與312b內(nèi)。第一功函數(shù)金屬層330a與330b的傾斜邊緣332a與332b分別在回蝕的過程中形成。填充金屬360a與360b靠近第一功函數(shù)金屬層330a與330b在凹槽312a與312b內(nèi)的邊緣。如此一來，填充金屬360a與360b的表面積皆是由第一功函數(shù)金屬層330a與330b界定。在全面性回蝕的過程中，只有第一功函數(shù)金屬層330與填充金屬360被部分移除。因?yàn)榈诙c第三功函數(shù)金屬層340a、340b與350都埋藏在凹槽312a與312b內(nèi)，因此當(dāng)進(jìn)行回蝕的制程的時(shí)候，不同數(shù)量的功函數(shù)金屬層造成的加載圖案(loading pattern)可以被忽略。

請(qǐng)參考圖20與圖21，繪示柵極結(jié)構(gòu)300a與300b的局部放大圖。當(dāng)進(jìn)行全面性蝕刻以降低填充金屬360表面高度，填充金屬360a與360b在凹槽312a與312b內(nèi)各自降至大約相同高度。部分第一功函數(shù)金屬層330在回蝕中被移除，而第二與第三功函數(shù)金屬層340a與350保留其形態(tài)也不被暴露。填充金屬360a與360b與下半部與第二功函數(shù)金屬層340a或第三功函數(shù)金屬層350接觸。功函數(shù)金屬層330a,330b,340a,340b以及350發(fā)揮他們預(yù)設(shè)的功效，而功函數(shù)金屬層340a,340b以及350埋藏在填充金屬360a與360b之下。因?yàn)榈诙c第三功函數(shù)金屬層340a,340b以及350都埋藏于填充金屬360a與360b下，縱使柵極結(jié)構(gòu)300a與300b具有不同加載圖案(也就是不同數(shù)量的功函數(shù)金屬層)，柵極結(jié)構(gòu)300a與300b的上視外貌也是幾乎完全相同。

如圖20所示，第一與第二功函數(shù)金屬層330a與340a產(chǎn)生一漸縮的凹槽312a側(cè)壁外貌。填充金屬360a填充到凹槽312a內(nèi)且貌似兩階層的倒置金字塔。第一功函數(shù)金屬層330a界定一第一寬度W1，第一寬度是自一側(cè)傾斜邊緣332置另一側(cè)傾斜邊緣332的寬度。第二功函數(shù)金屬層340a界定一第二寬度W2，第二寬度是自一側(cè)傾斜邊緣342a置另一側(cè)傾斜邊緣342a的寬度。填充金屬360a填充進(jìn)漸縮的凹槽312a內(nèi)，且填充金屬360a的第一部分361a介于半導(dǎo)體基材301與填充金屬360a的第二部分362。填充金屬360a的第一部分361a具有第二寬度W2，而填充金屬360a的第二部分362a具有第一寬度。填充金屬360a自凹槽312a底面向外擴(kuò)張，因?yàn)榈诙瘮?shù)金屬層340a埋設(shè)其下。填充金屬360a較寬廣的第一寬度W1得以保留，且第二功函數(shù)金屬層340a以及其較窄的第二寬度W2不被暴露。

同樣地，如圖21所示，除了由第一以及第二功函數(shù)金屬層330b與340b定義的第一與第二寬度W1與W2，第三功函數(shù)金屬層350界定第三寬度W3，第三寬度是自一側(cè)傾斜邊緣352置另一側(cè)傾斜邊緣352的寬度。第三寬度W3為三個(gè)寬度里最窄的一個(gè)，因?yàn)榈谌瘮?shù)金屬層350被壓縮在凹槽內(nèi)第二功函數(shù)金屬層340b剩下的空間。填充金屬360b填充漸縮的凹槽312b，從底部到頂部分別為第一部分361b、第二部分362b以及第三部分363b。填充金屬360b的第三部分363b具有最寬的第一寬度W1。填充金屬360a自凹槽312b底面往外擴(kuò)張，因?yàn)榈诙c第散功函數(shù)金屬層340b與350埋設(shè)在填充金屬360b下。填充金屬比較寬闊的第三部分363b具有第一寬度W1，第一寬度得以保留，且填充金屬360b比較窄的第一與第二部分361b與362b埋藏在下不被暴露。

實(shí)際操作中，除了每層功函數(shù)金屬層的寬度，功函數(shù)金屬層在凹槽側(cè)壁產(chǎn)生不同的斜度。在圖20的凹槽312a內(nèi)，第一功函數(shù)金屬層330a的斜度較第二功函數(shù)金屬層340a緩和。第二功函數(shù)金屬層340a在凹槽312a底部具有將近垂直的斜度。填充金屬360a的第一部分361a，也就是填充凹槽312a底部的部分，比填充金屬360a的第二部分362a具有較劇烈的斜度。如圖21所示，第三功函數(shù)金屬層350又增加凹槽312b側(cè)壁的階層，凹槽312b側(cè)壁的斜度從上到下逐漸增加。填充金屬360b的第一部分361b在凹槽312b底部具有一將近垂直的斜度，填充金屬360b的第二部分362b的斜度漸趨緩和。填充金屬360b的第三部分363b，也就是在凹槽312b頂部的填充金屬，在凹槽312b內(nèi)具有最緩和的斜度。

請(qǐng)續(xù)參考圖20與圖21。無論凹槽312a與312b的元件安排為何，柵極結(jié)構(gòu)300a與300b的俯視幾乎呈現(xiàn)完全相同的狀態(tài)，只會(huì)看到填充金屬360a與360b以及第一功函數(shù)金屬層330a與330b。除了不同柵極結(jié)構(gòu)暴露在外的元件相同之外，俯視的外貌也是一致的。填充金屬360a與360b具有相同寬度，這個(gè)寬度分別由第一功函數(shù)金屬層330a與330b的唇部界定。柵極結(jié)構(gòu)300a與300b從俯視角度一致的外貌結(jié)構(gòu)對(duì)于接下來的制程具有益處。

請(qǐng)參考圖18。保護(hù)層370像是一氮化層填充凹槽312a與312b剩余的部分。保護(hù)層370是用來保護(hù)其下的元件像是功函數(shù)金屬層。無論是在凹槽312a或在凹槽312b，保護(hù)層370都維持在相同高度。除此之外，保護(hù)層370下方的元件設(shè)置也是一致的。保護(hù)層370與第一功函數(shù)金屬層330a與330b的傾斜邊緣332a與332b以及填充金屬360a與360b接觸。第一功函數(shù)金屬層330a與330b的傾斜邊緣332a與332b位于相同高度，且填充金屬360a與360b具有相同表面積以及相同的俯視外貌。

請(qǐng)參考圖19。進(jìn)行平坦化制程像是化學(xué)機(jī)械拋光。柵極結(jié)構(gòu)300a與300b下降至與第一功函數(shù)金屬層330a與330b的傾斜邊緣332a與332b的高度相當(dāng)。由于凹槽312a與312b的外貌相同，僅需考慮傾斜邊緣332a與332b的位置。換句話說，無論凹槽內(nèi)功函數(shù)金屬層的數(shù)量為何，保護(hù)層370拋光所使用的參數(shù)可以全面適用于具有不同圖案的柵極結(jié)構(gòu)300a與300b，因?yàn)楸Ｗo(hù)層370與柵極結(jié)構(gòu)300a以及300b兩者之間介面的外貌都是相同的，而且介面都位于相同高度。在這種情形下，在拋光的過程中，功函數(shù)金屬層的邊緣比較不容易穿透保護(hù)層370a與370b。

保護(hù)層370a與370b防止侵略性的侵蝕，例如化學(xué)溶劑像是后續(xù)蝕刻制程使用的酸。如果保護(hù)層發(fā)生缺陷，異物可能造成金屬柵極消融或?qū)ζ渌斐韶?fù)面影響。通過在不同加載圖案形成相同外貌的手段，當(dāng)進(jìn)行保護(hù)層拋光制程，只需注意第一功函數(shù)金屬層以及填充金屬的位置，而不需擔(dān)心在不同柵極結(jié)構(gòu)埋藏于填充金屬之下的不同功函數(shù)金屬層。

請(qǐng)參考圖22繪示具有四層功函數(shù)金屬層的柵極結(jié)構(gòu)300c。柵極結(jié)構(gòu)300c包含第一、第二與第三功函數(shù)金屬層330c,340c與350c。除此之外，柵極結(jié)構(gòu)300c還包含第四功函數(shù)金屬層380形成在第三功函數(shù)金屬層350c之上。相較于柵極結(jié)構(gòu)300b，柵極結(jié)構(gòu)300c經(jīng)過多一次的功函數(shù)金屬層回蝕制程。第四功函數(shù)金屬層380在凹槽312c內(nèi)鋪蓋在第三功函數(shù)金屬層350c之上，傾斜邊緣342c與352c轉(zhuǎn)移到第四功函數(shù)金屬層380上。第四功函數(shù)金屬層380頂緣具有傾斜邊緣382。凹槽312c的側(cè)壁形成一四階層的倒置金字塔，斜度從底到頂逐漸減少。填充金屬360c與填充金屬360a與360b相比仍然具有相同的表面積與外貌，縱使功函數(shù)金屬層已經(jīng)增加到四層。

除了第一功函數(shù)金屬層，其余的功函數(shù)金屬層都被埋藏在金填充金屬之下。第一功函數(shù)金屬層與填充金屬的回蝕，相較之下簡(jiǎn)單許多，因?yàn)槌说谝还瘮?shù)金屬層，其余的功函數(shù)金屬層并不需在全面性回蝕的過程中被蝕刻移除。因此縱使在不同柵極結(jié)構(gòu)的情形下，依然可以產(chǎn)生俯視外貌相同的結(jié)果。

根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例提供柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)包含至少間隔層界定柵極區(qū)域于半導(dǎo)體基材上，柵極介電層設(shè)置于半導(dǎo)體基材的柵極區(qū)域上，以及第一功函數(shù)金屬層設(shè)置于介電柵極層且內(nèi)襯間隔層內(nèi)側(cè)壁的底部部分。

根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，填充金屬的第二部分是超越第一功函數(shù)金屬層的至少一頂端緣。

根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，第一功函數(shù)金屬層的至少一頂端緣遠(yuǎn)離間隔層下降。

根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，柵極結(jié)構(gòu)還包含第二功函數(shù)金屬層設(shè)置于第一功函數(shù)金屬層以及填充金屬之間。

根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，第二功函數(shù)金屬層是埋設(shè)于該填充金屬下。

根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例提供柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)包含間隔層界定柵極區(qū)域于半導(dǎo)體基材上，柵極介電層設(shè)置于半導(dǎo)體基材的柵極區(qū)域上，第一功函數(shù)金屬層設(shè)置于介電柵極層且內(nèi)襯間隔層內(nèi)側(cè)壁的多個(gè)部分，第一功函數(shù)金屬層具有傾斜邊緣，以及填充金屬部分被第一功函數(shù)金屬層包覆，第一功函數(shù)金屬層傾斜邊緣是埋藏在填充金屬之下。

根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，柵極結(jié)構(gòu)還包含第二功函數(shù)金屬層包覆第一功函數(shù)金屬層以及填充金屬，第二功函數(shù)金屬層具有至少一部分凸出于填充金屬的一頂面。

根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，柵極結(jié)構(gòu)還包含保護(hù)層覆蓋在填充金屬以及第二功函數(shù)金屬層的凸出于填充金屬頂面的部分。

根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例提供形成柵極結(jié)構(gòu)的方法，方法包含形成虛設(shè)柵極堆疊包含柵極介電層以及虛設(shè)柵極材料層于柵極介電層之上，于虛設(shè)柵極堆疊四周形成層間介電層，自虛設(shè)柵極堆疊移除柵極材料層以形成凹槽，形成功函數(shù)金屬層于凹槽的底面以及側(cè)壁，自凹槽的側(cè)壁移除功函數(shù)金屬層的第一部分，其中移除功函數(shù)金屬層第一部分后功函數(shù)金屬層的第二部分保留在凹槽，以及以填充金屬填充凹槽的剩余部分。

根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施例，形成柵極結(jié)構(gòu)的方法，自凹槽的側(cè)壁移除功函數(shù)金屬層的第一部分包含形成一遮罩層于凹槽上，圖案化遮罩層，其中圖案化遮罩層之后遮罩層一表面高度低于凹槽，使得功函數(shù)金屬層的第一部分暴露于圖案化的遮罩層外，蝕刻功函數(shù)金屬層的第一部分，以及移除圖案化的遮罩層。

雖然本發(fā)明部分實(shí)施例已以實(shí)施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明部分實(shí)施例，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明部分實(shí)施例的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明部分實(shí)施例的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。