半导体装置及其制造方法

技术领域

本发明实施例涉及半导体装置，尤其涉及形成非平面晶体管的方法。

背景技术

由于多种电子构件如晶体管、二极管、电阻、电容器或类似物的集成密度持续改善，半导体产业经历快速成长。集成密度改善的主要原因为重复缩小最小结构尺寸，以将更多构件整合至给定面积中。

鳍状场效晶体管装置泛用于集成电路中。鳍状场效晶体管装置具有三维结构，其包含自基板凸起的鳍状物。栅极结构设置以控制鳍状场效晶体管的导电通道中的电荷载子，且可包覆鳍状物。举例来说，三栅极场效晶体管装置中的栅极结构包覆鳍状物的三侧，进而形成导电通道于鳍状物的三侧上。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种半导体装置及其制造方法，以解决上述至少一个问题。

在本发明一实施例中，公开半导体装置的制造方法。方法包括形成栅极沟槽于半导体鳍状物上。栅极沟槽包括多个第一栅极间隔物所围绕的上侧部分，与多个第二栅极间隔物及第一栅极间隔物所围绕的下侧部分。方法包括形成金属栅极于栅极沟槽的下侧部分中。金属栅极位于栅极介电层的第一部分上。方法包括沉积金属材料于栅极沟槽中，以形成栅极于栅极沟槽的下侧部分中的金属栅极上，且栅极介电层的第二部分维持覆盖第一栅极间隔物的侧壁与第二栅极间隔物的上表面。方法包括移除栅极介电层的第二部分，而栅极维持实质上完整。

在本发明另一例中，公开半导体装置的制造方法。方法包括移除覆盖半导体鳍状物的一部分的虚置栅极结构。方法包括形成金属栅极于半导体鳍状物的部分上，且金属栅极位于栅极介电层的第一部分上。方法包括沉积金属材料以形成接触金属栅极的栅极，并露出栅极介电层的第二部分。方法包括蚀刻栅极介电层的第二部分，并在蚀刻时露出栅极。栅极维持实质上完整。

在本发明又一实施例中，公开半导体装置。半导体装置包括半导体鳍状物。半导体装置包括第一间隔物，位于半导体鳍状物上。半导体装置包括第二间隔物，位于半导体鳍状物上，且比第一间隔物自半导体鳍状物延伸得更远。半导体装置包括金属栅极，位于半导体鳍状物上，且夹设于第一间隔物之间，而第一间隔物更夹设于第二间隔物之间。半导体装置包括栅极，接触金属栅极的上表面，其中栅极不延伸于第一间隔物或第二间隔物上。

本发明实施例的有益效果在于，此处公开的半导体装置的制造方法在选择性蚀刻栅极如金属结构未覆盖的栅极介电层的部分之前，形成栅极如金属结构于金属栅极上以助保护下方结构。在此方式中，选择性蚀刻工艺时的栅极如金属结构有更多材料维持完整，有助于避免非预期的过蚀刻损伤下方层状物。如此一来，可避免损伤金属栅极，并可维持金属栅极的关键尺寸。

附图说明

图1为一些实施例中，鳍状场效晶体管装置的透视图。

图2为一些实施例中，制造非平面晶体管装置的方法的流程图。

图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19及20为一些实施例中，以图2的方法制造的鳍状场效晶体管或其部分于多种制作阶段时的剖视图。

图21为一些实施例中，另一鳍状场效晶体管装置的剖视图。

图22为一些实施例中，又一鳍状场效晶体管装置的剖视图。

附图标记如下：

A-A,B-B:剖面

H

H

L

W

100,300A,300B:鳍状场效晶体管装置

102,302:基板

104,404:鳍状物

106,500:隔离区

108,1100:栅极介电层

110:栅极

112D:漏极区

112S:源极区

200:方法

202,204,206,208,210,212,214,216,218,220,222,224,226,228,230,232:步骤

406:垫氧化物层

408:垫氮化物层

410:图案化的掩模

411:沟槽

600,600A,600B,600C:虚置栅极结构

602:虚置栅极介电层

604:虚置栅极

606:掩模

700:轻掺杂漏极区

702:第一栅极间隔物

702/704:栅极间隔物

704:第二栅极间隔物

704SU上侧侧壁

800:源极/漏极区

900:层间介电层

902:接点蚀刻停止层

904:介电层

1000,1000A,1000B,1000C:栅极沟槽

1000L:下侧沟槽

1000U:上侧沟槽

1001:界面

1100A:第一部分

1100B:第二部分

1102,2100,2102:功函数层

1104:盖层

1106:粘着层

1120:区域

1520,1520A,1520B,1520C,1520D,1702:金属栅极

1600:金属结构

1700:湿蚀刻溶液

1800:介电材料

1900:栅极接点

1902:阻挡层

1904:籽晶层

1906:填充金属层

2101,2201:分隔线

2200:金属填充层

2202:介电填充层

具体实施方式

下述详细描述可搭配附图说明，以利理解本发明的各方面。值得注意的是，各种结构仅用于说明目的而未按比例绘制，如本业常态。实际上为了清楚说明，可任意增加或减少各种结构的尺寸。

下述内容提供的不同实施例或例子可实施本发明实施例的不同结构。特定构件与排列的实施例用以简化本公开而非局限本发明。举例来说，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。此外，本发明的多种实例可重复采用相同标号以求简洁，但多种实施例及/或设置中具有相同标号的元件并不必然具有相同的对应关系。

此外，空间性的相对用语如“下方”、“其下”、“下侧”、“上方”、“上侧”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。附图中具有相同标号的单元可具有相同材料组成，除非特别说明。

用语“大约”和“基本上”指的是在5％之内变化的给定数值(比如数值±1％、±2％、±3％、±4％或±5％)。

本发明实施例关于鳍状场效晶体管装置的形成方法，更特别关于鳍状场效晶体管装置的置换栅极的形成方法。在一些实施例中，形成虚置栅极结构于鳍状物上。形成第一栅极间隔物于虚置栅极结构周围，并形成第二栅极间隔物于第一栅极间隔物周围。在形成层间介电层于第二栅极间隔物周围之后，移除虚置栅极结构。接着移除第一栅极间隔物的上侧部分，并保留第一沟槽的下侧部分。在移除第一栅极间隔物的上侧部分之后，形成栅极沟槽于层间介电层中。栅极沟槽具有下侧沟槽于第一栅极间隔物的下侧部分之间，并具有上侧沟槽于下侧沟槽上，且上侧沟槽比下侧沟槽宽。接着依序形成栅极介电层、一或多个功函数层、视情况形成的盖层与粘着层于栅极沟槽中。接着以第一湿蚀刻工艺自上侧沟槽选择性地移除粘着层，以第二湿蚀刻工艺自上侧沟槽选择性地移除视情况形成的盖层(若形成)，并以第三湿蚀刻工艺自上侧沟槽选择性地移除功函数层。在第三湿蚀刻工艺之后，栅极介电层仍沿着沟槽延伸。此外，栅极介电层的一部分、功函数层的保留部分、盖层的保留部分与粘着层的保留部分位于下侧沟槽中。功函数层、盖层与粘着层的保留部分可具有凹陷的上表面，其低于上侧沟槽与下侧沟槽之间的界面。接着形成栅极于沟槽中，以接触功函数层、盖层与粘着层的凹陷上表面。栅极可覆盖下侧沟槽中的栅极介电层的部分，以及下侧沟槽中功函数层、盖层与粘着层的保留部分。接着进行第四湿蚀刻工艺以移除栅极未覆盖的栅极介电层，而栅极维持实质上完整。在一些实施例中，功函数层、盖层与粘着层的保留部分可一起视作金属栅极。

以上述方法形成于鳍状物上的金属栅极，彼此之间具有较大距离(如间距)，进而减少先进工艺节点中的金属栅极漏电流。上述方法采用的多种选择性蚀刻工艺可精准控制蚀刻工艺终点，可在形成栅极时避免不想要的金属材料贴附至栅极间隔物，并可在回蚀刻金属栅极的多种层状物时避免负载效应。如此一来，可精准控制金属栅极的栅极高度。此外，可维持金属栅极的关键尺寸与层间介电层及上方掩模层的侧壁轮廓。

图1为多种实施例中，鳍状场效晶体管装置100的透视图。鳍状场效晶体管装置100包括基板102，与凸起高于基板102的鳍状物104。隔离区106形成于鳍状物104的两侧上，而鳍状物104凸起高于隔离区106。栅极介电层108沿着鳍状物104的上表面与侧壁，而栅极110位于栅极介电层108上。源极区112S与漏极区112D位于鳍状物104中，并位于栅极介电层108与栅极110的两侧上。源极区112S与漏极区112D自栅极110向外延伸。图1提供后续附图所用的数个剖面。举例来说，剖面B-B沿着鳍状场效晶体管装置100的栅极110的纵轴延伸。剖面A-A垂直于剖面B-B，并沿着鳍状物104的纵轴与源极区112S与漏极区112D之间的电流方向。后续附图依据这些参考剖面以求附图清楚。

图2为本发明一或多个实施例中，形成非平面晶体管装置的方法200的流程图。举例来说，方法200的至少一些步骤可用于形成鳍状场效晶体管装置(如鳍状场效晶体管装置100)、纳米片晶体管装置、纳米线晶体管装置、垂直晶体管或类似物。值得注意的是，方法200仅用于举例说明而非局限本发明实施例。综上所述，应理解在图2的方法200之前、之中与之后可提供额外步骤，且一些其他步骤仅简述于此。在一些实施例中，方法200的步骤可搭配图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18及图19所示的多种制作阶段中的鳍状场效晶体管装置的剖视图说明，其将详述于下。

简而言之，方法200开始的步骤202提供基板。方法200的步骤204接着形成鳍状物。方法200的步骤206接着形成隔离区。方法200的步骤208接着形成虚置栅极结构。虚置栅极结构可越过鳍状物的中心部分。方法200的步骤210接着形成轻掺杂漏极区与栅极间隔物。栅极间隔物沿着虚置栅极结构的侧壁延伸。方法200的步骤212接着成长源极/漏极区。方法200的步骤214接着形成层间介电层。方法200的步骤216接着移除虚置栅极结构。一旦移除虚置栅极结构，则再露出鳍状物的中心部分。方法200的步骤218接着沉积栅极介电层、功函数层、盖层与粘着层。方法200的步骤220接着移除粘着层的一部分。方法200的步骤222接着移除盖层的一部分。方法200的步骤224接着移除功函数层的一部分。方法200的步骤226接着形成金属结构。此金属结构有时视作栅极。方法200的步骤228接着移除栅极介电材料的一部分。方法200的步骤230接着沉积介电材料。方法200的步骤232接着形成栅极接点。

如上所述，图3至图19各自显示鳍状场效晶体管装置300的一部分在图2的方法200的多种阶段的剖视图。鳍状场效晶体管装置300与图1所示的鳍状场效晶体管装置100实质上类似，差别在于具有多个栅极结构。举例来说，图3至图6显示鳍状场效晶体管装置300沿着剖面B-B(见图1)的剖视图，而图7至图19显示鳍状场效晶体管装置300沿着剖面A-A(见图1)的剖视图。虽然图3至图19显示鳍状场效晶体管装置300，但应理解鳍状场效晶体管装置300可包含多个其他装置如电感、熔丝、电容器、线圈或类似物，其未显示于图3至图19中以达附图清楚的目的。

图3对应图2的步骤202，为含有半导体的基板302的鳍状场效晶体管装置300于多种制作阶段之一的剖视图。基板302可为半导体基板如基体半导体、绝缘层上半导体基板或类似物，其可掺杂(如掺杂p型掺质或n型掺质)或未掺杂。基板302可为晶片如硅晶片。一般而言，绝缘层上半导体基板包括半导体材料层形成于绝缘层上。举例来说，绝缘层可为埋置氧化物层、氧化硅层或类似物。可提供绝缘层于基板上，一般为硅基板或玻璃基板。亦可采用其他基板如多层基板或组成渐变基板。在一些实施例中，基板302的半导体材料可包含硅、锗、半导体化合物(如碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟及/或锑化铟)、半导体合金(如硅锗、磷砷化镓、砷化铝铟、砷化铝镓、砷化镓铟、磷化镓铟及/或磷砷化镓铟)或上述的组合。

图4对应图2的步骤204，为含有半导体的鳍状物404的鳍状场效晶体管装置300于多种制作阶段之一的剖视图。虽然图4(与后续附图)所示的实施例只有一个鳍状物，但应理解鳍状场效晶体管装置300可包含任何数目的鳍状物，其亦属于本发明实施例的范畴中。在一些实施例中，鳍状物404的形成方法为图案化基板302，比如采用光刻与蚀刻技术。举例来说，可形成掩模层(如垫氧化物层406与其上方的垫氮化物层408)于基板302上。垫氧化物层406可为含氧化硅的薄膜，其形成方法可采用热氧化工艺。垫氧化物层406可作为基板302与上方的垫氮化物层408之间的粘着层。在一些实施例中，垫氮化物层408的组成可为氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、类似物或上述的组合。举例来说，垫氮化物层408的形成方法可采用低压化学气相沉积或等离子体辅助化学气相沉积。

可采用光刻技术图案化掩模层。一般而言，光刻技术沉积光刻胶材料(未图示)，照射(曝光)光刻胶材料、并显影光刻胶材料以移除光刻胶材料的一部分。保留的光刻胶材料保护下方材料(如此例中的掩模层)免于后续工艺步骤如蚀刻的影响。举例来说，光刻胶材料用于图案化垫氧化物层406与垫氮化物层408，以形成图案化的掩模410，如图4所示。

接着采用图案化的掩模410图案化基板302的露出部分以形成沟槽411(或开口)，进而定义鳍状物404于相邻的沟槽411之间，如图4所示。在形成多个鳍状物后，沟槽可位于相邻的鳍状物之间。在一些实施例中，鳍状物404的形成方法可为蚀刻沟槽于基板302中，且蚀刻方法可采用反应性离子蚀刻、中性束蚀刻、类似方法或上述的组合。蚀刻可为非等向。在一些实施例中，沟槽411可为彼此平行的带状物(在俯视视角中)，且可彼此紧密排列。在一些实施例中，沟槽411可连续并围绕鳍状物404。

鳍状物404的图案化方法可为任何合适方法。举例来说，可采用一或多道光刻工艺图案化鳍状物404，包括双重图案化或多重图案化工艺。一般而言，双重图案化或多重图案化工艺结合光刻与自对准工艺，其产生的图案间距可小于采用单一的直接光刻工艺所得的图案间距。举例来说，一实施例可形成牺牲层于基板上，并采用光刻工艺图案化牺牲层。采用自对准工艺，可沿着图案化的牺牲层侧部形成间隔物。接着移除牺牲层，而保留的间隔物或芯之后可用于图案化鳍状物。

图5对应图2的步骤206，为含有隔离区500的鳍状场效晶体管装置300于多种制作阶段之一的剖视图。隔离区500的组成可为绝缘材料，其可使相邻的鳍状物彼此电性隔离。绝缘材料可为氧化物如氧化硅、氮化物、类似物或上述的组合，且其形成方法可为高密度等离子体化学气相沉积、可流动的化学气相沉积(比如在远端等离子体系统中沉积化学气相沉积为主的材料，之后硬化材料使其转变为另一材料如氧化物)、类似方法或上述的组合。亦可采用其他绝缘材料及/或其他形成工艺。在所述实施例中，绝缘材料为可流动的化学气相沉积工艺所形成的氧化硅。一旦形成绝缘材料，即可进行退火工艺。平坦化工艺如化学机械研磨可移除任何多余的绝缘材料，并使隔离区500的上表面与鳍状物404的上表面共平面(未图示，且隔离区500将凹陷如图5所示)。平坦化工艺亦可移除图案化的掩模410(图4)。

在一些实施例中，隔离区500包括衬垫层如衬垫氧化物(未图示)于每一隔离区500与基板302(或鳍状物404)之间的界面。在一些实施例中，衬垫氧化物可减少基板302与隔离区500之间的界面的结晶缺陷。类似地，衬垫氧化物亦可用于减少鳍状物404与隔离区500之间的界面的结晶缺陷。衬垫氧化物(如氧化硅)可为热氧化基板302的表面层所形成的热氧化物，但亦可采用其他合适方法形成衬垫氧化物。

接着使隔离区500凹陷以形成浅沟槽隔离区500，如图5所示。隔离区500凹陷后，鳍状物404的上侧部分可自相邻的浅沟槽隔离区500之间凸起。浅沟槽隔离区500的个别上表面可为平坦表面(如图示)、凸起表面、凹陷表面(如碟化)或上述的组合。可由合适蚀刻使浅沟槽隔离区500的上表面平坦、凸起及/或凹陷。使隔离区500凹陷的方法可为可接受的蚀刻工艺，比如对隔离区500的材料具有选择性的蚀刻工艺。举例来说，可采用稀氢氟酸的湿蚀刻或干蚀刻使隔离区500凹陷。

如图3至图5所示的一实施例中，形成一或多个鳍状物(如鳍状物404)，且鳍状物可由多种不同工艺形成。举例来说，基板302的顶部可置换为合适材料，比如适用于预定型态(如n型或p型)的半导体装置的外延材料之后可图案化具有外延材料于顶部的基板302，以形成含外延材料的鳍状物404。

在另一例中，可形成介电层于基板的上表面上，蚀刻沟槽穿过介电层，外延成长同质外延结构于沟槽中，且可使介电层凹陷以使同质外延结构自介电层凸起，进而形成一或多个鳍状物。

在又一例中，可形成介电层于基板的上表面上，蚀刻沟槽穿过介电层，外延成长材料不同于基板的异质外延结构于沟槽中，且可使介电层凹陷以使异质外延结构自介电层凸起，进而形成一或多个鳍状物。

在成长外延材料或外延结构(如异质外延结构或同质外延结构)的实施例中，可在成长材料或结构时进行原位掺杂，以省略之前或之后的注入工艺。不过原位掺杂与注入掺杂可搭配使用。此外，外延成长于n型金属氧化物半导体区与p型金属氧化物半导体区中的材料不同具有优点。在多种实施例中，鳍状物104可包含硅锗(Si

图6对应图2的步骤208，为含有虚置栅极结构600的鳍状场效晶体管装置300于多种制作阶段之一的剖视图。在一些实施例中，虚置栅极结构600包括虚置栅极介电层602与虚置栅极604。可形成掩模606于虚置栅极结构600上。为形成虚置栅极结构600，可形成介电层于鳍状物404上。举例来说，介电层可为氧化硅、氮化硅、上述的多层或类似物，且其形成方法可为沉积或热成长。

栅极层形成于介电层上，而掩模层形成于栅极层上。可沉积栅极层于介电层上，接着以化学机械研磨等方法平坦化栅极层。掩模层可沉积于栅极层上。举例来说，栅极层的组成可为多晶硅，但亦可采用其他材料。举例来说，掩模层的组成为氮化硅或类似物。

在形成层状物如介电层、栅极层与掩模层之后，可采用可接受的光刻与蚀刻技术图案化掩模层，以形成掩模606。接着可由可接受的蚀刻技术将掩模606的图案转移至栅极层与介电层，以分别形成虚置栅极604与下方的虚置栅极介电层602。虚置栅极604与虚置栅极介电层602覆盖鳍状物404的中心部分(如通道部分)。虚置栅极604的长度方向(比如图1的剖面B-B)实质上垂直于鳍状物404的长度方向(如图1的剖面A-A)。

在图6的例子中，虚置栅极介电层602形成于鳍状物404上(比如鳍状物404的上表面与侧壁上)与浅沟槽隔离区500上。在其他实施例中，虚置栅极介电层602的形成方法可为热氧化鳍状物404的材料，因此可形成于鳍状物404上而非浅沟槽隔离区500上。应理解的是，这些其他变化仍包含于本发明实施例的范畴中。

图7至图19显示鳍状场效晶体管装置300的后续处理与制造方法的剖视图，其沿着图1所示的剖面A-A(沿着鳍状物404的纵轴)。简而言之，虚置栅极结构600A、600B及600C位于图7至图11中的鳍状物404上。为简化说明，虚置栅极结构600A、600B及600C可一起视作虚置栅极结构600。应理解的是，可形成多于或少于三个虚置栅极结构于鳍状物404上，此亦属于本发明实施例的范畴中。

图7对应图2的步骤210，为含有多个轻掺杂漏极区700形成于鳍状物404中的鳍状场效晶体管装置300于多种制作阶段之一的剖视图。轻掺杂漏极区700的形成方法可为等离子体掺杂工艺。等离子体掺杂工艺可包含形成与图案化掩模如光刻胶，以覆盖保护鳍状场效晶体管装置300的区域免于等离子体掺杂工艺。等离子体掺杂工艺可布值n型杂质或p型杂质至鳍状物404中，以形成轻掺杂漏极区700。举例来说，可注入p型杂质如硼至鳍状物404中，以形成p型装置所用的轻掺杂漏极区700。在另一例中，可注入n型杂质如磷至鳍状物404中，以形成n型装置所用的轻掺杂漏极区700。在一些实施例中，轻掺杂漏极区700邻接鳍状场效晶体管装置300的通道区之一(比如虚置栅极结构600之一所覆盖的鳍状物404的中心部分)。轻掺杂漏极区700的部分可延伸至虚置栅极结构600之下与鳍状场效晶体管装置300的通道区之中。图7显示轻掺杂漏极区700的非局限性例子。轻掺杂漏极区700的其他设置、形状与形成方法亦属可能，且完全属于本发明实施例的范畴中。举例来说，可在形成栅极间隔物702/704之后形成轻掺杂漏极区700，如下所述。在一些实施例中，可省略轻掺杂漏极区700。

如图7所示，一些实施例在形成轻掺杂漏极区700之后，可形成第一栅极间隔物702于虚置栅极结构600周围(比如沿着虚置栅极结构600的侧壁并与其接触)，且可形成第二栅极间隔物704于第一栅极间隔物702周围(比如沿着第一栅极间隔物702的侧壁并与其接触)。举例来说，第一栅极间隔物702可形成于虚置栅极结构600的两侧侧壁上。第二栅极间隔物704可形成于第一栅极间隔物702上。应理解的是，形成于虚置栅极结构600周围的栅极间隔物可为任何数目，其仍属于本发明实施例的范畴中。

第一栅极间隔物702可为低介电常数的间隔物，其组成可为合适的介电材料如氧化硅、碳氮氧化硅或类似物。第二栅极间隔物704的组成可为氮化物如氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、类似物或上述的组合。可采用任何合适的沉积方法如热氧化、化学气相沉积或类似方法以形成第一栅极间隔物702与第二栅极间隔物704。在多种实施例中，第一栅极间隔物702与第二栅极间隔物704的组成可为不同材料，以提供后续工艺中的蚀刻选择性。第一栅极间隔物702与第二栅极间隔物704可一起视作栅极间隔物702/704。

图7(与后续附图)所示的第一栅极间隔物702与第二栅极间隔物704的形状与其形成方法仅用于举例而非局限本发明实施例，而其他形状与形成方法亦属可能。这些变化与其他变化完全包含于本发明实施例的范畴中。

图8对应图2的步骤212，为含有多个源极/漏极区800的鳍状场效晶体管装置300于多种制作阶段之一的剖视图。源极/漏极区800可形成于与虚置栅极结构600相邻的鳍状物404的凹陷中。举例来说，可交错配置源极/漏极区800与虚置栅极结构600。换言之，一源极/漏极区800夹设于相邻的虚置栅极结构600之间，及/或源极/漏极区800只有一侧与虚置栅极结构600相邻。在一些实施例中，凹陷的方法可为非等向蚀刻工艺，其采用虚置栅极结构600作为蚀刻掩模，不过亦可采用任何其他合适的蚀刻工艺。

源极/漏极区800的形成方法可为外延成长半导体材料于凹陷中，其可采用合适方法如有机金属化学气相沉积、分子束外延、液相外延、气相外延、选择性外延成长、类似方法或上述的组合。

如图8所示，外延的源极/漏极区800可具有自鳍状物404的个别表面隆起的表面(比如隆起高于鳍状物404的非凹陷部分)，且可具有晶面。在一些实施例中，相邻的鳍状物的源极/漏极区800可合并以形成连续的外延的源极/漏极区(未图示)。在一些实施例中，相邻的鳍状物的源极/漏极区800不合并在一起，而维持分开的源极/漏极区800(未图示)。在一些实施例中，当鳍状场效晶体管装置为n型鳍状场效晶体管装置，源极/漏极区800可包含碳化硅、磷化硅、碳磷化硅或类似物。在一些实施例中，当最终鳍状场效晶体管装置为p型鳍状场效晶体管，源极/漏极区800可包含硅锗，且p型杂质可为硼或铟。

可注入掺质至外延的源极/漏极区800以形成源极/漏极区800，之后进行退火工艺。注入工艺可包含形成与图案化掩模如光刻胶，以保护鳍状场效晶体管装置300的其他区域免于注入工艺。源极/漏极区800的杂质(如掺质)浓度可为约1×10

图9对应图2的步骤214，为含有层间介电层900的鳍状场效晶体管装置300于多种制作阶段之一的剖视图。一些实施例在形成层间介电层900之前，形成接点蚀刻停止层902于图9所示的结构上。接点蚀刻停止层902可作为后续蚀刻工艺中的蚀刻停止层，且可包含合适材料如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、上述的组合或类似物，且其形成方法可为合适方法如化学气相沉积、物理气相沉积、上述的组合或类似方法。

接着形成层间介电层900于接点蚀刻停止层902与虚置栅极结构600(如虚置栅极结构600A、600B及600C)上。在一些实施例中，层间介电层900的组成为介电材料如氧化硅、磷硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、硼磷硅酸盐玻璃、未掺杂的硅酸盐玻璃或类似物，且其沉积方法可为任何合适方法如化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积或可流动的化学气相沉积。在形成层间介电层900之后，形成介电层904于层间介电层900上。介电层904可作为保护层，以在后续蚀刻工艺中避免或减少层间介电层900的损失。介电层904的组成可为合适材料如氮化硅、碳氮化硅或类似物，且其形成方法可为合适方法如化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积或可流动的化学气相沉积。在形成介电层904之后，可进行平坦化工艺如化学机械研磨工艺，以达介电层904所用的齐平上表面。化学机械研磨亦可移除虚置栅极604上的掩模606与接点蚀刻停止层902。一些实施例在平坦化工艺之后，介电层904的上表面可与虚置栅极604的上表面齐平。

之后进行栅极后制工艺(有时视作置换栅极工艺)以将每一虚置栅极结构600的虚置栅极604与虚置栅极介电层602置换成有源栅极(亦可视作置换栅极或金属栅极)。

图10对应图2的步骤216，为分别移除图9的虚置栅极结构600A、600B及600C以形成栅极沟槽1000A、1000B及1000C之后的鳍状场效晶体管装置300于多种制作阶段之一的剖视图。接着可移除第一栅极间隔物702的较上侧部分以横向扩大栅极沟槽1000A、1000B及1000C的上侧部分，使每一栅极沟槽1000A、1000B及1000C具有上侧沟槽1000U与下侧沟槽1000L，且上侧沟槽1000U比下侧沟槽1000L宽。栅极沟槽1000A至1000C的形成方法细节如下所述，为了简化说明，栅极沟槽1000A至1000C可一起视作栅极沟槽1000。

在一些实施例中，为了移除虚置栅极结构600，可进行一或多道蚀刻步骤以移除直接位于虚置栅极604以及虚置栅极604之下的虚置栅极介电层602，进而形成栅极沟槽1000(有时亦视作凹陷)于个别的第一栅极间隔物702之间。每一栅极沟槽1000露出鳍状物404的通道区。在蚀刻移除虚置栅极604时，虚置栅极介电层602可作为蚀刻停止层。在移除虚置栅极604之后，接着可移除虚置栅极介电层602。

接着进行非等向蚀刻工艺如干蚀刻工艺，以移除第一栅极间隔物702的上侧部分。在一些实施例中，非等向蚀刻工艺采用的蚀刻剂对第一栅极间隔物702的材料具有选择性(比如对其具有较高蚀刻速率)，使第一栅极间隔物702凹陷(比如移除上侧部分)而实质上不攻击第二栅极间隔物704与介电层904。在移除第一栅极间隔物702的上侧部分之后，可露出第二栅极间隔物704的上侧侧壁704SU。

如图10所示，移除第一栅极间隔物702的上侧部分之后，每一沟槽1000具有上侧沟槽1000U与下侧沟槽1000L。下侧沟槽1000L介于第一栅极间隔物702其保留的下侧部分之间。上侧沟槽1000U在下侧沟槽1000L上，且由第二栅极间隔物704的上侧侧壁704SU所定义(比如以上侧侧壁704SU为边界)。图10显示上侧沟槽1000U与下侧沟槽1000L之间的界面1001。界面1001与第一栅极间隔物702的保留的下侧部分的上表面齐平。每一栅极沟槽1000具有较宽的上侧沟槽1000U与较窄的下侧沟槽1000L如符号Y，因此栅极沟槽1000有时可视作Y形栅极沟槽。

在一些实施例中，上侧沟槽1000U的宽度W

图11对应图2的步骤218，为含有栅极介电层1100、功函数层1102、视情况形成的盖层1104与粘着层1106的鳍状场效晶体管装置300于多种制作阶段之一的剖视图。栅极介电层1100、功函数层1102、视情况形成的盖层1104与粘着层1106依序形成于栅极沟槽1000中。

举例来说，栅极介电层1100顺应性地沉积于栅极沟槽1000中，比如沉积于鳍状物404的上表面与侧壁上、栅极间隔物702/704的上表面与侧壁上、以及介电层904的上表面上。在一些实施例中，栅极介电层1100包括氧化硅、氮化硅或上述的多层。在实施例中，栅极介电层1100包含高介电常数的介电材料。在这些实施例中，栅极介电层1100的介电常数可大于约7.0，且可包含铪、铝、锆、镧、镁、钡、钛、铅或上述的组合的金属氧化物或硅酸盐。栅极介电层1100的形成方法可包含分子束沉积、原子层沉积、等离子体辅助化学气相沉积或类似方法。在一例中，栅极介电层1100的厚度可介于约

接着可顺应性地形成功函数层1102于栅极介电层1100上。在一些实施例中，功函数层1102可为p型功函数层、n型功函数层、上述的多层或上述的组合。在图11所示的例子中，功函数层1102为n型功函数层。在此处说明中，功函数层可视作功函数金属。p型装置所用的栅极结构中可包含的例示性p型功函数金属，可为氮化钛、氮化钽、钌、钼、铝、氮化钨、锆硅化物、钼硅化物、钽硅化物、镍硅化物、其他合适的p型功函数材料或上述的组合。n型装置所用的栅极结构中可包含的例示性n型功函数金属，可为钛、银、钽铝、碳化钽铝、氮化钛铝、碳化钽、碳氮化钽、氮化钽硅、锰、锆、其他合适的n型功函数材料或上述的组合。功函数值与功函数层的材料组成相关，因此可选择功函数层的材料调整功函数值，以达将形成的装置的目标临界电压。功函数层的沉积方法可为化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积及/或其他合适工艺。在一例中，p型功函数层的厚度可介于约

接着可视情况顺应性地形成盖层1104于功函数层1102上。若形成盖层1104，其可保护下方的功函数层1102免于氧化。在一些实施例中，盖层1104为含硅层如硅层、氧化硅层或氮化硅层，且其形成方法可为合适方法如原子层沉积、分子束沉积、化学气相沉积或类似方法。在一例中，盖层1104的厚度可介于约

之后可顺应性的形成粘着层1106于盖层1104上或功函数层1102上(若省略盖层1104)。粘着层1106可作为下方层(如盖层1104)与后续形成于粘着层1106上的栅极材料之间的粘着层。粘着层1106的组成可为合适材料如氮化钛，且其形成方法可为合适的沉积方法如化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积或类似方法。在一例中，粘着层1106的厚度可介于约5nm至约25nm之间。如图11所示，粘着层1106可填入下侧沟槽1000L的其余部分，端视下侧沟槽1000L的宽度W

图12至图19显示形成鳍状场效晶体管装置300的金属栅极的后续工艺步骤。为简化附图，图12至图19只显示鳍状场效晶体管装置300的一部分。具体而言，图12至图19各自显示图11中的区域1120的放大图。举例来说，图12显示在图11的区域1120上形成粘着层1106。

图13对应图2的步骤220，为移除区域1120中的粘着层1106的一部分之后的鳍状场效晶体管装置300的区域1120于多种制作阶段之一的剖视图。在一些实施例中，以粘着层拉回工艺自栅极沟槽1000的上侧沟槽1000U移除粘着层1106的部分。在一些实施例中，进行湿蚀刻工艺如粘着层拉回工艺以自上侧沟槽1000U选择性地移除粘着层1106，而不攻击(比如损伤或移除)下方层如盖层1104。湿蚀刻工艺的终点可在盖层1104上。在一些实施例中，湿蚀刻工艺采用的化学剂包括酸与氧化剂。举例来说，化学剂可为氯化氢与过氧化氢的混合物，其中氯化氢作为酸而过氧化氢作为氧化剂。在一些实施例中，混合物中的氯化氢与过氧化氢之间的体积比例可介于约1:1至1:20之间，以用于湿蚀刻工艺。湿蚀刻工艺的温度可介于约40℃至约70℃之间，并历时约1分钟至约5分钟，但亦可由终点检测工艺决定蚀刻终点。

如图13所示，在粘着层拉回工艺之后，盖层1104的至少一部分暴露于上侧沟槽1000U中，而粘着层1106的保留部分仍填入下侧沟槽1000L。

图14对应图2的步骤220，为移除区域1120中的盖层1104的一部分之后的鳍状场效晶体管装置300的区域1120于多种制作阶段之一的剖视图。在一些实施例中，以盖层贯穿工艺自上侧沟槽1000U移除盖层1104的部分。在一些实施例中，进行湿蚀刻工艺如盖层贯穿工艺，以自上侧沟槽1000U移除盖层1104。在一些实施例中，进行湿蚀刻工艺以自上侧沟槽1000U移除盖层1104，其可采用含氟化学剂。举例来说，含氟化学剂可为氢氟酸与水(如去离子水)的混合物。在一些实施例中，混合物中的氢氟酸与水的体积比例介于约1:100至1:2000之间，以用于湿蚀刻工艺。湿蚀刻工艺的温度可介于约20℃至约40℃之间，并历时约3分钟至约6分钟。如图14所示，盖层贯穿工艺之后可露出上侧沟槽1000U中的功函数层1102。在一些实施例中，含氟化学剂的蚀刻选择性可不高，因此以时控模式进行湿蚀刻工艺如盖层贯穿工艺。换言之，可控制湿蚀刻工艺的时间(比如进行预定时间的湿蚀刻工艺)，以移除上侧沟槽中的盖层1104，而实质上不攻击功函数层1102及/或栅极介电层1100。

如图14所示，盖层贯穿工艺亦可使下侧沟槽1000L中的功函数层1102、盖层1104与粘着层1106的个别部分凹陷。如此一来，下侧沟槽中的功函数层1102、盖层1104与粘着层1106具有弧形(如凹陷)的上表面，其低于上侧沟槽1000U与下侧沟槽1000L之间的界面1001。

图15对应图2的步骤224，为移除区域1120中的功函数层1102的一部分之后的鳍状场效晶体管装置300的区域1120于多种制作阶段之一的剖视图。在一些实施例中，自上侧沟槽1000U移除功函数层1102的部分。在一些实施例中，进行湿蚀刻工艺以自上侧沟槽1000U选择性移除功函数层1102，而不攻击下方的栅极介电层1100。在一些实施例中，湿蚀刻工艺采用的化学剂包括碱与氧化剂。举例来说，化学剂可为氢氧化铵与过氧化氢的混合物，其中氢氧化铵作为碱而过氧化氢作为氧化剂。在一些实施例中，混合物中的氢氧化铵与过氧化氢之间的体积比例可介于约1:1至:2001之间，以用于湿蚀刻工艺。湿蚀刻工艺的温度可介于约40℃至约70℃之间，并历时约1分钟至约5分钟(或采用终点检测工艺以停止蚀刻)。

如图15所示，湿蚀刻工艺之后的栅极介电层1100的第一部分1100A暴露于上侧沟槽1000U中，而功函数层1102、盖层1104与粘着层1106覆盖并接触下侧沟槽1000L中的栅极介电层1100的第二部分1100B。图15亦显示下侧沟槽中的功函数层1102、盖层1104与粘着层1106的弧形上表面的最下侧位置(比如靠近基板302)，与上侧沟槽1000U及下侧沟槽1000L之间的界面1001之间的高度H

图16对应图2的步骤226，为形成金属结构1600于区域1120中之后的鳍状场效晶体管装置300的区域1120于多种制作阶段之一的剖视图。金属结构1600可包含合适金属如钨，其形成方法可为合适方法如物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、无电镀或类似方法。除了钨，亦可采用其他合适材料如铜、金、钴、上述的组合、上述的多层、上述的合金或类似物作为金属结构1600。

如图16所示，沉积金属材料如钨于栅极沟槽1000中，可接触下侧沟槽1000L中的功函数层1102、盖层1104与粘着层1106(或只有粘着层1106)的弧形上表面，以形成金属结构1600。在多种实施例中，以栅极介电层1100的一部分(如第一部分1100A，可包括一或多种高介电常数的介电材料)覆盖栅极间隔物702/704，在形成金属结构1600时可避免栅极间隔物702/704贴附金属材料。此金属材料贴附通常视作选择性损失。即使沿着上侧沟槽1000U中的栅极介电层1100存在较少量的选择性损失，选择性移除栅极介电层1100的湿蚀刻溶液亦可有效移除栅极介电层1100的一部分，而金属结构1600(与下方的功函数层1102及盖层1104)维持实质上完整。湿蚀刻溶液将详述于下。此外，在形成金属结构1600时，栅极介电层1100覆盖第一栅极间隔物702的上表面，亦可最小化形成于第一栅极间隔物702的上表面上的金属材料(即所谓的天线)。这些天线会劣化即将填入栅极沟槽中的介电材料的绝缘特性。介电材料通常用于电性绝缘栅极接点与相邻的栅极接点。通过将贴附至栅极间隔物702/704的金属结构的不想要的金属材料量最小化，则可在此介电材料之后填入栅极沟槽1000时不劣化介电材料的绝缘特性，进而改善鳍状场效晶体管装置300的整体效能(比如降低漏电流)。

图17对应图2的步骤228，为移除区域1120中的上侧沟槽1000U中的栅极介电层1100(如图16所示的第一部分1100A)的部分之后的鳍状场效晶体管装置300的区域1120于多种制作阶段之一的剖视图。可采用湿蚀刻溶液1700(如图17标示的X)的湿蚀刻工艺移除栅极介电层1100的部分。在一实施例中，湿蚀刻溶液1700选择性移除栅极介电层1100的材料的速率，大于蚀刻金属结构1600的材料的速率，进而使湿蚀刻溶液1700有效移除上侧沟槽1000U中的栅极介电层1100。如此一来，虽然湿蚀刻溶液1700的精准组成至少部分取决于金属结构1600与栅极介电层1100的材料选择。在一实施例中，金属结构1600含钨且栅极介电层1100含一或多种高介电常数的介电材料，而湿蚀刻溶液1700可包含蚀刻剂与氧化剂置入溶剂。应理解的是，湿蚀刻溶液1700与对应的工艺条件将详述如下，可用于材料为钨与高介电常数的介电材料以外的金属结构1600与栅极介电层1100上，此亦属于本发明实施例的范畴中。

举例来说，蚀刻剂可为胺类，其化学式可为R-NH

氧化剂可与蚀刻剂搭配，有助于控制金属结构1600与栅极介电层1100的材料之间的腐蚀电位。在金属结构1600包含钨与栅极介电层1100包含一或多种高介电常数的介电材料的上述例子中，氧化剂可为福为主的酸如氢氟酸、氟化锑酸或类似物。在一些实施例中，氧化剂可为氟为主的酸与一或多种其他酸(比如过氯酸、氯酸、次氯酸、亚氯酸、过碘酸、碘酸、次碘酸、亚碘酸、过溴酸、溴酸、次溴酸、亚溴酸、硝酸、上述的组合或类似物)的混合物。然而可采用任何合适的氧化剂。

若需要的话可视情况加入稳定剂搭配氧化剂，以稳定氧化剂。在一实施例中，稳定剂可为螯合剂如乙二胺四乙酸、1,2-环己烷二亚硝基四乙酸、组氨酸、二亚乙基三胺五乙酸、上述的组合或类似物。然而可采用任何合适的稳定剂。

在一实施例中，蚀刻剂、氧化剂与稳定剂均置入溶剂中，以混合、处理、并均匀施加湿蚀刻溶液1700。在一实施例中，溶剂可为有机溶剂如乙二醇、二乙二醇、1-(2-羟基乙基)-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、环丁砜、上述的组合或类似物。然而可采用任何合适溶剂。

在具体实施例中，蚀刻剂置入溶剂中的浓度可介于约0.5体积％至约15体积％之间，比如约2体积％。此外，氧化剂置入溶剂中的浓度可介于约3体积％至约20体积％，而稳定剂的浓度可介于约0.1体积％至约5体积％之间(比如约1体积％)。溶剂可构成湿蚀刻溶液1700的其余部分，因此其浓度可介于约5体积％至90体积％之间，比如约60体积％。然而可采用任何合适浓度。

采用此处所述的蚀刻剂、氧化剂、稳定剂与溶剂，可调整湿蚀刻溶液对栅极介电层1100(如高介电常数的材料)与金属结构1600(如钨)的选择性。在一些实施例中，湿蚀刻溶液1700对上述两者的选择性可介于约4至约9之间，比如约5。然而可采用任何合适的选择性。

湿蚀刻溶液1700接触上侧沟槽1000U中的栅极介电层1100(如图16所示的第一部分1100A)与金属结构1600。在一实施例中，湿蚀刻溶液1700的放置方法可采用浸入法、喷洒法、水坑法、上述的组合或类似方法。在蚀刻工艺时，湿蚀刻溶液1700的温度维持在介于约25℃至约70℃之间(比如约50℃)，并历时约1分钟至约10分钟(比如约4分钟)。然而可采用任何合适的工艺条件。

在蚀刻工艺末端(比如时控蚀刻末端)移除湿蚀刻溶液1700，并向下移除栅极介电层1100的部分至下侧沟槽1000L。然而湿蚀刻溶液1700对栅极介电层1100的材料的选择性较高，金属结构1600的材料可维持实质上完整。如此一来，金属结构1600仍自下侧沟槽1000L延伸至上侧沟槽1000U中。金属结构1600可具有高度H

通过选择性蚀刻栅极介电层1100而不蚀刻金属结构1600，金属结构1600保留于湿蚀刻工艺的末端。如此一来，下方层(如功函数层1102、盖层1104与粘着层1106)暴露至湿蚀刻溶液1700的机率较低，而损伤这些下方层的机率也较低。这些下方层可构成金属栅极的至少一部分。随着损伤的可能性降低，可减少缺陷的机率，进而增加工艺可信度。此外，一些实施例中可选择蚀刻工艺所用的蚀刻剂、氧化剂、稳定剂、溶剂及参数如此处所述，使湿蚀刻溶液1700选择性地蚀刻栅极介电层1100，而不蚀刻金属结构1600、功函数层1102、盖层1104与粘着层1106。

在一些实施例中，金属结构1600形成栅极。如图17所示，栅极如金属结构1600接触(如物理接触)金属栅极1520。具体而言，在金属栅极1520中，保留的功函数层1102与保留的盖层1104各自具有U形剖面。粘着层1106垂直地位于栅极如金属结构1600与盖层1104之间，并水平地位于U形功函数层1102的两个两侧内侧侧壁之间，以及U形栅极介电层1100的两个两侧内侧侧壁之间。暴露栅极如金属结构1600于湿蚀刻溶液1700中，使湿蚀刻工艺蚀刻栅极介电层1100的第二部分1100B，并保留实质上完整的栅极如金属结构1600。

图18对应图2的步骤228，为含有介电材料1800的鳍状场效晶体管装置300的区域1120于多种制作阶段之一的剖视图。介电材料1800如氧化硅、氮化硅、低介电常数的介电材料或类似物形成于栅极沟槽1000中的方法，可采用合适方法如物理气相沉积、化学气相沉积或类似方法。在一些其他实施例中，可将半导体材料如硅填入栅极沟槽1000，且在形成栅极接点(如图19所示的栅极接点1900)之后将半导体材料置换为介电材料1800。举例来说，在形成栅极接点之后，可由蚀刻工艺移除半导体材料，且蚀刻工艺采用的蚀刻剂对半导体材料具有选择性。在移除半导体材料之后，形成介电材料1800以填入半导体材料之前占据的空间。

图19对应图2的步骤230，为含有栅极接点1900的鳍状场效晶体管装置300的区域1120于多种制作阶段之一的剖视图。栅极接点1900形成于介电材料1800中(比如延伸穿过介电材料1800)，以电性耦接至栅极如金属结构1600。在形成栅极接点1900(亦视作接点插塞)之前沉积介电材料1800的上述例子中，采用光刻与蚀刻形成接点开口于介电材料1800中以露出栅极如金属结构1600。一旦形成接点开口，即可依序形成阻挡层1902、籽晶层1904与填充金属层1906于接点开口中，以形成栅极接点1900。

阻挡层1902包含导电材料如氮化钛，但亦可改用其他材料如氮化钽、钛、钽或类似物。阻挡层1902的形成方法可采用化学气相沉积工艺如等离子体辅助化学气相沉积。然而亦可改用其他工艺如溅镀、有机金属化学气相沉积或原子层沉积。

籽晶层1904形成于阻挡层1902上。籽晶层1904可包含铜、钛、钽、氮化钛、氮化钽、类似物或上述的组合，且其沉积方法可为原子层沉积、溅镀、物理气相沉积或类似方法。在一些实施例中，籽晶层1904为金属层，其可为单层或含有多个不同材料的子层所组成的复合层。举例来说，籽晶层1904可包含钛层与钛层上的铜层。

填充金属层1906沉积于籽晶层1904上，并填入接点开口的其余部分。填充金属层1906可为含金属材料如铜、铝、钨、类似物、上述的组合或上述的多层，且其形成方法可为电镀、无电镀或其他合适方法。在形成填充金属层1906之后，可进行平坦化工艺如化学机械研磨，以移除介电层904的上表面之上(见图11)与第二栅极间隔物704的上表面之上的阻挡层1902、籽晶层1904与填充金属层1906的多余部分。因此阻挡层1902、籽晶层1904与填充金属层1906的最终保留部分可形成栅极接点1900。

图20为形成电性耦接至个别金属栅极1702的栅极接点1900之后的鳍状场效晶体管装置300的剖视图。如图所示，形成于鳍状物404上的金属栅极1520A、1520B及1520C分别置换虚置栅极结构600A、600B及600C(图9)的部分。金属栅极1520A至1520C有时可一起视作金属栅极1520。应理解的是，可进行额外工艺已完成制作鳍状场效晶体管装置300，比如形成源极/漏极接点与形成金属层于介电层904上。为简化说明，这些结构不详述于此。

随着半导体制造工艺持续进展，相邻的金属栅极1520之间的距离(如间距)越来越紧密。对高级工艺节点如5nm或更小的技术而言，金属栅极1520之间的小间距会造成金属栅极漏电流，其会减少装置可信度。在形成栅极如金属结构1600时，栅极介电层1100可保护栅极间隔物702/704，以减少或消除金属材料(栅极如金属结构1600)贴附至栅极间隔物702/704的量。综上所述，介电材料1800的绝缘特性的劣化或损伤可最小化，其有助于增加装置的可信度。

在图20的例子中，金属栅极1520具有相同结构(比如金属栅极中的膜方案相同)。在其他实施例中，金属栅极1520可分别具有不同结构。举例来说，每一金属栅极1520可具有不同的功函数层以达不同临界电压，及/或形成金属栅极于鳍状场效晶体管装置300的不同区域中(比如n型装置区或p型装置区)。一例如图21所示。

图21为鳍状场效晶体管装置300A的部分剖视图。鳍状场效晶体管装置300A与图20所示的鳍状场效晶体管装置300实质上类似，差别在于每一金属栅极所用的功函数层不同。为简化附图，图21只显示鳍状场效晶体管装置300A与金属栅极1520A、1520B及1520C相邻的部分。金属栅极1520A、1520B及1520C以分隔线2101分开，其中分隔线2101可包含额外结构(见图20)于金属栅极1520A、1520B及1520C之间，不过省略于附图中以简化附图。

如图21所示，金属栅极1520A与图20中的金属栅极1520A相同，其可包含n型功函数层1102。然而图21的金属栅极1520B包括两个功函数层。举例来说，金属栅极1520B包括p型功函数层2100以接触(如物理接触)栅极介电层1100并沿着栅极介电层1100延伸，以及包括相同的n型功函数层1102以接触(如物理接触)p型功函数层2100与栅极介电层1100的一部分，并沿着p型功函数层2100与栅极介电层1100的一部分延伸。值得注意的是，当金属栅极1520A的n型功函数层1102具有U形剖面时，金属栅极1520B的n型功函数层1102具有横向延伸的部分连接至U形剖面的末端，因为金属栅极1520B的双功函数层结构具有较少的空间用于n型功函数层1102。图21的金属栅极1520C与图20的金属栅极1520B类似，差别在于p型功函数层2102。

本发明提供许多优点以形成不同膜方案(如不同的功函数层)的金属栅极1520的鳍状场效晶体管装置。此处所述的用语膜方案指的是金属栅极1520的层状物(如栅极介电层1100、n型功函数层1102、n型功函数层1102与p型功函数层2100、n型功函数层1102与p型功函数层2102、盖层1104及粘着层1106)的堆叠结构与材料。由于栅极沟槽1000A至1000C中的金属栅极的膜方案不同(比如功函数层不同)，栅极沟槽中的层状物的不同组合所用的蚀刻速率不同，这会在移除栅极沟槽中的层状物时造成负载效应(非一致性)。换言之，栅极沟槽中的层状物的移除量不同。这会造成后续行程的金属栅极1520A至1520C的栅极高度不一致。如此一来，不同金属栅极1520A至1520C的不同膜方案可具有不同高度。此处公开的方法在选择性蚀刻栅极如金属结构1600未覆盖的栅极介电层1100的部分之前，形成栅极如金属结构1600于金属栅极1520上以助保护下方结构。在此方式中，选择性蚀刻工艺时的栅极如金属结构1600有更多材料维持完整，有助于避免非预期的过蚀刻损伤下方层状物。如此一来，可避免损伤金属栅极1520，并可维持金属栅极1520的关键尺寸。

图22为鳍状场效晶体管装置300B的部分剖视图。鳍状场效晶体管装置300B与图20所示的鳍状场效晶体管装置300实质上类似，但具有额外的金属栅极1520D。为简化附图，图22只显示鳍状场效晶体管装置300B与金属栅极1520A及1520D相邻的部分。金属栅极1520A及1520D以分隔线2201分开，其中分隔线2201可包含额外结构如金属栅极1520B及1520C(见图20)，不过省略于附图中以简化附图。

如图21所示，金属栅极1520A与图20的金属栅极1520A相同，其延伸距离可定义对应晶体管的通道长度L

在本发明一实施例中，公开半导体装置的制造方法。方法包括形成栅极沟槽于半导体鳍状物上。栅极沟槽包括多个第一栅极间隔物所围绕的上侧部分，与多个第二栅极间隔物及第一栅极间隔物所围绕的下侧部分。方法包括形成金属栅极于栅极沟槽的下侧部分中。金属栅极位于栅极介电层的第一部分上。方法包括沉积金属材料于栅极沟槽中，以形成栅极于栅极沟槽的下侧部分中的金属栅极上，且栅极介电层的第二部分维持覆盖第一栅极间隔物的侧壁与第二栅极间隔物的上表面。方法包括移除栅极介电层的第二部分，而栅极维持实质上完整。

在一些实施例中，形成栅极沟槽于半导体鳍状物上的步骤包括移除越过半导体鳍状物的中心部分的虚置栅极结构。

在一些实施例中，金属材料包括钨。

在一些实施例中，移除栅极介电层的第二部分的步骤包括以湿蚀刻溶液移除栅极介电层的第二部分，且湿蚀刻溶液移除栅极介电层的材料的速率大于移除金属材料的速率。

在一些实施例中，湿蚀刻溶液包括蚀刻剂、氧化剂与稳定剂。

在一些实施例中，蚀刻剂为氟化物为主的酸，氧化剂为过氯酸，且稳定剂为乙二胺四乙酸。

在一些实施例中，溶剂中的蚀刻剂浓度介于约0.5％至约15％之间，溶剂中的氧化剂浓度介于约3％至约20％之间，且溶剂中的稳定剂浓度介于约0.1％至约5％之间。

在一些实施例中，栅极介电层包括一或多种高介电常数的介电材料。

在一些实施例中，金属栅极还包括：一或多个功函数层；视情况形成的盖层；以及粘着层。

在一些实施例中，形成金属栅极于栅极沟槽的下侧部分中的步骤包括：移除栅极沟槽的上侧部分中的粘着层的一部分；移除栅极沟槽中的上侧部分中视情况形成的盖层的一部分；以及移除栅极沟槽中的上侧部分中的一或多个功函数层的一部分。

在本发明另一例中，公开半导体装置的制造方法。方法包括移除覆盖半导体鳍状物的一部分的虚置栅极结构。方法包括形成金属栅极于半导体鳍状物的部分上，且金属栅极位于栅极介电层的第一部分上。方法包括沉积金属材料以形成接触金属栅极的栅极，并露出栅极介电层的第二部分。方法包括蚀刻栅极介电层的第二部分，并在蚀刻时露出栅极。栅极维持实质上完整。

在一些实施例中，金属材料包括钨，而栅极介电层包括至少一高介电常数的介电材料。

在一些实施例中，蚀刻栅极介电层的第二部分的步骤包括暴露栅极介电层的第二部分与栅极至湿蚀刻溶液，且湿蚀刻溶液设置为蚀刻栅极介电层的材料的速率大于蚀刻金属材料的速率。

在一些实施例中，湿蚀刻溶液包括蚀刻剂、氧化剂与稳定剂。

在一些实施例中，蚀刻剂为氟化物为主的酸，氧化剂为过氯酸，且稳定剂为乙二胺四乙酸。

在一些实施例中，溶剂中的蚀刻剂浓度介于约0.5％至约15％之间，溶剂中的氧化剂浓度介于约3％至约20％之间，且溶剂中的稳定剂浓度介于约0.1％至约5％之间。

在一些实施例中，金属栅极还包括：一或多个功函数层；视情况形成的盖层；以及粘着层。

在一些实施例中，形成金属栅极于栅极沟槽的下侧部分中的步骤包括：移除栅极沟槽的上侧部分中的粘着层的一部分；移除栅极沟槽中的上侧部分中视情况形成的盖层的一部分；以及移除栅极沟槽中的上侧部分中的一或多个功函数层的一部分。

在本发明又一实施例中，公开半导体装置。半导体装置包括半导体鳍状物。半导体装置包括第一间隔物，位于半导体鳍状物上。半导体装置包括第二间隔物，位于半导体鳍状物上，且比第一间隔物自半导体鳍状物延伸得更远。半导体装置包括金属栅极，位于半导体鳍状物上，且夹设于第一间隔物之间，而第一间隔物更夹设于第二间隔物之间。半导体装置包括栅极，接触金属栅极的上表面，其中栅极不延伸于第一间隔物或第二间隔物上。

在一些实施例中，栅极包括钨。

上述实施例的特征有利于本技术领域中技术人员理解本发明。本技术领域中技术人员应理解可采用本发明作基础，设计并变化其他工艺与结构以完成上述实施例的相同目的及/或相同优点。本技术领域中技术人员亦应理解，这些等效置换并未脱离本发明精神与范畴，并可在未脱离本发明的精神与范畴的前提下进行改变、替换或更动。