半导体装置的制作方法

1.本发明实施例涉及半导体装置，尤其涉及制造非平面晶体管装置的方 法。


背景技术：

2.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 成密度持续改良，半导体产业已经历快速成长。集成电路改良主要来自于重 复缩小最小结构的尺寸，以将更多构件整合至给定面积中。


技术实现要素：

3.本发明一实施例公开半导体装置。半导体装置包括第一半导体鳍状物与 第二半导体鳍状物沿着第一方向延伸。半导体装置包括介电鳍状物沿着第一 方向延伸且位于第一半导体鳍状物与第二半导体鳍状物之间。半导体装置包 括栅极隔离结构垂直地位于介电鳍状物上。半导体装置包括金属栅极层沿着 第二方向延伸，且第二方向垂直于第一方向，其中金属栅极层包括第一部分 跨过第一半导体鳍状物以及第二部分跨过第二半导体鳍状物。栅极隔离结构 具有中心部分与一或多个侧部。中心部分朝介电鳍状物延伸的距离大于一或 多个侧部的至少一者朝介电鳍状物延伸的距离。
4.本发明另一实施例公开半导体装置。半导体装置包括第一晶体管形成于 基板上且包括：第一导电通道；以及金属栅极层的第一部分位于第一导电通 道上。半导体装置包括第二晶体管形成于基板上且包括：第二导电通道；以 及金属栅极层的第二部分位于第二导电通道上。半导体装置包括虚置通道位 于第一导电通道与第二导电通道之间。半导体装置包括栅极隔离结构垂直地 位于虚置通道上。栅极隔离结构使金属栅极层的第一部分与第二部分彼此分 开，且包括中心部分与一或多个侧部。中心部分朝着介电鳍状物延伸的距离 大于一或多个侧部的至少一者朝着介电鳍状物延伸的距离。
5.本发明又一实施例公开半导体装置的制作方法。方法包括形成第一半导 体鳍状物与第二半导体鳍状物，其沿着第一方向延伸于基板上。方法包括形 成介电鳍状物，其亦沿着第一方向延伸，其中介电鳍状物位于第一半导体鳍 状物与第二半导体鳍状物之间。介电鳍状物具有中心部分与侧部。方法包括 蚀刻介电鳍状物，使中心部分比每一侧部低。方法包括形成栅极隔离结构以 耦接至介电鳍状物。栅极隔离结构沿着第二方向分离金属栅极层成第一部分 与第二部分，第二方向垂直于第一方向，且第一部分与第二部分分别跨过第 一半导体鳍状物与第二半导体鳍状物。
附图说明
6.图1为一些实施例中，鳍状场效晶体管装置的透视图。
7.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。
8.图3、图4、图5、图6、图7、图8a、图8b、图8c、图9、图10、图 11、图12、图13、图14a、图14b、图14c、图15a、图15b、图15c及 图16为一些实施例中，由图2的方法所制造的鳍状场效
晶体管装置(或其部 分)于多种制作阶段的剖视图。
9.图17为一些实施例中，制造非平面晶体管装置的另一方法的流程图。
10.图18、图19、图20、图21、图22、图23、图24、图25、图26、图 27、图28、图29a、图29b、图29c、图30a、图30b、图30c及图31为 一些实施例中，由图17的方法所制造的鳍状场效晶体管装置(或其部分)于多 种制作阶段的剖视图。
11.附图标记如下：
12.θ:角度
13.a-a,b-b:剖面
14.cdc,cdd,cdi,cdo:关键尺寸
15.d:距离
16.100,300,1800:鳍状场效晶体管装置
17.102,302,1802:基板
18.104:鳍状物
19.106,900,2400:隔离区
20.108,1602,1602a,1602b,3102,3102a,3102b:栅极介电层
21.110:栅极
22.112d:漏极区
23.112s；源极区
24.200,1700:方法
25.202,204,206,208,210,212,214,216,218,220,222,224, 226,228,1702,1704,1706,1708,1710,1712,1714,1716,1718, 1720,1722,1724,1726,1728:步骤
26.302',700',900',1802',2300",2400':上表面
27.404a,404b,1904a,1904b:半导体鳍状物
28.406,1906:垫氧化物层
29.408,1908:垫氮化物层
30.410,1910:图案化的掩模
31.411,1911:沟槽
32.500,2000:隔离介电层
33.600,2100:虚置鳍状物沟槽
34.600',700",2100',2300':下表面
35.700,2300:虚置鳍状物
36.700a,1500a,3000a:中心部分
37.700b,1500b,3000b:侧部
38.700'-1,700'-2,700'-3,700'-4,700'-5,700'-6:边缘
39.801,1401,2901:蚀刻工艺
40.1000,2500:虚置栅极结构
41.1002,2502:虚置栅极介电层
42.1004,2504:虚置栅极
43.1006,2506:掩模
44.1100,2600:栅极间隔物
45.1200,2700:源极/漏极区
46.1300,2800:层间介电层
47.1302,2802:接点蚀刻停止层
48.1304,2804:介电层
49.1400,2900:栅极切割沟槽
50.1500,3000:栅极隔离结构
51.1600,3100:主动栅极结构
52.1600a,1600b,3100a,3100b:部分
53.1604,1604a,1604b,3104,3104a,3104b:金属栅极层
54.2202:第一层
55.2204:第二层
具体实施方式
56.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。
57.下述内容提供的不同实施例或实例可实施本发明的不同结构。下述特定 构件与排列的实施例用以简化本发明内容而非局限本发明。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的实施例，或两者之间隔有 其他额外构件而非直接接触的实施例。此外，本发明的多个实例可重复采用 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。
58.此外，空间相对用语如“在
…
下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较 高的”、或类似用词，用于描述附图中一些元件或结构与另一元件或结构之 间的关系。这些空间相对用语包括使用中或操作中的装置的不同方向，以及 附图中所描述的方向。当装置转向不同方向时(旋转90度或其他方向)，则使 用的空间相对形容词也将依转向后的方向来解释。
59.本发明实施例的内容为形成鳍状场效晶体管装置，特别是形成鳍状场效 晶体管装置的置换栅极。在一些实施例中，虚置栅极结构形成于数个鳍状物 上。鳍状物可包含一或多个主动鳍状物与一或多个虚置鳍状物。此处所述的 用语“主动鳍状物”指的是作为主动通道的鳍状物，在完成的半导体装置(如 下述的鳍状场效晶体管装置300)适当地设置与开启时，主动鳍状物可导通半 导体装置中的电流。此处所述的用语“虚置鳍状物”指的是不作为主动通道 的鳍状物(比如虚置通道)，其于完成的半导体装置(如下述的鳍状场效晶体管 装置300)中不电性导通电流。在一实施例中，至少一虚置鳍状物位于两个相 邻的主动鳍状物之间，且可蚀刻虚置鳍状物使其具有v形上表面。在另一实 施例中，至少一虚置鳍状物位于两个相邻的主动鳍状物之间，且虚置鳍状物 可包含不同蚀刻选择性(相对于虚置栅极结构)的两个层状物。接着形成栅极 间隔物于虚置栅极结构周围。在形成层间介电层于栅极间隔物周围以覆盖鳍 状物的个别部分之后，移除至少一虚置鳍状物上的虚置栅极结构的一部分以 形成栅极切割沟槽。此外，此栅极切割沟槽偏离栅极隔离结构。此外，虚置 栅极结构的其余部分将取代成主动栅极结构，其可包含一或多个金属栅极 层。
60.以上述方法形成金属栅极层于多个鳍状物上，可提供多种优点于先进的 工艺节点中。栅极隔离结构形成于虚置鳍状物上，以分离、截断、或分开金 属栅极层。形成栅极隔离结构以切割金属栅极层，可使金属栅极层的不同部 分电性耦接至个别的主动鳍状物。然而现有技术所形成的栅极隔离结构的关 键尺寸可能因工艺变异而加大，这将不利地缩小金属栅极层的个别关键尺 寸。
61.举例来说，现有技术形成的虚置栅极结构通常具有反v形上表面。由于 工艺变异(比如栅极切割沟槽横向偏离所需位置，而栅极切割沟槽比预期宽)， 栅极切割沟槽可能具有不想要的横向扩张，而虚置鳍状物的反v形上表面有 利于形成这种栅极切割沟槽。此横向扩张(有时视作阴影效应)会减少金属栅 极层的个别关键尺寸，进而负面影响后续工艺(如形成主动栅极结构所用的 接点的工艺)的容许范围。
62.通过形成虚置鳍状物的v形上表面或虚置鳍状物中的两个不同层，就算 出现上述的工艺变异，仍可明显限制阴影效应。举例来说，当虚置鳍状物具 有v形上表面时，虚置鳍状物的中心部分低于个别的侧部。至少一较高的侧 部可用于阻挡栅极切割沟槽的横向扩张。在另一例中，当虚置鳍状物具有两 层以分别形成其中心部分与侧部时，中心部分的蚀刻选择性(相对于虚置栅 极结构)较低，而侧部的蚀刻选择性较高。如此一来，在形成栅极切割沟槽 时，侧部可维持实质上完整，其亦可阻挡栅极切割沟槽的横向扩张。在此方 式中，可消除现有技术中常见的问题。
63.图1显示多种实施例中的鳍状场效晶体管装置100。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的侧壁与上表面，且栅极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(或自鳍状物104延伸)，且位于栅 极介电层108与栅极110的两侧上。图1可提供数个剖面以用于后续附图。 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。剖面 a-a垂直于剖面b-b并沿着鳍状物104的纵轴，且在源极区112s与漏极区 112d之间的电流方向中。后续附图将依据这些参考剖面以清楚说明。
64.图2显示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(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、 垂直晶体管装置、全绕式栅极晶体管装置、或类似物。值得注意的是，方法 200仅为举例而非局限本发明实施例。综上所述，应理解可在图2的方法200 之前、之中、与之后提供额外步骤，且一些其他步骤仅简述于此。在一些实 施例中，方法200的步骤分别与图3、图4、图5、图6、图7、图8a、图 8b、图8c、图9、图10、图11、图12、图13、图14a、图14b、图14c、 图15a、图15b、图15c及图16所示的多种制作阶段中的鳍状场效晶体管 装置的剖视图相关，其将进一步详述于下。
65.简要概述，方法200一开始的步骤202提供基板。方法200的步骤204 接着形成一或多个主动鳍状物。方法200的步骤206接着沉积隔离介电层。 方法200的步骤208接着形成虚置鳍状物沟槽。方法200的步骤210接着沉 积虚置鳍状物。方法200的步骤212接着蚀刻虚置鳍状物。方法200的步骤 216接着形成隔离区。方法200的步骤216接着形成虚置栅极结构于鳍状物 上。虚置栅极结构可包含虚置栅极介电层，以及虚置栅极位于虚置栅极介电 层上。方法200的步骤218形成栅极间隔物。栅极间隔物可沿着虚置栅极结 构的侧壁延伸。方法
200的步骤220接着成长源极/漏极区。方法200的步骤 222接着形成层间介电层。方法200的步骤224接着切割虚置栅极结构。方 法200的步骤226接着形成栅极隔离结构。方法200的步骤228接着将虚置 栅极结构置换成主动栅极结构。
66.如上所述，图3至图16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的多种制作阶段的剖视图。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类似，但具有多个鳍状物。举例来说，图3 至图10与图14至图16显示鳍状场效晶体管装置300沿着图1所示的剖面 b-b的剖视图，而图11到图13显示鳍状场效晶体管装置300沿着图1所示 的剖面a-a的剖视图。虽然图3至图16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可包含数个其他装置如电感、熔丝、电容器、 线圈、或类似物，其未显示于图3至图16中以求附图清楚。
67.图3对应图2的步骤202，为含有基板302的鳍状场效晶体管装置300 在多种制作阶段之一的剖视图。图3的剖视图沿着鳍状场效晶体管装置300 的主动栅极结构或虚置栅极结构的长度方向(如图1所示的剖面b-b)。
68.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。提供绝缘层于基 板上，通常为硅基板或玻璃基板上。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。
69.图4对应图2的步骤204，为含有半导体鳍状物404a及404b的鳍状场 效晶体管装置300在多种制作阶段之一的剖视图。图4的剖视图沿着鳍状场 效晶体管装置300的主动栅极结构或虚置栅极结构的长度方向(如图1所示 的剖面b-b)。
70.半导体鳍状物404a及404b可各自设置为主动鳍状物，其可作为个别 完成的鳍状场效晶体管中的通道或主动(如电性功能)鳍状物。半导体鳍状物 404a及404b之后可视作主动鳍状物。虽然附图中只有两个半导体鳍状物， 但应理解鳍状场效晶体管装置可包含任何数目的半导体鳍状物，其仍属于本 发明实施例的范畴。
71.举例来说，半导体鳍状物404a及404b的形成方法可为图案化基板302， 其可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与上 方的垫氮化物层408于基板302上。举例来说，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 组成为氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、类似物、或上述的组合。虽然附图中 只有一个垫氮化物层408，但垫氮化物层408可为多层结构(如氧化硅层形成 于氮化硅层上)。举例来说，垫氮化物层408的形成方法可为低压化学气相 沉积或等离子体辅助化学气相沉积。
72.掩模层的图案化方法可采用光刻技术。一般而言，光刻技术采用光刻胶 材料(未图示)，其可沉积、照射(曝光)、与显影光刻胶材料，以移除光刻胶 材料的一部分。保留的光刻胶材料层部分可保护下方材料(如此例中的掩模 层)免于后续工艺步骤如蚀刻。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4所示的图案化的
掩模410。
73.接着采用图案化的掩模410以图案化基板302的露出部分以形成沟槽 (开口)411，进而定义主动鳍状物如半导体鳍状物404a及404b于相邻的沟 槽411之间，如图4所示。在形成多个鳍状物时，此沟槽可位于任何相邻的 鳍状物之间。在一些实施例中，主动鳍状物如半导体鳍状物404a及404b 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可为彼此平行且彼此紧邻的带状物(在俯视图中)。在一些实施例中， 沟槽411可连续围绕主动鳍状物如半导体鳍状物404a及404b。
74.可由任何合适方法图案化主动鳍状物如半导体鳍状物404a及404b。举 例来说，可采用一或多道光刻工艺图案化主动鳍状物如半导体鳍状物404a 及404b，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，其产生的图案间距小于采用单一的直 接光刻工艺所得的图案间距。举例来说，形成牺牲层于基板上，并采用光刻 工艺图案化牺牲层。采用自对准工艺以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。
75.图3及图4所示的实施例形成主动鳍状物如半导体鳍状物404a及404b， 但可由多种不同工艺形成鳍状物。举例来说，可将基板302的顶部置换成合 适材料，比如适于形成的半导体装置的预定型态(如n型或p型)的外延材料。 之后可图案化具有外延材料于顶部的基板302，以形成含有外延材料的主动 鳍状物如半导体鳍状物404a及404b。
76.在另一例中，可形成介电层于基板的上表面上、可蚀刻沟槽穿过介电层、 可外延成长同质外延结构于沟槽中、可使介电层凹陷以使同质外延结构自介 电层凸起而形成一或多个鳍状物。
77.在又一例中，可形成介电层于基板的上表面上、可蚀刻沟槽穿过介电层、 可外延成长材料不同于基板的异质外延结构于沟槽中、可使介电层凹陷以使 异质外延结构自介电层凸起而形成一或多个鳍状物。
78.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，可在成长时原位掺杂成长的材料或结构以省略之前或之后的注入，但原 位掺杂仍可搭配注入掺杂。此外，在n型金属氧化物半导体区与p型金属氧 化物半导体区中外延成长不同的材料具有优点。在多种实施例中，主动鳍状 物如半导体鳍状物404a及404b可包含硅锗、碳化硅、纯锗或实质上纯锗、 iii-v族半导体化合物、ii-vi族半导体化合物、或类似物。举例来说，形成 iii-v族半导体化合物的可行材料包括但不限于砷化铟、砷化铝、砷化镓、 磷化铟、氮化镓、砷化镓铟、锑化镓、锑化铝、磷化铝、磷化镓、或类似物。
79.图5对应图2的步骤206，为含有隔离介电层500的鳍状场效晶体管装 置300在多种制作阶段之一的剖视图。图5的剖视图沿着鳍状场效晶体管装 置300的主动或虚置栅极结构的长度方向(比如图1所示的剖面b-b)。
80.隔离介电层500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，之后固化材料 使其转换成另一材料如氧化物)、类似方法、或上述的组合。亦可采用其他 隔离介电层及/或其他形成工艺。在一例中，隔离介电层500为可流动的化学 气相沉积工艺所形成的氧化硅。一旦形成隔离介电层500，即可进行
退火工 艺。
81.在一些实施例中，隔离介电层500可包含衬垫层如衬垫氧化物(未图示) 位于隔离介电层500与基板302(主动鳍状物如半导体鳍状物404a及404b) 之间的界面。在一些实施例中，衬垫氧化物可减少基板302与隔离介电层500 之间的界面处的结晶缺陷。类似地，衬垫氧化物亦可用于减少主动鳍状物如 半导体鳍状物404a及404b与隔离介电层500之间的界面处的结晶缺陷。 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以形成衬垫氧化物。
82.图6对应图2的步骤208，为含有虚置鳍状物沟槽600的鳍状场效晶体 管装置300在多种制作阶段之一的剖视图。图6的剖视图沿着鳍状场效晶体 管装置300的主动栅极结构或虚置栅极结构的长度方向(如图1所示的剖面 b-b)。
83.一旦沉积隔离介电层500于主动鳍状物如半导体鳍状物404a及404b 之上，即可形成一或多个虚置鳍状物沟槽于主动鳍状物如半导体鳍状物 404a及404b之间。以图6为例，虚置鳍状物沟槽600形成于主动鳍状物如 半导体鳍状物404a及404b之间。虚置鳍状物沟槽600的形成方法可为图 案化隔离介电层500，其可采用光刻与蚀刻技术。举例来说，可形成图案化 的掩模于隔离介电层500上，以掩模隔离介电层500的部分而形成虚置鳍状 物沟槽600。之后可蚀刻隔离介电层500的未掩模部分，比如采用反应性离 子蚀刻、中性束蚀刻、类似方法、或上述的组合，进而定义虚置鳍状物沟槽 600于相邻的主动鳍状物如半导体鳍状物404a及404b之间(或图4的沟槽 411之一中)。在一些实施例中，蚀刻可为非等向。
84.以图6为例，虚置鳍状物沟槽600的下表面600'垂直地高于基板302的 上表面302'。换言之，下表面600'与上表面302'隔有正值的距离d(如隔离 介电层500的距离d)。可由上表面302'测量至下表面600'以得距离d。应理 解距离d可为0或负值，此仍属本发明实施例的范畴。举例来说，一旦露出 上表面302'的一部分即可停止形成虚置鳍状物沟槽600，则距离d为0。在 另一例中，露出上表面302'的一部分之后仍继续形成虚置鳍状物沟槽600(在 受控的方式中)，其可造成非0的负值的距离d。在下述内容中，图6所示 的实施例将继续用于说明性的例子。
85.图7对应图2的步骤210，为含有虚置鳍状物700的鳍状场效晶体管装 置300在多种制作阶段之一的剖视图。图7的剖视图沿着鳍状场效晶体管装 置300的主动栅极结构或虚置栅极结构的长度方向(如图1所示的剖面b-b)。
86.虚置鳍状物700的形成方法可为采用沉积技术将介电材料填入虚置鳍状 物沟槽600，接着进行化学机械研磨工艺以自共平面的隔离介电层500的上 表面与主动鳍状物如半导体鳍状物404a及404b的上表面移除任何多余的 介电材料(未图示)。在一些实施例中，可由平坦化工艺移除图案化的掩模410。 在一些实施例中，平坦化工艺之后可保留图案化的掩模410。为了使附图清 楚，图7未显示图案化的掩模410。介电材料可包含氧化硅、氮化硅、氮氧 化硅、碳化硅、碳氧化硅、碳氮氧化硅、碳氧化硅、或上述的组合。在另一 例中，介电材料可包含iv族为主的氧化物或iv族为主的氮化物，比如氮化 钽、氧化钽、氧化铪、或上述的组合。举例来说，形成虚置鳍状物700的沉 积技术可包含低压化学气相沉积或等离子体辅助化学气相沉积。
87.在先进工艺节点中，此虚置鳍状物可与一或多个主动鳍状物相邻(比如 位于两个相邻的主动鳍状物之间)，以改善整体设计与半导体装置的制作方 法。举例来说，虚置鳍状
物可用于光学邻近校正，以增进设计半导体装置的 阶段中的图案密度与图案一致性。在另一例中，添加虚置鳍状物以与主动鳍 状物相邻，可在制作半导体装置时改善化学机械研磨效能。在适当设置与开 启半导体装置十，虚置鳍状物可设计为非主动或无电性功能。
88.图8a、图8b及图8c对应图2的步骤212，各自为蚀刻鳍状场效晶体 管装置300的虚置鳍状物700的多种制作阶段之一的剖视图。图8a至图8c 的剖视图各自沿着鳍状场效晶体管装置300的主动栅极结构或虚置栅极结构 的长度方向(如图1所示的剖面b-b)。
89.一旦形成虚置鳍状物700，可在工件上进行一或多道蚀刻工艺801，使 虚置鳍状物700的上表面700'具有v形轮廓。蚀刻工艺801可包含反应性离 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，可控制蚀刻工艺801使隔离介电层500与虚置鳍状物700之间具 有高蚀刻选择性。举例来说，蚀刻工艺801对虚置鳍状物700的蚀刻速率较 高，且对隔离介电层500的蚀刻速率较低。如此一来，可不需图案化工艺(如 图案化的掩模)。在此蚀刻工艺(不需图案化的掩模)时，图案化的掩模410仍 覆盖主动鳍状物如半导体鳍状物404a及404b。
90.如图8a所示，上表面700'具有彼此相交的两个边缘(或晶面)700'-1及 700'-2，其中每一边缘自隔离介电层500的上表面向下倾斜。在此方式中， 虚置鳍状物700可包含一或多个部分(其具有较低的高度)，以及一或多个其 他部分(其具有较高的高度)。举例来说，虚置鳍状物700包括较低高度的一 个中心部分700a，与较高高度的两个侧部700b。
91.虽然图8a所示的实施例中的上表面700'具有两个边缘或晶面，但应理 解上表面700'可包含任何数目的边缘，只要虚置鳍状物700的中心部分较低 而一或多个侧部较高即可，其仍属于本发明实施例的范畴。以图8b为例， 上表面700'具有四个边缘700'-3、700'-4、700'-5及700'-6，使虚置鳍状物700 包含较低的中心部分与多个较高的侧部。此外，虽然图8a所示的实施例中 的上表面700'具有边缘为主或晶面为主的轮廓，应理解上表面700'可具有任 何其他轮廓，只要虚置鳍状物700的中心部分较低而一或多个侧部较高即可， 其仍属于本发明实施例的范畴。以图8c为例，上表面700'具有弧形为主的 轮廓(其朝向基板302延伸)，使虚置鳍状物700包含较低的中心部分与多个 较高的侧部。在下述内容中，以图8a的实施例作为说明性的例子。
92.图9对应图2的步骤214，为含有一或多个隔离区900的鳍状场效晶体 管装置300在多种制作阶段之一的剖视图。图9的剖视图沿着鳍状场效晶体 管装置300的主动栅极结构或虚置栅极结构的长度方向(如图1所示的剖面 b-b)。
93.隔离区900的形成方法为使隔离介电层500凹陷，如图9所示的虚线。 隔离区900有时可视作浅沟槽隔离区。由于隔离介电层500凹陷，半导体鳍 状物404a及404b的上侧部分自相邻的浅沟槽隔离区900之间凸起。浅沟 槽隔离区900的上表面900'可为平坦表面(如图示)、凸出表面、凹入表面(如 碟化)、或上述的组合。可由合适蚀刻使浅沟槽隔离区900的上表面900'平坦、 凸出及/或凹入。采用可接受的蚀刻工艺，比如对隔离介电层500的材料具有 选择性的蚀刻工艺，使浅沟槽隔离区900凹陷。举例来说，可进行干蚀刻或 采用稀氢氟酸的湿蚀刻，使浅沟槽隔离区900凹陷。虽然在图9中，上表面 900'垂直地高于虚置鳍状物700的下表面700"，但应理解上表面900'可对准 下表面700"，此亦属本发明实施例的范畴。
94.图10对应图2的步骤216，为含有虚置栅极结构1000的鳍状场效晶体 管装置300在多种制作阶段之一的剖视图。图10的剖视图沿着鳍状场效晶 体管装置300的主动栅极结构
或虚置栅极结构的长度方向(如图1所示的剖 面b-b)。
95.在一些实施例中，虚置栅极结构1000包括虚置栅极介电层1002与虚置 栅极1004。可形成掩模1006于虚置栅极结构1000上。为了形成虚置栅极结 构1000，可形成介电层于主动鳍状物如半导体鳍状物404a及404b与虚置 鳍状物700上。举例来说，介电层可为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、 碳氮化硅、碳氮氧化硅、碳氧化硅、上述的多层、或类似物，且其形成方法 可为沉积或热氧化。
96.栅极层形成于介电层上，且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， 掩模层的组成可为氮化硅或类似物。
97.在形成层状物如介电层、栅极层、与掩模层之后，可采用合适的光刻与 蚀刻技术图案化掩模层以形成掩模1006。接着以合适的蚀刻技术将掩模1006 的图案转移至栅极层与介电层，以分别形成虚置栅极1004与下方的虚置栅 极介电层1002。虚置栅极1004与虚置栅极介电层1002跨过或覆盖虚置鳍状 物700与每一主动鳍状物如半导体鳍状物404a及404b的个别部分(如通道 区)。举例来说，在形成一个虚置栅极结构时，虚置栅极结构的虚置栅极与 虚置栅极介电层可跨过鳍状物的个别中心部分。虚置栅极1004的长度方向 (如图1的剖面b-b)垂直于鳍状物的长度方向(如图1的剖面a-a)。
98.以图10为例，虚置栅极介电层1002形成于主动鳍状物如半导体鳍状物 404a及404b与虚置鳍状物700上(比如形成于鳍状物的个别上表面与侧壁 上)以及浅沟槽隔离区900上。在其他实施例中，虚置栅极介电层1002的形 成方法可为热氧化鳍状物的材料，因此形成于鳍状物上而不形成于浅沟槽隔 离区900上。应理解这些与其他变化仍包含于本发明实施例的范畴中。
99.图11至图13为鳍状场效晶体管装置300的后续工艺的剖视图，其沿着 主动鳍状物如半导体鳍状物404a及404b之一的长度方向(如图1所示的剖 面a-a)。举例来说，附图中的一个虚置栅极结构(如虚置栅极结构1000)位于 图11至图13中的主动鳍状物如半导体鳍状物404b上。应理解更多或更少 的虚置栅极结构可形成于半导体鳍状物404b(以及其他的半导体鳍状物 404a与虚置鳍状物700的每一者)上，此仍属本发明实施例的范畴。
100.图11对应图2的步骤218，为含有栅极间隔物1100形成于虚置栅极结 构1000周围(比如沿着虚置栅极结构1000的侧壁并接触虚置栅极结构1000 的侧壁)的鳍状场效晶体管装置300的剖视图。图11的剖视图沿着主动鳍状 物如半导体鳍状物404b的长度方向(如图1所示的剖面a-a)。
101.举例来说，栅极间隔物1100可形成于虚置栅极结构1000的两侧侧壁上。 虽然图11(与后续附图)所示的例子中，栅极间隔物1100为单一层状物，但 应理解栅极间隔物可具有任何数目的层状物，其仍属于本发明实施例的范 畴。栅极间隔物1100可为低介电常数的间隔物，且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。可采用任何合适的沉积方法如热氧 化、化学气相沉积、或类似方法以形成栅极间隔物1100。图11所示的栅极 间隔物1100的形状与形成方法仅为非限制性的例子，且其他形状与形成方 法亦属可能。这些与其他变化完全包含于本发明实施例的范畴。
102.图12对应图2的步骤214，为含有数个(如2个)源极/漏极区1200的鳍 状场效晶体管装置300在多种制作阶段之一的剖视图。图12的剖视图沿着 主动鳍状物如半导体鳍状物
404b的长度方向(如图1所示的剖面a-a)。
103.源极/漏极区1200形成于主动鳍状物如半导体鳍状物404b其与虚置栅 极结构1000相邻的凹陷中，比如形成于相邻的虚置栅极结构1000之间及/ 或与虚置栅极结构1000相邻。在一些实施例中，凹陷的形成方法可为采用 虚置栅极结构1000作为蚀刻掩模的非等向蚀刻工艺，但亦可采用任何其他 合适的蚀刻工艺。
104.源极/漏极区1200的形成方法可为外延成长半导体材料于凹陷中，其可 采用合适的形成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。
105.如图12所示，外延的源极/漏极区1200可具有自主动鳍状物如半导体鳍 状物404b的上表面隆起的表面(比如隆起高于主动鳍状物如半导体鳍状物 404b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1200可合并以形成连续的外延源极/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1200不合并在一起，且维持分开的源极/ 漏极区1200(未图示)。在一些实施例中，当最终的鳍状场效晶体管装置为n 型鳍状场效晶体管时，源极/漏极区1200可包含碳化硅、磷化硅、掺杂磷的 碳化硅、或类似物。在一些实施例中，当最终的鳍状场效晶体管装置为p型 鳍状场效晶体管时，源极/漏极区1200可包含硅锗与p型杂质如硼或铟。
106.外延的源极/漏极区可注入掺质以形成源极/漏极区1200，接着进行退火 工艺。注入工艺可包含形成与图案化掩模如光刻胶，以覆盖鳍状场效晶体管 装置300的一些区域，并保护这些区域免于注入工艺。源极/漏极区1200的 杂质(如掺质)浓度为约1x10
19
cm-3
至约1x10
21
cm-3
。可注入p型杂质如硼或 铟于p型晶体管的源极/漏极区1200中。可注入n型杂质如磷或砷于n型晶 体管的源极/漏极区1200中。在一些实施例中，可在成长时原位掺杂外延的 源极/漏极区1200。
107.图13对应图2的步骤216，为含有层间介电层1300的鳍状场效晶体管 装置300在多种制作阶段之一的剖视图。图13的剖视图沿着主动鳍状物如 半导体鳍状物404b的长度方向(如图1所示的剖面a-a)。
108.一些实施例在形成层间介电层1300之前，形成接点蚀刻停止层1302于 结构上，如图13所示。接点蚀刻停止层1302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。
109.在一些实施例中，层间介电层1300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1300之后，可视情 况形成介电层1304于层间介电层1300上。介电层1304可作为保护层，以 避免或减少层间介电层1300在后续蚀刻工艺中的损失。介电层1304的组成 可为合适材料如氮化硅、碳氮化硅、或类似物，且其形成方法可采用合适方 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1304之后，可进行平坦化工艺如化学机械研磨置成以达介电 层1304所用的齐平上表面。化学机械研磨亦可移除虚置栅极1004上的接点 蚀刻停止层1302的部分与掩模1006(图12)。在一些实施例中，平坦化工艺 之后的介电层1304的上表面可与虚置栅极1004的上表面齐平。
110.接着可进行栅极后制工艺(有时可视作制换栅极工艺)，以将虚置栅极结 构1000置换成主动栅极结构(有时亦可视作制换栅极结构或主动栅极结构)。 在制换虚置栅极结构之前，可将虚置栅极结构位于主动鳍状物之间的一部分 置换成栅极隔离结构，使主动栅极结构分成不同部分以分开电性耦接至主动 鳍状物。图14a至图16显示鳍状场效晶体管装置300的后续工艺的剖视图， 其将详述于下。
111.图14a、图14b及图14c对应图2的步骤224，各自为切割、截断、或 以其他方式分开虚置栅极结构1000以形成栅极切割沟槽(或开口)1400的鳍 状场效晶体管装置300在多种制作阶段之一的剖视图。图14a至图14c的 剖视图各自沿着鳍状场效晶体管装置300的主动栅极结构或虚置栅极结构的 长度方向(如图1所示的剖面b-b)。具体而言，图14a及图14b所示的多种 实施例中，相对于虚置鳍状物700沿着虚置栅极结构1000的长度方向的关 键尺寸cdd，栅极切割沟槽1400具有沿着相同方向的不同关键尺寸cdc。 图14c所示的实施例中，栅极切割沟槽1400横向偏离虚置鳍状物700。
112.为了形成栅极切割沟槽1400，可形成掩模(未图示)于虚置栅极结构1000 上，以露出虚置栅极结构1000将移除的一部分(比如位于虚置鳍状物700上 的部分)，接着以蚀刻工艺1401(如图14a)移除虚置栅极结构1000的部分。 应理解的是，可在形成源极/漏极区1200(如图2的步骤214)之前切割虚置栅 极结构1000，其仍属于本发明实施例的范畴。在移除虚置栅极结构1000时， 虚置鳍状物700可作为蚀刻停止层，比如虚置鳍状物700与虚置栅极结构 1000具有足够高的蚀刻选择性。举例来说，蚀刻工艺1401对虚置栅极结构 1000的蚀刻速率大于对虚置鳍状物700的蚀刻速率。此外，多种实施例的虚 置鳍状物700的侧部较高，可限制栅极切割沟槽1400横向扩展。
113.举例来说，蚀刻工艺1401可设置为移除虚置栅极结构1000的部分，以 至少部分露出虚置鳍状物700的v形轮廓的上表面700'，如上所述。一旦露 出上表面700'，虚置鳍状物700的至少一侧部将减慢蚀刻工艺1401，因为侧 部的高度较高。换言之，虚置鳍状物700的侧部将限制蚀刻工艺1401于虚 置鳍状物700的中心部分附近，进而限制蚀刻工艺横向穿入虚置栅极结构中 的程度。如此一来，可避免栅极切割沟槽1400的横向扩张。
114.在图14a所示的实施例中，关键尺寸cdc小于关键尺寸cdd。在一些 例子中，可刻意或无意地使关键尺寸cdc大于关键尺寸cdd，如图14b所 示。当发生此情况时，关键尺寸cdc可包含两个部分如关键尺寸cdi及cdo。 关键尺寸cdi对应栅极切割沟槽1400的内侧部分的关键尺寸，其垂直投影 近似于对准虚置鳍状物700。关键尺寸cdo对应栅极切割沟槽1400的外侧 部分(位于内侧部分之外)的关键尺寸。cdc可等于cdi+2xcdo。由于虚置 鳍状物700的侧部具有较高的高度如上述，有利地限制关键尺寸cdo。如此 一来，可避免不利地加大关键尺寸cdc。在一些其他例子中，栅极切割沟槽 1400可能因图案化工艺对不准而偏离虚置鳍状物700，如图14c所示。当此 状况发生时，关键尺寸cdc可包含两个部分如关键尺寸cdi及cdo。关键 尺寸cdi对应栅极切割沟槽1400的内侧部分的关键尺寸，其垂直投影近似 于对准虚置鳍状物700，而关键尺寸cdo对应栅极切割沟槽1400的外侧部 分(在内侧部分之外)的关键尺寸。cdc可等于cdi+cdo。由于虚置鳍状物700 的侧部具有较高的高度如上述，有利地限制关键尺寸cdo。如此一来，可避 免不利地加大关键尺寸cdc。
115.蚀刻工艺1401可设置为具有至少一些非等向蚀刻特性，以限制不想要 的横向蚀刻。举例说，蚀刻工艺1401可包含等离子体蚀刻工艺，其可具有 一定程度的非等向特性。在
此等离子体蚀刻工艺中(包含自由基等离子体蚀 刻、远端等离子体蚀刻、或其他合适的等离子体蚀刻工艺)，可采用气体源(如 氯气、溴化氢、四氟化碳、氟仿、二氟甲烷、氟化甲烷、六氟-1,3-丁二烯、 三氯化硼、六氟化硫、氢气、三氟化氮、其他合适的气体源、或上述的组合) 与钝化气体(如氮气、氧气、二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、甲烷、四氯 化硅、任何其他合适的钝化气体、或上述的组合)。此外，对等离子体蚀刻 工艺而言，气体源及/或钝化气体可由氩气、氦气、氖气、其他合适的稀释气 体、或上述的组合稀释，以控制上述蚀刻速率。在非限制性的例子中，蚀刻 工艺1401采用的源功率可为10瓦至3000瓦，偏功率可为0瓦至3000瓦、 压力可为1mtorr至5torr、且蚀刻气体流速可为0sccm至5000sccm。然而 值得注意的是亦可实施上述范围之外的源功率、偏功率、压力、与流速。
116.在另一例中，蚀刻工艺1401可包含湿蚀刻工艺(可具有特定程度的等向 特性)以搭配等离子体蚀刻工艺。在此湿蚀刻工艺中，可采用主要蚀刻化学 剂(如氢氟酸、其他合适的主要蚀刻化学剂、或上述的组合)、辅助蚀刻化学 剂(如硫酸、氯化氢、溴化氢、氨、磷酸、其他合适的辅助蚀刻化学剂、或 上述的组合)以及溶剂(如去离子水、醇类、丙酮、其他合适溶剂、或上述的 组合)，以控制上述的蚀刻速率。
117.图15a、图15b及图15c对应图2的步骤226，各自为含有栅极隔离结 构1500的鳍状场效晶体管装置300在多种制作阶段之一的剖视图。图15a 至图15c的剖视图各自沿着虚置栅极结构1000的长度方向(如图1所示的剖 面b-b)。具体而言，分别依据图14a至图14c的栅极切割沟槽1400形成图 15a至图15c的栅极隔离结构1500。
118.将介电材料填入栅极切割沟槽1400，以形成栅极隔离结构1500，因此 栅极隔离结构1500可延续栅极切割沟槽1400的轮廓或尺寸。如此一来，栅 极隔离结构1500可包含中心部分1500a与一或多个侧部1500b。中心部分 1500a比侧部1500b更延伸至虚置鳍状物700中，如图15a至图15c所示。 此外，中心部分的至少一下表面接触虚置鳍状物700的上表面700'，且可延 续v形轮廓。在一些其他实施例中，中心部分的下表面与至少一侧部的下表 面可接触上表面700'，且可延续v形轮廓。以图15a为例，中心部分1500a 与侧部1500b的个别下表面可一起延续虚置鳍状物700的v形轮廓。以图 15b及图15c为另一例，至少中心部分1500a延续虚置鳍状物700的v形 轮廓。
119.在多种实施例中，虚置鳍状物700的上表面700'的至少一部分与栅极隔 离结构1500的至少一侧壁可形成锐角。如图15a所示，上表面700'的每一 边缘与栅极隔离结构1500的对应侧壁可形成小于90度的角度θ。以图15c 为另一例，上表面700'的边缘之一与栅极隔离结构1500的侧壁之一可形成 小于90度的角度θ。
120.在多种实施例中，栅极隔离结构1500亦可具有栅极切割沟槽1400的关 键尺寸cdc。以图15a为例，栅极隔离结构1500填入图14a的栅极切割沟 槽1400，且栅极隔离结构1500的关键尺寸cdc小于关键尺寸cdd。以图 15b为例，栅极隔离结构1500填入图14b的栅极切割沟槽1400，且栅极隔 离结构1500的关键尺寸cdc大于关键尺寸cdd并具有两个部分如关键尺寸 cdi及cdo。关键尺寸cdi及cdo可分别对应中心部分1500a与侧部1500b 的关键尺寸。以图15c为例，栅极隔离结构1500填入图14c的栅极切割沟 槽1400，且栅极隔离结构1500的关键尺寸cdc可包含两个部分如关键尺寸 cdi及cdo。关键尺寸cdi及cdo可分别对应中心部分1500a与侧部1500b 的关键尺寸。在下述内容中，图15a所示的实施例将作为说明性的例子。
121.举例来说，形成栅极隔离结构1500所用的介电材料可包含氧化硅、氮 化硅、氮氧
化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、碳氧化硅、或上述的组 合。栅极隔离结构1500的形成方法可为沉积介电材料于栅极切割沟槽1400 中，其可采用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。在沉积之后，可进行化学机械研磨以自保留的虚 置栅极结构1000移除任何多余的介电材料。
122.虽然图15a至图15c的例子显示填入栅极切割沟槽1400的栅极隔离结 构1500为单一介电部分(其可包含上述的一或多种介电材料)，但应理解栅极 隔离结构1500可包含多个部分。举例来说，每一部分可包含氧化硅、氮化 硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、碳氧化硅、或上述的组合。 举例来说，栅极隔离结构1500可包含第一部分(如顺应层以衬垫栅极切割沟 槽1400)与第二部分(填入栅极切割沟槽1400且第一部分位于栅极切割沟槽 与第二部分之间)。在另一例中，栅极隔离结构1500可包含第一部分(填入栅 极切割沟槽1400的下侧部分)与第二部分(填入栅极切割沟槽1400的上侧部 分)。
123.图16对应图2的步骤228，为含有主动栅极结构1600的鳍状场效晶体 管装置300在多种制作阶段之一的剖视图。图16的剖视图沿着主动栅极结 构1600的长度方向(如图1所示的剖面b-b)。
124.可将虚置栅极结构1000取代成主动栅极结构1600。如图所示，主动栅 极结构1600可包含两个部分1600a及1600b，其隔有栅极隔离结构1500与 虚置鳍状物700。部分1600a可覆盖主动鳍状物如半导体鳍状物404a，而 部分1600b可覆盖主动鳍状物如半导体鳍状物404b。在形成主动栅极结构 1600之后，鳍状场效晶体管装置300可包含数个晶体管。举例来说，第一主 动晶体管采用主动鳍状物如半导体鳍状物404a作为导电通道，并采用部分 1600a作为主动栅极结构。第二晶体管采用主动鳍状物如半导体鳍状物404b 作为导电通道，并采用部分1600b作为主动栅极结构。
125.主动栅极结构1600可包含栅极介电层1602、金属栅极层1604、与一或 多个其他层(未图示以求附图清楚)。举例来说，主动栅极结构1600可进一步 包含盖层与粘着层。盖层可保护下方的功函数层免于氧化。在一些实施例中， 盖层可为含硅层如硅层、氧化硅层、或氮化硅层。粘着层可作为下方层与后 续形成于粘着层上的栅极材料(如钨)之间的粘着层。粘着层的组成可为合适 材料如氮化钛。
126.栅极介电层1602沉积(如顺应性地沉积)于对应的栅极沟槽中，以围绕(如 跨过)一或多个鳍状物。举例来说，部分1600a的栅极介电层1602(有时可 视作栅极介电层1602a)沉积于栅极沟槽中，而栅极沟槽的形成方法为移除 虚置鳍状物700的左侧上的虚置栅极结构1000的一部分。栅极介电层1602a 可覆盖主动鳍状物如半导体鳍状物404a的上表面与侧壁、虚置鳍状物700 的侧壁之一以及栅极隔离结构1500的侧壁之一。部分1600b的栅极介电层 1602(有时可视作栅极介电层1602b)沉积于栅极沟槽中，而栅极沟槽的形成 方法为移除虚置鳍状物700的右侧上的虚置栅极结构1000的一部分。栅极 介电层1602b可覆盖主动鳍状物如半导体鳍状物404b的上表面与侧壁、虚 置鳍状物700的侧壁的另一者以及栅极隔离结构1500的侧壁的另一者。
127.栅极介电层1602包括氧化硅、氮化硅、或上述的多层。在实施例中， 栅极介电层1602包括高介电常数的介电材料。在这些实施例中，栅极介电 层1602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1602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。 举例来说，栅极介电层1602的厚度可介于约至约之间。
128.金属栅极层1604形成于栅极介电层1602上。部分1600a的金属栅极层 1604(有时可视作金属栅极层1604a)沉积于栅极介电层1602a上的栅极沟槽 中，而部分1600b的金属栅极层1604(有时可视作金属栅极层1604b)沉积于 栅极介电层1602b上的栅极沟槽中。在一些实施例中，金属栅极层1604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。综上所述， 金属栅极层1604有时可视作功函数层。举例来说，金属栅极层1604可为n 型功函数层。在此处所述的内容中，功函数层亦可视作功函数金属。p型装 置所用的栅极结构中包含的p型功函数金属的例子，可包含氮化钛、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、氮化钨、 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包 含的n型功函数金属的例子，可包含钛、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。
129.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以调 整其功函数值，以达欲形成的装置其目标临界电压。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。举例来说， p型功函数层的厚度可介于约至约之间，且n型功函数层的厚度可 介于约至约之间。
130.值得注意的是，图16所示的主动栅极结构1600其形成方法，依据图15a 中形成的栅极隔离结构1500。当栅极隔离结构1500的形成方法不同，主动 栅极结构1600可具有不同轮廓。举例来说，当栅极隔离结构1500的关键尺 寸大于对应的虚置鳍状物700的关键尺寸时(如图15b)，栅极介电层1602的 一部分与金属栅极层1604的一部分(视情况，端视栅极介电层1602a或 1602b的厚度而定)可位于每一侧部1500b之下。若栅极介电层1602的厚度 大于或等于关键尺寸cdo，则任何侧部1500b之下不存在金属栅极层1604。 若栅极介电层1602的厚度小于关键尺寸cdo，则每一侧部1500b之下可存 在金属栅极层1604的部分(如金属栅极层1604a及1604b的一部分)。在图 15c所示的另一例中，栅极介电层1602的一部分与金属栅极层1604的一部 分(视情况，端视栅极介电层1602的厚度而定)可位于侧部1500b之下。若 栅极介电层1602的厚度大于或等于关键尺寸cdo，则侧部1500b之下不存 在金属栅极层1604。若栅极介电层1602的厚度小于关键尺寸cdo，则金属 栅极层1604(如金属栅极层1604b的一部分)可存在于侧部1500b之下。
131.图17显示本发明一或多个实施例中，形成非平面晶体管装置的方法 1700的流程图。举例来说，方法1700的至少一些步骤可用于形成鳍状场效 晶体管装置(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、垂直晶体管装置、全绕式栅极晶体管装置、或类似物。值得注意的是， 方法1700仅为举例而非局限本发明实施例。综上所述，应理解可在图17的 方法1700之前、之中、与之后提供额外步骤，且一些其他步骤仅简述于此。 在一些实施例中，方法1700的步骤分别与图18、图19、图20、图21、图 22、图23、图24、图25、图26、图27、图28、图29a、图29b、图29c、 图30a、图30b、图30c及图31所示的多种制作阶段中的鳍状场效晶体管 装置的剖视图相关，其将进一步详述于下。
132.简要概述，方法1700一开始的步骤1702提供基板。方法1700的步骤 1704接着形成一或多个主动鳍状物。方法1700的步骤1706接着沉积隔离介 电层。方法1700的步骤1708接着形成虚置鳍状物沟槽。方法1700的步骤 1710接着沉积虚置鳍状物的第一层。方法1700的步骤1712接着沉积虚置鳍 状物的第二层。方法1700的步骤1714接着形成隔离区。方法1700
的步骤 1716接着形成虚置栅极结构于鳍状物上。虚置栅极结构可包含虚置栅极介电 层，以及虚置栅极位于虚置栅极介电层上。方法1700的步骤1718形成栅极 间隔物。栅极间隔物可沿着虚置栅极结构的侧壁延伸。方法1700的步骤1720 接着成长源极/漏极区。方法1700的步骤1722接着形成层间介电层。方法 1700的步骤1724接着切割虚置栅极结构。方法1700的步骤1726接着形成 栅极隔离结构。方法1700的步骤1728接着将虚置栅极结构置换成主动栅极 结构。
133.如上所述，图18至图31各自显示鳍状场效晶体管装置1800的一部分 在图17的方法1700的多种制作阶段的剖视图。鳍状场效晶体管装置1800 与图1所示的鳍状场效晶体管装置100类似，但具有多个鳍状物。举例来说， 图18至图25与图29a至图31显示鳍状场效晶体管装置1800沿着图1所示 的剖面b-b的剖视图，而图26至图28显示鳍状场效晶体管装置1800沿着 图1所示的剖面a-a的剖视图。虽然图18至图31显示鳍状场效晶体管装置 1800，但应理解鳍状场效晶体管装置1800可包含数个其他装置如电感、熔 丝、电容器、线圈、或类似物，其未显示于图18至图31中以求附图清楚。
134.图18对应图17的步骤1702，为含有基板1802的鳍状场效晶体管装置 1800在多种制作阶段之一的剖视图。图18的剖视图沿着鳍状场效晶体管装 置1800的主动栅极结构或虚置栅极结构的长度方向(如图1所示的剖面 b-b)。
135.基板1802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型或n型掺质)或未掺杂。基板1802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。提供绝缘层于 基板上，通常为硅基板或玻璃基板上。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1802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。
136.图19对应图17的步骤1704，为含有半导体鳍状物1904a及1904b的 鳍状场效晶体管装置1800在多种制作阶段之一的剖视图。图19的剖视图沿 着鳍状场效晶体管装置1800的主动栅极结构或虚置栅极结构的长度方向(如 图1所示的剖面b-b)。
137.半导体鳍状物1904a及1904b可各自设置为主动鳍状物，其可作为个 别完成的鳍状场效晶体管中的通道或主动(如电性功能)鳍状物。半导体鳍状 物1904a及1904b之后可视作主动鳍状物。虽然附图中只有两个半导体鳍 状物，但应理解鳍状场效晶体管装置1800可包含任何数目的半导体鳍状物， 其仍属于本发明实施例的范畴。
138.举例来说，半导体鳍状物1904a及1904b的形成方法可为图案化基板 1802，其可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1906 与上方的垫氮化物层1908于基板1802上。举例来说，垫氧化物层1906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1906可为 基板1802与上方的垫氮化物层1908之间的粘着层。在一些实施例中，垫氮 化物层1908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。虽然附图中只有一个垫氮化物层1908，但可形成多层结构(比如氮化 硅层与其上的氧化硅层)以作为垫氮化物层1908。举例来说，垫氮化物层1908 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。
139.掩模层的图案化方法可采用光刻技术。一般而言，光刻技术采用光刻胶 材料(未
图示)，其可沉积、照射(曝光)、与显影光刻胶材料，以移除光刻胶 材料的一部分。保留的光刻胶材料层部分可保护下方材料(如此例中的掩模 层)免于后续工艺步骤如蚀刻。举例来说，光刻胶材料用于图案化垫氧化物 层1906与垫氮化物层1908，以形成图19所示的图案化的掩模1910。
140.接着采用图案化的掩模1910以图案化基板1802的露出部分以形成沟槽 (开口)1911，进而定义主动鳍状物如半导体鳍状物1904a及1904b于相邻的 沟槽1911之间，如图19所示。在形成多个鳍状物时，此沟槽可位于任何相 邻的鳍状物之间。在一些实施例中，主动鳍状物如半导体鳍状物1904a及1904b的形成方法可为蚀刻沟槽于基板1802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1911可为彼此平行且彼此紧邻的带状物(在俯视图中)。在 一些实施例中，沟槽1911可连续围绕主动鳍状物如半导体鳍状物1904a及 1904b。
141.可由任何合适方法图案化主动鳍状物如半导体鳍状物1904a及1904b。 举例来说，可采用一或多道光刻工艺图案化主动鳍状物如半导体鳍状物 1904a及1904b，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，其产生的图案间距小于采用单 一的直接光刻工艺所得的图案间距。举例来说，形成牺牲层于基板上，并采 用光刻工艺图案化牺牲层。采用自对准工艺以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。
142.图18及图19所示的实施例形成主动鳍状物如半导体鳍状物1904a及 1904b，但可由多种不同工艺形成鳍状物。举例来说，可将基板1802的顶部 置换成合适材料，比如适于形成的半导体装置的预定型态(如n型或p型)的 外延材料。之后可图案化具有外延材料于顶部的基板1802，以形成含有外延 材料的主动鳍状物如半导体鳍状物1904a及1904b。
143.在另一例中，可形成介电层于基板的上表面上、可蚀刻沟槽穿过介电层、 可外延成长同质外延结构于沟槽中、可使介电层凹陷以使同质外延结构自介 电层凸起而形成一或多个鳍状物。
144.在又一例中，可形成介电层于基板的上表面上、可蚀刻沟槽穿过介电层、 可外延成长材料不同于基板的异质外延结构于沟槽中、可使介电层凹陷以使 异质外延结构自介电层凸起而形成一或多个鳍状物。
145.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，可在成长时原位掺杂成长的材料或结构以省略之前或之后的注入，但原 位掺杂仍可搭配注入掺杂。此外，在n型金属氧化物半导体区与p型金属氧 化物半导体区中外延成长不同的材料具有优点。在多种实施例中，主动鳍状 物如半导体鳍状物1904a及1904b可包含硅锗、碳化硅、纯锗或实质上纯 锗、iii-v族半导体化合物、ii-vi族半导体化合物、或类似物。举例来说， 形成iii-v族半导体化合物的可行材料包括但不限于砷化铟、砷化铝、砷化 镓、磷化铟、氮化镓、砷化镓铟、锑化镓、锑化铝、磷化铝、磷化镓、或类 似物。
146.图20对应图17的步骤1706，为含有隔离介电层2000的鳍状场效晶体 管装置1800在多种制作阶段之一的剖视图。图20的剖视图沿着鳍状场效晶 体管装置1800的主动或虚置栅极结构的长度方向(比如图1所示的剖面 b-b)。
147.隔离介电层2000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，之后固化材 料使其转换成另一材料如氧化物)、类似方法、或上述的组合。亦可采用其 他隔离介电层及/或其他形成工艺。在一例中，隔离介电层2000为可流动的 化学气相沉积工艺所形成的氧化硅。一旦形成隔离介电层2000，即可进行退 火工艺。
148.在一些实施例中，隔离介电层2000可包含衬垫层如衬垫氧化物(未图示) 位于隔离介电层2000与基板1802(主动鳍状物如半导体鳍状物1904a及 1904b)之间的界面。在一些实施例中，衬垫氧化物可减少基板1802与隔离 介电层2000之间的界面处的结晶缺陷。类似地，衬垫氧化物亦可用于减少 主动鳍状物如半导体鳍状物1904a及1904b与隔离介电层2000之间的界面 处的结晶缺陷。衬垫氧化物(如氧化硅)可为热氧化基板1802的表面层所形成 的热氧化物，但亦可采用其他合适方法以形成衬垫氧化物。
149.图21对应图17的步骤1708，为含有虚置鳍状物沟槽2100的鳍状场效 晶体管装置1800在多种制作阶段之一的剖视图。图21的剖视图沿着鳍状场 效晶体管装置1800的主动栅极结构或虚置栅极结构的长度方向(如图1所示 的剖面b-b)。
150.一旦沉积隔离介电层2000于主动鳍状物如半导体鳍状物1904a及 1904b之上，即可形成一或多个虚置鳍状物沟槽于主动鳍状物如半导体鳍状 物1904a及1904b之间。以图21为例，虚置鳍状物沟槽2100形成于主动 鳍状物如半导体鳍状物1904a及1904b之间。虚置鳍状物沟槽2100的形成 方法可为图案化隔离介电层2000，其可采用光刻与蚀刻技术。举例来说，可 形成图案化的掩模于隔离介电层2000上，以掩模隔离介电层2000的部分而 形成虚置鳍状物沟槽2100。之后可蚀刻隔离介电层2000的未掩模部分，比 如采用反应性离子蚀刻、中性束蚀刻、类似方法、或上述的组合，进而定义 虚置鳍状物沟槽2100于相邻的主动鳍状物如半导体鳍状物1904a及1904b 之间(或图19的沟槽1911之一中)。在一些实施例中，蚀刻可为非等向。
151.以图21为例，虚置鳍状物沟槽2100的下表面2100'垂直地高于基板1802 的上表面1802'。换言之，下表面2100'与上表面1802'隔有正值的距离d(如 隔离介电层2000的距离d)。可由上表面1802'测量至下表面2100'以得距离 d。应理解距离d可为0或负值，此仍属本发明实施例的范畴。举例来说， 一旦露出上表面1802'的一部分即可停止形成虚置鳍状物沟槽2100，则距离 d为0。在另一例中，露出上表面1802'的一部分之后仍继续形成虚置鳍状物 沟槽2100(在受控的方式中)，其可造成非0的负值的距离d。在下述内容中， 图21所示的实施例将继续用于说明性的例子。
152.图22对应图17的步骤1710，为含有第一层2202的鳍状场效晶体管装 置1800在多种制作阶段之一的剖视图。图22的剖视图可沿着鳍状场效晶体 管装置1800的主动栅极结构或虚置栅极结构的长度方向(如图1所示的剖面 b-b)。
153.第一层2202可包含介电材料，其可用于形成一或多个虚置鳍状物。举 例来说，介电材料可包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、 碳氮氧化硅、碳氧化硅、或上述的组合。在另一例中，介电材料可包含iv 族为主的氧化物或iv族为主的氮化物，比如氮化钽、氧化钽、氧化铪、或 上述的组合。举例来说，第一层2202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。在多种实施例中，第一层2202可为顺应性 的层状物以衬垫工件。以图22为例，第一层2202衬垫虚置鳍状物沟槽2100 与隔离介电层2000的上表面。如此一来，虚置鳍状物沟槽的一部分可维持 未填满或露出，之后可田有一或多种
其他层。
154.图23对应图17的步骤1712，为含有第二层2204的鳍状场效晶体管装 置1800在多种制作阶段之一的剖视图。图23的剖视图可沿着鳍状场效晶体 管装置1800的主动栅极结构或虚置栅极结构的长度方向(如图1所示的剖面 b-b)。
155.第二层2204可包含介电材料，其可用于形成一或多个虚置鳍状物。举 例来说，介电材料可包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、 碳氮氧化硅、碳氧化硅、或上述的组合。在另一例中，介电材料可包含iv 族为主的氧化物或iv族为主的氮化物，比如氮化钽、氧化钽、氧化铪、或 上述的组合。举例来说，第二层2204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。
156.在多种实施例中，可选择第一层2202与第二层2204的介电材料，使第 一层与第二层之间的蚀刻选择性大于一定程度的临界值。举例来说，第二层 2204与第一层2202的蚀刻选择性可选择为大于10，即第二层2204的蚀刻 速率比第一层2202的蚀刻速率大十倍。如此一来，对第一层与第二层进行 相同的蚀刻工艺时，在完全移除第二层2204的一部分时，第一层2202可维 持实质上完整，如下所述。此外，第二层2204相对于虚置栅极结构(之后形 成)的蚀刻选择性，可小于第一层2202相对于虚置栅极结构的蚀刻选择性。 如此一来，在蚀刻虚置栅极结构时，可蚀刻第二层2204的一部分而第一层 2202维持实质上完整，如下所述。
157.在多种实施例中，第二层2204非顺应性层。第二层2204可改为填满其 余的虚置鳍状物沟槽2100。在填满其余的虚置鳍状物沟槽2100之后(第一层 夹设于第二层与虚置鳍状物沟槽之间)，可进行平坦化工艺如化学机械研磨 以移除任何多余的介电材料，并使隔离介电层2000的上表面与半导体鳍状 物1904a及1904b的上表面共平面(未图示)。在一些实施例中，平坦化工艺 可移除图案化的掩模1910。在一些实施例中，平坦化工艺之后可保留图案化 的掩模1910。为了使附图清楚，图23未显示图案化的掩模1910。如此一来， 可形成含有第一层2202与第二层2204的虚置鳍状物2300，其中第一层2202 衬垫第二层2204的下表面与侧壁。
158.图24对应图17的步骤1714，为含有一或多个隔离区2400的鳍状场效 晶体管装置1800在多种制作阶段之一的剖视图。图24的剖视图沿着鳍状场 效晶体管装置1800的主动栅极结构或虚置栅极结构的长度方向(如图1所示 的剖面b-b)。
159.隔离区2400的形成方法为使隔离介电层2000凹陷，如图24所示的虚 线。隔离区2400有时可视作浅沟槽隔离区。由于隔离介电层2000凹陷，半 导体鳍状物1904a及1904b的上侧部分自相邻的浅沟槽隔离区2400之间凸 起。浅沟槽隔离区2400的上表面2400'可为平坦表面(如图示)、凸出表面、 凹入表面(如碟化)、或上述的组合。可由合适蚀刻使浅沟槽隔离区2400的上 表面2400'平坦、凸出及/或凹入。采用可接受的蚀刻工艺，比如对隔离介电 层2000的材料具有选择性的蚀刻工艺，使浅沟槽隔离区2400凹陷。举例来 说，可进行干蚀刻或采用稀氢氟酸的湿蚀刻，使浅沟槽隔离区2400凹陷。 虽然在图24中，上表面2400'垂直地高于虚置鳍状物2300的下表面2300'， 但应理解上表面2400'可对准下表面2300'，此亦属本发明实施例的范畴。
160.图25对应图17的步骤1716，为含有虚置栅极结构2500的鳍状场效晶 体管装置1800在多种制作阶段之一的剖视图。图25的剖视图沿着鳍状场效 晶体管装置1800的主动
栅极结构或虚置栅极结构的长度方向(如图1所示的 剖面b-b)。
161.在一些实施例中，虚置栅极结构2500包括虚置栅极介电层2502与虚置 栅极2504。可形成掩模2506于虚置栅极结构2500上。为了形成虚置栅极结 构2500，可形成介电层于主动鳍状物如半导体鳍状物1904a及1904b与虚 置鳍状物2300上。举例来说，介电层可为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳 化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、碳氧化硅、上述的多层、或类似物，且其形 成方法可为沉积或热氧化。
162.栅极层形成于介电层上，且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， 掩模层的组成可为氮化硅或类似物。
163.在形成层状物如介电层、栅极层、与掩模层之后，可采用合适的光刻与 蚀刻技术图案化掩模层以形成掩模2506。接着以合适的蚀刻技术将掩模2506 的图案转移至栅极层与介电层，以分别形成虚置栅极2504与下方的虚置栅 极介电层2502。虚置栅极2504与虚置栅极介电层2502跨过或覆盖虚置鳍状 物2300与每一主动鳍状物如半导体鳍状物1904a及1904b的个别部分(如通 道区)。举例来说，在形成一个虚置栅极结构时，虚置栅极结构的虚置栅极 与虚置栅极介电层可跨过鳍状物的个别中心部分。虚置栅极2504的长度方 向(如图1的剖面b-b)垂直于鳍状物的长度方向(如图1的剖面a-a)。
164.以图25为例，虚置栅极介电层2502形成于主动鳍状物如半导体鳍状物1904a及1904b与虚置鳍状物2300上(比如形成于鳍状物的个别上表面与侧 壁上)以及浅沟槽隔离区2400上。在其他实施例中，虚置栅极介电层2502 的形成方法可为热氧化鳍状物的材料，因此形成于鳍状物上而不形成于浅沟 槽隔离区2400上。应理解这些与其他变化仍包含于本发明实施例的范畴中。
165.图26至图27为鳍状场效晶体管装置1800的后续工艺的剖视图，其沿 着主动鳍状物如半导体鳍状物1904a及1904b之一的长度方向(如图1所示 的剖面a-a)。举例来说，附图中的一个虚置栅极结构(如虚置栅极结构2500) 位于图26至图28中的主动鳍状物如半导体鳍状物1904b上。应理解更多或 更少的虚置栅极结构可形成于半导体鳍状物1904b(以及其他的半导体鳍状 物1904a与虚置鳍状物2300的每一者)上，此仍属本发明实施例的范畴。
166.图26对应图17的步骤1718，为含有栅极间隔物2600形成于虚置栅极 结构2500周围(比如沿着虚置栅极结构2500的侧壁并接触虚置栅极结构 2500的侧壁)的鳍状场效晶体管装置1800的剖视图。图26的剖视图沿着主 动鳍状物如半导体鳍状物1904b的长度方向(如图1所示的剖面a-a)。
167.举例来说，栅极间隔物2600可形成于虚置栅极结构2500的两侧侧壁上。 虽然图26(与后续附图)所示的例子中，栅极间隔物2600为单一层状物，但 应理解栅极间隔物可具有任何数目的层状物，其仍属于本发明实施例的范 畴。栅极间隔物2600可为低介电常数的间隔物，且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。可采用任何合适的沉积方法如热氧 化、化学气相沉积、或类似方法以形成栅极间隔物2600。图26所示的栅极 间隔物2600的形状与形成方法仅为非限制性的例子，且其他形状与形成方 法亦属可能。这些与其他变化完全包含于本发明实施例的范畴。
168.图27对应图17的步骤1720，为含有数个(如2个)源极/漏极区2700的 鳍状场效晶体管装置1800在多种制作阶段之一的剖视图。图27的剖视图沿 着主动鳍状物如半导体鳍
层2804的上表面可与虚置栅极2504的上表面齐平。
176.接着可进行栅极后制工艺(有时可视作制换栅极工艺)，以将虚置栅极结 构2500置换成主动栅极结构(有时亦可视作制换栅极结构或主动栅极结构)。 在制换虚置栅极结构之前，可将虚置栅极结构位于主动鳍状物之间的一部分 置换成栅极隔离结构，使主动栅极结构分成不同部分以分开电性耦接至主动 鳍状物。图29a至图31显示鳍状场效晶体管装置1800的后续工艺的剖视图， 其将详述于下。
177.图29a、图29b及图29c对应图17的步骤1724，各自为切割、截断、 或以其他方式分开虚置栅极结构2500以形成栅极切割沟槽(或开口)2900的 鳍状场效晶体管装置1800在多种制作阶段之一的剖视图。图29a至图29c 的剖视图各自沿着鳍状场效晶体管装置1800的主动栅极结构或虚置栅极结 构的长度方向(如图1所示的剖面b-b)。具体而言，图29a及图29b所示的 多种实施例中，相对于虚置鳍状物2300沿着虚置栅极结构2500的长度方向 的关键尺寸cdd，栅极切割沟槽2900具有沿着相同方向的不同关键尺寸 cdc。图29c所示的实施例中，栅极切割沟槽2900横向偏离虚置鳍状物2300。
178.为了形成栅极切割沟槽2900，可形成掩模(未图示)于虚置栅极结构2500 上，以露出虚置栅极结构2500将移除的一部分(比如位于虚置鳍状物2300 上的部分)，接着以蚀刻工艺2901(如图29a)移除虚置栅极结构2500的部分。 应理解的是，可在形成源极/漏极区2700(如图17的步骤1720)之前切割虚置 栅极结构2500，其仍属于本发明实施例的范畴。在移除虚置栅极结构2500 时，虚置鳍状物2300的一部分可作为蚀刻停止层，比如虚置鳍状物2300的 第一层2202与第二层2204具有足够高的蚀刻选择性，如上所述。
179.举例来说，蚀刻工艺2901可设置为移除虚置栅极结构2500的部分，以 至少部分露出虚置鳍状物2300的上表面2300"(如虚线所示)。一旦露出上表 面2300"，蚀刻工艺2901蚀刻第二层2204的速率大于蚀刻第一层2202的速 率(因为两层之间的高蚀刻选择性)。如此一来，移除第二层2204的上侧部分 时，第一层2202可维持实质上完整，使虚置鳍状物2300的上表面具有阶状 为主的轮廓，如图所示。在一些实施例中，第一层2202有时可视作虚置鳍 状物2300的侧部，而第二层2204有时可视作虚置鳍状物2300的中心部分。 在蚀刻工艺2901之中及/或之后，蚀刻的中心部分如第二层2204的高度低于 侧部如第一层2202的高度。如此一来，虚置鳍状物2300的至少一侧部可减 慢蚀刻工艺2901，因至少一侧部的高度较高。换言之，虚置鳍状物2300的 侧部可限制蚀刻工艺2901于虚置鳍状物2300的中心部分附近，进而限制横 向穿透至虚置栅极结构中的蚀刻程度。如此一来，可避免栅极切割沟槽2900 的横向扩张。
180.在图29a所示的实施例中，关键尺寸cdc小于关键尺寸cdd。在一些 例子中，可刻意或无意地使关键尺寸cdc大于关键尺寸cdd，如图29b所 示。当发生此情况时，关键尺寸cdc可包含两个部分如关键尺寸cdi及cdo。 关键尺寸cdi对应栅极切割沟槽2900的内侧部分的关键尺寸，其垂直投影 近似于对准虚置鳍状物2300的第二层2204。关键尺寸cdo对应栅极切割沟 槽2900的外侧部分(位于内侧部分之外)的关键尺寸。cdc可等于cdi+ 2xcdo。由于虚置鳍状物2300的侧部具有较高的高度如上述，有利地限制 关键尺寸cdo。如此一来，可避免不利地加大关键尺寸cdc。在一些其他例 子中，栅极切割沟槽2900可能因图案化工艺对不准而偏离虚置鳍状物2300， 如图29c所示。当此状况发生时，
181.关键尺寸cdc可包含两个部分如关键尺寸cdi及cdo。关键尺寸cdi对应栅极切割沟
槽2900的内侧部分的关键尺寸，其垂直投影近似于对准虚 置鳍状物2300的第二层2204，而关键尺寸cdo对应栅极切割沟槽2900的 外侧部分(在内侧部分之外)的关键尺寸。cdc可等于cdi+cdo。由于虚置鳍 状物2300的侧部具有较高的高度如上述，有利地限制关键尺寸cdo。如此 一来，可避免不利地加大关键尺寸cdc。
182.蚀刻工艺2901可设置为具有至少一些非等向蚀刻特性，以限制不想要 的横向蚀刻。举例说，蚀刻工艺2901可包含等离子体蚀刻工艺，其可具有 一定程度的非等向特性。在此等离子体蚀刻工艺中(包含自由基等离子体蚀 刻、远端等离子体蚀刻、或其他合适的等离子体蚀刻工艺)，可采用气体源(如 氯气、溴化氢、四氟化碳、氟仿、二氟甲烷、氟化甲烷、六氟-1,3-丁二烯、 三氯化硼、六氟化硫、氢气、三氟化氮、其他合适的气体源、或上述的组合) 与钝化气体(如氮气、氧气、二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、甲烷、四氯 化硅、任何其他合适的钝化气体、或上述的组合)。此外，对等离子体蚀刻 工艺而言，气体源及/或钝化气体可由氩气、氦气、氖气、其他合适的稀释气 体、或上述的组合稀释，以控制上述蚀刻速率。在非限制性的例子中，蚀刻 工艺2901采用的源功率可为10瓦至3000瓦，偏功率可为0瓦至3000瓦、 压力可为1mtorr至5torr、且蚀刻气体流速可为0sccm至5000sccm。然而 值得注意的是亦可实施上述范围之外的源功率、偏功率、压力、与流速。
183.在另一例中，蚀刻工艺2901可包含湿蚀刻工艺(可具有特定程度的等向 特性)以搭配等离子体蚀刻工艺。在此湿蚀刻工艺中，可采用主要蚀刻化学 剂(如氢氟酸、氟气、其他合适的主要蚀刻化学剂、或上述的组合)、辅助蚀 刻化学剂(如硫酸、氯化氢、溴化氢、氨、磷酸、其他合适的辅助蚀刻化学 剂、或上述的组合)以及溶剂(如去离子水、醇类、丙酮、其他合适溶剂、或 上述的组合)，以控制上述的蚀刻速率。
184.图30a、图30b及图30c对应图17的步骤1726，各自为含有栅极隔离 结构3000的鳍状场效晶体管装置1800在多种制作阶段之一的剖视图。图 30a至图30c的剖视图各自沿着虚置栅极结构2500的长度方向(如图1所示 的剖面b-b)。具体而言，分别依据图29a至图29c的栅极切割沟槽2900形 成图30a至图30c的栅极隔离结构3000。
185.将介电材料填入栅极切割沟槽2900，以形成栅极隔离结构3000，因此 栅极隔离结构3000可延续栅极切割沟槽2900的轮廓或尺寸。如此一来，栅 极隔离结构3000可包含中心部分3000a与一或多个侧部3000b。中心部分 3000a比侧部3000b更延伸至虚置鳍状物2300中，如图30a至图30c所示。 此外，中心部分的至少一下表面接触虚置鳍状物2300的上表面2300"，且可 延续阶状轮廓。在一些其他实施例中，中心部分的下表面与至少一侧部的下 表面可接触上表面2300"，且可延续阶状轮廓。以图30a及图30b为例，中 心部分3000a与侧部3000b的个别下表面可一起延续虚置鳍状物2300的阶 状轮廓。以图30c为另一例，中心部分3000a与至少一侧部3000b一起延 续虚置鳍状物2300的阶状轮廓。
186.在多种实施例中，虚置鳍状物2300的上表面2300"的至少一部分与栅极 隔离结构3000的至少一侧壁可形成直角。如图30a所示，上表面2300"的 横向边缘与栅极隔离结构3000的对应侧壁可形成近似90度的角度θ。以图 30c为另一例，上表面2300"的横向边缘(或其延伸部分)与栅极隔离结构3000 的侧壁之一可形成近似90度的角度θ。
187.在多种实施例中，栅极隔离结构3000亦可具有栅极切割沟槽2900的关 键尺寸cdc。以图30a为例，栅极隔离结构3000填入图29a的栅极切割沟 槽2900，且栅极隔离结构3000的关键尺寸cdc小于关键尺寸cdd。以图 30b为例，栅极隔离结构3000填入图29b的栅极
切割沟槽2900，且栅极隔 离结构3000的关键尺寸cdc大于关键尺寸cdd并具有两个部分如关键尺寸 cdi及cdo。关键尺寸cdi及cdo可分别对应中心部分3000a与侧部3000b 的关键尺寸。以图30c为例，栅极隔离结构3000填入图14c的栅极切割沟 槽2900，且栅极隔离结构3000的关键尺寸cdc可包含两个部分如关键尺寸 cdi及cdo。关键尺寸cdi及cdo可分别对应中心部分3000a与侧部3000b 的关键尺寸。在下述内容中，图30a所示的实施例将作为说明性的例子。
188.举例来说，形成栅极隔离结构3000所用的介电材料可包含氧化硅、氮 化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、碳氧化硅、或上述的组 合。栅极隔离结构3000的形成方法可为沉积介电材料于栅极切割沟槽2900 中，其可采用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。在沉积之后，可进行化学机械研磨以自保留的虚 置栅极结构移除任何多余的介电材料。
189.虽然图30a至图30c的例子显示填入栅极切割沟槽2900的栅极隔离结 构3000为单一介电部分(其可包含上述的一或多种介电材料)，但应理解栅极 隔离结构3000可包含多个部分。举例来说，每一部分可包含氧化硅、氮化 硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、碳氧化硅、或上述的组合。 举例来说，栅极隔离结构3000可包含第一部分(如顺应层以衬垫栅极切割沟 槽2900)与第二部分(填入栅极切割沟槽2900且第一部分位于栅极切割沟槽 与第二部分之间)。在另一例中，栅极隔离结构3000可包含第一部分(填入栅 极切割沟槽2900的下侧部分)与第二部分(填入栅极切割沟槽2900的上侧部 分)。
190.图31对应图2的步骤1728，为含有主动栅极结构3100的鳍状场效晶体 管装置1800在多种制作阶段之一的剖视图。图31的剖视图沿着主动栅极结 构3100的长度方向(如图1所示的剖面b-b)。
191.可将虚置栅极结构2500取代成主动栅极结构3100。如图所示，主动栅 极结构3100可包含两个部分3100a及3100b，其隔有栅极隔离结构3000与 虚置鳍状物2300。部分3100a可覆盖主动鳍状物如半导体鳍状物1904a， 而部分3100b可覆盖主动鳍状物如半导体鳍状物1904b。在形成主动栅极结 构3100之后，鳍状场效晶体管装置1800可包含数个晶体管。举例来说，第 一主动晶体管采用主动鳍状物如半导体鳍状物1904a作为导电通道，并采用 部分3100a作为主动栅极结构。第二晶体管采用主动鳍状物如半导体鳍状物 1904b作为导电通道，并采用部分3100b作为主动栅极结构。
192.主动栅极结构3100可包含栅极介电层3102、金属栅极层3104、与一或 多个其他层(未图示以求附图清楚)。举例来说，主动栅极结构3100可进一步 包含盖层与粘着层。盖层可保护下方的功函数层免于氧化。在一些实施例中， 盖层可为含硅层如硅层、氧化硅层、或氮化硅层。粘着层可作为下方层与后 续形成于粘着层上的栅极材料(如钨)之间的粘着层。粘着层的组成可为合适 材料如氮化钛。
193.栅极介电层3102沉积(如顺应性地沉积)于对应的栅极沟槽中，以围绕(如 跨过)一或多个鳍状物。举例来说，部分3100a的栅极介电层3102(有时可 视作栅极介电层3102a)沉积于栅极沟槽中，而栅极沟槽的形成方法为移除 虚置鳍状物2300的左侧上的虚置栅极结构2500的一部分。栅极介电层 3102a可覆盖主动鳍状物如半导体鳍状物1904a的上表面与侧壁、虚置鳍状 物2300的侧壁之一以及栅极隔离结构3000的侧壁之一。部分3100b的栅极 介电层3102(有时可视作栅极介电层3102b)沉积于栅极沟槽中，而栅极沟槽 的形成方法为移除虚置鳍状物2300的右侧上的虚置栅极结构2500的一部 分。栅极介电层3102b可覆
盖主动鳍状物如半导体鳍状物1904b的上表面 与侧壁、虚置鳍状物2300的侧壁的另一者以及栅极隔离结构3000的侧壁的 另一者。
194.栅极介电层3102包括氧化硅、氮化硅、或上述的多层。在实施例中， 栅极介电层3102包括高介电常数的介电材料。在这些实施例中，栅极介电 层3102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。举例来 说，栅极介电层3102的厚度可介于约至约之间。
195.金属栅极层3104形成于栅极介电层3102上。部分3100a的金属栅极层 3104(有时可视作金属栅极层3104a)沉积于栅极介电层3102a上的栅极沟槽 中，而部分3100b的金属栅极层3104(有时可视作金属栅极层3104b)沉积于 栅极介电层3102b上的栅极沟槽中。在一些实施例中，金属栅极层3104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。综上所述， 金属栅极层3104有时可视作功函数层。举例来说，金属栅极层3104可为n 型功函数层。在此处所述的内容中，功函数层亦可视作功函数金属。p型装 置所用的栅极结构中包含的p型功函数金属的例子，可包含氮化钛、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、氮化钨、 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包 含的n型功函数金属的例子，可包含钛、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。
196.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以调 整其功函数值，以达欲形成的装置其目标临界电压。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。举例来说， p型功函数层的厚度可介于约至约之间，且n型功函数层的厚度可 介于约至约之间。
197.值得注意的是，图31所示的主动栅极结构3100其形成方法，依据图30a 中形成的栅极隔离结构3000。当栅极隔离结构3000的形成方法不同，主动 栅极结构3100可具有不同轮廓。举例来说，当栅极隔离结构3000的关键尺 寸大于对应的虚置鳍状物2300的关键尺寸时(如图30b)，栅极介电层3102 的一部分与金属栅极层3104的一部分(视情况，端视栅极介电层3102的厚 度而定)可位于每一侧部3000b之下。若栅极介电层3102的厚度大于或等于 关键尺寸cdo，则任何侧部3000b之下不存在金属栅极层3104。若栅极介 电层3102的厚度小于关键尺寸cdo，则每一侧部3000b之下可存在金属栅 极层3104的部分(如金属栅极层3104a及3104b的一部分)。在图30c所示 的另一例中，栅极介电层3102的一部分与金属栅极层3104的一部分(视情 况，端视栅极介电层3102的厚度而定)可位于侧部3000b之下。若栅极介电 层3102的厚度大于或等于关键尺寸cdo，则侧部3000b之下不存在金属栅 极层3104。若栅极介电层3102的厚度小于关键尺寸cdo，则金属栅极层3104 (如金属栅极层3104b的一部分)可存在于侧部3000b之下。
198.本发明一实施例公开半导体装置。半导体装置包括第一半导体鳍状物与 第二半导体鳍状物沿着第一方向延伸。半导体装置包括介电鳍状物沿着第一 方向延伸且位于第一半导体鳍状物与第二半导体鳍状物之间。半导体装置包 括栅极隔离结构垂直地位于介电鳍状物上。半导体装置包括金属栅极层沿着 第二方向延伸，且第二方向垂直于第一方向，其中金属栅极层包括第一部分 跨过第一半导体鳍状物以及第二部分跨过第二半导体鳍状物。栅极隔离结构 具有中心部分与一或多个侧部。中心部分朝介电鳍状物延伸的距离
大于一或 多个侧部的至少一者朝介电鳍状物延伸的距离。
199.在一些实施例中，栅极隔离结构使金属栅极层的第一部分与第二部分彼 此分开。
200.在一些实施例中，中心部分与一或多个侧部的个别下表面一起形成v形 轮廓。
201.在一些实施例中，中心部分与一或多个侧部的个别下表面一起形成阶状 轮廓。
202.在一些实施例中，栅极隔离结构的至少中心部分的下表面接触介电鳍状 物的上表面的一部分。
203.在一些实施例中，半导体装置还包括栅极介电层位于第一半导体鳍状物 及第二半导体鳍状物的每一者与金属栅极层之间。
204.在一些实施例中，栅极介电层沿着(i)介电鳍状物的上表面的一部分、(ii) 第一半导体鳍状物与第二半导体鳍状物的每一者的上表面与侧壁以及(iii)栅 极隔离结构的侧壁延伸。
205.在一些实施例中，介电鳍状物的上表面的部分与栅极隔离结构的每一侧 壁形成锐角。
206.在一些实施例中，介电鳍状物的上表面的部分与栅极隔离结构的每一侧 壁形成直角。
207.在一些实施例中，介电鳍状物包括中心部分与一或多个侧部以分别垂直 对准栅极隔离结构的中心部分与一或多个侧部，且其中介电鳍状物的中心部 分与一或多个侧部具有个别的不同蚀刻速率。
208.本发明另一实施例公开半导体装置。半导体装置包括第一晶体管形成于 基板上且包括：第一导电通道；以及金属栅极层的第一部分位于第一导电通 道上。半导体装置包括第二晶体管形成于基板上且包括：第二导电通道；以 及金属栅极层的第二部分位于第二导电通道上。半导体装置包括虚置通道位 于第一导电通道与第二导电通道之间。半导体装置包括栅极隔离结构垂直地 位于虚置通道上。栅极隔离结构使金属栅极层的第一部分与第二部分彼此分 开，且包括中心部分与一或多个侧部。中心部分朝着介电鳍状物延伸的距离 大于一或多个侧部的至少一者朝着介电鳍状物延伸的距离。
209.在一些实施例中，中心部分与一或多个侧部的个别下表面一起形成v形 轮廓。
210.在一些实施例中，中心部分与一或多个侧部的个别下表面一起形成阶状 轮廓。
211.在一些实施例中，至少中心部分的下表面接触介电鳍状物的上表面的一 部分。
212.在一些实施例中，介电鳍状物的上表面的其余部分与栅极隔离结构的每 一侧壁形成锐角。
213.在一些实施例中，介电鳍状物的上表面的其余部分与栅极隔离结构的每 一侧壁形成直角。
214.本发明又一实施例公开半导体装置的制作方法。方法包括形成第一半导 体鳍状物与第二半导体鳍状物，其沿着第一方向延伸于基板上。方法包括形 成介电鳍状物，其亦沿着第一方向延伸，其中介电鳍状物位于第一半导体鳍 状物与第二半导体鳍状物之间。介电鳍状物具有中心部分与侧部。方法包括 蚀刻介电鳍状物，使中心部分比每一侧部低。方法包括形成栅极隔离结构以 耦接至介电鳍状物。栅极隔离结构沿着第二方向分离金属栅极层成第一部分 与第二部分，第二方向垂直于第一方向，且第一部分与第二部分分别跨过第 一半导体鳍状物与第二半导体鳍状物。
215.在一些实施例中，方法还包括：在蚀刻介电鳍状物之后，形成虚置栅极 层以跨过第一半导体鳍状物与第二半导体鳍状物，其中虚置栅极层沿着第二 方向延伸；蚀刻虚置栅极层以形成凹陷，其朝着介电鳍状物的至少中心部分 延伸；以及将介电材料填入凹陷，以形成栅极隔离结构。
216.在一些实施例中，方法还包括在蚀刻介电鳍状物之前，形成虚置栅极层 以跨过第一半导体鳍状物与第二半导体鳍状物，其中虚置栅极层沿着第二方 向延伸；蚀刻虚置栅极层以形成凹陷，其朝着介电鳍状物的至少中心部分延 伸，并蚀刻介电鳍状物使中心部分低于每一侧部；以及将介电材料填入凹陷， 以形成栅极隔离结构。
217.在一些实施例中，介电鳍状物的中心部分与侧部具有个别的不同蚀刻速 率。
218.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。