[發明專利]雙功函數半導體裝置及其制造方法

在審

• 申請號: 201310382195.6
• 申請日: 2008-10-24
• 公開（公告）號: CN103700630A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 趙學柱;張世勛
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司;跨大學校際微電子卓越研究中心;三星電子股份有限公司
• 主分類號: H01L21/8234
• 分類號: H01L21/8234;H01L21/8238;H01L27/088;H01L27/092
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 李玉鎖;張浴月

1.一種雙功函數半導體裝置的制造方法，該雙功函數半導體裝置具有一襯底與具有一沉積當時的初始功函數的一柵極堆疊結構，該雙功函數半導體裝置的制造方法包含：

形成一柵介電層于一襯底的一第一區與一第二區上、形成一介電頂蓋層于該柵介電層上、與形成一金屬柵極于該介電頂蓋層上，借此而形成一金屬-介電質界面；以及

選擇性地將多個元素至少引入該介電頂蓋層位于該第二區上的一部分，該部分鄰接于該金屬-介電質界面，選擇所述多個元素以修改剛沉積的該柵極堆疊結構的功函數，并同時圖形化未引入所述多個元素的該第一區與引入所述多個元素的該第二區上的該柵極堆疊結構。

2.如權利要求1所述的雙功函數半導體裝置的制造方法，其中選擇性地將多個元素至少引入該介電頂蓋層位于該第二區上的一部分，還包含：

沉積包含一個或多個元素的材料于該第一區與該第二區上的該金屬柵極之上，所述多個元素的選擇是用以修改剛沉積的該柵極堆疊結構的功函數；

選擇性地從該第一區移除該材料；以及

施以一熱處理而將所述多個元素借助擴散進入該第二區上的該金屬柵極與至少進入該介電頂蓋層的一部分，該部分鄰接于該金屬-介電質界面。

3.如權利要求1或2所述的雙功函數半導體裝置的制造方法，其中該第一區為一N型金屬氧化物半導體NMOS區或一P型金屬氧化物半導體PMOS區中的一個，該第二區為該N型金屬氧化物半導體NMOS區或該P型金屬氧化物半導體PMOS區中的另一個。

4.如權利要求1至3任一項所述的雙功函數半導體裝置的制造方法，其中所述多個元素是選自下列所組成的族群：鋁、氧、碳、氮、氟、與上述的組合。

5.如權利要求2所述的雙功函數半導體裝置的制造方法，其中該材料是選自下列所組成的族群：AlN、TiAlN、TaAlN、TaAlC、與上述的組合。

6.如權利要求1至5任一項所述的雙功函數半導體裝置的制造方法，其中所述多個元素是選自鑭系元素的族群。

7.如權利要求1至6任一項所述雙功函數半導體裝置的制造方法，其中該金屬柵極為TaCx、TiCx或HfCx，其中x為實數且0＜x≦1。

8.一種雙功函數半導體裝置，包含：

一襯底，具有一第一區與一第二區；

一第一晶體管于該第一區上，其具有一第一柵介電層、一第一介電頂蓋層、與一第一金屬柵極，且具有一第一功函數，該第一功函數即沉積當時的初始功函數；以及

一第二晶體管于該第二區上，其具有一第二柵介電層、一第二介電頂蓋層、與一第二金屬柵極，且具有一第二功函數；其中

該第一柵介電層與該第二柵介電層是由相同材料所形成；

該第二介電頂蓋層與該第一介電頂蓋層具有相同的材料，但是該第二介電頂蓋層還包含一個或多個元素，而所述多個元素的選擇是使功函數值從該第一功函數變成該第二功函數，該第一功函數即沉積當時的初始功函數；

該第二金屬柵極與該第一金屬柵極具有相同的材料，但是該第二金屬柵極還包含一個或多個元素，而所述多個元素的選擇是使功函數值從該第一功函數變成該第二功函數，該第一功函數即沉積當時的初始功函數；以及

其中包含所述一個或多個元素的該第二金屬柵及未包含所述一個或多個元素的該第一金屬柵是同時圖形化而形成的，且包含所述一個或多個元素的該第二介電頂蓋層與未包含所述一個或多個元素的該第一介電頂蓋層是同時圖形化而形成的。

9.如權利要求8所述的雙功函數半導體裝置，其中該第一區為一N型金屬氧化物半導體NMOS區或一P型金屬氧化物半導體PMOS區中的一個，該第二區為該N型金屬氧化物半導體NMOS區或該P型金屬氧化物半導體PMOS區中的另一個。

10.如權利要求8所述的雙功函數半導體裝置，其中該第一金屬柵極為TaCx、TiCx或HfCx，其中x為實數且0＜x≦1。