具有变化阈值电压的半导体装置及其制造方法与流程

本发明涉及半导体装置以及制造该半导体装置的方法，尤其涉及具有变化阈值电压的半导体装置。

背景技术：

传统上，不同的半导体装置经制造而具有一个或多个不同的装置特性，例如阈值电压、开关速度、泄露功率消耗等。多种不同的设计可分别向意图执行特定功能的装置提供这些特性的其中一个或多个的优化。例如，一种设计可具有降低的阈值电压，以增加提供计算逻辑功能的装置的开关速度，而另一种设计可具有增加的阈值电压，以降低提供存储器储存功能的装置的功率消耗。如半导体装置技术例如场效应晶体管(field-effecttransistor；fet)中所已知的那样，阈值电压是允许电流从源区经过fet的沟道区流至漏区所需的最小栅极电压。使用分别针对不同的功能进行优化的多个分立装置的系统将导致系统复杂性增大、系统覆盖区(footprint)增加以及系统成本增加。

技术实现要素：

为克服现有技术的特定缺点并提供额外的优点，在一个态样中提供一种制造半导体装置的方法，该方法包括例如：设置结构，该结构具有至少一个区域并包括设于衬底上方的介电层；在该介电层上方形成包括阈值电压调整层的多层堆叠结构，该多层堆叠结构包括位于该至少一个区域的第一区域中的第一阈值电压调整层、以及位于该至少一个区域的第二区域中的第二阈值电压调整层；以及退火该结构以定义该至少一个区域的变化阈值电压，该退火促进至少一个阈值电压调整种类(threshold-voltageadjustingspecies)自该第一牺牲层及该第二牺牲层扩散进入该介电层中，其中，该第一区域的阈值电压独立于该第二区域的该阈值电压。

在另一个态样中，提供一种半导体装置，其例如包括：pfet装置区域的第一替代金属栅极结构，具有第一有效功函数并包括具有第一阈值调整种类的第一介电层；以及该pfet装置区域的第二替代金属栅极结构，具有第二有效功函数并包括缺乏该第一阈值调整种类的该第一介电层，其中，该第一有效功函数大于或等于5ev(电子伏)。

通过本发明的技术实现额外的特征及优点。本发明的其它实施例及态样在本文中作详细说明并作为所请求保护的发明的部分。

附图说明

本发明的一个或多个态样被特别指出并在说明书的结束处的声明中被明确称为示例。结合附图参照下面的详细说明可清楚本发明的上述及其它目的、特征以及优点，该些附图中：

图1a显示依据本发明的一个或多个态样在后栅极半导体装置制程期间所获得的中间结构的剖视图并显示设于衬底的一个或多个区域内的介电层；

图1b显示依据本发明的一个或多个态样在该介电层上方共形设置牺牲功函数层以后的图1a的结构；

图1c显示依据本发明的一个或多个态样自该衬底的第一区域选择性移除该牺牲功函数层以后的图1b的结构；

图1d显示依据本发明的一个或多个态样形成多层堆叠结构以后的图1c的结构；

图1e显示依据本发明的一个或多个态样选择性移除该衬底的第二区域内的该多层堆叠结构以后的图1d的结构；

图1f显示依据本发明的一个或多个态样形成额外多层堆叠结构以后的图1e的结构；

图1g显示依据本发明的一个或多个态样退火以定义该第一区域及该第二区域的阈值电压并随后移除该多层堆叠结构及该额外多层堆叠结构以后的图1f的结构；

图1h显示依据本发明的一个或多个态样在该衬底的该一个或多个区域内设置一个或多个功函数层以后的图1g的结构；以及

图1i显示依据本发明的一个或多个态样在该衬底的该一个或多个区域内已形成替代栅极结构的图1h的所得结构。

具体实施方式

通过参照附图中所示的非限制例子来更加充分地解释本发明的态样及其特定的特征、优点以及细节。省略对已知材料、制造工具、制程技术等的说明，以免在细节上不必要地模糊本发明。不过，应当理解，该详细说明及该具体例子尽管标示本发明的实施例，但仅作为示例，而非限制。本领域的技术人员将会从本发明中了解在基础的发明概念的精神和/或范围内的各种替代、修改、添加和/或布局。

在某种程度上，本发明提供一种制造一个或多个半导体装置的方法，该半导体装置包括具有变化阈值电压的场效应晶体管(fet)装置。在一个态样以及在典型集成电路中，可互连数千个或更多fet。作为一个例子，以及在互补金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide-semiconductor；cmos)技术中，n型fet(nfet)可例如通过共用共栅极结构与p型fet(pfet)互连，或者可通过金属接触连接。在典型集成电路制程期间，可能想要通过以具有不同阈值电压的不同fet实施该集成电路的不同部分来优化该集成电路的泄露、功率消耗以及速度。例如，可能想要以相对较高的速度执行逻辑或算术功能，以支持高级特征，并以相对较低的速度执行存储器储存，以节约功率。当使用传统的制程来设计将nfet及pfet两者与多个阈值电压组合的集成电路时，产生挑战。本文中所使用的变化阈值电压是指一个fet(例如nfet或pfet)的阈值电压独立于该集成电路的不同区域中的对应fet的阈值电压进行调制。

在本发明的一个态样中，提供一种制造半导体装置的方法，该方法包括：设置结构，该结构具有至少一个区域并包括设于衬底上方的介电层；在该介电层上方形成包括阈值电压调整层的多层堆叠结构，该多层堆叠结构包括位于该至少一个区域的第一区域中的第一阈值电压调整层、以及位于该至少一个区域的第二区域中的第二阈值电压调整层；以及退火该结构以定义该至少一个区域的变化阈值电压，该退火促进至少一个阈值电压调整种类自该第一阈值电压调整层及该第二阈值电压调整层扩散进入该介电层中，其中，该第一区域的阈值电压独立于该第二区域的该阈值电压。

在一个实施例中，该多层堆叠结构可包括或由牺牲功函数层(sacrificialwork-functionlayer)制成，且该阈值电压调整层设于该牺牲功函数层上方，其中，所述形成该多层堆叠结构可包括例如设定该牺牲功函数层的厚度，以定义该至少一个区域的该变化阈值电压。本文中所使用的“设定”是指改变或调节至少一个区域中的该牺牲功函数层的厚度，以定义该至少一个区域的阈值电压。另外，所述形成该多层堆叠结构可包括设定该牺牲功函数层在该第一区域中的第一厚度以及在该第二区域中的第二厚度，其中，该第二厚度小于该第一厚度。在一个例子中，所述形成该多层堆叠结构可包括设定该牺牲功函数层的厚度，以使该牺牲功函数层在该第二区域中不存在。也就是说，没有牺牲功函数层设于该第二区域中。

在一个态样中，该多层堆叠结构可包括例如位于该第一区域中的第一多层堆叠结构、以及位于该第二区域中的第二多层堆叠结构，其中，该第一多层堆叠结构不同于该第二多层堆叠结构。例如，该第一多层堆叠结构可包括第一牺牲功函数层、设于该第一牺牲功函数层上方的该第一阈值电压调整层、以及设于该第一阈值电压调整层上方的第二牺牲功函数层，以及其中，该第一阈值电压调整层可包括或由定义该第一区域的该阈值电压的阈值电压调整种类制成。该第一区域的该阈值电压可包括例如p型场效应晶体管(pfet)装置的阈值电压，该第一区域的该阈值电压在0mv(毫伏)至200mv的范围内。在一个例子中，该第一牺牲层的该阈值电压调整种类可为或包括铝(al)、氧化铝(al2o3)、锗(ge)、氧化锗(geo2)等的至少其中一种。

在另一个态样中，该第二多层堆叠结构可包括例如该第二阈值电压调整层、设于该第二阈值电压调整层上方的覆盖层、以及设于该覆盖层上方的牺牲栅极材料，其中，该第二阈值电压调整层可包括定义该第二区域的该阈值电压的阈值电压调整种类。例如，该第二区域的该阈值电压可包括nfet装置的阈值电压，该第二区域的该阈值电压在0mv至200mv的范围内。例如，该第二阈值电压调整层的该阈值电压调整种类可包括或由含稀土金属材料或含碱土金属材料的至少其中一种制成。在一个例子中，该含稀土金属材料可为或包括元素周期表的iiib族元素的至少其中一种。在另一个例子中，该含碱土金属材料可为或包括具有式ma的化合物，其中，m可为碱土金属，且a可为氧(o)、硫(s)或卤化物的至少其中一种。

在另一个实施例中，该至少一个区域可包括例如具有nfet装置或pfet装置的至少其中一种的阈值电压的第三区域，其中，该第三区域的该阈值电压独立于该第一区域及该第二区域的该阈值电压。例如，所述形成该多层堆叠结构可包括例如：在该第一区域、该第二区域及该第三区域中的该介电层上方形成牺牲功函数层；在该第一区域中选择性移除该牺牲功函数层，而不影响该第二区域或该第三区域；以及在该第一区域、该第二区域及该第三区域上方形成额外牺牲功函数层。另外，所述形成该多层堆叠结构可包括相对该第二区域及该第三区域中的该功函数层的该厚度，在该第一区域中设定该额外牺牲功函数层的厚度，该额外牺牲功函数层的该设定定义该第一区域的该阈值电压。

在又一个实施例中，在所述设定该第一区域中的该额外牺牲功函数层之后，该制造方法还可包括选择性移除该第二区域中的该多层堆叠结构。所述形成还可包括在该第一区域、该第二区域及该第三区域中形成额外多层堆叠结构，其中，该额外多层堆叠结构不同于该多层堆叠结构。另外，该第一区域中的该多层堆叠结构可包括具有第一阈值电压调整种类的该第一阈值电压调整层，以及该第二区域中的该额外多层堆叠结构可包括具有第二阈值电压调整种类的该第二阈值电压调整层，其中，该第一阈值电压调整层不同于该第二阈值电压调整层。

在另一个实施例中，在所述退火该结构之后，该制造方法还可包括在该至少一个区域上方设置功函数层，其中，该至少一个阈值电压调整种类向该介电层中的该扩散定义该至少一个区域中的该功函数层的有效功函数，该第一区域、该第二区域及该第三区域中的该功函数层的该有效功函数彼此独立。例如，该有效功函数可包括该第一区域中的第一pfet装置的第一有效功函数、以及该第三区域中的第二pfet装置的第二有效功函数，该第一有效功函数低于该第二有效功函数。

在本发明的又一个态样中，提供一种半导体装置，其包括：pfet装置区域的第一替代金属栅极结构，具有第一有效功函数并包括具有第一阈值调整种类的第一介电层；以及该pfet装置区域的第二替代金属栅极结构，具有第二有效功函数并包括缺乏该第一阈值调整种类的该第一介电层，其中，该第一有效功函数大于或等于5ev。

例如，该第一有效功函数为200mv或大于该第二有效功函数。另外，该半导体装置可包括：nfet装置区域的第一替代金属栅极结构，包括具有第二阈值调整种类的该第一介电层；以及该nfet装置区域的第二替代金属栅极结构，包括缺乏该第一阈值调整种类及该第二阈值调整种类的该第一介电层，

下面参照附图，为方便理解，该些附图并非按比例绘制，其中，不同附图中所使用的相同附图标记表示相同或类似的组件。

例如，图1a至1i显示依据本发明的一个或多个态样制造其中一个或多个区域中具有变化阈值电压的半导体装置的方法的一个实施例。有利地，如下所述，依据本发明的一个或多个态样，该制造方法可通过独立于另一个fet的阈值电压来调制一个fet的阈值电压而允许针对不同区域中的fet选择不同的阈值电压。

图1a显示依据本发明的一个或多个态样在半导体装置的替代栅极制程期间所获得的中间结构的剖视图。如图所示并在一个例子中，中间结构100可包括衬底102以及一个或多个区域，以支持形成平面场效应晶体管(fet)装置或非平面场效应晶体管(fet)装置，例如鳍式场效应晶体管(finfet)装置或半导体纳米线fet装置。

例如，衬底102可为块体半导体材料，例如块体硅晶圆。作为另一个例子，衬底102还可为或包括任意的含硅材料，例如但不限于硅(si)、单晶硅、多晶硅或非晶硅。衬底102还可包括层式半导体结构，例如空洞层上硅(silicon-on-nothing；son)、绝缘体上硅(silicon-on-insulator；soi)、绝缘体上硅锗(silicongermanium-on-insulator；sgoi)、绝缘体上锗(germanium-on-insulator；goi)、替代绝缘体上硅(silicon-onreplacementinsulator；sri)等。衬底102可附加地或替代地包括各种隔离结构或区域、掺杂区域以及/或者装置特征。另外，衬底102还可包括其它合适的元素半导体，例如锗(ge)，或者化合物半导体，例如硅锗(sige)、sic、sigec、砷化镓(gaas)、磷化镓(gap)、氮化镓(gan)、砷化铟(inas)、磷化铟(inp)，和/或所有其它iii/v族或ii/vi族化合物半导体。

继续参照图1a，中间结构100还可包括设于衬底102上方的层间介电材料层(未显示)，其例如可促进制造所得半导体装置，例如同一晶圆上的场效应晶体管(fet)装置。仅作为示例，该层间介电材料可为或包括介电材料，例如场氧化物或可流动氧化物材料，在一个例子中，其可通过使用各种技术形成，例如化学气相沉积(chemicalvapordeposition；cvd)、等离子体增强型cvd等。

本领域的技术人员将理解，在衬底102上方可设置牺牲栅极结构(未显示)，其可包括或由牺牲栅极材料(也未显示)例如非晶硅制成，以为将要形成的后续金属栅极电极保持栅极位置。可执行后续制程以例如在衬底102上方形成源漏区(未显示)。例如，该源漏区可通过使用任意合适的技术形成，包括例如离子注入、嵌入源/漏材料的外延生长以及活化退火。随后，在衬底102上方可设置层间介电材料层112，以填充相邻牺牲栅极结构之间的间隔，并可采用化学机械抛光或回蚀刻抛光，以通过将该牺牲栅极结构用作蚀刻停止层来抛去多余的层间介电材料。随后，可移除该牺牲栅极结构，以在衬底102上方形成一个或多个区域104、106、108及110，其例如可由层间介电材料112隔开。

请继续参照图1a，其显示具有四个场效应晶体管(fet)装置的中间结构100的一个实施例，以提供有关本发明的总体背景。出于上面所解释的原因，可能想要使集成电路的不同fet具有不同的阈值电压。例如，cmos集成电路可能需要一对低阈值电压以及一对高阈值电压，每对针对各nfet及pfet提供阈值电压。如图所示，例如，一对区域可与提供低阈值电压及高阈值电压的一对nfet关联，而对应的一对区域可与提供低阈值电压及高阈值电压的一对pfet关联，或者反之。尤其，以及在一个例子中，区域104及106可与分别提供低阈值电压及高阈值电压的一对nfet关联，而区域108及110可与分别提供低阈值电压及高阈值电压的一对pfet关联。

例如，作为使用任意合适的沉积制程的一个或多个层，在区域104、106、108及110内可共形设置介电层114，其例如可构成所得栅极结构的部分。本文中所使用的术语“共形(conformally)”是指介电层114沿着层间介电材料112的轮廓并在其上方设置。例如，介电层114可包括或由具有大于二氧化硅的介电常数(sio2的k＝3.9)的介电常数k的高k介电材料制成，且可通过执行合适的沉积制程沉积，例如原子层沉积(atomiclayerdeposition；ald)、化学气相沉积(cvd)等。在特定的例子中，介电层114可具有大于4.0的介电常数，且较佳地，具有大于8.0的介电常数。可用于该介电层的高k介电材料的例子包括但不限于hfo2、zro2、la2o3、al2o3、tio2、srtio3、laalo3、y2o3、hfoxny、zroxny、la2oxny、al2oxny、tioxny、srtioxny、laaloxny、y2oxny，及其硅酸盐，以及其合金，其中x＝0.5至3，且y＝0至2。尽管该介电层的厚度可依据特定的应用以及所采用的沉积制程而变化，但在一个例子中，介电层114可具有在1纳米(nm)至30纳米范围内的厚度。

图1b显示依据本发明的一个或多个态样在介电层114上方共形设置牺牲功函数层116以后的图1a的结构。依据该栅极结构是例如pfet还是nfet装置的部分，牺牲功函数层116可包括或者由例如选自元素周期表的iva-via族的适当金属氮化物例如氮化钛(tin)、氮化钽(tan)、氮化铌(nbn)、氮化钒(vn)、氮化钨(wn)等制成。尽管牺牲功函数层116的厚度可依据特定的应用而变化，但在一个例子中，该牺牲功函数层的厚度可在0.5纳米至3纳米的范围内，且可例如通过沉积制程如ald、cvd、物理气相沉积(physicalvapordeposition；pvd)或其等离子体增强型版本设于介电层114上方。本文中所使用的“牺牲功函数层”是指依据本发明的一个或多个态样，在退火该结构以使阈值调整种类扩散进入该介电层中以后所移除的功函数层。

接着，如图1c中所示，可执行一个或多个制程以自区域108移除牺牲功函数层116，从而使介电层114暴露于本文中将要揭示的进一步制程步骤。该牺牲功函数层的该移除导致在区域108内选择性形成开口118，而不影响衬底102的区域104、106及110。自区域108移除牺牲功函数层116可通过一个或多个传统的蚀刻制程实现，例如干式或湿式蚀刻制程。在一个例子中，牺牲功函数层116例如氮化钛(tin)可通过使用氨基溶液例如标准清洗制程(被称作sc1溶液)移除，以暴露区域108中的下方介电层114。在一个具体例子中，该sc1制程(例如包括由过氧化氢(h2o2)及氢氧化铵(nh4oh)构成的溶液)可在室温(约20℃)与约65℃之间的温度下执行约30秒至约10分钟的时长。或者，氮化钛功函数层116的该移除也可通过使用过氧化氢(h2o2)溶液以及传统的sc1溶液制程达成。

如图1d中所示，在区域104、106、108及110的介电层114上方可共形形成多层堆叠结构120。此多层堆叠结构120包括例如额外牺牲功函数层122、设于额外牺牲功函数层122上方的阈值电压调整层124、以及设于阈值电压调整层124上方的第二牺牲功函数层126。多层堆叠结构120的这些层可通过使用各种不同的材料以及制造技术，例如化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)、物理气相沉积(pvd)或此类制程的等离子体增强型版本形成。所示层的厚度也可依据特定的应用而变化。

例如，额外牺牲功函数层122可包括或者由与设于区域104、106及110中的介电层114上方的牺牲功函数层112的材料基本类似或相同的材料制成。如上联系图1b所述，额外牺牲功函数层122可包括或者由例如选自元素周期表的iva-via族的适当金属氮化物如氮化钛(tin)、氮化钽(tan)、氮化铌(nbn)、氮化钒(vn)、氮化钨(wn)等制成，且可通过采用上述一个或多个沉积制程形成。在区域108中的介电层114上方直接沉积额外牺牲功函数层122允许设定或调制多个不同区域中的该牺牲功函数层的厚度，从而使fet具有多个不同的阈值电压。例如，通过相对不同区域(例如区域104、106及110)中的牺牲功函数层116以及额外牺牲功函数层122的厚度设定或调节区域108中的额外牺牲功函数层122的厚度，可实现不同的阈值电压。在一个例子中，额外牺牲功函数层118的厚度可在0.5纳米至3纳米的范围内。

请继续参照图1d，接着在额外牺牲功函数层122上方可形成多层堆叠结构120的阈值电压调整层124。例如，阈值电压调整层124(具有0.5纳米至3纳米范围内的厚度)可包括或由阈值电压调整种类制成，该阈值电压调整种类例如可为pfet阈值电压调整种类，以定义区域108中的pfet装置的阈值电压。本文中所使用的“阈值电压调整种类”是指依据暴露区域内所制造的装置类型定义该区域(例如nfet或pfet)的阈值电压的元素或化学物质。在一个例子中，阈值电压调整层124的该阈值电压调整种类可为或包括铝(al)、氧化铝(al2o3)、锗(ge)、氧化锗(geo2)、碳化铝钛(tialc)或其组合的至少其中一种。在一个具体例子中，该阈值电压调整种类(例如其中设有约5至50％铝的碳化铝钛(tialc))可促进定义pfet装置的阈值电压。

在阈值电压调整层124上方可沉积多层堆叠结构120的第二牺牲功函数层126。第二牺牲功函数层126例如可包括或者由与设于区域104、106及110中的介电层114上方的额外功函数层122及牺牲功函数层112的材料基本类似或相同的材料制成。如上联系图1b所述，第二牺牲功函数层126可包括或者由例如选自元素周期表的iva-via族的适当金属氮化物如氮化钛(tin)、氮化钽(tan)、氮化铌(nbn)、氮化钒(vn)、氮化钨(wn)等制成，且可通过采用上述一个或多个沉积制程形成。在一个例子中，第二牺牲功函数层126的厚度可在0.5纳米至3纳米的范围内。在一个例子中，且当阈值电压调整层124包括碳化铝钛层时，夹置该阈值电压调整层的额外牺牲功函数层122与第二牺牲功函数层126可有利地促进保护设于该阈值电压调整层中的铝免予在周围条件下被氧化。

接着，如图1e中所示，可采用一个或多个光刻图案化制程，以自衬底102的区域104选择性移除多层堆叠结构120并在其中形成开口128。例如，可采用一系列保护掩膜来图案化该多层堆叠结构，以保护设于区域106、108及110内的该多层堆叠结构，使区域104的多层堆叠结构120暴露于任意合适的蚀刻制程，例如干式或湿式蚀刻制程。在一个例子中，该湿式蚀刻制程可使用例如sc1溶液(例如包括h2o2及nh4oh)在室温(约20℃)与约65℃之间的温度下执行约30秒至约10分钟的时长。要注意的是，如图所示，多层堆叠结构120自区域104的此选择性移除导致介电层114暴露于本文中将要揭示的进一步制程步骤。

图1f显示在该晶圆的区域104、106、108及110内共形形成额外多层堆叠结构130以后的图1e的结构。此额外多层堆叠结构130包括例如阈值电压调整层132、设于阈值电压调整层132上方的覆盖层134、以及设于覆盖层134上方的栅极材料136。如图所示，额外多层堆叠结构130在区域106、108及110中可设于多层堆叠结构120(图1d)上方，而在区域104中直接设于介电层114上方。提供额外多层堆叠结构130的该各种层可通过使用各种不同的材料及制造技术，例如化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)、分子束沉积、金属有机化学气相沉积(metallorganochemicalvapordeposition；mocvd)、物理气相沉积(pvd)或此类制程的等离子体增强型版本形成。所示层的厚度也可依据特定的应用而变化。

如图所示，额外多层堆叠结构130的该不同层区别于多层堆叠结构120(图1d)的该不同层。例如，阈值电压调整层132可包括或由阈值电压调整种类制成，该阈值电压调整种类例如可为nfet阈值电压调整种类，以定义该衬底的区域104中的nfet装置的阈值电压。在一个例子中，阈值电压调整层132的该阈值电压调整种类(具有在约0.05纳米至1纳米范围内的厚度)可为或包括含稀土金属材料或含碱土金属材料的至少其中一种。在一个具体例子中，该含稀土金属材料可为或包括元素周期表的iiib族元素(包括例如la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、ga、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu或其组合)的至少其中一种。尤其，该含稀土金属材料可为或包括至少la、ce、y、sm、er和/tb，较佳为la。在另一个具体例子中，该阈值电压调整种类可为或包括具有化学式ma的含碱土金属材料，其中，m可为选自元素周期表的iia族的碱土金属(包括例如be、mg、ca、sr、ba或其组合)，a可为氧(o)、硫(s)或卤化物的至少其中一种，且x＝0、1或2。在一个特定例子中，该含碱土金属材料可为mg。

可设置覆盖层134以在各种制程步骤期间保护阈值电压调整层132免受损伤。在一个例子中，覆盖层134可为或包括氮化钛(tin)或氮化钽(tan)，且可具有在约1纳米至3纳米之间的厚度。随后，在覆盖层134上方可设置牺牲栅极材料136。此牺牲栅极材料136可为或包括例如非晶硅(a-si)或多晶硅材料，以在一个实施例中为将要通过使用(例如)后栅极制程方法形成的后续金属栅极电极保持栅极位置。

如图所示并在一个实施例中，该一个或多个牺牲功函数层(例如牺牲功函数层116以及多层堆叠结构120的额外牺牲功函数层122)可经设定以在衬底102的不同区域中具有不同的厚度，从而支持不同区域中的不同栅极堆叠结构。有利地，不同区域中的这些不同栅极堆叠结构相应能够实现不同区域中的多个阈值电压。例如，并如图所示，在区域108中的介电层114上方直接形成多层堆叠结构120的额外牺牲功函数层122导致该牺牲功函数层具有厚度t1，而在牺牲功函数层116上方形成额外牺牲功函数层122导致该功函数层在区域106及110中具有厚度t2，厚度t1小于厚度t2。相反，该牺牲功函数层经设定而具有的厚度使其在该衬底的区域104中不存在。如下面进一步所述，不同区域中的该牺牲功函数层的厚度的这些差别用以独立于另一个fet的阈值电压调制一个fet的阈值电压。

请参照图1g，结构100可经历一个或多个退火制程，以使该阈值电压调整种类自一个或多个不同的阈值电压调整层扩散进入下方介电层114中。有利地，该阈值电压调整种类的此扩散促进定义不同区域(例如区域104、106、108及110)中的阈值电压。例如，该退火制程可通过使用各种可用的退火技术执行，例如在存在气体(如氮气和/或氩气)的情况下的浸入式退火(soakanneal)、尖峰式/快速热退火(spike/rapidthermalanneal；rta)或激光退火(laseranneal；lsa)。在一个具体例子中，lsa退火可在约800℃至1100℃的温度下执行约1毫秒至30秒。

另外并在一个实施例中，该退火制程有利于促进该阈值电压调整种类自该阈值电压调整层(例如阈值电压调整层124及132(见图1f))至少部分扩散进入下方介电层114中，从而改变介电层114的电性属性。在一个例子中，在退火以后，来自阈值电压调整层132(见图1f)的该nfet阈值电压调整种类(例如镧)可至少部分扩散进入下方介电层114中，从而在区域104中导致形成介电层114’(介电层114’在本文中也可被称作阈值电压(vt)调整介电层)。具有已经改变的电性属性的此介电层114’定义区域104中的nfet装置的阈值电压。在此例子中，区域104中的该nfet装置的该阈值电压可在0mv至200mv范围内。另外，通过改变区域104及区域106中的栅极堆叠结构，并且还通过设定或调节设于该不同的多层堆叠结构的该阈值电压调整层与介电层114之间的该不同牺牲功函数层的厚度，区域104中的该nfet装置的阈值电压可独立于区域106中的该nfet装置的阈值电压而调制。在这样一个例子中，区域106中的该nfet装置的阈值电压可比区域104中的该nfet装置的阈值电压高约50mv至约200mv的量级。

在另一个例子中，来自阈值电压调整层124(见图1f)的该pfet阈值电压调整种类(例如铝)可至少部分扩散进入介电层114中，从而导致在区域108中形成介电层114"(介电层114"在本文中也可被称作阈值电压(vt)调整介电层)。具有已经改变的电性属性的此介电层114"定义区域108中的pfet装置的阈值电压。另外，如上所述，通过设定或调节设于该多层堆叠结构的该阈值电压调整层与介电层114之间的该不同牺牲功函数层的厚度，区域108中的该pfet装置的阈值电压可独立于区域110中的该pfet装置的阈值电压而调制。通过调制扩散进入该介电层中的阈值电压调整种类的浓度/数量，该牺牲功函数层的厚度的该设定或调节相应定义不同区域中的不同阈值电压。

本领域的技术人员将理解，栅极结构中的材料累积堆叠的有效功函数直接影响fet装置的阈值电压。请参照图1f，影响该fet的有效功函数的项目之一可为具有厚度t1的牺牲功函数层122(见图1f)。牺牲功函数层122的厚度促进较大浓度的该阈值电压调整种类扩散进入区域108中的介电层114中，从而改变电性属性，例如功函数偏移增加，区域108中的该介电层的tinv(栅极电容的倒数)增加。电性属性中的这些变化相应地导致定义区域108中的pfet装置的阈值电压。在一个例子中，区域108中的pfet装置的阈值电压可为约0mv至约200mv。

在另一个例子中，相对扩散进入区域108中的下方介电层114中的该阈值电压调整种类的浓度，区域110中的具有厚度t2的该牺牲功函数层(见图1f)(例如，包括牺牲功函数层116及额外牺牲功函数层122)促进该阈值电压调整种类以较低浓度扩散。扩散进入该介电层中的该阈值电压调整种类的此降低浓度相应地导致降低该功函数偏移以及较低的tinv代价，从而定义区域110的阈值电压。在此例子中，相对区域108的阈值电压，区域110具有较高的pfet阈值电压。在一个具体例子中，区域110的该pfet阈值电压可比区域108的阈值电压高约50mv至200mv的量级。

如图1g中进一步显示，执行一个或多个蚀刻制程，以自区域104、106、108及110移除牺牲功函数层116(见图1f)、多层堆叠结构120(见图1f)以及额外多层堆叠结构130(见图1f)，并暴露不同区域中的该介电层。例如，该蚀刻制程可通过使用例如氨基蚀刻溶液如标准清洗1制程(被称为sc1)及标准清洗2制程(被称为sc2)的一系列等向性湿式蚀刻制程达成。例如，sc1制程可通过使用过氧化氢(h2o2)及氢氧化铵(nh4oh)达成，且sc2制程可通过使用水、过氧化氢(h2o2)及氢氯酸(hcl)达成。蚀刻化学剂的选择可受在不影响该下方介电层的情况下移除这些层的效率驱动。

图1h显示在该衬底的该区域内设置一个或多个功函数层138以后的图1g的结构。这些功函数层(例如可构成该替代栅极结构的部分)可为或包括金属及其氮化物，例如氮化钛(tin)、tan、tialn、taaln、nbn、vn、wn。在另一个例子中，一个或多个功函数层138还可包括金属及其碳化物，例如tic、tialc、tial、tac、taalc、nbc等。在另一个例子中，一个或多个功函数层138还可包括ru、pt、mo、co及合金以及其组合。尽管出于说明方便，在图1h中的nfet装置区域104及106及pfet装置区域108及110中对该一个或多个功函数层138作相同标记，但本领域的技术人员将意识到，该nfet装置区域及pfet装置区域通常具有一个或多个不同的功函数层138。

另外，在一个实施例中，扩散于介电层114内的阈值调整种类的差别掺杂浓度/数量有利地促进定义区域104、106、108及110(例如fet)中的有效功函数，尤其区域104及108中的有效功函数。例如，由于分别设于下方介电层114"及114内的同一阈值调整种类的不同浓度，两个pfet装置区域108与110之间的该fet的有效功函数。例如且在一个实施例中，由于扩散于介电层114内的阈值电压调整种类的最小浓度，pfet装置区域110的有效功函数可为约4.6ev至约4.8ev。在一个具体例子中，pfet装置区域110的有效功函数层可为约4.8ev。类似地，由于扩散于介电层114"内的阈值电压调整种类的较高浓度，pfet装置区域108的有效功函数可为约4.8ev至约5.0ev。在一个具体例子中，该功函数层的有效功函数层可为约5.0ev。这之所以重要有两个原因。首先，具有高达5.0ev的有效功函数的替代金属栅极结构的pfet装置在过去无法获得。其次，调节两个pfet装置区域的功函数(以及因此阈值电压)达200mv或更多的能力是不可能的。在另一个例子中，由于扩散于介电层114’内的阈值电压调整种类的较高浓度，nfet装置区域104的有效功函数可在约4.1ev至约4.5ev的范围内，而在下方介电层114内具有降低浓度的该阈值调整种类的nfet装置区域106可具有约4.2ev至4.6ev的有效功函数。

图1i显示依据本发明的一个或多个态样，在该衬底的该一个或多个区域内已形成栅极材料140的图1h的所得结构。栅极材料(例如可构成所得替代栅极结构的部分)可为任意各种金属栅极电极材料，例如钨(w)、铝(al)、镍(ni)、钴(co)、以及钛(ti)，且可通过使用制程(例如ald或cvd)共形沉积于区域104、106、108及110内。本领域的技术人员将理解，替代栅极结构将包括一种或多种栅极材料，该栅极材料被置于通过移除牺牲栅极结构所形成的介电层的开口中。如此，替代栅极结构通常在该栅极开口内具有至少一个具有u型轮廓的膜。

本文中所使用的术语仅是出于说明特定实施例的目的，并非意图限制本发明。除非上下文中明确指出，否则这里所使用的单数形式“一个”以及“该”也意图包括复数形式。还应当理解，术语“包括”(以及任意形式的包括)、“具有”(以及任意形式的具有)以及“包含”(以及任意形式的包含)都是开放式连接动词。因此，“包括”、“具有”或“包含”一个或多个步骤或元件的方法或装置具有那些一个或多个步骤或元件，但并不限于仅仅具有那些一个或多个步骤或元件。类似地，“包括”、“具有”或“包含”一个或多个特征的一种方法的步骤或一种装置的元件具有那些一个或多个特征，但并不限于仅仅具有那些一个或多个特征。而且，以特定方式配置的装置或结构至少以这种方式配置，但也可以未列出的方式配置。

权利要求书中的所有方式或步骤加功能元素的相应结构、材料、动作及等同(如果有的话)意图包括执行该功能的任意结构、材料或动作结合具体请求保护的其它请求保护的元素。本发明的说明是出于示例及说明目的，并非意图详尽无遗或将本发明限于所揭示的形式。本领域的技术人员很容易了解许多修改及变更，而不背离本发明的范围及精神。该些实施例经选择并说明以最好地解释本发明的一个或多个态样的原理以及实际应用，并使本领域的技术人员能够理解针对为适应所考虑的特定应用进行各种修改的各种实施例的本发明的一个或多个态样。