本发明实施例关于半导体装置，更特别关于改良功函数层的方法。
背景技术：
半导体装置用于多种电子应用中，比如个人电脑、手机、数码相机、与其他电子设备。半导体装置的制作方法一般为依序沉积绝缘或介电层、导电层、与半导体层的材料于半导体基板上，并采用微影图案化多种材料的层状物以形成电子构件与单元于半导体基板上。
半导体产业持续缩小最小结构尺寸，以持续改善多种电子构件(如晶体管、二极管、电阻、电容、或类似物)的集成密度，以让更多构件整合至给定面积中。然而随着最小结构尺寸缩小，亦产生需解决的额外问题。
技术实现要素：
本发明一实施例提供半导体装置的形成方法，包括形成自基板延伸的半导体鳍状物；沉积介电层于半导体鳍状物上；沉积第一功函数层于介电层上；以及暴露第一功函数层至第一反应气体的介稳态等离子体、生成气体的介稳态等离子体、与第二反应气体的介稳态等离子体，其中第一反应气体与第二反应气体不同。
本发明另一实施例提供半导体装置的形成方法，包括自第一前驱物气体产生第一等离子体，且第一前驱物气体包括氦气；分离第一等离子体中的多个介稳态物种与第一等离子体中的多个带电荷物种；混合介稳态物种与第二前驱物气体，且该第二前驱物气体包括氢气，其中混合第一等离子体与第二前驱物气体的步骤产生第二等离子体；以及暴露基板上的功函数层至第二等离子体。
本发明又一实施例提供半导体装置，包括鳍状物，自基板延伸；介电层，位于鳍状物上；第一功函数层，位于介电层上，第一功函数层包括钨、氮、与氦，其中第一功函数层的碳原子浓度小于0.1％且非0；第二功函数层，位于介电层与第一功函数层上，第一区中的第二功函数层接触介电层，且第二区中的第二功函数层接触第一功函数层；以及栅极，位于第一功函数层与第二功函数层上。
附图说明
图1是一些实施例中，鳍状场效晶体管的三维图。
图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8a、图8b、图9a、图9b、图10a、图10b、图10c、图10d、图11a、图11b、图12a、图12b、图13a、图13b、图14与图15是一些实施例中，形成鳍状场效晶体管的中间阶段的剖视图。
图16a是一些实施例中，处理鳍状场效晶体管所用的等离子体制造工具的剖视图。
图16b是一些实施例中，暴露至多种气体流速所产生的等离子体之后的功函数组成的图表。
图17、图18、图19a、图19b、图19c、图20、图21a、图21b、图21c、图22a、图22b、图23a与图23b是一些实施例中，形成鳍状场效晶体管的中间阶段的剖视图。
附图标记说明：
a-a,b-b,c-c：参考剖面
e-：电子
he*：介稳态的氦
n*：介稳态的氮
w1,w2：通道长度
50：基板
50n,50p,300,400：区域
51：分隔线
52：鳍状物
54：绝缘材料
56：浅沟槽隔离区
58：通道区
60：虚置介电层
62：虚置栅极层
64：遮罩层
72：虚置栅极
74：遮罩
80：栅极密封间隔物
82：外延的源极/漏极区
86：栅极间隔物
87：接点蚀刻停止层
88：第一层间介电层
90：凹陷
92：栅极介电层
92a：界面层
92b：高介电常数的介电层
94：第一功函数层
96：底抗反射涂层
98：光刻胶层
100：第二功函数层
102：栅极
104：栅极遮罩
106：第二层间介电层
108：栅极接点
110：源极/漏极接点
200：制造工具
202：晶圆支架
204：第一等离子体产生腔室
206：喷洒头
208：线圈
210a：第一入口
210b：第二入口
212：第一开口
214：第二等离子体产生腔室
具体实施方式
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是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。
此外，本发明实施例的结构形成于另一结构上、连接至另一结构、及/或耦接至另一结构中，结构可直接接触另一结构，或可形成额外结构于结构及另一结构之间。此外，空间性的相对用语如“下方”、“其下”、“较下方”、“上方”、“较上方”、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。
多种实施例提供工艺以形成改善的功函数层于半导体装置中，提供具有改善的功函数层的半导体装置，并提供设备在功函数层上进行等离子体处理，以形成改善的功函数层。举例来说，可沉积介电层于半导体鳍状物上，并沉积功函数层于介电层上。在一些实施例中，功函数层可包含碳氮化钨。等离子体处理可包含使功函数层暴露至自氦气、但气、与氢气产生的等离子体。在功函数层上进行等离子体处理，可增加功函数层的密度、减少功函数层中的晶粒尺寸、降低功函数层中的碳浓度、并增加功函数层中的氮与钨浓度。功函数层暴露至等离子体可进一步改良后续沉积的光刻胶材料(如底抗反射涂层)与功函数层之间的粘着性。功函数层暴露至等离子体可改善功函数层的图案准确性、改善含有功函数层的装置效能、减少含有功函数层的装置中的缺陷、增加晶圆验收测试的通过率、并增加良率。
图1显示一些实施例中，鳍状场效晶体管的三维图。鳍状场效晶体管包括鳍状物52于基板50(如半导体基板)上。隔离区如浅沟槽隔离区56位于基板50中，而鳍状物52自相邻的隔离区如浅沟槽隔离区56之间凸起高于隔离区。虽然隔离区如浅沟槽隔离区56与基板50在说明与附图中分开，但此处所述的用语“基板”可单指半导体基板，或含有隔离区的半导体基板。此外，虽然附图中的鳍状物52与基板50由单一的连续材料所形成，但鳍状物52及/或基板50可包含单一材料或多种材料。在说明书中，鳍状物52指的是延伸于相邻的隔离区如浅沟槽隔离区56之间的部分。
栅极介电层92沿着鳍状物52的侧壁并位于鳍状物52的上表面上，而栅极102位于栅极介电层92上。源极/漏极区82相对于栅极介电层92与栅极102，位于鳍状物52的两侧中。图1亦显示后续附图所用的参考剖面。参考剖面a-a沿着栅极102的纵轴，且其方向垂直于鳍状场效晶体管的源极/漏极区82之间的电流方向。参考剖面b-b垂直于参考剖面a-a并沿着鳍状物52的纵轴，其方向为鳍状场效晶体管的源极/漏极区82之间的电流方向。参考剖面c-c平行于参考剖面a-a，并延伸穿过鳍状场效晶体管的源极/漏极区。后续附图将参考这些参考剖面以清楚说明。
此处所述的一些实施例的内容采用栅极后制工艺形成鳍状场效晶体管。在其他实施例中，可采用栅极优先工艺。此外，一些实施例可实施于平面装置如平面场效晶体管。
图2至图15与图17至图23b是一些实施例中，形成鳍状场效晶体管的中间阶段的剖视图。图2至图7、图8a、图9a、图10a、图11a、图12a、图13a、图14、图15、图17、图18、图19a、图20、图21a、图22a与图23a沿着图1所示的参考剖面a-a，差别在于多个鳍状物及/或鳍状场效晶体管。图8b、图9b、图10b、图11b、图12b、图13b、图19b、图19c、图21b、图21c、图22b、与图23b沿着图1所示的参考剖面b-b，差别在于多个鳍状物及/或鳍状场效晶体管。图10c与图10d沿着图1所示的参考剖面c-c，差别在于多个鳍状物及/或鳍状场效晶体管。
在图2中，提供基板50。基板50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50可为晶圆如硅晶圆。一般而言，绝缘层上硅基板为半导体材料层形成于绝缘层上。举例来说，绝缘层可为埋至氧化物层、氧化硅层、或类似物。绝缘层可提供于基板上，通常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50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。
基板50具有区域50n与区域50p。区域50n可为形成n型装置(比如n型金属氧化物半导体晶体管如n型鳍状场效晶体管)所用的区域。区域50p可为形成p型装置(比如p型金属氧化物半导体晶体管如p型鳍状场效晶体管)所用的区域。区域50n与区域50p可物理分隔(比如以图示的分隔线51分隔)，且任何数目的装置结构(如其他主动装置、掺杂区、隔离结构、或类似物)可位于区域50n与区域50p之间。
在图3中，鳍状物52形成于基板50中。鳍状物52为半导体带。在一些实施例中，鳍状物52形成于基板50中的方法可为蚀刻沟槽于基板50中。蚀刻可为任何可接受的蚀刻工艺，比如反应性离子蚀刻、中性束蚀刻、类似工艺、或上述的组合。蚀刻可为非等向。
可由合适方法图案化鳍状物。举例来说，鳍状物的图案化方法可采用一或多到光微影工艺，包含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微影与自对准工艺，其产生的图案间距可小于采用单一的直接光微影工艺所得的图案间距。举例来说，一实施例形成牺牲层于基板上，并采用光微影工艺图案化牺牲层。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，而保留的间隔物之后可用于图案化鳍状物。在一些实施例中，遮罩或其他层可保留于鳍状物52上。
在图4中，绝缘材料54形成于基板50之上与相邻的鳍状物52之间。绝缘材料54的组成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变成另一材料如氧化物)、类似方法、或上述的组合。亦可采用任何可接受的工艺所形成的其他绝缘材料。在所述实施例中，绝缘材料54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。在一实施例中，形成绝缘材料54，使多余的绝缘材料54覆盖鳍状物52。虽然附图中的绝缘材料54为单层，一些实施例可采用多层的绝缘材料。举例来说，一些实施例可先沿着基板50与鳍状物52的表面形成衬垫层(未图示)。之后可形成上述的填充材料于衬垫层上。
在图5中，对绝缘材料54进行移除工艺以移除鳍状物52上的多余绝缘材料54。在一些实施例中，可采用平坦化工艺如化学机械研磨、回蚀刻工艺、上述的组合、或类似工艺。平坦化工艺露出鳍状物52，使平坦化工艺完成后的鳍状物52与绝缘材料54的上表面齐平。在遮罩保留于鳍状物52上的实施例中，平坦化工艺可露出遮罩或移除遮罩，以露出遮罩或鳍状物52的上表面。在完成平坦化工艺后，绝缘材料54齐平。
在图6中，使绝缘材料54凹陷以形成浅沟槽隔离区56。由于绝缘材料54凹陷，区域50n与区域50p中的鳍状物52的上侧部分自相邻的浅沟槽隔离区56之间凸起。此外，浅沟槽隔离区56的上表面可具有图示的平坦表面、突起表面、凹陷表面(如碟状表面)、或上述的组合。通过合适蚀刻，浅沟槽隔离区56的上表面可平坦、凸起、及/或凹陷。使浅沟槽隔离区56凹陷的方法可采用可接受的蚀刻工艺，比如对绝缘材料54具有选择性的蚀刻工艺(其蚀刻绝缘材料的速率高于蚀刻鳍状物52的速率)。举例来说，氧化物移除工艺可采用稀释氢氟酸。
搭配图2至图6所述的工艺仅为如何形成鳍状物52的一例。在一些实施例中，鳍状物的形成方法可为外延成长工艺。举例来说，介电层可形成于基板50的上表面上，且沟槽可蚀刻穿过介电层以露出下方的基板50。同质外延结构可外延成长于沟槽中。使介电层凹陷，因此同质外延结构可自介电层凸起以形成鳍状物。此外，一些实施例的鳍状物52可采用异质外延结构。举例来说，图5中的鳍状物可凹陷，而不同于鳍状物52的材料可外延成长于凹陷的鳍状物52上。在这些实施例中，鳍状物52包含凹陷的材料，以及位于凹陷材料上的外延成长材料。在其他实施例中，介电层可形成于基板50的上表面上，而沟槽可蚀刻穿过介电层。接着可外延成长异质外延结构于沟槽中，且异质外延结构采用的材料不同于基板50。使介电层凹陷，因此异质外延结构自介电层凸起以形成鳍状物52。在一些实施例中，外延成长同质外延或异质外延结构，且可在成长外延成长的材料时进行原位掺杂，以省略之前或之后的布植。不过原位掺杂与布植掺杂可搭配使用。
此外，外延成长于区域50n(如n型金属氧化物半导体区)与区域50p(如p型金属氧化物半导体区)中的材料不同，可具有优点。在多种实施例中，鳍状物52的上侧部分的组成可为硅锗(sixge1-x，其中x可为0至1)、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族半导体化合物所用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、砷化铟镓、砷化铟铝、锑化镓、锑化铝、磷化铝、磷化镓、或类似物。
在图6中，可形成适当的井区(未图示)于鳍状物52及/或基板50中。在一些实施例中，p型井可形成于区域50n中，而n型井可形成于区域50p中。在一些实施例中，p型井可形成于区域50n与区域50p中，或者n型井可形成于区域50n与50p中。
在不同井区形态的实施例中，可采用光刻胶或其他遮罩(未图示)以达区域50n与区域50p所用的不同布植步骤。举例来说，可形成光刻胶于区域50n中的鳍状物52与浅沟槽隔离区56上。图案化光刻胶以露出基板50的区域50p(如p型金属氧化物半导体区)。可采用旋转涂布技术形成光刻胶，并采用可接受的光微影技术图案化光刻胶。一旦图案化光刻胶，即可布植n型杂质至区域50p中，且光刻胶可作为遮罩以实质上避免n型杂质布植至区域50n(如n型金属氧化物半导体区)中。布植至区域中的n型杂质如磷、砷、锑、或类似物的浓度可小于或等于1018原子/cm3，比如介于约1016原子/cm3至约1018原子/cm3之间。布植后可移除光刻胶，且移除方法可为可接受的灰化工艺。
在布植区域50p之后，可形成光刻胶于区域50p中的鳍状物52与浅沟槽隔离区56上。图案化光刻胶以露出基板50的区域50n(如n型金属氧化物半导体区)。可采用旋转涂布技术形成光刻胶，并采用可接受的光微影技术图案化光刻胶。一旦图案化光刻胶，即可布植p型杂质至区域50n中，且光刻胶可作为遮罩以实质上避免p型杂质布植至区域50p(如p型金属氧化物半导体区)中。布植至区域中的p型杂质如硼、氟化硼、铟、或类似物的浓度可小于或等于1018原子/cm3，比如介于约1016原子/cm3至约1018原子/cm3之间。布植后可移除光刻胶，且移除方法可为可接受的灰化工艺。
在布植区域50n与区域50p之后，可进行退火以修复布植损伤，并活化布植的p型及/或n型杂质。在一些实施例中，可在成长外延鳍状物的成长材料时进行原位掺杂，因此可省略布植。不过原位掺杂与布植掺杂可搭配使用。
在图7中，虚置介电层60形成于鳍状物52上。举例来说，虚置介电层60可为氧化硅、氮化硅、上述的组合、或类似物，且其形成方法可依据可接受的技术如沉积或热成长。虚置栅极层62形成于虚置介电层60上，且遮罩层64形成于虚置栅极层62上。可沉积虚置栅极层62于虚置介电层60上，接着可平坦化虚置栅极层62，且平坦化的方法可为化学机械研磨。遮罩层64可沉积于虚置栅极层62上。虚置栅极层62可为导电或非导电材料，且可包含非晶硅、多晶硅、多晶硅锗、金属氮化物、金属硅化物、金属氧化物、或金属。虚置栅极层62的沉积方法可为物理气相沉积、化学气相沉积、溅镀沉积、或类似方法。虚置栅极层62的组成可为在蚀刻隔离区时具有高蚀刻选择性的其他材料。举例来说，遮罩层64可包含氮化硅、氮氧化硅、或类似物。在此例中，在区域50n与区域50p上形成单一的虚置栅极层62与单一的遮罩层64。值得注意的是，附图中的虚置介电层60只覆盖鳍状物52，但此仅用于说明目的。在一些实施例中，可沉积虚置介电层60以覆盖浅沟槽隔离区56，并延伸于虚置栅极层62与浅沟槽隔离区56之间。
图8a至图13b显示形成实施例的装置的多种额外步骤。图8a至图13b显示的结构位于区域50n与区域50p中。举例来说，图8a至图13b所示的结构可应用于区域50n与50p。区域50n与区域50p的结构差异将搭配每一附图说明。
在图8a与图8b中，可采用可行的光微影与蚀刻技术图案化遮罩层64(见图7)以形成遮罩74。接着可由可接受的蚀刻技术将遮罩74的图案转移至虚置栅极层62，以形成虚置栅极72。在一些实施例中(未图示)，亦可将遮罩74的图案转移至虚置介电层60。虚置栅极72覆盖鳍状物52的个别通道区58。遮罩74的图案可用于物理分隔相邻的每一虚置栅极72。虚置栅极72的长度方向亦可实质上垂直于个别鳍状物52的长度方向。
在图8a与图8b中，可形成栅极密封间隔物80于虚置栅极72、遮罩74、及/或鳍状物52的露出表面上。可采用热氧化或沉积，之后进行非等向蚀刻以形成栅极密封间隔物80。栅极间隔物80的组成可为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或类似物。
在形成栅极密封间隔物80之后，可进行轻掺杂源极/漏极区(未图示)所用的布植。在不同装置形态的实施例中，与图6所示的上述布植类似，可形成遮罩如光刻胶于区域50n上并露出区域50p，并可布植合适形态(如p型)的杂质至区域50p中露出的鳍状物52中。接着可移除遮罩。之后可形成遮罩如光刻胶于区域50p上并露出区域50n，并可布植合适形态(如n型)的杂质至区域50n中露出的鳍状物52中。接着可移除遮罩。n型杂质可为任何前述的n型杂质，而p型杂质可为任何前述的p型杂质。轻掺杂的源极/漏极区的杂质浓度可为约1015原子/cm3至约1019原子/cm3。可采用退火修复布植损伤并活化布植的杂质。
在图9a与图9b中，形成栅极间隔物86于沿着虚置栅极72与遮罩74的侧壁的栅极密封间隔物80上。栅极间隔物86的形成方法可为顺应性地沉积绝缘材料，接着非等向蚀刻绝缘材料。栅极间隔物86的绝缘材料可为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、上述的组合、或类似物。
值得注意的是，上述内容说明形成间隔物与轻掺杂源极/漏极区的一般工艺。亦可采用其他工艺与顺序。举例来说，可采用较少或额外的间隔物、可采用不同的步骤顺序(比如不在形成栅极间隔物86之前蚀刻栅极密封间隔物80，以产生l形的栅极密封间隔物)、可形成并移除间隔物、及/或类似调整。此外，可采用不同结构与步骤形成n型与p型的装置。举例来说，可在形成栅极密封间隔物80之前先形成n型装置所用的轻掺杂源极/漏极区，并在形成栅极密封间隔物80之后形成p型装置所用的轻掺杂源极/漏极区。
在图10a与图10b中，形成外延的源极/漏极区82于鳍状物52中，以施加应力于个别通道区58中，进而改善效能。外延的源极/漏极区82形成于鳍状物52中，使每一虚置栅极72位于个别的每一对相邻的外延的源极/漏极区82之间。在一些实施例中，外延的源极/漏极区可延伸至鳍状物52中，亦可穿过鳍状物52。在一些实施例中，栅极间隔物86用于使外延的源极/漏极区82与虚置栅极72分隔一段合适的横向距离，以避免外延的源极/漏极区82向外短接至最终鳍状场效晶体管中后续形成的栅极。
区域50n(如n型金属氧化物半导体区)中的外延的源极/漏极区82的形成方法，可为遮罩区域50p(如p型金属氧化物半导体区)，并蚀刻区域50n中的鳍状物52的源极/漏极区，以形成凹陷于鳍状物52中。接着外延成长区域50n中的外延的源极/漏极区82于凹陷中。外延的源极/漏极区82可包含任何可接受的材料，比如适用于n型鳍状场效晶体管的材料。举例来说，若鳍状物52为硅，则区域50n中的外延的源极/漏极区82包含的材料可施加拉伸应力于通道区58中，比如硅、碳化硅、掺杂磷的碳化硅、磷化硅、或类似物。区域50n中的外延的源极/漏极区82具有自鳍状物52的个别表面隆起的表面，且可具有晶面。
区域50p(如p型金属氧化物半导体区)中的外延的源极/漏极区82的形成方法，可为遮罩区域50n(如n型金属氧化物半导体区)，并蚀刻区域50p中的鳍状物52的源极/漏极区，以形成凹陷于鳍状物52中。接着外延成长区域50p中的外延的源极/漏极区82于凹陷中。外延的源极/漏极区82可包含任何可接受的材料，比如适用于p型鳍状场效晶体管的材料。举例来说，若鳍状物52为硅，则区域50p中的外延的源极/漏极区82可包含施加压缩应力于通道区58中的材料，比如硅锗、掺杂硼的硅锗、锗、锗锡、或类似物。区域50p中的外延的源极/漏极区82亦可具有自鳍状物52的个别表面隆起的表面，且可具有晶面。
可布植掺质至外延的源极/漏极区82及/或鳍状物52以形成源极/漏极区，之后进行退火。此布植步骤可与形成轻掺杂源极/漏极区的前述工艺类似。源极/漏极区的杂质浓度可介于约1019原子/cm3至约1021原子/cm3之间。源极/漏极区所用的n型及/或p型杂质可为任何前述杂质。在一些实施例中，可在成长外延的源极/漏极区82时进行原位掺杂。
用于形成区域50n与50p中的外延的源极/漏极区82的外延工艺完成后，外延的源极/漏极区的上表面具有晶面，其横向地向外延伸出鳍状物52的侧壁。在一些实施例中，这些晶面造成相同鳍状场效晶体管其相邻的外延的源极/漏极区82合并，如图10c所示。在其他实施例中，完成外延工艺后的相邻的源极/漏极区82维持分开，如图10d所示。在图10c与图10d所示的实施例中，栅极间隔物86覆盖延伸于浅沟槽隔离区56上的鳍状物52的侧壁的一部分，以阻挡外延成长。在一些其他实施例中，可调整形成栅极间隔物86的间隔物所用的蚀刻步骤，以移除间隔物材料，使外延成长区可延伸至浅沟槽隔离区56的表面。
在图11a与图11b中，沉积第一层间介电层88于图10a与图10b所示的结构上。第一层间介电层88的组成可为介电材料，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。介电材料可包含磷硅酸盐玻璃、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。一可采用任何可接受的工艺所形成的其他绝缘材料。在一些实施例中，接点蚀刻停止层87位于第一层间介电层88以及外延的源极/漏极区82、遮罩74、栅极间隔物86、与栅极密封间隔物80之间。接点蚀刻停止层87可包含介电材料如氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、或类似物，且其蚀刻速率与上方的第一层间介电层88的蚀刻速率不同。
在图12a与图12b中，可进行平坦化工艺如化学机械研磨，使第一层间介电层88的上表面与虚置栅极72或遮罩74的上表面齐平。平坦化工艺亦可移除虚置栅极72上的遮罩74，以及沿着遮罩74的侧壁的栅极密封间隔物80与栅极间隔物86的部分。在平坦化工艺之后，虚置栅极72、栅极密封间隔物80、栅极间隔物86、与第一层间介电层88的上表面齐平。综上所述，自第一层间介电层88露出虚置栅极72的上表面。在一些实施例中，平坦化工艺使第一层间介电层88的上表面与遮罩74的上表面齐平，即保留遮罩74。
在图13a与图13b中，虚置栅极72与遮罩74若存在，则由蚀刻工艺移除虚置栅极72与遮罩74，以形成凹陷90。亦可移除凹陷90中的虚置介电层60的部分。在一些实施例中，只移除虚置栅极72并保留虚置介电层60，且凹陷90露出虚置介电层60。在一些实施例中，自晶粒的第一区(如核心逻辑区)中的凹陷90移除虚置介电层60，并保留晶粒的第二区(如输入/输出区)中的凹陷90中的虚置介电层60。在一些实施例中，虚置栅极72的移除方法可为非等向干蚀刻工艺。举例来说，蚀刻工艺可包含采用反应气体的干蚀刻工艺，其可选择性蚀刻虚置栅极72而不蚀刻第一层间介电层88或栅极间隔物86。每一凹陷90露出个别鳍状物52的通道区58及/或位于通道区58上。每一通道区58位于相邻的一对外延的源极/漏极区82之间。在蚀刻移除虚置栅极72时，虚置介电层60可作为蚀刻停止层。再移除虚置栅极72之后，可视情况移除虚置介电层60。
图14、图15、与图17至图20显示的步骤可用于形成介电层与功函数层于图13a与图13b的结构上。图16a显示制造工具200，其可在沉积于基板50上的功函数层上进行等离子体处理。图16b显示暴露至不同气体流速产生的等离子体后的功函数组成。图14、图15、图17、图18、图19a与图20显示区域50n与区域50p中的结构，而图19b与图19c显示区域50p中的结构。图14、图15、图17、图18、图19a与图20沿着图1所示的参考剖面a-a，差别在于多个鳍状物及/或鳍状场效晶体管。图19b与图19c沿着图1所示的参考剖面b-b，差别在于多个鳍状物及/或鳍状场效晶体管。
在图14中，栅极介电层92沉积于图13a与图13b的结构上。栅极介电层92可包含界面层92a，与沉积于界面层92a上的高介电常数的介电层92b。界面层92a可为氧化物层(如氧化硅层)、上述的多层、或类似物，且其形成方法可为热氧化鳍状物52、化学养化工艺、或沉积工艺。界面层92a可顺应性地沉积于鳍状物52的上表面与侧壁以及浅沟槽隔离区56的上表面之上。高介电常数的介电层92b的组成可为高介电常数的介电材料，比如氧化铪、氧化镧、氧化铝、氧化锆、上述的多层、或类似物。高介电常数的介电层92b的介电常数大于或等于约3.9、大于或等于约7.0、或大于或等于约21.0。高介电常数的介电层92b可顺应性地沉积于界面层92a的上表面与侧壁上。在本发明一些实施例中，高介电常数的介电层92b的形成方法可采用原子层沉积、化学气相沉积、或类似方法。
可同时形成区域50n与区域50p中的栅极介电层92，使每一区域中的栅极介电层92的组成为相同材料。在一些实施例中，可由分开工艺形成区域50n与区域50p中的栅极介电层92，因此不同区域中的栅极介电层92可为不同材料。在采用分开工艺时，多种遮罩步骤可用于遮罩并露出合适的区域。
在一些实施例中，可视情况形成阻障层(未图示)于栅极介电层92上。阻障层可形成于栅极介电层92与后续形成的功函数层(比如图15所示的第一功函数层94)之间。阻障层可为金属层，且组成可为氮化钽或类似物。阻障层的形成方法可为沉积工艺如原子层沉积、化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积、物理气相沉积、溅镀沉积、或类似方法。
在图15中，第一功函数层94沉积于栅极介电层92上。界面层92a与高介电常数的介电层92b图示为单一的栅极介电层92以简化附图。第一功函数层94的形成方法可为沉积工艺如原子层沉积、化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积、物理气相沉积、溅镀沉积、或类似工艺。在多种实施例中，第一功函数层94可包含p型功函数金属。第一功函数层94所用的材料例子可包含碳氮化钨、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。在具体实施例中，第一功函数层94可包含碳氮化钨。在其他实施例中，第一功函数层94可包含任何钨为主的材料，比如氮化钨或类似物。第一功函数层94可包含单层或多层。
第一功函数层94的沉积厚度可为约0.8nm至约1.5nm，比如约1.3nm。沉积的第一功函数层94的密度可为约8.0g/cm3至约12.0g/cm3，比如约9.4g/cm3。在第一功函数层94包含碳氮化钨的实施例中，第一功函数层94中的碳原子浓度可为约1.0％至约3.0％(比如约1.5％)，钨原子浓度可为约10.0％至约30.0％(比如约16.4％)，氮原子浓度可为约5.0％至约15.0％(比如约9.2％)，且钨原子与氮原子之间的比例可为约1.10至约1.90(比如约1.71)。第一功函数层94可具有β-w2n的取向。
图16a显示制造工具200，其产生的等离子体在沉积第一功函数层94时，即在第一功函数层94上进行等离子体处理。制造工具200可包含晶圆支架202，其上可放置基板50。晶圆支架202可为静电晶圆座，其提供静电电荷以在没有机械固定件的情况下将基板50夹在晶圆支架202上。制造工具200还包含第一等离子体产生腔室204与位于晶圆支架202上的喷洒头206，以及位于喷洒头206与晶圆支架202之间的第二等离子体产生腔室214。采用等离子体产生器如变压器耦合等离子体系统、电感耦合等离子体系统、磁增强反应性离子蚀刻系统、电子回旋共振系统、远端等离子体产生器、或类似物的第一等离子体产生腔室204中，可产生第一等离子体。在一些实施例中，第一等离子体产生腔室204中可包含线圈208，其可用于产生第一等离子体于第一等离子体产生腔室204中。第一等离子体可用于产生第二等离子体于第二等离子体产生腔室214中。
经由位于第一等离子体产生腔室204的顶部的第一入口210a，可提供激发气体至制造工具200。激发气体可包含反应物种与生成物种。
反应物种能产生存在时间长的第一介稳态物种。举例来说，自反应物种产生的第一介稳态物种的存在时间大于约2秒。如此一来，第一介稳态物种可产生于第一等离子体产生腔室204中，且其存在时间足以穿过喷洒头206并撞击基板50。反应物种亦可为即将与第一功函数层94反应的物种。在一些实施例中，反应物种可包含氮气、氦气、氢气、上述的组合、或类似物。
生成物种可为能产生第二介稳态物种的物种，而第二介稳态物种可用于产生第二等离子体于喷洒头206与基板50之间。第二等离子体的产生方法，可为自第二介稳态物种转移能量至喷洒头206与基板50之间的反应气体。在一些实施例中，生成物种可包含氦气、氩气、氧气、上述的组合、或类似物。
可采用等离子体产生工艺以在第一等离子体产生腔室204中产生第一等离子体，且工艺温度为约100℃至约300℃(比如约200℃)。等离子体产生工艺的压力可为约1.0torr至约2,0torr(如约1.5torr)，且其提供至线圈208的射频功率为约1000w至约3000w(如约2000w)。在一些实施例中，激发气体可包含供应流速为约1000sccm至约9000sccm(如5000sccm)的反应物种(如氮)，以及供应流速为约1000sccm至约4500sccm(如约2750sccm)的生成物种(如氦)。采用上述工艺条件产生的第一等离子体，可产生介稳态物种于第一等离子体中，其能量足以产生第二等离子体但不足以额外侵蚀或损伤第一等离子体产生腔室204、喷洒头206、第二等离子体产生腔室214、或基板50。
喷洒头206可为双腔介稳态活化的自由基带，其可分离第一等离子体中的介稳态物种与第一等离子体中的带电荷物种。举例来说，第一等离子体可包含介稳态的氮n*、氮离子n 、介稳态的氦he*、氦离子he 、与电子e-。喷洒头206可接地，并可用于自第一等离子体移除带电荷物种(如氮离子n 、氦离子he 、与电子e-)，并提供不含带电荷物种的介稳态的物种(如介稳态的氮n*与介稳态的氦he*)至第二等离子体产生腔室214。如图16a所示，介稳态物种经由喷洒头206中的第一开口212，自第一等离子体产生腔室204传输至第二等离子体产生腔室214。
经由第一等离子体产生腔室204的侧部上的第二入口210b，可提供反应气体至第二等离子体产生腔室214。反应气体可用于降低提供至第二等离子体产生腔室214的介稳态物种(如介稳态氮n*与介稳态氦he*)的能量，亦可与第一功函数层94反应。反应气体可为氢气，但亦可为其他气体如氧气或类似物。如图16a所示，反应气体穿过喷洒头206中的第二开口212b，其与第一开口212a隔有一段距离。
来自第一等离子体的介稳态物种与反应气体接着彼此作用于喷洒头206与基板50之间。自介稳态物种(如介稳态氮n*与介稳态氦he*)转移能量至反应气体(如氢气)，以产生朝向基板50的第二等离子体。在反应气体包含氢气的实施例中，自介稳态物种转移至反应气体的能量可转换氢气为介稳态氢h*。在介稳态物种与反应气体反应形成第二等离子体之后，第二等离子体可包含介稳态氮n*、介稳态氦he*、与介稳态氢h*。由于能量自介稳态物种转移至反应气体以产生第二等离子体，第二等离子体的能量低于介稳态物种的能量，其可减少损伤第一功函数层94。此外，在第二等离子体产生腔室214中产生第二等离子体可减少侵蚀腔室表面材料，此侵蚀来自于工艺中较早产生的第二等离子体。在多种实施例中，反应气体如氢气的流速可为约1000sccm至约9000sccm，比如约5000sccm。
基板50暴露至第二等离子体的时间足以让第一功函数层94转变为氮饱和(比如钨与氮之间的比例小于约1.2)。举例来说，基板50暴露至第二等离子体的时间可为约0秒至约300秒(比如约90秒)。当第一功函数层94暴露至介稳态氮时可产生化学反应，其中介稳态氮附着至第一功函数层94(如钨)中的悬吊键。介稳态氮与第一功函数层94的材料反应，造成第一功函数层94再结晶、增加第一功函数层94中的(111)结晶平面、并增加第一功函数层94的密度。
在具体实施例中，第一功函数层包含钨且反应物种包含氮，且等离子体处理工艺后的第一功函数层94可具有β-w2n的取向。此外，等离子体处理后的第一功函数层94的密度可为约9.4g/cm3至约12.0g/cm3，比如约10.8g/cm3。
当第一功函数层94暴露至介稳态氢时，介稳态氢可与第一功函数层94中包含的碳反应，以形成挥发性副产物(如碳氢化物)。之后可自第二等离子体产生腔室214移除挥发性副产物。这可降低第一功函数层94中的碳浓度。此外，介稳态的氦的一部分可布植至第一功函数层94中，其余介稳态的氦回到基态，且自第二等离子体产生腔室214移除基态氦。第二等离子体产生腔室214可进一步包含排气出口(未图示)，其可用于排出废弃材料或反应副产物(比如挥发性的碳副产物、基态氦、或类似物)。排气出口可连接至真空泵浦以助排出废弃材料。
通过增加氮浓度、移除碳、与再结晶第一功函数层94，可调整第一功函数层94的整体组成。举例来说，在第一功函数层94上进行等离子体处理，可降低钨原子与氮原子之间的比例到约1.20至约1.71、低于约1.20、或约1.17。钨的原子浓度可为约10.0％至约30.0％，比如约16.5％。氮的原子浓度可增加到约9.2％至约15.0％，比如约14.1％。碳的原子浓度可降低到约0％至约0.1％，比如低于约0.1％。
第一功函数层94中的氮浓度增加搭配密度增加、晶粒尺寸缩小、与结晶形态改变，可改善后续沉积的底抗反射涂层(如图17所示的后述底抗反射涂层96)与第一功函数层94的粘着性。具体而言，底抗反射涂层96与等离子体处理后的第一功函数层94之间的接触角，可为约0度至约80度(比如约63度)，不同于底抗反射涂层与未处理的功函数层之间的接触角如约0度。这可限制底抗反射涂层96的任何剥离，并改善第一功函数层94的图案化工艺准确性。
此外，减少第一功函数层94中的碳浓度可增加对第一功函数层94的组成控制，因为第一功函数层94中的碳浓度难以控制。这可改善装置效能并减少装置缺陷。
图16b为第一功函数层94中钨对钽与钨对氧的比例变化，其对应提供至第一等离子体产生腔室204与第二等离子体产生腔室214的氦气(提供的产生物种)、氢气(提供的反应气体)、与氮气(提供的反应物种)的流速变化。图16b的y轴显示钨与氮之间的比例(w/n)为0.65至0.8，且钨与氧之间的比例(w/o)为0.225至0.265，而x轴显示氦气流速为0sccm至4500sccm，氢气流速为1000sccm至5000sccm，且氮气流速为0sccm至1000sccm。如图16b所示，增加氦气流速可降低钨与氮之间的比例，以及钨与氧之间的比例。增加氢气流速可增加钨与氮之间的比例，以及钨与氧之间的比例。增加氮气流速可降低钨与氮之间的比例，且对钨与氧之间的比例影响不大或无影响。可改变氦气、氢气、与氮气的流速，以达第一功函数层94中所需的钨与氮之间的比例以及钨与氧之间的比例。在多种实施例中，钨与氮之间的比例为约0.75，且钨与氧之间的比例为约0.24。为达上述比例，提供至第一等离子体产生腔室204的氦气流速为约1000sccm，提供至第一等离子体产生腔室204的氮气流速为约5000sccm，且提供至第二等离子体产生腔室214的氢气流速为约4000sccm。
在图17中，沉积底抗反射涂层96与光刻胶层98于第一功函数层94上。底抗反射涂层96直接沉积于第一功函数层94上的方法，可采用旋转涂布或类似方法。在第一功函数层94上进行等离子体处理工艺，可增加底抗反射涂层96与第一功函数层94之间的接触角到约0度至约80度之间，比如约63度。等离子体处理增加底抗反射涂层96与第一功函数层94之间的粘着性，因此不需额外中介层(如六甲基二硅氮烷层)而降低成本与工艺时间。如图17所示，底抗反射涂层96的最顶部表面可齐平。接着形成光刻胶层98于底抗反射涂层96上。光刻胶层98的沉积方法可采用旋转涂布或类似方法。在图17中，亦图案化光刻胶层98以露出区域50n中的底抗反射涂层96。光刻胶层98的图案化方法可由图案化能量源曝光光刻胶层98，并显影光刻胶层98以移除光刻胶层98的曝光部分或未曝光部分。
在图18中，采用光刻胶层98作为遮罩，并蚀刻底抗反射涂层96与第一功函数层94。在一实施例中，蚀刻底抗反射涂层96的方法可采用第一蚀刻工艺，其可为非等向蚀刻工艺如反应性离子蚀刻工艺。然而可采用任何合适的工艺(如湿蚀刻工艺)与任何合适的反应物。可采用湿蚀刻工艺蚀刻第一功函数层94，其可包含蚀刻剂如稀释的臭氧化去离子水、过氧化物为主的溶液、或类似物。如图18所示，可蚀刻第一功函数层94以露出区域50n中的栅极介电层92，并以光刻胶层98与底抗反射涂层96遮罩区域50p。
在图19a至图19c中，移除光刻胶层98与底抗反射涂层96，以露出区域50p中的第一功函数层94。光刻胶层98与底抗反射涂层96的移除方法可为任何可接受的工艺，比如灰化工艺、剥除工艺、或类似工艺。在移除光刻胶层98与底抗反射涂层96之后，可在基板50上进行冲洗工艺以清除任何残留的碎屑或反应物。冲洗工艺可采用去离子水或类似物。
在基板50上进行冲洗工艺之前，先在第一功函数层94上进行等离子体处理，一可减少冲洗工艺所造成的缺陷。举例来说，增加第一功函数层94的氮浓度可减少或避免第一功函数层94与冲洗工艺所用的冲洗溶液(如去离子水)反应。这可减少等离子体处理的第一功函数层94因冲洗工艺造成的材料损失，使第一功函数层94的材料损失可低于或等于34％。因此进行等离子体处理可改善第一功函数层94的厚度控制、改善装置效能、并减少装置缺陷。
图19b与图19c分别显示区域50p的区域300与区域400的剖视图，短通道的鳍状场效晶体管形成于区域300中，而长通道的鳍状场效晶体管形成于区域400中。区域300中的通道长度w1(亦视作栅极宽度)可为约3nm至约6nm(比如5nm)，而区域400中的通道长度w2可为约100nm至约300nm(如约240nm)。在现有技术的装置中，在移除光刻胶层98与底抗反射涂层96的工艺与冲洗工艺时，区域300或区域400中的第一功函数层94的材料移除量较大，造成区域300与区域400之间的负载效应。
在第一功函数层94上进行等离子体处理，可降低区域300与区域400中的第一功函数层94因移除光刻胶层98与底抗反射涂层96所用的工艺及冲洗工艺所造成的材料损失。这可降低区域300与区域400的第一功函数层94之间的厚度差异程度，以减少负载效应。举例来说，在移除光刻胶层98与底抗反射涂层96之后，区域300中的第一功函数层94的厚度可为约0.74nm至约0.84nm，比如约0.79nm(标准差为约0.05nm)；而区域400中的第一功函数层94的厚度可为约0.66nm至约1.02nm，比如约0.84nm(标准差为约0.18nm)。区域300中的第一功函数层94的厚度与区域400中的第一功函数层94的厚度之间的比例，可为约0.81至约1.10(比如约1.06)。减少区域300与区域400之间的负载效应，可改善第一功函数层94的厚度控制、改善装置效能、并减少装置缺陷。
在图20中，第二功函数层100沉积于栅极介电层92与第一功函数层94上。第二功函数层100的形成方法可为沉积工艺如原子层沉积、化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积、物理气相沉积、溅镀沉积、或类似工艺。第二功函数层100可包含铝为主的材料、硅为主的材料、或碳为主的材料。在多种实施例中，第二功函数层100可包含n型功函数金属。第二功函数层100所用的材料例子可包含钛、银、钽铝、碳化钽铝、钛铝、氮化钛铝、碳化钛铝、碳化钽、碳氮化钽、氮化钽硅、锰、锆、碳化铝、碳氮化铝、氮化铝、其他合适的n型功函数材料、或上述的组合。第二功函数层100的厚度可为约
在图21a至图21c中，栅极102形成于置换栅极所用的第一功函数层94与第二功函数层100上。图21b显示区域50n，而图21c显示区域50p。栅极102沉积于第一功函数层94与第二功函数层100上，并填入凹陷90的其余部分。栅极102可包括含金属的材料如氮化钛、氧化钛、氮化钽、碳化钽、钴、钌、铝、钨、上述的组合、或上述的多层。在栅极102的材料填入凹陷90之后，可进行平坦化工艺如化学机械研磨，以移除第一层间介电层88的上表面之上的栅极介电层92、第一功函数层94、第二功函数层100、与栅极102的多余部分。因此栅极102、第一功函数层94、第二功函数层100、与栅极介电层92的保留部分，可形成最终鳍状场效晶体管的置换栅极。栅极102、第一功函数层94、第二功函数层100、与栅极介电层92可一起视作“栅极堆叠”。栅极与栅极堆叠可沿着鳍状物52的通道区58的侧壁延伸。
可同时形成区域50n与区域50p中的栅极102，使每一区中的栅极102的组成为相同材料。在一些实施例中，可由分开工艺形成区域50n与区域50p中的栅极102，使区域50n与区域50p中的栅极102可为不同材料。在采用分开工艺时，多种遮罩步骤可用于遮罩与露出合适区域。
图22a至图23b显示区域50n中的结构。然而图22a至图23b所示的结构可应用于区域50n与区域50p中。如上所述，区域50n与区域50p之间的差异为存在于区域50p中的第二功函数层100。
在图22a与图22b中，第二层间介电层106沉积于第一层间介电层88上。在一些实施例中，第二层间介电层106为可流动的化学气相沉积法所形成的可流动膜。在一些实施例中，第二层间介电层106的组成为介电材料如磷硅酸盐玻璃、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、或类似方法。一些实施例在形成第二层间介电层106之前，先使栅极堆叠(包含栅极介电层92与对应的上方栅极102)凹陷，因此凹陷直接形成于栅极堆叠上以及栅极密封间隔物80的两侧部分之间，如图22a与图22b所示。栅极遮罩104包括一或多层的介电材料如氮化硅、氮氧化硅、或类似物，其填入凹陷之后可进行平坦化工艺，以移除介电材料延伸于第一层间介电层88上的多余部分。后续形成的栅极接点108(如图23a与图23b所示的下述内容)穿过栅极遮罩104，以接触凹陷的栅极102的上表面。
如图23a与图23b所示的一些实施例，栅极接点108与源极/漏极接点110延伸穿过第二层间介电层106与第一层间介电层88。源极/漏极接点110所用的开口可穿过第二层间介电层106与第一层间介电层88，而栅极接点108所用的开口穿过第二层间介电层106与栅极遮罩104。开口的形成方法可采用可接受的光微影与蚀刻技术。衬垫层(如扩散阻障层、粘着层、或类似物)与导电材料形成于开口中。衬垫层可包含钛、氮化钛、钽、氮化钽、或类似物。导电材料可为铜、铜合金、银、金、钨、钴、铝、镍、或类似物。可进行平坦化工艺如化学机械研磨，以自第二层间介电层106的表面移除多余材料。保留的衬垫层与导电材料可形成源极/漏极接点110与栅极接点108于开口中。可进行退火工艺以形成硅化物于外延的源极/漏极区82与源极/漏极接点110之间的界面。源极/漏极接点110物理地与电性地耦接至外延的源极/漏极区82，而栅极接点108物理地与电性地耦接至栅极102。可由不同工艺或相同工艺形成源极/漏极接点110与栅极接点108。虽然图23b显示源极/漏极接点110与栅极接点108形成于相同剖面中，但应理解源极/漏极接点110与栅极接点108可各自形成于不同剖面中，以避免接点短接。
依据上述方法形成半导体装置，包括暴露第一功函数层94至等离子体处理的方法，可增加第一功函数层94的密度、减少第一功函数层94中的晶粒尺寸、减少第一功函数层94中的碳浓度、增加第一功函数层94中的氮与钨浓度、减少第一功函数层94中钨与氮之间的比例、并改善底抗反射涂层96与第一功函数层94的粘着性。这可改善第一功函数层94的图案化工艺准确性、减少半导体装置中的缺陷、增加半导体装置的良率、并改善半导体装置的效能。此外，依据上述实施例沉积与图案化功函数层，可形成多临界电压栅极，其可用于电子构件如晶体管。包含多临界电压栅极可最佳化半导体装置中的速度、延迟、与功率。
在一实施例中，半导体装置的形成方法包括形成自基板延伸的半导体鳍状物；沉积介电层于半导体鳍状物上；沉积第一功函数层于介电层上；以及暴露第一功函数层至第一反应气体的介稳态等离子体、生成气体的介稳态等离子体、与第二反应气体的介稳态等离子体，其中第一反应气体与第二反应气体不同。在一实施例中，方法还包括在暴露第一功函数层至介稳态等离子体之后，沉积底抗反射涂层以物理接触第一功函数层。在一实施例中，方法还包括沉积光刻胶层于底抗反射涂层上；图案化光刻胶层以形成图案化光刻胶层；采用图案化光刻胶层作为遮罩，并蚀刻底抗反射涂层以露出第一功函数层；采用底抗反射涂层作为遮罩，蚀刻第一功函数层以露出介电层；移除底抗反射涂层与图案化光刻胶层；以及形成第二功函数层于介电层与第一功函数层上。在一实施例中，蚀刻第一功函数层的步骤采用含氨的蚀刻剂。在一实施例中，第二功函数层包括硅、碳、或铝。在一实施例中，沉积第一功函数层的步骤包括包括沉积碳氮化钨材料。在一实施例中，方法还包括自第一反应气体与生成气体产生第一介稳态等离子体；以及在产生第一介稳态等离子体之后，自第一介稳态等离子体与第二反应气体产生第二介稳态等离子体。在一实施例中，第一反应气体包括氮气，生成气体包括氦气，且第二反应气体包括氢气。
在另一实施例中，半导体装置的形成方法包括自第一前驱物气体产生第一等离子体，且第一前驱物气体包括氦气；分离第一等离子体中的多个介稳态物种与第一等离子体中的多个带电荷物种；混合介稳态物种与第二前驱物气体，且该第二前驱物气体包括氢气，其中混合第一等离子体与第二前驱物气体的步骤产生第二等离子体；以及暴露基板上的功函数层至第二等离子体。在一实施例中，第一前驱物气体还包含氮气，第一前驱物气体中的氮气流速为1000sccm至9000sccm，第一前驱物气体中的氦气流速为1000sccm至9000sccm，且第二前驱物中的氢气流速为1000sccm至4500sccm。在一实施例中，产生第一等离子体的步骤在等离子体产生腔室中进行，其温度为100℃至300℃、压力为1torr至2torr，且射频功率为1000w至3000w。在一实施例中，分离第一等离子体中的多个介稳态物种与第一等离子体中的多个带电荷物种的步骤至少一部分采用介稳态活化自由基带的喷洒头。在一实施例中，混合介稳态物种与第二前驱物物气体的步骤在位于喷洒头与基板之间的等离子体产生腔室中进行，其中介稳态物种流过喷洒头中的多个第一开口，且第二前驱物气体流过喷洒头中的多个第二开口，且第一开口与第二开口分隔。在一实施例中，暴露功函数层至第二等离子体之前，功函数层包括碳氮化钨，且暴露功函数层至第二等离子体的步骤降低功函数层中的碳原子浓度至低于0.1％。在一实施例中，暴露功函数层至第二等离子体的步骤增加功函数层的密度到至少10.8g/cm3。
在又一实施例中，半导体装置，包括鳍状物，自基板延伸；介电层，位于鳍状物上；第一功函数层，位于介电层上，第一功函数层包括钨、氮、与氦，其中第一功函数层的碳原子浓度小于0.1％且非0；第二功函数层，位于介电层与第一功函数层上，第一区中的第二功函数层接触介电层，且第二区中的第二功函数层接触第一功函数层；以及栅极，位于第一功函数层与第二功函数层上。在一实施例中，第一功函数层的密度为9.4g/cm3至12.0g/cm3。在一实施例中，第二功函数层包括铝、碳、或硅。在一实施例中，第一功函数层中的钨与氮之间的比例小于1.20。在一实施例中，第一功函数层的氮原子浓度为9.2％至15.0％。
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构思与范围，并可在未脱离本发明的构思与范围的前提下进行改变、替换、或变动。
1.一种半导体装置的形成方法，包括：
形成自一基板延伸的一半导体鳍状物；
沉积一介电层于该半导体鳍状物上；
沉积一第一功函数层于该介电层上；以及
暴露该第一功函数层至一第一反应气体的介稳态等离子体、一生成气体的介稳态等离子体、与一第二反应气体的介稳态等离子体，其中该第一反应气体与该第二反应气体不同。
2.如权利要求1的半导体装置的形成方法，还包括在暴露该第一功函数层至介稳态等离子体之后，沉积一底抗反射涂层以物理接触该第一功函数层。
3.如权利要求2的半导体装置的形成方法，还包括：
沉积一光刻胶层于该底抗反射涂层上；
图案化该光刻胶层以形成一图案化光刻胶层；
采用该图案化光刻胶层作为遮罩，并蚀刻该底抗反射涂层以露出该第一功函数层；
采用该底抗反射涂层作为遮罩，蚀刻该第一功函数层以露出该介电层；
移除该底抗反射涂层与该图案化光刻胶层；以及
形成一第二功函数层于该介电层与该第一功函数层上。
4.如权利要求3的半导体装置的形成方法，其中该第二功函数层包括硅、碳、或铝。
5.如权利要求1的半导体装置的形成方法，其中沉积该第一功函数层的步骤包括包括沉积碳氮化钨材料。
6.如权利要求1的半导体装置的形成方法，其中该第一反应气体包括氮气，其中该生成气体包括氦气，且其中该第二反应气体包括氢气。
7.一种半导体装置的形成方法，包括：
自一第一前驱物气体产生一第一等离子体，且该第一前驱物气体包括氦气；
分离该第一等离子体中的多个介稳态物种与该第一等离子体中的多个带电荷物种；
混合所述多个介稳态物种与一第二前驱物气体，且该第二前驱物气体包括氢气，其中混合该第一等离子体与该第二前驱物气体的步骤产生一第二等离子体；以及
暴露一基板上的一功函数层至该第二等离子体。
8.如权利要求7的半导体装置的形成方法，其中分离该第一等离子体中的多个介稳态物种与该第一等离子体中的多个带电荷物种的步骤至少一部分采用一介稳态活化自由基带的喷洒头。
9.如权利要求8的半导体装置的形成方法，其中混合所述多个介稳态物种与该第二前驱物物气体的步骤在位于该喷洒头与该基板之间的一等离子体产生腔室中进行，其中所述多个介稳态物种流过该喷洒头中的多个第一开口，且该第二前驱物气体流过该喷洒头中的多个第二开口，且所述多个第一开口与所述多个第二开口分隔。
10.一种半导体装置，包括：
一鳍状物，自一基板延伸；
一介电层，位于该鳍状物上；
一第一功函数层，位于该介电层上，该第一功函数层包括钨、氮、与氦，其中第一功函数层的碳原子浓度小于0.1％且非0；
一第二功函数层，位于该介电层与该第一功函数层上，一第一区中的该第二功函数层接触该介电层，且一第二区中的该第二功函数层接触该第一功函数层；以及
一栅极，位于该第一功函数层与该第二功函数层上。
技术总结