栅极结构及其制造方法与流程

本发明实施例是关于一种栅极结构，特别是一种包含功金属函数层的栅极结构。

背景技术：

随着科技节点逐渐缩小，在特定集成电路设计中，将多晶硅栅极电极以金属栅极电极取代可以改善装置效能又迎合较小的装置尺寸。利用金属栅极结构(例如包含一金属栅极电极而非多晶硅)提供了一种解决手段。在形成金属栅极堆叠的其中一个制程被称作为栅极后制(gate last)制程，最终的栅极堆叠是在最后的制程中形成，使得相关的制程简化。除此之外，随着晶体管的大小减少，栅极氧化层的厚度也跟着栅极长度一并减少，以维持栅极功效。为了减少栅极漏电，会使用高介电系数的栅极绝缘层，使得栅极结构在体积更减缩的形态下，维持如较大体积的栅极相同的运作功效。

技术实现要素：

根据本发明部分实施例提供栅极结构，栅极结构包含至少间隔层界定栅极区域于半导体基材上，栅极介电层设置于半导体基材的该栅极区域上，以及第一功函数金属层设置于介电栅极层且内衬间隔层内侧壁的底部部分。

根据本发明部分实施例提供栅极结构，栅极结构包含至少间隔层界定栅极区域于半导体基材上，栅极介电层设置于半导体基材的该栅极区域上，第一功函数金属层设置于介电栅极层且内衬间隔层内侧壁的多个部分，第一功函数金属层具有倾斜边缘，以及填充金属部分被第一功函数金属层包覆，其中第一功函数金属层倾斜边缘是埋藏在该填充金属之下。

根据本发明部分实施例提供形成栅极结构的方法，方法包含形成至少虚设栅极堆叠包含栅极介电层以及虚设栅极材料层于该栅极介电层之上，于该虚设栅极堆叠四周形成一层间介电层，自虚设栅极堆叠移除至少栅极材料层以形成凹槽，形成功函数金属层于凹槽的底面以及侧壁，自凹槽的侧壁移除功函数金属层的第一部分，其中移除功函数金属层的第一部分后功函数金属层的第二部分保留在凹槽，以及以填充金属填充凹槽的剩余部分。

附图说明

本发明实施例的上述和其他态样以及特征请参照说明书内容并配合附加附图得到更清楚的了解，其中：

图1是根据本发明部分实施例一种制造栅极结构方法的流程图；

图2-19是根据本发明部分实施例一种制造半导体装置方法各个阶段的剖面图；

图20与图21分别为图17虚线部分局部放大图；以及

图22是根据本发明部分实施例绘示形成一高介电金属栅极堆叠中间阶段的剖面图。

具体实施方式

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施例。

图1是根据本发明部分实施例一种制造栅极结构方法100的流程图。方法100自步骤101开始，设置虚设栅极堆叠层在一晶圆的一半导体基材上。接着，步骤103，图案化该虚设栅极堆叠层以形成垂直虚设栅极堆叠。再来，步骤105，于该虚设栅极堆叠四周植布轻掺杂漏极源极(light-doped drain and source,LDD)。继续到步骤107，形成间隔层于该虚设栅极堆叠两侧。接下来步骤109，于半导体基材植布源极/漏极区。继续到步骤111，于间隔层四周形成层间介电层。再来，步骤113，移除虚设栅极堆叠以形成凹槽。到步骤115，设置功函数金属层于该凹槽。接下来，步骤117，自凹槽侧壁移除功函数金属层第一部分。步骤119，以填充金属填充凹槽剩余部分。步骤121，移除部分填充金属以及功函数金属层。接着，步骤123，以保护层填充凹槽剩余部分。步骤125，平坦化保护层以及层间介电层。

图2-19是根据本发明部分实施例一种制造半导体装置方法各个阶段的剖面图。在图2-19中，晶圆300是一半导体装置在制造过程的中间阶段。晶圆300包含一半导体基材301。半导体可以包含例如硅、硅绝缘体(silicon on insulator,SOI)、锗(Ge)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、砷化镓铝(GaAlAs)、磷化铟(InP)以及氮化铝(GaN)、硅化锗(SiGe)。半导体基材301可以为n-型或p-型掺杂或未掺杂。金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFETs)可添加至晶圆300，在互补式金氧半导体制程中(CMOS)其可为n-型或p-型或n-、p-两型。根据本发明部分实施例，晶圆300包含n-型井区、p-型井区或两者。图1-19所示的方法适用于平面金属氧化物半导体场效晶体管以及/或鳍式场效晶体管(fin field effect transistors,FinFETs)。当图2-19的方法用来形成鳍式场效晶体管，半导体基材301包含至少一鳍结构。图2-19所示的部分半导体基材301为鳍结构的一部分。

请参考图2。一界面层303以及一高介电系数介电层(栅极介电层)305形成在半导体基材301之上(图1步骤101)。界面层303半导体基材301与高介电系数介电层305的界面。界面层303包含一氧化硅或氮氧化硅。界面层303可以在形成高介电系数介电层305之前，晶圆300进行湿清理的同时形成，抑或是形成高介电系数介电层305在半导体基材301之上的同时，透过界面处理形成，又或是在形成介电层305之后形成。刻意形成界面层303可以提供更好的界面品质。界面层303厚度相当薄，以减少界面层303在栅极中对于整个的氧化层的整体厚度。根据本发明部分实施例，界面层303的厚度约为1至20埃(angstroms)。

当界面层303为氧化硅，可以透过合适的制程形成，例如以在设置高介电系数介电层305之前即时以氟化氢(HF)处理半导体基材301。另外一种形成氧化硅界面层303的制程为是用热处理生成界面层303，接着用精密蚀刻达到所需的厚度。根据本发明部分实施例，界面层303可以在形成高介电系数介电层305之后形成。例如，氮氧化硅界面层可以透过退火处理包含硅半导体基材的晶圆以及铪型高介电系数介电层的过程形成，而环境必须包含一氧化氮。透过后者的形成方式可以减少制程时间。

高介电系数介电层305包含一或多层高介电系数材料。高介电系数界电材料具有一介电系数至少或等于约4.0。高介电系数材料可以包含，例如铪型材料像是HfO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO以及HfO₂Al₂O₃合金。其他高介电系数材料还包含例如ZrO₂、Ta₂O₅、Al₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃以及SrTiO₃。根据本发明部分实施例，高介电系数介电层305具有一厚度介于约5-50埃。高介电系数介电层305可以透过例如化学汽相沉积(chemical vapor deposition,化学汽相沉积)或原子层沉积(atomic layer deposition,原子层沉积)的方式形成。

另外，可形成一覆盖层于高介电系数介电层305上。覆盖层可在接下来的制程中保护高介电系数介电层305，并在之后虚设栅极材料层307移除后，当作一蚀刻终止层。覆盖层可以包含一或多层材料，材料包含例如TiN以及TaN。覆盖层可以通过一沉积制程形成，像是化学汽相沉积,原子层沉积或电镀至一特定厚度。

请继续参考图2,虚设栅极材料层307形成在高介电系数介电层305上。虚设栅极材料层307为多晶硅，亦可包含其他材料。虚设栅极材料层307可以透过半导体沉积制程形成。例如，多晶硅虚设栅极材料层可以透过热解甲硅烷形成。形成虚设栅极材料层307之后，虚设栅极堆叠层310形成在晶圆300上如图2所示。虚设栅极堆叠层310包含界面层303、高介电系数介电层305以及虚设栅极材料层307。

请参考图3-4。虚设栅极堆叠层310经过图案化形成虚设栅极堆叠318a与318b(图1步骤103)。为了形成虚设栅极堆叠318a与318b，图案化可以由微影蚀刻制程达成。微影蚀刻制程包含以一光阻覆盖晶圆300，根据装置设计，选择性暴露光阻，将光阻显影，再利用图案化的光阻当作蚀刻光罩。图案化的光阻可以当作遮罩拿来蚀刻虚设栅极堆叠层310。抑或是，将光阻拿来图案划一硬遮罩层。如果使用硬遮罩层，应遮罩是在光阻形成之前形成。图2所示的晶圆300在图案化之前包含一硬遮罩层309。图3所示的晶圆300包含一图案化硬遮罩层309a与309b。图案化硬遮罩层309a与309b被当作虚设栅极堆叠层310的蚀刻遮罩使用。任何蚀刻制程或组合多种不同蚀刻方式的制程都可以用来形成虚设栅极堆叠层310。

请参考图4。图案化虚设栅极堆叠层310之后，形成虚设栅极堆叠318a与318b。虚设栅极堆叠318a包含界面层303a、高介电系数介电层305a、虚设栅极材料层307a以及图案化的硬遮罩层309a。同样地，虚设栅极堆叠318b包含界面层303b、高介电系数介电层305b、虚设栅极材料层307b以及图案化硬遮罩层309b。需注意的是，虚设栅极堆叠318a与318b可能不是彼此相邻。为求图示简洁，两个虚设栅极堆叠318a与318b在图示中相邻并排表示。虚设栅极堆叠318a与318b可被其他图示未绘示的元件分隔。

蚀刻虚设栅极堆叠层310的制程包含等离子蚀刻。在等离子蚀刻的过程可以用活性气与晶圆300反应，以产生挥发性的副产物，挥发性副产物在接下来的蚀刻过程会再沉积在附近的表面上。如此一来，可以形成一保护层(图未示)在虚设栅极堆叠318a与318b的侧壁。保护层可以为二氧化硅或其他类似的材料像是硅酸盐。

进行离子植布制程，在虚设栅极堆叠四周形成轻掺杂漏极源极区域(图1步骤105)。虚设栅极堆叠318a与318b被当作遮罩，用来协助控制植布型态与分布。图5绘示晶圆300以及轻掺杂漏极源极区域329a与329b形成在半导体基材301上。在离子植布之后，间隔层320a与320b形成在虚设栅极堆叠318a与318b四周(图1步骤107)。间隔层材料先设置在晶圆300上，覆盖虚设栅极堆叠318a与318b以及虚设栅极堆叠318a与318b之间的区域。接着蚀刻间隔层材料，移除部分位于虚设栅极堆叠318a与318b之上以及虚设栅极堆叠318a与318b之间的间隔层材料。通过微调蚀刻制程条件，在蚀刻制程结束之后，间隔层部分320a与320b被保留在虚设栅极堆叠318a与318b之间。

形成间隔层之前，可形成间隔层内衬层(图未示)。间隔层内衬层可以是二氧化硅或硅酸盐。如果也设置了保护层，间隔层内衬层的材料可以与保护层类似。间隔层320a与320b可以是氧化硅或其他具有顺型沉积、与虚设栅极材料之间存在高蚀刻选择性(较虚设栅极材料层更不易被蚀刻)以及一保护材料用来保留掺杂物。

请续参考图5。在形成间隔层320a与320b之后，形成源极/漏极区域327a与327b(图1步骤109)。源极/漏极区域327a与327b形成在半导体基材301里。根据本发明部分实施例，当虚设栅极堆叠318a以及/或虚设栅极堆叠318b为p-型金属氧化半导体场效晶体管(p-MOS)装置，源极/漏极区域327a以及/或源极/漏极区域327b为p-型。根据本发明部分实施例，当虚设栅极堆叠318a以及/或虚设栅极堆叠318b为n-型金属氧化半导体场效晶体管(n-MOS)装置，源极/漏极区域327a以及/或源极/漏极区域327b为n-型。源极/漏极区域327a与327b的形成方式可以是例如蚀刻半导体基材301，于半导体基材301形成凹槽，接着进行垒晶，生成源极/漏极区域327a与327b于凹槽内。

请参考图6。形成一层间介电层319(图1步骤111)。层间介电层319附着在间隔层320a与320b以及硬遮罩层309a与309b.之上。

请参考图7。形成层间介电层319之后，在晶圆300表面进行平坦化制程，以降低虚设栅极材料层307a与307b的表面高度。平坦化可以由例如化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)达成。在平坦化之后，移除图案化硬遮罩层309a与309b，虚设栅极材料层307a与307b、间隔层320a与320b以及层间介电层319皆具有相同高度。

请参考图8。将虚设栅极材料层307a与307b自凹槽312a与312b内移除(图1步骤113)。虚设栅极材料层307a与307b可以通过一个或多个蚀刻步骤移除，包含湿蚀刻以及干蚀刻。根据本发明不同实施例，在晶圆300上图案化一硬遮罩以保护层间介电层319以及间隔层320a与320b。根据本发明部分实施例，进行依第一蚀刻制程，穿过虚设栅极材料层307a与307b本身的氧化层。再进行第二蚀刻制程，减少虚设栅极材料层307a与307b的厚度。虚设栅极材料层的蚀刻可以停止在高介电系数层305a与305b，抑或持续进行直到介面层303a与303b或到半导体基材301。根据本发明部分实施例，只有虚设栅极材料层307a与307b被移除。不过，蚀刻制程可能移除一部分周遭的材料像是间隔层320a与320b。凹槽312a形成在间隔层320a之间，凹槽312b形成在间隔层320b之间。如先前所述，高介电系数介电层305a与305b也可能被移除，在此种情形下，一高介电系数介电层将于另一个步骤中再形成。

请参考图9。多个功函数金属层形成在凹槽312a与312b内。多个功函数金属沉积在凹槽312a与312b内(图1步骤115)。两个栅极结构分别标示为300a与300b。第一功函数金属层330形成在凹槽312a与312b内，沿着凹槽312a与312b的底面与侧壁外型以及间隔层320a与320b以及层间介电层319的上表面形成。第二功函数金属层340沉积在第一功函数金属层330上且顺型形成于第一功函数金属层330。第一功函数金属层330与高介电系数介电层高介电系数介电层305a与305b直接接触。第二功函数金属层340延承第一功函数金属层330的外型态样。

第一与第二功函数金属层330与340材料可以包含Ti、TiAl、TiAlN、TaC、TaCN、TaSiN、Mn、Zr、TiN、TaN、Ru、Mo、WN、Co、Al或其他合适的材料。举例来说，当至少栅极结构300a与300b其中一者为PMOS装置，第一与第二功函数金属层330与340包含至少TiN、Co、WN或TaC其中一种。又，当至少栅极结构300a与300b其中一者为NMOS装置，第一与第二功函数金属层330与340包含至少Ti、Al或TiAl其中一种。第一与第二功函数金属层330与340可通过化学汽相沉积、等离子化学汽相沉积(plasma-enhanced CVD)、溅镀、电子束、涂布、物理汽相沉积(physical vapor deposition,PVD)、原子层沉积或其他方式形成。

请参考图10-13。第二功函数金属层340经过两步骤回蚀(图1步骤117)。如图10所示，一遮罩层345设置在半导体基材301之上。根据本发明部分实施例，遮罩层345可以是一底部抗反射层(bottom anti-reflective coating,BARC)。遮罩层345填充凹槽312a与312b且覆盖在间隔层320a与320b以及层间介电层319之上的第二功函数金属层340。

接下来，请参考图11。进行第一蚀刻，例如干蚀刻，图案化遮罩层345。图案化的遮罩层345a与345b分别回缩至凹槽312a与312b内。遮罩层345a与345b的表面高度降低至凹槽312a与312b内。

请参考图12。进行完第一次蚀刻之后，遮罩层345图案化形成了遮罩层345a与345b，再进行第二蚀刻。第二蚀刻可以是湿蚀刻，针对第二功函数金属层340。在第二蚀刻时，图案化的遮罩层345a与345b保护了其下位于凹槽312a与312b的第二功函数金属层340。在第二蚀刻结束后，the第二功函数金属340a与340b分别下降至凹槽312a与312b内，且第二功函数金属340a与340b的顶端缘在第二蚀刻过程中因修饰作用形成倾斜边缘342a与342b。根据本发明部分实施例，第一功函数金属层330以及第二功函数金属层340是由不同材料构成。第一功函数金属层330是由在第二蚀刻中对于第二功函数金属层340具有蚀刻选择性的材料构成。

请参考图13。回蚀制程是针对第二功函数金属层340,而第一功函数金属层330在此阶段因为蚀刻选择性保持其完整。接着，将图案化遮罩层345a与345b自晶圆300移除。倾斜边缘342a与342b具有一斜角向凹槽312a与312b内部下降(远离间隔层320a与320b)。渐缩、倾斜边缘342a与342b的斜角角度介于约15至45度。根据本发明部分实施例，倾斜边缘342a与342b为圆弧角。

请参考图14。第三功函数金属层350设置在晶圆300上，且第三功函数金属层350在栅极结构300a的一部分被移除。根据本发明部分实施例,栅极结构300a以及栅极结构300b被当作具有不同临界电压的晶体管或不同种类的晶体管，因此，栅极结构300a以及栅极结构300b具有不同数量的功函数金属层。根据本发明部分实施例，栅极结构300a不包含第三功函数金属层350，而栅极结构300b包含第三功函数金属层350。根据本发明部分实施例，栅极结构300a是为一p-型栅极电极，栅极结构300b是为一n-型栅极电极。n-型与p-型装置的临界电压可以通过不同功函数金属层的组合微调。为了达到不同的临界电压，形成不同数量的功函数金属层组合，因此造成栅极结构300a与300b不同的图案。第三功函数金属层350顺型形成于有内衬的凹槽312b，其中第一功函数金属层330以及第二功函数金属层340b内衬凹槽312b的底面以及侧壁。第三功函数金属层350超越第二功函数金属层340b在凹槽312b内的倾斜边缘342b，因此第二与第三功函数金属层340b与350皆与第一功函数金属层330接触。除此之外，因为第二功函数金属层340b的边缘经过修饰，第三功函数金属层350沿袭凹槽312b倒置的阶梯状金字塔的形状。

请参考图15。回蚀第三功函数金属层350生成倾斜边缘352。与第二功函数金属340a与340b类似，第三功函数金属层350经过一连串的蚀刻制程。利用一遮罩层进行第一蚀刻，在凹槽312b内的第三功函数金属层350上界定一图案化遮罩层。接着，第二蚀刻造成第三功函数金属层350缩回进入凹槽312b内，且形成倾斜边缘352。第三功函数金属层350覆盖其下的第二功函数金属层340b。第二蚀刻之后第三功函数金属层350再增加凹槽312b侧壁的一个阶层。倾斜边缘342b的角度、外型被转型到第三功函数金属层350。相同地，因为蚀刻选择性，此回蚀制程针对特定功函数金属层，而第一功函数金属层330在第一与第二功函数金属层回蚀的过程中得以保留其原型。

请参考图16。填充金属360沉积在晶圆300上(图1步骤119)。填充金属360填充凹槽312a与312b剩余的部分，且填满、溢过凹槽312a与312b并覆盖住在间隔层320a与320b、层间介电层319上的第一功函数金属层330。填充金属360可以包含例如钨(W)。栅极结构300a与300b因为有不同数量的功函数金属层，所以具有不同图案。如图16所示，在沉积填充金属360之后，凹槽312a与312b内不同的形态更加明显。在栅极结构300a，一部分的填充金属360是由第二功函数金属层340a包覆，而填充金属360剩下的部分与第一功函数金属层330接触。在栅极结构300b，填充金属360填满溢过凹槽312b且铺盖在第一功函数金属层330以及第三功函数金属层350上。在凹槽312b内的填充金属360不与第二功函数金属层340b接触，因为第二功函数金属层340b被覆盖在第三功函数金属层350之下而且没有暴露出来。第二功函数金属层340b对于阶梯状的凹槽312b的阶层型态仍有贡献，而且依旧发挥其原本功效，也就是电压微调。三层的功函数金属层330、340b、与350一起产生渐缩的凹槽312b侧壁，又比在凹层312a内的双层功函数金属层330与340a多了一个阶层。

请参考图17。进行回蚀使得填充金属360以及第一功函数金属层330收缩进入凹槽312a与312b(图1步骤121)。全面性的回蚀无法顾及栅极结构的不同图案。当只有填充金属360与第一功函数金属层330为全面性回蚀制程目标物，不同栅极结构的变异可以缩到最小。

请续参考图17。经过回蚀，填充金属360a、360b高度降至凹槽312a与312b内，且在层间介电层319上的第一功函数金属层330也被移除。回蚀持续进行直到第一功函数金属层330a与330b缩回至凹槽312a与312b内。第一功函数金属层330a与330b的倾斜边缘332a与332b分别在回蚀的过程中形成。填充金属360a与360b靠近第一功函数金属层330a与330b在凹槽312a与312b内的边缘。如此一来，填充金属360a与360b的表面积皆是由第一功函数金属层330a与330b界定。在全面性回蚀的过程中，只有第一功函数金属层330与填充金属360被部分移除。因为第二与第三功函数金属层340a、340b与350都埋藏在凹槽312a与312b内，因此当进行回蚀的制程的时候，不同数量的功函数金属层造成的加载图案(loading pattern)可以被忽略。

请参考图20与图21，绘示栅极结构300a与300b的局部放大图。当进行全面性蚀刻以降低填充金属360表面高度，填充金属360a与360b在凹槽312a与312b内各自降至大约相同高度。部分第一功函数金属层330在回蚀中被移除，而第二与第三功函数金属层340a与350保留其形态也不被暴露。填充金属360a与360b与下半部与第二功函数金属层340a或第三功函数金属层350接触。功函数金属层330a,330b,340a,340b以及350发挥他们预设的功效，而功函数金属层340a,340b以及350埋藏在填充金属360a与360b之下。因为第二与第三功函数金属层340a,340b以及350都埋藏于填充金属360a与360b下，纵使栅极结构300a与300b具有不同加载图案(也就是不同数量的功函数金属层)，栅极结构300a与300b的上视外貌也是几乎完全相同。

如图20所示，第一与第二功函数金属层330a与340a产生一渐缩的凹槽312a侧壁外貌。填充金属360a填充到凹槽312a内且貌似两阶层的倒置金字塔。第一功函数金属层330a界定一第一宽度W1，第一宽度是自一侧倾斜边缘332置另一侧倾斜边缘332的宽度。第二功函数金属层340a界定一第二宽度W2，第二宽度是自一侧倾斜边缘342a置另一侧倾斜边缘342a的宽度。填充金属360a填充进渐缩的凹槽312a内，且填充金属360a的第一部分361a介于半导体基材301与填充金属360a的第二部分362。填充金属360a的第一部分361a具有第二宽度W2，而填充金属360a的第二部分362a具有第一宽度。填充金属360a自凹槽312a底面向外扩张，因为第二功函数金属层340a埋设其下。填充金属360a较宽广的第一宽度W1得以保留，且第二功函数金属层340a以及其较窄的第二宽度W2不被暴露。

同样地，如图21所示，除了由第一以及第二功函数金属层330b与340b定义的第一与第二宽度W1与W2，第三功函数金属层350界定第三宽度W3，第三宽度是自一侧倾斜边缘352置另一侧倾斜边缘352的宽度。第三宽度W3为三个宽度里最窄的一个，因为第三功函数金属层350被压缩在凹槽内第二功函数金属层340b剩下的空间。填充金属360b填充渐缩的凹槽312b，从底部到顶部分别为第一部分361b、第二部分362b以及第三部分363b。填充金属360b的第三部分363b具有最宽的第一宽度W1。填充金属360a自凹槽312b底面往外扩张，因为第二与第散功函数金属层340b与350埋设在填充金属360b下。填充金属比较宽阔的第三部分363b具有第一宽度W1，第一宽度得以保留，且填充金属360b比较窄的第一与第二部分361b与362b埋藏在下不被暴露。

实际操作中，除了每层功函数金属层的宽度，功函数金属层在凹槽侧壁产生不同的斜度。在图20的凹槽312a内，第一功函数金属层330a的斜度较第二功函数金属层340a缓和。第二功函数金属层340a在凹槽312a底部具有将近垂直的斜度。填充金属360a的第一部分361a，也就是填充凹槽312a底部的部分，比填充金属360a的第二部分362a具有较剧烈的斜度。如图21所示，第三功函数金属层350又增加凹槽312b侧壁的阶层，凹槽312b侧壁的斜度从上到下逐渐增加。填充金属360b的第一部分361b在凹槽312b底部具有一将近垂直的斜度，填充金属360b的第二部分362b的斜度渐趋缓和。填充金属360b的第三部分363b，也就是在凹槽312b顶部的填充金属，在凹槽312b内具有最缓和的斜度。

请续参考图20与图21。无论凹槽312a与312b的元件安排为何，栅极结构300a与300b的俯视几乎呈现完全相同的状态，只会看到填充金属360a与360b以及第一功函数金属层330a与330b。除了不同栅极结构暴露在外的元件相同之外，俯视的外貌也是一致的。填充金属360a与360b具有相同宽度，这个宽度分别由第一功函数金属层330a与330b的唇部界定。栅极结构300a与300b从俯视角度一致的外貌结构对于接下来的制程具有益处。

请参考图18。保护层370像是一氮化层填充凹槽312a与312b剩余的部分。保护层370是用来保护其下的元件像是功函数金属层。无论是在凹槽312a或在凹槽312b，保护层370都维持在相同高度。除此之外，保护层370下方的元件设置也是一致的。保护层370与第一功函数金属层330a与330b的倾斜边缘332a与332b以及填充金属360a与360b接触。第一功函数金属层330a与330b的倾斜边缘332a与332b位于相同高度，且填充金属360a与360b具有相同表面积以及相同的俯视外貌。

请参考图19。进行平坦化制程像是化学机械抛光。栅极结构300a与300b下降至与第一功函数金属层330a与330b的倾斜边缘332a与332b的高度相当。由于凹槽312a与312b的外貌相同，仅需考虑倾斜边缘332a与332b的位置。换句话说，无论凹槽内功函数金属层的数量为何，保护层370抛光所使用的参数可以全面适用于具有不同图案的栅极结构300a与300b，因为保护层370与栅极结构300a以及300b两者之间介面的外貌都是相同的，而且介面都位于相同高度。在这种情形下，在抛光的过程中，功函数金属层的边缘比较不容易穿透保护层370a与370b。

保护层370a与370b防止侵略性的侵蚀，例如化学溶剂像是后续蚀刻制程使用的酸。如果保护层发生缺陷，异物可能造成金属栅极消融或对其他元件造成负面影响。通过在不同加载图案形成相同外貌的手段，当进行保护层抛光制程，只需注意第一功函数金属层以及填充金属的位置，而不需担心在不同栅极结构埋藏于填充金属之下的不同功函数金属层。

请参考图22绘示具有四层功函数金属层的栅极结构300c。栅极结构300c包含第一、第二与第三功函数金属层330c,340c与350c。除此之外，栅极结构300c还包含第四功函数金属层380形成在第三功函数金属层350c之上。相较于栅极结构300b，栅极结构300c经过多一次的功函数金属层回蚀制程。第四功函数金属层380在凹槽312c内铺盖在第三功函数金属层350c之上，倾斜边缘342c与352c转移到第四功函数金属层380上。第四功函数金属层380顶缘具有倾斜边缘382。凹槽312c的侧壁形成一四阶层的倒置金字塔，斜度从底到顶逐渐减少。填充金属360c与填充金属360a与360b相比仍然具有相同的表面积与外貌，纵使功函数金属层已经增加到四层。

除了第一功函数金属层，其余的功函数金属层都被埋藏在金填充金属之下。第一功函数金属层与填充金属的回蚀，相较之下简单许多，因为除了第一功函数金属层，其余的功函数金属层并不需在全面性回蚀的过程中被蚀刻移除。因此纵使在不同栅极结构的情形下，依然可以产生俯视外貌相同的结果。

根据本发明部分实施例提供栅极结构，栅极结构包含至少间隔层界定栅极区域于半导体基材上，栅极介电层设置于半导体基材的栅极区域上，以及第一功函数金属层设置于介电栅极层且内衬间隔层内侧壁的底部部分。

根据本发明部分实施例，填充金属的第二部分是超越第一功函数金属层的至少一顶端缘。

根据本发明部分实施例，第一功函数金属层的至少一顶端缘远离间隔层下降。

根据本发明部分实施例，栅极结构还包含第二功函数金属层设置于第一功函数金属层以及填充金属之间。

根据本发明部分实施例，第二功函数金属层是埋设于该填充金属下。

根据本发明部分实施例提供栅极结构，栅极结构包含间隔层界定栅极区域于半导体基材上，栅极介电层设置于半导体基材的栅极区域上，第一功函数金属层设置于介电栅极层且内衬间隔层内侧壁的多个部分，第一功函数金属层具有倾斜边缘，以及填充金属部分被第一功函数金属层包覆，第一功函数金属层倾斜边缘是埋藏在填充金属之下。

根据本发明部分实施例，栅极结构还包含第二功函数金属层包覆第一功函数金属层以及填充金属，第二功函数金属层具有至少一部分凸出于填充金属的一顶面。

根据本发明部分实施例，栅极结构还包含保护层覆盖在填充金属以及第二功函数金属层的凸出于填充金属顶面的部分。

根据本发明部分实施例提供形成栅极结构的方法，方法包含形成虚设栅极堆叠包含栅极介电层以及虚设栅极材料层于栅极介电层之上，于虚设栅极堆叠四周形成层间介电层，自虚设栅极堆叠移除栅极材料层以形成凹槽，形成功函数金属层于凹槽的底面以及侧壁，自凹槽的侧壁移除功函数金属层的第一部分，其中移除功函数金属层第一部分后功函数金属层的第二部分保留在凹槽，以及以填充金属填充凹槽的剩余部分。

根据本发明部分实施例，形成栅极结构的方法，自凹槽的侧壁移除功函数金属层的第一部分包含形成一遮罩层于凹槽上，图案化遮罩层，其中图案化遮罩层之后遮罩层一表面高度低于凹槽，使得功函数金属层的第一部分暴露于图案化的遮罩层外，蚀刻功函数金属层的第一部分，以及移除图案化的遮罩层。

虽然本发明部分实施例已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明部分实施例，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明部分实施例的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明部分实施例的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。