本发明的实施例一般地涉及半导体技术领域，更具体地涉及半导体器件及其制造方法。
背景技术
半导体产业已经进入到纳米技术工艺节点来追求更高的器件密度、更高的性能和更低的成本。随着这种进步的发生，来自制造和设计问题的挑战已经导致了三维设计的发展，诸如鳍式场效应晶体管(finfet)器件的。利用从衬底延伸的薄“鳍”(或鳍式结构)来制造典型的finfet器件。鳍通常包括硅并且通常形成晶体管器件的主体。在这种垂直鳍中形成晶体管的沟道。在鳍上方(例如，包裹鳍)提供栅极。这种类型的栅极允许更好地控制沟道。finfet器件的其他优势包括减少的短沟道效应和更高的电流。
finfet器件与高k金属栅极(hkmg)工艺流程兼容。换言之，finfet器件可以实现为具有高k栅极电介质和金属栅电极的hkmg器件。然而，现有的hkmgfinfet器件仍然存在缺点，例如与缺乏阈值电压(vt)调节选项相关的缺点，这限制了ic电路设计的自由度，并且还可能降低器件性能。
因此，虽然现有的hkmgfinfet器件通常已经足以用于其预期目的，但它们还没有在各个方面完全令人满意。
技术实现要素：
根据本发明的一方面，提供了一种半导体器件，包括：有源区，在第一方向上延伸；以及第一栅极结构，在与所述第一方向不同的第二方向上延伸；其中：所述第一栅极结构包括设置在所述有源区上方的第一区段和不设置在所述有源区上方的第二区段；所述第一区段具有第一材料组成；以及所述第二区段具有与所述第一材料组成不同的第二材料组成。
根据本发明的另一方面，提供了一种半导体器件，包括：有源区，沿着第一方向伸展；第一纵长栅极，沿着垂直于所述第一方向的第二方向伸展，其中，所述第一纵长栅极包括设置在所述有源区上方的第一部分和不设置在所述有源区上方的第二部分，并且其中，所述第一部分和所述第二部分包括不同的材料；以及第二纵长栅极，沿着所述第二方向伸展并且在所述第一方向上与所述第一纵长栅极分开，其中，所述第二纵长栅极包括设置在所述有源区上方的第三部分和不设置在所述有源区上方的第四部分，并且其中，所述第三部分和所述第四部分包括不同的材料。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于制造半导体器件的方法，包括：形成在第一方向上延伸的鳍结构；形成在与所述第一方向不同的第二方向上延伸的伪栅极结构；在所述鳍结构中形成源极/漏极区；以及在形成所述源极/漏极区之后，利用金属栅极结构替换所述伪栅极结构，其中，所述金属栅极结构包括形成在所述鳍结构上方的第一部分和不形成在所述鳍结构上方的第二部分，并且其中，所述第一部分和所述第二部分包括不同的功函数金属。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本发明的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。还要强调的是，附图仅示出了本发明的典型实施例，并且因此在本发明的范围上不认为是限制性的，因为本发明还可以等同地适用于其他实施例。
图1是示例性finfet器件的立体图。
图2示出根据本发明的实施例的finfet器件的顶视图。
图3是根据本发明的实施例示出晶体管的泄漏和驱动电流之间的关系的曲线图。
图4是根据本发明的实施例示出阈值电压和距离之间的关系的曲线图。
图5示出根据本发明的实施例的用于sram单元的电路示意图。
图6示出根据本发明的实施例的方法的流程图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。
本发明涉及但不以其他方式限制于鳍式场效应晶体管(finfet)器件。例如，finfet器件可以是包括p型金属氧化物半导体(pmos)finfet器件和n型金属氧化物半导体(nmos)finfet器件的互补金属氧化物半导体(cmos)器件。以下公开内容将继续利用一个或多个finfet实例以示出本发明的各个实施例。然而，应当理解，除了特别声明之外，本申请不应限制于特定类型的器件。
finfet器件的使用在半导体产业中越来越受欢迎。参考图1，示出了示例性finfet器件50的立体图。finfet器件50是构建在衬底(诸如块状衬底)上方的非平面多栅极晶体管。薄的含硅的“鳍式”结构(以下称为“鳍”)形成finfet器件50的主体。鳍在图1所示的x方向上延伸。鳍具有在与x方向正交的y方向上测量的鳍宽度wfin。finfet器件50的栅极60包裹在该鳍的周围，例如在鳍的顶面和相对的侧壁表面周围。因此，在与x方向和y方向两者正交的z方向上，栅极60的部分位于鳍上方。
lg表示在x方向上测量的栅极60的长度(或宽度，这取决于视角)。栅极60可以包括栅电极组件60a和栅极介电组件60b(又称为栅极电介质组件)。栅极介电组件60b具有在y方向上测量的厚度tox。栅极60的部分位于诸如浅沟槽隔离件(sti)的介电隔离结构上方。鳍的在栅极60的相对侧的延伸件中形成finfet器件50的源极70和漏极80。鳍的由栅极60包裹在周围的部分用作finfet器件50的沟道。通过鳍的尺寸确定finfet器件50的有效沟道长度。
finfet器件提供了超过传统的金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)器件(还称为平面晶体管器件)的几个优势。这些优势可包括更好的芯片区域效率、改进的载流子迁移率和与平面器件的制造处理兼容的制造处理。finfet器件与高k金属栅极(hkmg)工艺流程兼容。因此，finfet器件可以实现为每个栅极均具有高k栅极电介质和金属栅电极的hkmg器件。为了上述这些益处，可能期望使用用于部分或整个ic芯片的hkmgfinfet器件来设计集成电路(ic)芯片。
然而，传统的hkmgfinfet器件可能仍然存在缺点，例如关于阈值电压(vt)调节的缺点。更详细地，对于许多现代装置(例如，手机、计算机等)，期望能够微调阈值电压的能力，以便优化性能-功率折衷。主要通过晶体管的栅电极内的功函数金属的材料组成来确定mosfet晶体管(包括finfet)的阈值电压。调整阈值电压的一种方法是增加晶体管的栅极长度。然而，随着半导体部件大小的不断缩小，增加栅极长度是不现实的选择(realisticoption，又称实际的选择)。还可以使用离子注入来调整阈值电压。然而，这种离子注入可能会损坏finfet器件并且可能降低器件性能。由于这些限制，ic设计者通常必须关于阈值电压调节做出妥协，例如关于性能-功率折衷，这意味着通常无法优化ic设计。
根据本发明的各个方面，分别以形成在有源区外部和有源区上方的栅极结构的不同区段来实现不同的功函数金属。通过配置有源区和形成在有源区外部的栅极区段(具有不同的功函数金属)之间的距离，和/或通过选择这些功函数金属的特定材料组成，本发明提供了通过更多粒度(moregranularity)调节阈值电压的能力。换言之，如下文更详细地讨论的，本发明允许更精细地调节finfet器件的阈值电压。
图2是根据本发明的实施例的半导体器件100的示意性局部顶视图。在一些实施例中，半导体器件100包括finfet器件，诸如图1的finfet器件50。半导体器件100包括有源区110，也称为od区。在一些实施例中，有源区110包括在x方向上延伸的鳍结构(例如，类似于图1所示的鳍结构)。鳍结构可以包括诸如硅或硅锗的半导体材料。还在鳍结构中形成源极/漏极区120(类似于图1的源极70和漏极80)。可以通过诸如离子注入的工艺形成源极/漏极区120。介电隔离结构130(例如，浅沟槽隔离件)围绕(或设置为邻近)有源区110。例如，有源区110的边界140(在x方向上延伸)将使有源区110与介电隔离结构130分开。
半导体器件100还包括多个纵长栅极结构(例如纵长栅极结构150、151、152和153)，其中，每个纵长栅极结构在y方向(垂直于x方向)上延伸。在一些实施例中，纵长栅极结构150-153是hkmg结构，并且每个纵长栅极结构包括高k栅极电介质和金属栅电极。高k介电材料是介电常数大于sio2的介电常数(为约4)的材料。在实施例中，高k栅极电介质包括氧化铪(hfo2)，其具有在约18至约40的范围内的介电常数。在可选实施例中，高k栅极电介质可以包括zro2、y2o3、la2o5、gd2o5、tio2、ta2o5、hfero、hflao、hfyo、hfgdo、hfalo、hfzro、hftio、hftao或srtio。
金属栅电极可以包括功函数层和填充金属层。功函数金属组件配置为调节其相应的晶体管的功函数以实现期望的阈值电压vt。功函数金属组件可以包括至少一层或由不同材料形成的多层。根据相应的finfet是n型finfet还是p型finfet来选择功函数层的材料。例如，当finfet是n型finfet时，功函数层可以包括tan层和位于tan层上方的钛铝(tial)层。当finfet是p型finfet时，功函数层可以包括tan层、位于tan层上方的tin层和位于tin层上方的tial层。用于功函数层的其他合适的材料可以包括氮化钛铝(tialn)、碳氮化钽(tacn)、氮化钛(tin)、氮化钨(wn)、钨(w)或它们的组合。填充金属层形成在功函数层上方并且用作纵长栅极结构150-153的主导电部分。在各个实施例中，填充金属层可以包括铝(al)、钨(w)、铜(cu)或它们的组合。
在一些实施例中，纵长栅极结构150-153的形成涉及栅极替换工艺。更详细地，可以首先形成多个伪栅极结构，其中，该伪栅极结构可以包括诸如氧化硅的伪栅极电介质和诸如多晶硅的伪栅电极。在形成源极/漏极区120之后，去除伪栅极结构并且通过纵长栅极结构150-153替换伪栅极结构，其中，每个该纵长栅极结构包括高k栅极电介质和金属(或导电)栅电极。在一些实施例中，栅极替换工艺涉及替换伪栅极电介质和伪栅电极两者。在其他实施例中，高k栅极电介质形成在伪栅电极之下，并且作为栅极替换工艺的部分，仅需要通过金属栅电极替换伪栅电极。
如图2所示，纵长栅极结构150-153均具有设置在有源区110上方的相应区段150a-153a。纵长栅极结构150-153还均具有不设置在有源区110上方的相应区段(或部分)150b-153b。换言之，纵长栅极结构150-153的区段150b-153b设置在有源区110的外部并且设置在介电隔离结构130上方。
根据本发明的各个方面，不设置在有源区110上方的至少一些区段配置为具有与设置在有源区110上方的区段不同的材料组成。例如，区段151b和区段151a具有不同的材料组成，区段152b和区段152a具有不同的材料组成，并且区段153b和区段153a具有不同的材料组成。
在一些实施例中，区段150a-153a中的至少一些具有彼此相同的材料组成，但区段151b-153b可以具有彼此相同或不同的材料组成。例如，在一些实施例中，区段150a-153a均可具有第一材料组成，并且区段151b-153b均可具有与第一材料组成不同的第二材料组成。在一些其他实施例中，区段150a-153a均可具有第一材料组成，区段151b可具有第二材料组成，区段152b可具有第三材料组成，并且区段153b可具有第四材料组成。在一些实施例中，第二材料组成、第三材料组成和第四材料组成可以相同(但仍然不同于第一材料组成)，或者在其他实施例中它们可以彼此不同。
如下文更详细讨论的，区段151b-153b(例如，不同于区段151a-153a)的不同材料组成有助于调节阈值电压vt。在一些实施例中，可以通过作为栅极替换工艺的部分实施的一个或多个金属沉积工艺(例如，当形成栅极结构151-153时)配置区段151b-153b的相应的材料组成。
仍然参考图2，区段151b-153b与区段151a-153a间隔开。例如，区段151b通过距离171与有源区110的边界140分开，区段152b通过距离172与有源区110的边界140分开，并且区段153b通过距离173与有源区110的边界分开，其中距离171-173全部在y方向上测量。
在一些实施例中，距离171、172和173中的至少一些彼此不同。例如，距离171和172可以大致相等，但是距离173可以大于(或小于)距离171或距离172。作为另一实例，距离172可以大于距离171，而距离173可以大于距离171和距离172。在一些实施例中，距离171/172/173中的任一个与其余距离171/172/173之间的差可以大于距离171/172/173中的任一个的10％。例如，距离171和172均可以等于m纳米(nm)，并且距离173大于距离171和172，并且根据设计者想要实现多少vt移动，距离173可以在约15nm至允许的距离。
仍参考图2，区段151b-153b还可以具有不同的大小或尺寸。例如，区段151b可以具有尺寸181，区段152b可以具有尺寸182，并且区段153b可以具有尺寸183，其中均在y方向上测量尺寸181-183。
在一些实施例中，尺寸181-183可以彼此大致相等。然而，在其他实施例中，尺寸181-183中的至少一些不同于其他尺寸181-183。例如，在一些实施例中，尺寸183可以小于(或大于)尺寸181或尺寸182。在一些实施例中，尺寸181/182/183中的任一个与其余尺寸181/182/183之间的差可以大于尺寸181/182/183中的任一个的10％。例如，如果尺寸181和182均等于nnm，并且尺寸183大于尺寸181和182，则尺寸183大于1.1×nnm，其中n大于约26nm。应当理解，尺寸181/182/183与距离171/172/173相关。例如，随着尺寸181/182/183分别增加，距离171/172/173可能分别减小，并仍然实现所期望的vt调整。反之亦然，随着距离171/172/173变大，尺寸181/182/183可能变小，同时仍然实现所期望的vt调整。以这种方式，可以看出，尺寸181/182/183和距离171/172/173实际上是相互依赖的。
本发明的一个新颖的方面是，其允许通过实现具有与区段151a-153a不同的材料组成的区段151b-153b来灵活地调整阈值电压vt。如上所述，区段151b-153b是纵长栅极结构的不定位于有源区110上方的部分，而区段151a-153a是纵长栅极结构的位于有源区110上方的部分。由于给定晶体管的阈值电压vt取决于栅电极的材料组成(例如，功函数层的材料组成)，所以区段151b-153b的不同材料组成对每个相应晶体管的整个vt都有影响。换言之，通过配置每个区段151b-153b的材料组成，可以相应地调整(向上或向下)相应晶体管的阈值电压。
此外，可以通过金属边界效应(mbe)配置将区段151b-153b与有源区110的边界140分开的距离171-173来进一步调节阈值电压。例如，随着距离171/172/173减小，由区段151b/152b/153b对它们相应晶体管的vt产生的影响可能会增加。相反，随着距离171/172/173增加，由区段151b/152b/153b对它们相应晶体管的vt产生的影响可能会降低。因此，可以通过配置距离171/172/173的值来进一步调节相应晶体管的阈值电压vt。在一些实施例中，可以通过使用逻辑操作(lop)计算机辅助设计(cad)层作为ic设计/布局的部分来设置距离171/172/173的值。
此外，还可以通过配置区段151b-153b的尺寸181-183来调节阈值电压。例如，随着尺寸181/182/183减小，由区段151b/152b/153b对它们相应晶体管的vt产生的影响也可能降低。相反，随着尺寸181/182/183增加，由区段151b/152b/153b对它们相应晶体管的vt产生的影响也可能增加。因此，可以通过配置尺寸181/182/183的值来进一步调节相应晶体管的阈值电压vt。在一些实施例中，可以通过使用逻辑操作(lop)计算机辅助设计(cad)层作为ic设计/布局的部分来设置尺寸181/182/183的值。
基于上述讨论，可以看出，hkmgfinfet晶体管的阈值电压vt是以下参数的功函数：栅极的不形成在有源区上方的区段的功函数层材料组成、将栅极的这个区段与有源区的边界分开的距离和/或栅极的这个区段的大小。注意，并不是所有的栅极结构都需要具有这样的区段。例如，尽管栅极结构150具有不设置在有源区110上方的区段150b，但是该区段150b具有与设置在有源区110上方的区段150a相同的材料组成。
可以在图3中以视觉的方式示出由本发明提供的vt调节灵活性，图3是根据本发明的实施例的晶体管(例如，hkmgfinfet晶体管)的泄漏和驱动电流之间的关系的曲线图200。曲线图200包括表示晶体管的驱动电流的x轴和表示晶体管的泄漏(例如，源极截止电流(isoff))的y轴。曲线图200中的每个区域/点可以对应于特定的阈值电压vt。换言之，每个不同的阈值电压与相应的驱动电流和泄漏相关。
随着晶体管的驱动电流增加，其性能提高。由于晶体管的泄漏减少，其功耗降低。因此，期望晶体管同时实现强驱动电流(例如，在x轴上向“右”移动)和低泄漏(例如，在y轴上向“下”移动)。换言之，期望晶体管处于图200中的“右下方”附近。
不幸地，现实世界中的晶体管器件通常必须在驱动电流和泄漏之间进行折衷，从而使得当晶体管的驱动电流性能提高时，其泄漏性能降低，反之亦然。这种折衷可以称为性能-功率折衷。具有不同的相应vt曲线的不同晶体管对ic设计者是有益处的，使得ic设计者可以选择最适合于实施晶体管的电路或ic应用的适当的晶体管(具有其相应的vt曲线)。例如，在器件性能很重要的应用中，ic设计者可能希望以相对高的泄漏为代价而使用提供强驱动电流的晶体管。相反，在器件待机时间很重要的应用中，ic设计者可能希望以降低的驱动电流为代价而使用提供低泄漏的晶体管。
为了在ic设计中提供足够的灵活性，半导体制造商可向ic设计者提供具有不同的预定阈值电压的晶体管。例如，半导体制造商可以提供标准阈值电压(svt)器件、低阈值电压(lvt)器件和超低阈值电压(ulvt)器件。在一些实施例中，可以通过给栅极的形成在有源区上方的区段(例如，栅极的区段50a-153a)配置功函数层的材料组成来提供svt器件、lvt器件和ulvt器件。可以向ic设计者提供svt器件、lvt器件和ulvt器件，以作为ic设计或布局封装件/库的部分，其中ic设计者可以自由地选择使用合适的晶体管器件来实施他/她的ic设计。
在图3中，svt器件对应于曲线图200中的区域210，lvt器件对应于曲线图200中的区域211，并且ulvt器件对应于曲线图200中的区域212。然而，考虑到现代ic应用的复杂性和先进性(sophistication)，仅有三个具有相应阈值电压(例如，svt、lvt和ulvt)的不同晶体管可能不够。ic设计者可能需要使用具有更多可变的阈值电压vt调节能力的晶体管。
如上所述，本发明允许通过在栅极的形成在有源区外部(例如，不设置在有源区之上)的部分中实现不同的功函数金属来灵活地调节阈值电压vt。例如，可以使用图2所示的hkmgfinfet晶体管来实现svt晶体管器件、lvt晶体管器件和ulvt晶体管器件中的每个。图2的区段151b、152b和153b均可以包括与其栅极结构的相应区段151a、152a和153a不同的功函数金属材料。通过仔细地配置区段151a、152a和153a的功函数层的材料组成，可以调整其相应晶体管的阈值电压vt。在图3中，阈值电压vt的改变或调节可以表示为在箭头220/221/222所示的方向上移动的区域210/211/212。例如，通过配置用于区段151b、152b或153b的功函金属材料的材料组成，如箭头220/221/222所示，区域210、211和/或212可以在图3的曲线图200中朝向“右上”方向或朝向“左下”方向。
沿着类似的线，由于可以通过配置有源区110的边界140和区段151b、152b和153b之间的距离171、172或173来调节晶体管的阈值电压，所以区域210、211和/或212可以相应地在箭头220/221/222所示的方向上进一步移动。最后，由于区段151b、152b和153b的尺寸181、182和183还可能影响相应晶体管的阈值电压，所以这些尺寸181、182和/或183也可以配置为有助于区域210、211和/或212的移动。以上述方式，无论使用svt晶体管器件还是使用lvt晶体管器件，或者使用ulvt晶体管器件，仍然可以基于本发明的各个方面灵活地调节该晶体管器件的相应阈值电压。
应当理解，还可以通过增加栅极长度和/或通过对栅极实施一个或多个注入工艺来调节给定晶体管的阈值电压vt。可以通过分别在箭头230、231和232所示的方向上移动区域210、211和/或212来在图3中以视觉的方式表示调节阈值电压vt的这个方面。所得到的区域240、241和242仍分别对应于svt器件、lvt器件和ulvt器件。当然，仍然可以以与对应于区域210、211和212的晶体管类似的方式来调节对应于曲线图200中的区域240、241和242的晶体管。例如，栅极结构可以包括不位于有源区210上方的区段中的不同的功函数金属区段，并且可以配置有源区的边界与不同的功函数金属区段之间的距离，还可以配置不同的功函数金属区段的尺寸，以便灵活地调节对应于区域240、241和/或242的晶体管的阈值电压vt。结果，可以分别在箭头250、251和/或252所示的方向上移动区域240、241和/或242。以这种方式，与传统的器件相比，本发明还提供了阈值电压调节灵活性。
图4示出曲线图300，其中，曲线图300示出阈值电压与距离的关系，其中距离是将有源区的边界与包括不同的功函数金属的栅极结构的区段分开的距离。例如，距离可以是图2的距离171、172或173。曲线图300的x轴表示距离，以及曲线图300的y轴表示相应晶体管的阈值电压vt。
曲线图300包括曲线310和曲线311。在一些实施例中，曲线310表示nfet的阈值电压，以及曲线311表示pfet的阈值电压。在一些其他实施例中，曲线310表示pfet的阈值电压，以及曲线311表示nfet的阈值电压。如图4所示，曲线310和311均是距离的函数。随着距离(例如，图2的距离171、172或173)增加，曲线310的值减小(从正数向0移动)，而曲线311的值增加(从负数向0移动)。因此，曲线图300以视觉的方式表示通过配置图2的距离171、172或173来调节晶体管的阈值电压vt。
本发明的各个方面在许多ic应用中可能是有用的。例如，可以在sram单元中实现阈值电压的灵活调整。作为实例，图5示出sram单元400的电路原理图，其中，可以对该sram单元400应用根据本发明的阈值电压调节。在一些实施例中，sram单元400可以是1位sram单元。sram单元400包括上拉晶体管pu1、pu2；下拉晶体管pd1、pd2；和传输栅极晶体管pg1、pg2。如电路图所示，晶体管pu1和pu2是诸如上述p型finfet的p型晶体管，并且晶体管pg1、pg2、pd1和pd2是上述n型finfet。
上拉晶体管pu1和下拉晶体管pd1的漏极耦合在一起，并且上拉晶体管pu2和下拉晶体管pd2的漏极耦合在一起。晶体管pu1和pd1与晶体管pu2和pd2交叉耦合以形成第一数据锁存器。晶体管pu2和pd2的栅极耦合在一起并且耦合至晶体管pu1和pd1的漏极以形成第一存储节点sn1，并且晶体管pu1和pd1的栅极耦合在一起并耦合至晶体管pu2和pd2的漏极以形成互补第一存储节点snb1。上拉晶体管pu1和pu2的源极连接至电源电压vcc(也称为vdd)，并且下拉晶体管pd1和pd2的源极连接至电压vss(在一些实施例中，电压vss可以电接地)。
第一数据锁存器的第一存储节点sn1通过传输栅极晶体管pg1耦合至位线bl，并且互补第一存储节点snb1通过传输栅极晶体管pg2耦合至互补位线blb。第一存储节点sn1和互补第一存储节点snb1是通常处于相反的逻辑电平(逻辑高或逻辑低)的互补节点。传输栅极晶体管pg1和pg2的栅极连接至字线wl。
图6示出根据本发明的实施例的方法500的流程图。方法500包括步骤510，其中形成鳍结构。鳍结构在第一方向上延伸。
方法500包括形成伪栅极结构的步骤520，其中，该伪栅极结构在与第一方向不同的第二方向上延伸。
方法500包括在鳍结构中形成源极/漏极区的步骤530。
方法500包括步骤540：在形成源极/漏极区之后，用金属栅极结构替换伪栅极结构。金属栅极结构包括形成在鳍结构上方的第一部分和不形成在鳍结构上方的第二部分。第一部分和第二部分包括不同的功函数金属。
在一些实施例中，形成伪栅极结构包括形成第一伪栅极结构和第二伪栅极结构，其中，第二伪栅极结构在第一方向上与第一伪栅极结构间隔开。可以实施伪栅极结构的替换，从而使得第一金属栅极结构和第二金属栅极结构分别替换第一伪栅极结构和第二伪栅极结构。第一金属栅极结构可以包括第一部分和第二部分。第二金属栅极结构可以包括形成在鳍结构上方的第三部分和不形成在鳍结构上方的第四部分。第三部分和第四部分可以包括不同的功函数金属。在一些实施例中，实施伪栅极结构的替换，从而使得：第二部分通过在第二方向上测量的第一距离与鳍结构分开；第四部分通过在第二方向上测量的第二距离与鳍结构分开；并且第二距离大于或小于第一距离。在一些实施例中，实施伪栅极结构的替换，从而使得：第二部分具有在第二方向上测量的第一尺寸；第四部分具有在第二方向上测量的第二尺寸；并且第二尺寸大于或小于第一尺寸。
应当理解，可以在方法500的步骤510-540之前、期间或之后实施额外的工艺。例如，方法500可以包括形成导电通孔/接触件、互连层、封装、测试等的额外步骤。为了简明，本文不详细讨论其他额外的步骤。
基于上述讨论，可以看出，本发明提供了优于用于阈值电压调节的传统方法和器件的优势。然而，应当理解，其他实施例可以提供额外的优势，并且在此不必公开所有优势，并且没有特定优势是所有实施例都需要具备的。一个优势是本发明允许更灵活地调节阈值电压vt。例如，可以通过在有源区外部实现栅极结构的区段来调节高k金属栅极(hkmg)finfet晶体管的阈值电压，从而使得该区段包括与栅极的形成在有源区上方的部分不同的功函数金属材料。还可以通过调整有源区的边界和栅极结构的不形成在有源区上方的区段之间的距离来调节阈值电压。可以通过配置栅极结构的该区段的尺寸或大小来进一步调节阈值电压。能够提供具有不同阈值电压的晶体管对于ic设计者是有益的，因为ic设计者可能需要访问具有不同阈值电压的各种不同的晶体管，以便微调ic设计，例如微调ic设计以优化功率-性能折衷。这种功率-性能折衷在诸如移动通信设备的许多ic应用领域是相关的。另一个优势是，本发明不涉及进行广泛的布局改变，并且与现有的hkmgfinfet工艺流程兼容。因此，本发明容易实施并且实施成本低。
在实施例中，半导体器件包括：在第一方向上延伸的有源区；和在与第一方向不同的第二方向上延伸的第一栅极结构；其中，第一栅极结构包括设置在有源区上方的第一区段和不设置在有源区上方的第二区段；第一区段具有第一材料组成；以及第二区段具有与第一材料组成不同的第二材料组成。在一些实施例中，有源区包括鳍结构。在一些实施例中，第一栅极结构的第一区段至少部分地包裹在鳍结构周围。在一些实施例中，第一栅极结构的第一区段具有第一金属材料组成；并且第一栅极结构的第二区段具有与第一金属材料组成不同的第二金属材料组成。在一些实施例中，半导体器件还包括在第二方向上延伸的第二栅极结构，第二栅极结构在第一方向上与第一栅极结构间隔开；其中：第二栅极结构包括设置在有源区上方的第三区段和不设置在有源区上方的第四区段；第三区段具有第三材料组成；并且第四区段具有与第三材料组成不同的第四材料组成。在一些实施例中，有源区具有在第一方向上延伸的边界；第二区段通过第一距离与有源区的边界间隔开；并且第四区段通过与第一距离不同的第二距离与有源区的边界间隔开。在一些实施例中，第二材料组成不同于第四材料组成。在一些实施例中，第一材料组成和第三材料组成相同。在一些实施例中，第二区段具有在第二方向上测量的第一尺寸；第四区段具有在第二方向上测量的第二尺寸；并且第一尺寸不等于第二尺寸。
在实施例中，所述有源区包括鳍结构。
在实施例中，所述第一栅极结构的第一区段至少部分地包裹在所述鳍结构周围。
在实施例中，所述第一栅极结构的第一区段包括第一功函数金属材料；以及所述第一栅极结构的第二区段包括与所述第一功函数金属材料不同的第二功函数金属材料。
在实施例中，半导体器件还包括在所述第二方向上延伸的第二栅极结构，所述第二栅极结构在所述第一方向上与所述第一栅极结构间隔开；其中：所述第二栅极结构包括设置在所述有源区上方的第三区段和不设置在所述有源区上方的第四区段；所述第三区段具有第三材料组成；以及所述第四区段具有与所述第三材料组成不同的第四材料组成。
在实施例中，所述有源区具有在所述第一方向上延伸的边界；所述第二区段通过第一距离与所述有源区的边界间隔开；以及所述第四区段通过与所述第一距离不同的第二距离与所述有源区的边界间隔开。
在实施例中，所述第二材料组成不同于所述第四材料组成。
在实施例中，所述第一材料组成和所述第三材料组成相同。
在实施例中，所述第二区段具有在所述第二方向上测量的第一尺寸；所述第四区段具有在所述第二方向上测量的第二尺寸；以及所述第一尺寸不等于所述第二尺寸。
在实施例中，半导体器件包括：沿着第一方向伸展(span，又称延伸)的有源区；沿着大致垂直于第一方向的第二方向伸展的第一纵长栅极，其中，第一纵长栅极包括设置在有源区上方的第一部分和不设置在有源区上方的第二部分，并且其中，第一部分和第二部分包括不同的材料；以及沿着第二方向伸展并在第一方向上与第一纵长栅极分开的第二纵长栅极，其中，第二纵长栅极包括设置在有源区上方的第三部分和不设置在有源区上方的第四部分，并且其中，第三部分和第四部分包括不同的材料。在一些实施例中，有源区包括鳍结构；并且第一部分和第二部分均包裹在鳍结构周围。在一些实施例中，有源区具有沿着第一方向伸展的边界；第二部分通过第一距离与有源区的边界分开；并且第四部分通过大于或小于第一距离的第二距离与有源区的边界分开。在一些实施例中，第一部分和第二部分包括不同的导电材料；以及第三部分和第四部分包括不同的导电材料。在一些实施例中，第二部分和第四部分包括不同的材料。在一些实施例中，第一部分和第三部分包括相同的材料。在一些实施例中，第二部分和第四部分在第二方向上具有不同的尺寸。
在实施例中，所述有源区包括鳍结构；以及所述第一部分和所述第三部分均包裹在所述鳍结构周围。
在实施例中，所述有源区具有沿着所述第一方向伸展的边界；所述第二部分通过第一距离与所述有源区的边界分开；所述第四部分通过大于或小于所述第一距离的第二距离与所述有源区的边界分开。
在实施例中，所述第一部分和所述第二部分包括不同的导电材料；以及所述第三部分和所述第四部分包括不同的导电材料。
在实施例中，所述第二部分和所述第四部分包括不同的材料。
在实施例中，所述第一部分和所述第三部分包括相同的材料。
在实施例中，所述第二部分和所述第四部分在所述第二方向上具有不同的大小。
在实施例中，制造半导体器件的方法包括：形成在第一方向上延伸的鳍结构；形成在与第一方向不同的第二方向上延伸的伪栅极结构；在鳍结构中形成源极/漏极区；并且在形成源极/漏极区之后，用金属栅极结构替换伪栅极结构，其中，金属栅极结构包括形成在鳍结构上方的第一部分和不形成在鳍结构上方的第二部分，并且其中，第一部分和第二部分包括不同的功函数金属。在一些实施例中，形成伪栅极结构包括形成第一伪栅极结构和第二伪栅极结构，其中，第二伪栅极结构在第一方向上与第一伪栅极结构间隔开；实施伪栅极结构的替换，从而使得第一金属栅极结构和第二金属栅极结构分别替换第一伪栅极结构和第二伪栅极结构；第一金属栅极结构包括第一部分和第二部分；第二金属栅极结构包括形成在鳍结构上方的第三部分和不形成在鳍结构上方的第四部分；以及第三部分和第四部分包括不同的功函数金属。在一些实施例中，实施伪栅极结构的替换，从而使得：第二部分通过在第二方向上测量的第一距离与鳍结构分开；第四部分通过在第二方向上测量的第二距离与鳍结构分开；以及第二距离大于或小于第一距离。在一些实施例中，实施伪栅极结构的替换，从而使得：第二部分具有在第二方向上测量的第一尺寸；第四部分具有在第二方向上测量的第二尺寸；并且第二尺寸大于或小于第一尺寸。
在实施例中，形成所述伪栅极结构包括形成第一伪栅极结构和第二伪栅极结构，其中，所述第二伪栅极结构在所述第一方向上与所述第一伪栅极结构间隔开；实施所述伪栅极结构的替换，从而使得第一金属栅极结构和第二金属栅极结构分别替换所述第一伪栅极结构和所述第二伪栅极结构；所述第一金属栅极结构包括所述第一部分和所述第二部分；所述第二金属栅极结构包括形成在所述鳍结构上方的第三部分和不形成在鳍结构上方的第四部分；以及所述第三部分和所述第四部分包括不同的功函数金属。
在实施例中，实施所述伪栅极结构的替换，从而使得：所述第二部分通过在所述第二方向上测量的第一距离与所述鳍结构分开；所述第四部分通过在所述第二方向上测量的第二距离与所述鳍结构分开；以及所述第二距离大于或小于所述第一距离。
在实施例中，实施所述伪栅极结构的替换，从而使得：所述第二部分具有在所述第二方向上测量的第一尺寸；所述第四部分具有在所述第二方向上测量的第二尺寸；以及所述第二尺寸大于或小于所述第一尺寸。
上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的各方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与在此所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，在此他们可以做出多种变化、替换以及改变。例如，通过实现位线导体和字线导体的不同厚度，可以实现导体的不同电阻。然而，还可以使用改变金属导体的电阻的其他技术。