本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置以及制造該半導(dǎo)體裝置的方法，尤其涉及具有變化閾值電壓的半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)上，不同的半導(dǎo)體裝置經(jīng)制造而具有一個或多個不同的裝置特性，例如閾值電壓、開關(guān)速度、泄露功率消耗等。多種不同的設(shè)計可分別向意圖執(zhí)行特定功能的裝置提供這些特性的其中一個或多個的優(yōu)化。例如，一種設(shè)計可具有降低的閾值電壓，以增加提供計算邏輯功能的裝置的開關(guān)速度，而另一種設(shè)計可具有增加的閾值電壓，以降低提供存儲器儲存功能的裝置的功率消耗。如半導(dǎo)體裝置技術(shù)例如場效應(yīng)晶體管(field-effecttransistor；fet)中所已知的那樣，閾值電壓是允許電流從源區(qū)經(jīng)過fet的溝道區(qū)流至漏區(qū)所需的最小柵極電壓。使用分別針對不同的功能進行優(yōu)化的多個分立裝置的系統(tǒng)將導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜性增大、系統(tǒng)覆蓋區(qū)(footprint)增加以及系統(tǒng)成本增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的特定缺點并提供額外的優(yōu)點，在一個態(tài)樣中提供一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，該方法包括例如：設(shè)置結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有至少一個區(qū)域并包括設(shè)于襯底上方的介電層；在該介電層上方形成包括閾值電壓調(diào)整層的多層堆疊結(jié)構(gòu)，該多層堆疊結(jié)構(gòu)包括位于該至少一個區(qū)域的第一區(qū)域中的第一閾值電壓調(diào)整層、以及位于該至少一個區(qū)域的第二區(qū)域中的第二閾值電壓調(diào)整層；以及退火該結(jié)構(gòu)以定義該至少一個區(qū)域的變化閾值電壓，該退火促進至少一個閾值電壓調(diào)整種類(threshold-voltageadjustingspecies)自該第一犧牲層及該第二犧牲層擴散進入該介電層中，其中，該第一區(qū)域的閾值電壓獨立于該第二區(qū)域的該閾值電壓。

在另一個態(tài)樣中，提供一種半導(dǎo)體裝置，其例如包括：pfet裝置區(qū)域的第一替代金屬柵極結(jié)構(gòu)，具有第一有效功函數(shù)并包括具有第一閾值調(diào)整種類的第一介電層；以及該pfet裝置區(qū)域的第二替代金屬柵極結(jié)構(gòu)，具有第二有效功函數(shù)并包括缺乏該第一閾值調(diào)整種類的該第一介電層，其中，該第一有效功函數(shù)大于或等于5ev(電子伏)。

通過本發(fā)明的技術(shù)實現(xiàn)額外的特征及優(yōu)點。本發(fā)明的其它實施例及態(tài)樣在本文中作詳細說明并作為所請求保護的發(fā)明的部分。

附圖說明

本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣被特別指出并在說明書的結(jié)束處的聲明中被明確稱為示例。結(jié)合附圖參照下面的詳細說明可清楚本發(fā)明的上述及其它目的、特征以及優(yōu)點，該些附圖中：

圖1a顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣在后柵極半導(dǎo)體裝置制程期間所獲得的中間結(jié)構(gòu)的剖視圖并顯示設(shè)于襯底的一個或多個區(qū)域內(nèi)的介電層；

圖1b顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣在該介電層上方共形設(shè)置犧牲功函數(shù)層以后的圖1a的結(jié)構(gòu)；

圖1c顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣自該襯底的第一區(qū)域選擇性移除該犧牲功函數(shù)層以后的圖1b的結(jié)構(gòu)；

圖1d顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣形成多層堆疊結(jié)構(gòu)以后的圖1c的結(jié)構(gòu)；

圖1e顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣選擇性移除該襯底的第二區(qū)域內(nèi)的該多層堆疊結(jié)構(gòu)以后的圖1d的結(jié)構(gòu)；

圖1f顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣形成額外多層堆疊結(jié)構(gòu)以后的圖1e的結(jié)構(gòu)；

圖1g顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣退火以定義該第一區(qū)域及該第二區(qū)域的閾值電壓并隨后移除該多層堆疊結(jié)構(gòu)及該額外多層堆疊結(jié)構(gòu)以后的圖1f的結(jié)構(gòu)；

圖1h顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣在該襯底的該一個或多個區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個或多個功函數(shù)層以后的圖1g的結(jié)構(gòu)；以及

圖1i顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣在該襯底的該一個或多個區(qū)域內(nèi)已形成替代柵極結(jié)構(gòu)的圖1h的所得結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

通過參照附圖中所示的非限制例子來更加充分地解釋本發(fā)明的態(tài)樣及其特定的特征、優(yōu)點以及細節(jié)。省略對已知材料、制造工具、制程技術(shù)等的說明，以免在細節(jié)上不必要地模糊本發(fā)明。不過，應(yīng)當理解，該詳細說明及該具體例子盡管標示本發(fā)明的實施例，但僅作為示例，而非限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會從本發(fā)明中了解在基礎(chǔ)的發(fā)明概念的精神和/或范圍內(nèi)的各種替代、修改、添加和/或布局。

在某種程度上，本發(fā)明提供一種制造一個或多個半導(dǎo)體裝置的方法，該半導(dǎo)體裝置包括具有變化閾值電壓的場效應(yīng)晶體管(fet)裝置。在一個態(tài)樣以及在典型集成電路中，可互連數(shù)千個或更多fet。作為一個例子，以及在互補金屬氧化物半導(dǎo)體(complementarymetal-oxide-semiconductor；cmos)技術(shù)中，n型fet(nfet)可例如通過共用共柵極結(jié)構(gòu)與p型fet(pfet)互連，或者可通過金屬接觸連接。在典型集成電路制程期間，可能想要通過以具有不同閾值電壓的不同fet實施該集成電路的不同部分來優(yōu)化該集成電路的泄露、功率消耗以及速度。例如，可能想要以相對較高的速度執(zhí)行邏輯或算術(shù)功能，以支持高級特征，并以相對較低的速度執(zhí)行存儲器儲存，以節(jié)約功率。當使用傳統(tǒng)的制程來設(shè)計將nfet及pfet兩者與多個閾值電壓組合的集成電路時，產(chǎn)生挑戰(zhàn)。本文中所使用的變化閾值電壓是指一個fet(例如nfet或pfet)的閾值電壓獨立于該集成電路的不同區(qū)域中的對應(yīng)fet的閾值電壓進行調(diào)制。

在本發(fā)明的一個態(tài)樣中，提供一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，該方法包括：設(shè)置結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有至少一個區(qū)域并包括設(shè)于襯底上方的介電層；在該介電層上方形成包括閾值電壓調(diào)整層的多層堆疊結(jié)構(gòu)，該多層堆疊結(jié)構(gòu)包括位于該至少一個區(qū)域的第一區(qū)域中的第一閾值電壓調(diào)整層、以及位于該至少一個區(qū)域的第二區(qū)域中的第二閾值電壓調(diào)整層；以及退火該結(jié)構(gòu)以定義該至少一個區(qū)域的變化閾值電壓，該退火促進至少一個閾值電壓調(diào)整種類自該第一閾值電壓調(diào)整層及該第二閾值電壓調(diào)整層擴散進入該介電層中，其中，該第一區(qū)域的閾值電壓獨立于該第二區(qū)域的該閾值電壓。

在一個實施例中，該多層堆疊結(jié)構(gòu)可包括或由犧牲功函數(shù)層(sacrificialwork-functionlayer)制成，且該閾值電壓調(diào)整層設(shè)于該犧牲功函數(shù)層上方，其中，所述形成該多層堆疊結(jié)構(gòu)可包括例如設(shè)定該犧牲功函數(shù)層的厚度，以定義該至少一個區(qū)域的該變化閾值電壓。本文中所使用的“設(shè)定”是指改變或調(diào)節(jié)至少一個區(qū)域中的該犧牲功函數(shù)層的厚度，以定義該至少一個區(qū)域的閾值電壓。另外，所述形成該多層堆疊結(jié)構(gòu)可包括設(shè)定該犧牲功函數(shù)層在該第一區(qū)域中的第一厚度以及在該第二區(qū)域中的第二厚度，其中，該第二厚度小于該第一厚度。在一個例子中，所述形成該多層堆疊結(jié)構(gòu)可包括設(shè)定該犧牲功函數(shù)層的厚度，以使該犧牲功函數(shù)層在該第二區(qū)域中不存在。也就是說，沒有犧牲功函數(shù)層設(shè)于該第二區(qū)域中。

在一個態(tài)樣中，該多層堆疊結(jié)構(gòu)可包括例如位于該第一區(qū)域中的第一多層堆疊結(jié)構(gòu)、以及位于該第二區(qū)域中的第二多層堆疊結(jié)構(gòu)，其中，該第一多層堆疊結(jié)構(gòu)不同于該第二多層堆疊結(jié)構(gòu)。例如，該第一多層堆疊結(jié)構(gòu)可包括第一犧牲功函數(shù)層、設(shè)于該第一犧牲功函數(shù)層上方的該第一閾值電壓調(diào)整層、以及設(shè)于該第一閾值電壓調(diào)整層上方的第二犧牲功函數(shù)層，以及其中，該第一閾值電壓調(diào)整層可包括或由定義該第一區(qū)域的該閾值電壓的閾值電壓調(diào)整種類制成。該第一區(qū)域的該閾值電壓可包括例如p型場效應(yīng)晶體管(pfet)裝置的閾值電壓，該第一區(qū)域的該閾值電壓在0mv(毫伏)至200mv的范圍內(nèi)。在一個例子中，該第一犧牲層的該閾值電壓調(diào)整種類可為或包括鋁(al)、氧化鋁(al2o3)、鍺(ge)、氧化鍺(geo2)等的至少其中一種。

在另一個態(tài)樣中，該第二多層堆疊結(jié)構(gòu)可包括例如該第二閾值電壓調(diào)整層、設(shè)于該第二閾值電壓調(diào)整層上方的覆蓋層、以及設(shè)于該覆蓋層上方的犧牲柵極材料，其中，該第二閾值電壓調(diào)整層可包括定義該第二區(qū)域的該閾值電壓的閾值電壓調(diào)整種類。例如，該第二區(qū)域的該閾值電壓可包括nfet裝置的閾值電壓，該第二區(qū)域的該閾值電壓在0mv至200mv的范圍內(nèi)。例如，該第二閾值電壓調(diào)整層的該閾值電壓調(diào)整種類可包括或由含稀土金屬材料或含堿土金屬材料的至少其中一種制成。在一個例子中，該含稀土金屬材料可為或包括元素周期表的iiib族元素的至少其中一種。在另一個例子中，該含堿土金屬材料可為或包括具有式ma的化合物，其中，m可為堿土金屬，且a可為氧(o)、硫(s)或鹵化物的至少其中一種。

在另一個實施例中，該至少一個區(qū)域可包括例如具有nfet裝置或pfet裝置的至少其中一種的閾值電壓的第三區(qū)域，其中，該第三區(qū)域的該閾值電壓獨立于該第一區(qū)域及該第二區(qū)域的該閾值電壓。例如，所述形成該多層堆疊結(jié)構(gòu)可包括例如：在該第一區(qū)域、該第二區(qū)域及該第三區(qū)域中的該介電層上方形成犧牲功函數(shù)層；在該第一區(qū)域中選擇性移除該犧牲功函數(shù)層，而不影響該第二區(qū)域或該第三區(qū)域；以及在該第一區(qū)域、該第二區(qū)域及該第三區(qū)域上方形成額外犧牲功函數(shù)層。另外，所述形成該多層堆疊結(jié)構(gòu)可包括相對該第二區(qū)域及該第三區(qū)域中的該功函數(shù)層的該厚度，在該第一區(qū)域中設(shè)定該額外犧牲功函數(shù)層的厚度，該額外犧牲功函數(shù)層的該設(shè)定定義該第一區(qū)域的該閾值電壓。

在又一個實施例中，在所述設(shè)定該第一區(qū)域中的該額外犧牲功函數(shù)層之后，該制造方法還可包括選擇性移除該第二區(qū)域中的該多層堆疊結(jié)構(gòu)。所述形成還可包括在該第一區(qū)域、該第二區(qū)域及該第三區(qū)域中形成額外多層堆疊結(jié)構(gòu)，其中，該額外多層堆疊結(jié)構(gòu)不同于該多層堆疊結(jié)構(gòu)。另外，該第一區(qū)域中的該多層堆疊結(jié)構(gòu)可包括具有第一閾值電壓調(diào)整種類的該第一閾值電壓調(diào)整層，以及該第二區(qū)域中的該額外多層堆疊結(jié)構(gòu)可包括具有第二閾值電壓調(diào)整種類的該第二閾值電壓調(diào)整層，其中，該第一閾值電壓調(diào)整層不同于該第二閾值電壓調(diào)整層。

在另一個實施例中，在所述退火該結(jié)構(gòu)之后，該制造方法還可包括在該至少一個區(qū)域上方設(shè)置功函數(shù)層，其中，該至少一個閾值電壓調(diào)整種類向該介電層中的該擴散定義該至少一個區(qū)域中的該功函數(shù)層的有效功函數(shù)，該第一區(qū)域、該第二區(qū)域及該第三區(qū)域中的該功函數(shù)層的該有效功函數(shù)彼此獨立。例如，該有效功函數(shù)可包括該第一區(qū)域中的第一pfet裝置的第一有效功函數(shù)、以及該第三區(qū)域中的第二pfet裝置的第二有效功函數(shù)，該第一有效功函數(shù)低于該第二有效功函數(shù)。

在本發(fā)明的又一個態(tài)樣中，提供一種半導(dǎo)體裝置，其包括：pfet裝置區(qū)域的第一替代金屬柵極結(jié)構(gòu)，具有第一有效功函數(shù)并包括具有第一閾值調(diào)整種類的第一介電層；以及該pfet裝置區(qū)域的第二替代金屬柵極結(jié)構(gòu)，具有第二有效功函數(shù)并包括缺乏該第一閾值調(diào)整種類的該第一介電層，其中，該第一有效功函數(shù)大于或等于5ev。

例如，該第一有效功函數(shù)為200mv或大于該第二有效功函數(shù)。另外，該半導(dǎo)體裝置可包括：nfet裝置區(qū)域的第一替代金屬柵極結(jié)構(gòu)，包括具有第二閾值調(diào)整種類的該第一介電層；以及該nfet裝置區(qū)域的第二替代金屬柵極結(jié)構(gòu)，包括缺乏該第一閾值調(diào)整種類及該第二閾值調(diào)整種類的該第一介電層，

下面參照附圖，為方便理解，該些附圖并非按比例繪制，其中，不同附圖中所使用的相同附圖標記表示相同或類似的組件。

例如，圖1a至1i顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣制造其中一個或多個區(qū)域中具有變化閾值電壓的半導(dǎo)體裝置的方法的一個實施例。有利地，如下所述，依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣，該制造方法可通過獨立于另一個fet的閾值電壓來調(diào)制一個fet的閾值電壓而允許針對不同區(qū)域中的fet選擇不同的閾值電壓。

圖1a顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣在半導(dǎo)體裝置的替代柵極制程期間所獲得的中間結(jié)構(gòu)的剖視圖。如圖所示并在一個例子中，中間結(jié)構(gòu)100可包括襯底102以及一個或多個區(qū)域，以支持形成平面場效應(yīng)晶體管(fet)裝置或非平面場效應(yīng)晶體管(fet)裝置，例如鰭式場效應(yīng)晶體管(finfet)裝置或半導(dǎo)體納米線fet裝置。

例如，襯底102可為塊體半導(dǎo)體材料，例如塊體硅晶圓。作為另一個例子，襯底102還可為或包括任意的含硅材料，例如但不限于硅(si)、單晶硅、多晶硅或非晶硅。襯底102還可包括層式半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，例如空洞層上硅(silicon-on-nothing；son)、絕緣體上硅(silicon-on-insulator；soi)、絕緣體上硅鍺(silicongermanium-on-insulator；sgoi)、絕緣體上鍺(germanium-on-insulator；goi)、替代絕緣體上硅(silicon-onreplacementinsulator；sri)等。襯底102可附加地或替代地包括各種隔離結(jié)構(gòu)或區(qū)域、摻雜區(qū)域以及/或者裝置特征。另外，襯底102還可包括其它合適的元素半導(dǎo)體，例如鍺(ge)，或者化合物半導(dǎo)體，例如硅鍺(sige)、sic、sigec、砷化鎵(gaas)、磷化鎵(gap)、氮化鎵(gan)、砷化銦(inas)、磷化銦(inp)，和/或所有其它iii/v族或ii/vi族化合物半導(dǎo)體。

繼續(xù)參照圖1a，中間結(jié)構(gòu)100還可包括設(shè)于襯底102上方的層間介電材料層(未顯示)，其例如可促進制造所得半導(dǎo)體裝置，例如同一晶圓上的場效應(yīng)晶體管(fet)裝置。僅作為示例，該層間介電材料可為或包括介電材料，例如場氧化物或可流動氧化物材料，在一個例子中，其可通過使用各種技術(shù)形成，例如化學氣相沉積(chemicalvapordeposition；cvd)、等離子體增強型cvd等。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在襯底102上方可設(shè)置犧牲柵極結(jié)構(gòu)(未顯示)，其可包括或由犧牲柵極材料(也未顯示)例如非晶硅制成，以為將要形成的后續(xù)金屬柵極電極保持柵極位置?？蓤?zhí)行后續(xù)制程以例如在襯底102上方形成源漏區(qū)(未顯示)。例如，該源漏區(qū)可通過使用任意合適的技術(shù)形成，包括例如離子注入、嵌入源/漏材料的外延生長以及活化退火。隨后，在襯底102上方可設(shè)置層間介電材料層112，以填充相鄰犧牲柵極結(jié)構(gòu)之間的間隔，并可采用化學機械拋光或回蝕刻拋光，以通過將該犧牲柵極結(jié)構(gòu)用作蝕刻停止層來拋去多余的層間介電材料。隨后，可移除該犧牲柵極結(jié)構(gòu)，以在襯底102上方形成一個或多個區(qū)域104、106、108及110，其例如可由層間介電材料112隔開。

請繼續(xù)參照圖1a，其顯示具有四個場效應(yīng)晶體管(fet)裝置的中間結(jié)構(gòu)100的一個實施例，以提供有關(guān)本發(fā)明的總體背景。出于上面所解釋的原因，可能想要使集成電路的不同fet具有不同的閾值電壓。例如，cmos集成電路可能需要一對低閾值電壓以及一對高閾值電壓，每對針對各nfet及pfet提供閾值電壓。如圖所示，例如，一對區(qū)域可與提供低閾值電壓及高閾值電壓的一對nfet關(guān)聯(lián)，而對應(yīng)的一對區(qū)域可與提供低閾值電壓及高閾值電壓的一對pfet關(guān)聯(lián)，或者反之。尤其，以及在一個例子中，區(qū)域104及106可與分別提供低閾值電壓及高閾值電壓的一對nfet關(guān)聯(lián)，而區(qū)域108及110可與分別提供低閾值電壓及高閾值電壓的一對pfet關(guān)聯(lián)。

例如，作為使用任意合適的沉積制程的一個或多個層，在區(qū)域104、106、108及110內(nèi)可共形設(shè)置介電層114，其例如可構(gòu)成所得柵極結(jié)構(gòu)的部分。本文中所使用的術(shù)語“共形(conformally)”是指介電層114沿著層間介電材料112的輪廓并在其上方設(shè)置。例如，介電層114可包括或由具有大于二氧化硅的介電常數(shù)(sio2的k＝3.9)的介電常數(shù)k的高k介電材料制成，且可通過執(zhí)行合適的沉積制程沉積，例如原子層沉積(atomiclayerdeposition；ald)、化學氣相沉積(cvd)等。在特定的例子中，介電層114可具有大于4.0的介電常數(shù)，且較佳地，具有大于8.0的介電常數(shù)?？捎糜谠摻殡妼拥母遦介電材料的例子包括但不限于hfo2、zro2、la2o3、al2o3、tio2、srtio3、laalo3、y2o3、hfoxny、zroxny、la2oxny、al2oxny、tioxny、srtioxny、laaloxny、y2oxny，及其硅酸鹽，以及其合金，其中x＝0.5至3，且y＝0至2。盡管該介電層的厚度可依據(jù)特定的應(yīng)用以及所采用的沉積制程而變化，但在一個例子中，介電層114可具有在1納米(nm)至30納米范圍內(nèi)的厚度。

圖1b顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣在介電層114上方共形設(shè)置犧牲功函數(shù)層116以后的圖1a的結(jié)構(gòu)。依據(jù)該柵極結(jié)構(gòu)是例如pfet還是nfet裝置的部分，犧牲功函數(shù)層116可包括或者由例如選自元素周期表的iva-via族的適當金屬氮化物例如氮化鈦(tin)、氮化鉭(tan)、氮化鈮(nbn)、氮化釩(vn)、氮化鎢(wn)等制成。盡管犧牲功函數(shù)層116的厚度可依據(jù)特定的應(yīng)用而變化，但在一個例子中，該犧牲功函數(shù)層的厚度可在0.5納米至3納米的范圍內(nèi)，且可例如通過沉積制程如ald、cvd、物理氣相沉積(physicalvapordeposition；pvd)或其等離子體增強型版本設(shè)于介電層114上方。本文中所使用的“犧牲功函數(shù)層”是指依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣，在退火該結(jié)構(gòu)以使閾值調(diào)整種類擴散進入該介電層中以后所移除的功函數(shù)層。

接著，如圖1c中所示，可執(zhí)行一個或多個制程以自區(qū)域108移除犧牲功函數(shù)層116，從而使介電層114暴露于本文中將要揭示的進一步制程步驟。該犧牲功函數(shù)層的該移除導(dǎo)致在區(qū)域108內(nèi)選擇性形成開口118，而不影響襯底102的區(qū)域104、106及110。自區(qū)域108移除犧牲功函數(shù)層116可通過一個或多個傳統(tǒng)的蝕刻制程實現(xiàn)，例如干式或濕式蝕刻制程。在一個例子中，犧牲功函數(shù)層116例如氮化鈦(tin)可通過使用氨基溶液例如標準清洗制程(被稱作sc1溶液)移除，以暴露區(qū)域108中的下方介電層114。在一個具體例子中，該sc1制程(例如包括由過氧化氫(h2o2)及氫氧化銨(nh4oh)構(gòu)成的溶液)可在室溫(約20℃)與約65℃之間的溫度下執(zhí)行約30秒至約10分鐘的時長?；蛘撸伖瘮?shù)層116的該移除也可通過使用過氧化氫(h2o2)溶液以及傳統(tǒng)的sc1溶液制程達成。

如圖1d中所示，在區(qū)域104、106、108及110的介電層114上方可共形形成多層堆疊結(jié)構(gòu)120。此多層堆疊結(jié)構(gòu)120包括例如額外犧牲功函數(shù)層122、設(shè)于額外犧牲功函數(shù)層122上方的閾值電壓調(diào)整層124、以及設(shè)于閾值電壓調(diào)整層124上方的第二犧牲功函數(shù)層126。多層堆疊結(jié)構(gòu)120的這些層可通過使用各種不同的材料以及制造技術(shù)，例如化學氣相沉積(cvd)、原子層沉積(ald)、物理氣相沉積(pvd)或此類制程的等離子體增強型版本形成。所示層的厚度也可依據(jù)特定的應(yīng)用而變化。

例如，額外犧牲功函數(shù)層122可包括或者由與設(shè)于區(qū)域104、106及110中的介電層114上方的犧牲功函數(shù)層112的材料基本類似或相同的材料制成。如上聯(lián)系圖1b所述，額外犧牲功函數(shù)層122可包括或者由例如選自元素周期表的iva-via族的適當金屬氮化物如氮化鈦(tin)、氮化鉭(tan)、氮化鈮(nbn)、氮化釩(vn)、氮化鎢(wn)等制成，且可通過采用上述一個或多個沉積制程形成。在區(qū)域108中的介電層114上方直接沉積額外犧牲功函數(shù)層122允許設(shè)定或調(diào)制多個不同區(qū)域中的該犧牲功函數(shù)層的厚度，從而使fet具有多個不同的閾值電壓。例如，通過相對不同區(qū)域(例如區(qū)域104、106及110)中的犧牲功函數(shù)層116以及額外犧牲功函數(shù)層122的厚度設(shè)定或調(diào)節(jié)區(qū)域108中的額外犧牲功函數(shù)層122的厚度，可實現(xiàn)不同的閾值電壓。在一個例子中，額外犧牲功函數(shù)層118的厚度可在0.5納米至3納米的范圍內(nèi)。

請繼續(xù)參照圖1d，接著在額外犧牲功函數(shù)層122上方可形成多層堆疊結(jié)構(gòu)120的閾值電壓調(diào)整層124。例如，閾值電壓調(diào)整層124(具有0.5納米至3納米范圍內(nèi)的厚度)可包括或由閾值電壓調(diào)整種類制成，該閾值電壓調(diào)整種類例如可為pfet閾值電壓調(diào)整種類，以定義區(qū)域108中的pfet裝置的閾值電壓。本文中所使用的“閾值電壓調(diào)整種類”是指依據(jù)暴露區(qū)域內(nèi)所制造的裝置類型定義該區(qū)域(例如nfet或pfet)的閾值電壓的元素或化學物質(zhì)。在一個例子中，閾值電壓調(diào)整層124的該閾值電壓調(diào)整種類可為或包括鋁(al)、氧化鋁(al2o3)、鍺(ge)、氧化鍺(geo2)、碳化鋁鈦(tialc)或其組合的至少其中一種。在一個具體例子中，該閾值電壓調(diào)整種類(例如其中設(shè)有約5至50％鋁的碳化鋁鈦(tialc))可促進定義pfet裝置的閾值電壓。

在閾值電壓調(diào)整層124上方可沉積多層堆疊結(jié)構(gòu)120的第二犧牲功函數(shù)層126。第二犧牲功函數(shù)層126例如可包括或者由與設(shè)于區(qū)域104、106及110中的介電層114上方的額外功函數(shù)層122及犧牲功函數(shù)層112的材料基本類似或相同的材料制成。如上聯(lián)系圖1b所述，第二犧牲功函數(shù)層126可包括或者由例如選自元素周期表的iva-via族的適當金屬氮化物如氮化鈦(tin)、氮化鉭(tan)、氮化鈮(nbn)、氮化釩(vn)、氮化鎢(wn)等制成，且可通過采用上述一個或多個沉積制程形成。在一個例子中，第二犧牲功函數(shù)層126的厚度可在0.5納米至3納米的范圍內(nèi)。在一個例子中，且當閾值電壓調(diào)整層124包括碳化鋁鈦層時，夾置該閾值電壓調(diào)整層的額外犧牲功函數(shù)層122與第二犧牲功函數(shù)層126可有利地促進保護設(shè)于該閾值電壓調(diào)整層中的鋁免予在周圍條件下被氧化。

接著，如圖1e中所示，可采用一個或多個光刻圖案化制程，以自襯底102的區(qū)域104選擇性移除多層堆疊結(jié)構(gòu)120并在其中形成開口128。例如，可采用一系列保護掩膜來圖案化該多層堆疊結(jié)構(gòu)，以保護設(shè)于區(qū)域106、108及110內(nèi)的該多層堆疊結(jié)構(gòu)，使區(qū)域104的多層堆疊結(jié)構(gòu)120暴露于任意合適的蝕刻制程，例如干式或濕式蝕刻制程。在一個例子中，該濕式蝕刻制程可使用例如sc1溶液(例如包括h2o2及nh4oh)在室溫(約20℃)與約65℃之間的溫度下執(zhí)行約30秒至約10分鐘的時長。要注意的是，如圖所示，多層堆疊結(jié)構(gòu)120自區(qū)域104的此選擇性移除導(dǎo)致介電層114暴露于本文中將要揭示的進一步制程步驟。

圖1f顯示在該晶圓的區(qū)域104、106、108及110內(nèi)共形形成額外多層堆疊結(jié)構(gòu)130以后的圖1e的結(jié)構(gòu)。此額外多層堆疊結(jié)構(gòu)130包括例如閾值電壓調(diào)整層132、設(shè)于閾值電壓調(diào)整層132上方的覆蓋層134、以及設(shè)于覆蓋層134上方的柵極材料136。如圖所示，額外多層堆疊結(jié)構(gòu)130在區(qū)域106、108及110中可設(shè)于多層堆疊結(jié)構(gòu)120(圖1d)上方，而在區(qū)域104中直接設(shè)于介電層114上方。提供額外多層堆疊結(jié)構(gòu)130的該各種層可通過使用各種不同的材料及制造技術(shù)，例如化學氣相沉積(cvd)、原子層沉積(ald)、分子束沉積、金屬有機化學氣相沉積(metallorganochemicalvapordeposition；mocvd)、物理氣相沉積(pvd)或此類制程的等離子體增強型版本形成。所示層的厚度也可依據(jù)特定的應(yīng)用而變化。

如圖所示，額外多層堆疊結(jié)構(gòu)130的該不同層區(qū)別于多層堆疊結(jié)構(gòu)120(圖1d)的該不同層。例如，閾值電壓調(diào)整層132可包括或由閾值電壓調(diào)整種類制成，該閾值電壓調(diào)整種類例如可為nfet閾值電壓調(diào)整種類，以定義該襯底的區(qū)域104中的nfet裝置的閾值電壓。在一個例子中，閾值電壓調(diào)整層132的該閾值電壓調(diào)整種類(具有在約0.05納米至1納米范圍內(nèi)的厚度)可為或包括含稀土金屬材料或含堿土金屬材料的至少其中一種。在一個具體例子中，該含稀土金屬材料可為或包括元素周期表的iiib族元素(包括例如la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、ga、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu或其組合)的至少其中一種。尤其，該含稀土金屬材料可為或包括至少la、ce、y、sm、er和/tb，較佳為la。在另一個具體例子中，該閾值電壓調(diào)整種類可為或包括具有化學式ma的含堿土金屬材料，其中，m可為選自元素周期表的iia族的堿土金屬(包括例如be、mg、ca、sr、ba或其組合)，a可為氧(o)、硫(s)或鹵化物的至少其中一種，且x＝0、1或2。在一個特定例子中，該含堿土金屬材料可為mg。

可設(shè)置覆蓋層134以在各種制程步驟期間保護閾值電壓調(diào)整層132免受損傷。在一個例子中，覆蓋層134可為或包括氮化鈦(tin)或氮化鉭(tan)，且可具有在約1納米至3納米之間的厚度。隨后，在覆蓋層134上方可設(shè)置犧牲柵極材料136。此犧牲柵極材料136可為或包括例如非晶硅(a-si)或多晶硅材料，以在一個實施例中為將要通過使用(例如)后柵極制程方法形成的后續(xù)金屬柵極電極保持柵極位置。

如圖所示并在一個實施例中，該一個或多個犧牲功函數(shù)層(例如犧牲功函數(shù)層116以及多層堆疊結(jié)構(gòu)120的額外犧牲功函數(shù)層122)可經(jīng)設(shè)定以在襯底102的不同區(qū)域中具有不同的厚度，從而支持不同區(qū)域中的不同柵極堆疊結(jié)構(gòu)。有利地，不同區(qū)域中的這些不同柵極堆疊結(jié)構(gòu)相應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)不同區(qū)域中的多個閾值電壓。例如，并如圖所示，在區(qū)域108中的介電層114上方直接形成多層堆疊結(jié)構(gòu)120的額外犧牲功函數(shù)層122導(dǎo)致該犧牲功函數(shù)層具有厚度t1，而在犧牲功函數(shù)層116上方形成額外犧牲功函數(shù)層122導(dǎo)致該功函數(shù)層在區(qū)域106及110中具有厚度t2，厚度t1小于厚度t2。相反，該犧牲功函數(shù)層經(jīng)設(shè)定而具有的厚度使其在該襯底的區(qū)域104中不存在。如下面進一步所述，不同區(qū)域中的該犧牲功函數(shù)層的厚度的這些差別用以獨立于另一個fet的閾值電壓調(diào)制一個fet的閾值電壓。

請參照圖1g，結(jié)構(gòu)100可經(jīng)歷一個或多個退火制程，以使該閾值電壓調(diào)整種類自一個或多個不同的閾值電壓調(diào)整層擴散進入下方介電層114中。有利地，該閾值電壓調(diào)整種類的此擴散促進定義不同區(qū)域(例如區(qū)域104、106、108及110)中的閾值電壓。例如，該退火制程可通過使用各種可用的退火技術(shù)執(zhí)行，例如在存在氣體(如氮氣和/或氬氣)的情況下的浸入式退火(soakanneal)、尖峰式/快速熱退火(spike/rapidthermalanneal；rta)或激光退火(laseranneal；lsa)。在一個具體例子中，lsa退火可在約800℃至1100℃的溫度下執(zhí)行約1毫秒至30秒。

另外并在一個實施例中，該退火制程有利于促進該閾值電壓調(diào)整種類自該閾值電壓調(diào)整層(例如閾值電壓調(diào)整層124及132(見圖1f))至少部分擴散進入下方介電層114中，從而改變介電層114的電性屬性。在一個例子中，在退火以后，來自閾值電壓調(diào)整層132(見圖1f)的該nfet閾值電壓調(diào)整種類(例如鑭)可至少部分擴散進入下方介電層114中，從而在區(qū)域104中導(dǎo)致形成介電層114’(介電層114’在本文中也可被稱作閾值電壓(vt)調(diào)整介電層)。具有已經(jīng)改變的電性屬性的此介電層114’定義區(qū)域104中的nfet裝置的閾值電壓。在此例子中，區(qū)域104中的該nfet裝置的該閾值電壓可在0mv至200mv范圍內(nèi)。另外，通過改變區(qū)域104及區(qū)域106中的柵極堆疊結(jié)構(gòu)，并且還通過設(shè)定或調(diào)節(jié)設(shè)于該不同的多層堆疊結(jié)構(gòu)的該閾值電壓調(diào)整層與介電層114之間的該不同犧牲功函數(shù)層的厚度，區(qū)域104中的該nfet裝置的閾值電壓可獨立于區(qū)域106中的該nfet裝置的閾值電壓而調(diào)制。在這樣一個例子中，區(qū)域106中的該nfet裝置的閾值電壓可比區(qū)域104中的該nfet裝置的閾值電壓高約50mv至約200mv的量級。

在另一個例子中，來自閾值電壓調(diào)整層124(見圖1f)的該pfet閾值電壓調(diào)整種類(例如鋁)可至少部分擴散進入介電層114中，從而導(dǎo)致在區(qū)域108中形成介電層114"(介電層114"在本文中也可被稱作閾值電壓(vt)調(diào)整介電層)。具有已經(jīng)改變的電性屬性的此介電層114"定義區(qū)域108中的pfet裝置的閾值電壓。另外，如上所述，通過設(shè)定或調(diào)節(jié)設(shè)于該多層堆疊結(jié)構(gòu)的該閾值電壓調(diào)整層與介電層114之間的該不同犧牲功函數(shù)層的厚度，區(qū)域108中的該pfet裝置的閾值電壓可獨立于區(qū)域110中的該pfet裝置的閾值電壓而調(diào)制。通過調(diào)制擴散進入該介電層中的閾值電壓調(diào)整種類的濃度/數(shù)量，該犧牲功函數(shù)層的厚度的該設(shè)定或調(diào)節(jié)相應(yīng)定義不同區(qū)域中的不同閾值電壓。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，柵極結(jié)構(gòu)中的材料累積堆疊的有效功函數(shù)直接影響fet裝置的閾值電壓。請參照圖1f，影響該fet的有效功函數(shù)的項目之一可為具有厚度t1的犧牲功函數(shù)層122(見圖1f)。犧牲功函數(shù)層122的厚度促進較大濃度的該閾值電壓調(diào)整種類擴散進入?yún)^(qū)域108中的介電層114中，從而改變電性屬性，例如功函數(shù)偏移增加，區(qū)域108中的該介電層的tinv(柵極電容的倒數(shù))增加。電性屬性中的這些變化相應(yīng)地導(dǎo)致定義區(qū)域108中的pfet裝置的閾值電壓。在一個例子中，區(qū)域108中的pfet裝置的閾值電壓可為約0mv至約200mv。

在另一個例子中，相對擴散進入?yún)^(qū)域108中的下方介電層114中的該閾值電壓調(diào)整種類的濃度，區(qū)域110中的具有厚度t2的該犧牲功函數(shù)層(見圖1f)(例如，包括犧牲功函數(shù)層116及額外犧牲功函數(shù)層122)促進該閾值電壓調(diào)整種類以較低濃度擴散。擴散進入該介電層中的該閾值電壓調(diào)整種類的此降低濃度相應(yīng)地導(dǎo)致降低該功函數(shù)偏移以及較低的tinv代價，從而定義區(qū)域110的閾值電壓。在此例子中，相對區(qū)域108的閾值電壓，區(qū)域110具有較高的pfet閾值電壓。在一個具體例子中，區(qū)域110的該pfet閾值電壓可比區(qū)域108的閾值電壓高約50mv至200mv的量級。

如圖1g中進一步顯示，執(zhí)行一個或多個蝕刻制程，以自區(qū)域104、106、108及110移除犧牲功函數(shù)層116(見圖1f)、多層堆疊結(jié)構(gòu)120(見圖1f)以及額外多層堆疊結(jié)構(gòu)130(見圖1f)，并暴露不同區(qū)域中的該介電層。例如，該蝕刻制程可通過使用例如氨基蝕刻溶液如標準清洗1制程(被稱為sc1)及標準清洗2制程(被稱為sc2)的一系列等向性濕式蝕刻制程達成。例如，sc1制程可通過使用過氧化氫(h2o2)及氫氧化銨(nh4oh)達成，且sc2制程可通過使用水、過氧化氫(h2o2)及氫氯酸(hcl)達成。蝕刻化學劑的選擇可受在不影響該下方介電層的情況下移除這些層的效率驅(qū)動。

圖1h顯示在該襯底的該區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個或多個功函數(shù)層138以后的圖1g的結(jié)構(gòu)。這些功函數(shù)層(例如可構(gòu)成該替代柵極結(jié)構(gòu)的部分)可為或包括金屬及其氮化物，例如氮化鈦(tin)、tan、tialn、taaln、nbn、vn、wn。在另一個例子中，一個或多個功函數(shù)層138還可包括金屬及其碳化物，例如tic、tialc、tial、tac、taalc、nbc等。在另一個例子中，一個或多個功函數(shù)層138還可包括ru、pt、mo、co及合金以及其組合。盡管出于說明方便，在圖1h中的nfet裝置區(qū)域104及106及pfet裝置區(qū)域108及110中對該一個或多個功函數(shù)層138作相同標記，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，該nfet裝置區(qū)域及pfet裝置區(qū)域通常具有一個或多個不同的功函數(shù)層138。

另外，在一個實施例中，擴散于介電層114內(nèi)的閾值調(diào)整種類的差別摻雜濃度/數(shù)量有利地促進定義區(qū)域104、106、108及110(例如fet)中的有效功函數(shù)，尤其區(qū)域104及108中的有效功函數(shù)。例如，由于分別設(shè)于下方介電層114"及114內(nèi)的同一閾值調(diào)整種類的不同濃度，兩個pfet裝置區(qū)域108與110之間的該fet的有效功函數(shù)。例如且在一個實施例中，由于擴散于介電層114內(nèi)的閾值電壓調(diào)整種類的最小濃度，pfet裝置區(qū)域110的有效功函數(shù)可為約4.6ev至約4.8ev。在一個具體例子中，pfet裝置區(qū)域110的有效功函數(shù)層可為約4.8ev。類似地，由于擴散于介電層114"內(nèi)的閾值電壓調(diào)整種類的較高濃度，pfet裝置區(qū)域108的有效功函數(shù)可為約4.8ev至約5.0ev。在一個具體例子中，該功函數(shù)層的有效功函數(shù)層可為約5.0ev。這之所以重要有兩個原因。首先，具有高達5.0ev的有效功函數(shù)的替代金屬柵極結(jié)構(gòu)的pfet裝置在過去無法獲得。其次，調(diào)節(jié)兩個pfet裝置區(qū)域的功函數(shù)(以及因此閾值電壓)達200mv或更多的能力是不可能的。在另一個例子中，由于擴散于介電層114’內(nèi)的閾值電壓調(diào)整種類的較高濃度，nfet裝置區(qū)域104的有效功函數(shù)可在約4.1ev至約4.5ev的范圍內(nèi)，而在下方介電層114內(nèi)具有降低濃度的該閾值調(diào)整種類的nfet裝置區(qū)域106可具有約4.2ev至4.6ev的有效功函數(shù)。

圖1i顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣，在該襯底的該一個或多個區(qū)域內(nèi)已形成柵極材料140的圖1h的所得結(jié)構(gòu)。柵極材料(例如可構(gòu)成所得替代柵極結(jié)構(gòu)的部分)可為任意各種金屬柵極電極材料，例如鎢(w)、鋁(al)、鎳(ni)、鈷(co)、以及鈦(ti)，且可通過使用制程(例如ald或cvd)共形沉積于區(qū)域104、106、108及110內(nèi)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，替代柵極結(jié)構(gòu)將包括一種或多種柵極材料，該柵極材料被置于通過移除犧牲柵極結(jié)構(gòu)所形成的介電層的開口中。如此，替代柵極結(jié)構(gòu)通常在該柵極開口內(nèi)具有至少一個具有u型輪廓的膜。

本文中所使用的術(shù)語僅是出于說明特定實施例的目的，并非意圖限制本發(fā)明。除非上下文中明確指出，否則這里所使用的單數(shù)形式“一個”以及“該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)當理解，術(shù)語“包括”(以及任意形式的包括)、“具有”(以及任意形式的具有)以及“包含”(以及任意形式的包含)都是開放式連接動詞。因此，“包括”、“具有”或“包含”一個或多個步驟或元件的方法或裝置具有那些一個或多個步驟或元件，但并不限于僅僅具有那些一個或多個步驟或元件。類似地，“包括”、“具有”或“包含”一個或多個特征的一種方法的步驟或一種裝置的元件具有那些一個或多個特征，但并不限于僅僅具有那些一個或多個特征。而且，以特定方式配置的裝置或結(jié)構(gòu)至少以這種方式配置，但也可以未列出的方式配置。

權(quán)利要求書中的所有方式或步驟加功能元素的相應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、動作及等同(如果有的話)意圖包括執(zhí)行該功能的任意結(jié)構(gòu)、材料或動作結(jié)合具體請求保護的其它請求保護的元素。本發(fā)明的說明是出于示例及說明目的，并非意圖詳盡無遺或?qū)⒈景l(fā)明限于所揭示的形式。本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易了解許多修改及變更，而不背離本發(fā)明的范圍及精神。該些實施例經(jīng)選擇并說明以最好地解釋本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣的原理以及實際應(yīng)用，并使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解針對為適應(yīng)所考慮的特定應(yīng)用進行各種修改的各種實施例的本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣。