[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置及其制造方法，尤其涉及一种具有金属栅极堆叠结构的半导体装置及其制造方法。

背景技术

当例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的半导体元件历经不同技术世代的尺寸微缩后，使用高介电常数(high k)介电材料和金属来形成栅极堆叠结构。在形成上述半导体元件时，调整金属层使其具有适当的功函数，以使上述半导体元件达到想要的起始电压(threshold voltage，Vt)。一般而言，利用调整整个栅极区的功函数，来控制和操纵起始电压。当利用于半导体元件的通道区注入掺质的方式以调整半导体元件的起始电压时，较佳可调整为能带边缘的功函数值，使短通道效应得到良好的控制。然而，控制短通道效应和起始电压目标值两者不能各别调整，且控制短通道效应和起始电压目标值的两个目的不能同时达成。因此，在此技术领域中，有需要一种半导体装置及其制造方法，以增加调整短通道效应和起始电压的自由度。

发明内容

有鉴于此，本发明的一实施例提供半导体装置及其制造方法。本发明一实施例的半导体装置包括一半导体基板，其具有一源极区和一漏极区，上述半导体基板定义从上述源极区至上述漏极区的一第一尺寸；一栅极堆叠结构，设置于上述半导体基板上，且水平地部分介于上述源极区和上述漏极区之间。上述栅极堆叠结构包括一第一金属物，设置于上述高介电常数介电层上，且邻接于该源极区和该漏极区的边缘，上述第一金属物具有一第一功函数且定义平行于上述第一尺寸的一第二尺寸；一第二金属物，介于该源极区和该漏极区之间，其具有不同于上述第一功函数的一第二功函数且定义平行于上述第一尺寸的一第三尺寸，上述第三尺寸小于上述第二尺寸，其中该第一功函数接近于一能带的一带隙中间值，且其中该第二功函数接近于一能带的一带隙边缘值。

本发明的另一实施例提供一种半导体装置。上述半导体装置包括一高介电常数介电层，设置于一半导体基板上；一第一金属物，设置于上述高介电常数介电层上；一第二金属物，其具有不同于上述第一功函数的一第二功函数且嵌入上述第一金属物中；一栅极，设置于上述第二金属物上。

本发明的又一实施例提供一种半导体装置的制造方法，上述半导体装置具有一金属栅极堆叠结构，上述方法包括于一半导体基板上形成一高介电常数介电层；于上述高介电常数介电层上形成一第一金属层；于上述第一金属层上形成一虚设栅极；图案化上述虚设栅极、上述第一金属层和上述高介电常数介电层，以形成一虚设栅极堆叠结构，以使一第一金属物水平地突出于一通道边缘；于上述半导体基板中形成一轻掺杂漏极物；于上述虚设栅极堆叠结构的侧壁上形成一间隙壁；形成一源极区和一漏极区；于上述半导体基板上形成一层间介电层；对上述半导体基板进行一化学机械研磨工艺；移除上述虚设栅极，以形成一栅极沟槽；于上述栅极沟槽上形成一第二金属物，其介于该源极区和该漏极区之间的一通道区的上方；以及于上述第二金属物上形成一栅极，其中该第一金属层具有接近于一能带的一带隙中间值的一功函数，且其中该第二金属物具有接近于一能带的一带隙边缘值的一功函数。

本发明提供的半导体装置及其制造方法能够增加调整短通道效应和起始电压的自由度。

附图说明

图1为本发明实施例的具有金属栅极结构的半导体装置的制造方法的工艺流程图。

图2至图4为依据本发明不同实施例的具有金属栅极结构的半导体装置的剖面图。

图5至图10为依据本发明一实施例的具有金属栅极结构的半导体装置的制造方法的工艺剖面图。

图11至图14为依据本发明另一实施例的具有金属栅极结构的半导体装置的制造方法的工艺剖面图。

其中，附图标记说明如下：

100方法；

102、104、106、108、110、112步骤；

200、206半导体装置；

210半导体基板；

212高介电常数介电层；

214阻挡层；

216前栅极金属物；

218后栅极金属物；

220栅极；

226虚设栅极层；

228轻掺杂漏极区；

230间隙壁；

232源/漏极区；

234层间介电层；

236栅极沟槽；

238后栅极金属物；

240栅极；

242密封间隙壁。

具体实施方式