[发明专利]集成电路及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体元件，且特别涉及包括金属栅极的集成电路及其制作方法。

背景技术

半导体集成电路(integrated circuit，IC)工业已经历了快速的成长。集成电路的材料与设计的技术进步已产生了许多集成电路世代，且每一个新世代皆较先前的世代拥有更小且更复杂的电路。然而，这也代表集成电路工艺的复杂度越来越高，因此集成电路工艺也需要取得同样的进展才能实现新世代的集成电路。

在集成电路发展的期间内，当几何尺寸(例如以一工艺制作的最小组件或线)缩小时，功能密度(functional density，例如在单位芯片面积内的互连元件数)已普遍地增加。微缩化工艺(scaling down process)有益于增加生产效率以及降低制作成本。此微缩化造成了相对高的功耗值(power dissipation value)，为了解决此问题，可采用低功耗的元件例如互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)元件。

为了配合元件的微缩化趋势，许多材料已被应用作为互补式金属氧化物半导体元件的栅极电极与栅介电层。互补式金属氧化物半导体元件一般是由栅氧化物与多晶硅栅极电极所组成。为了持续地降低特征尺寸(feature size)以提高元件性能，有必要以高介电常数(高k值)的栅介电层以及金属栅极电极取代栅氧化物以及多晶硅栅极电极。

一般而言，可利用先栅极工艺(gate-first process)或是后栅极工艺(gate-last process)来制作集成电路的N型金属氧化物半导体晶体管与P型金属氧化物半导体晶体管的金属栅极电极。就一般的先形成栅极的工艺而言，N型金属氧化物半导体晶体管与P型金属氧化物半导体晶体管的金属栅极电极可包括硅化物层。位于金属栅极电极的顶部的硅化物层的形成方法包括用以硅化的高温退火工艺。可以发现的是，高温退火工艺会减少N型金属氧化物半导体晶体管与P型金属氧化物半导体晶体管的有效氧化物(effective oxide)的厚度E_ot。减少有效氧化物的厚度E_ot可降低N型金属氧化物半导体晶体管与P型金属氧化物半导体晶体管的功函数值。亦可发现，高温退火工艺有助于n型的功函数金属层及/或p型的功函数金属层与高k值的栅介电层交互作用。交互作用可降低N型金属氧化物半导体晶体管与P型金属氧化物半导体晶体管的功函数值。

一般的后栅极工艺会在源极/漏极区形成之后才形成N型金属氧化物半导体晶体管与P型金属氧化物半导体晶体管的金属栅极电极。举例来说，源极/漏极区形成于基板中且N型金属氧化物半导体晶体管与P型金属氧化物半导体晶体管的闲置栅极形成于层间介电层中。移除N型金属氧化物半导体晶体管的闲置栅极以形成一开口。将一用以制作N型金属氧化物半导体晶体管的n型金属栅极材料填入该开口中。以一化学机械平坦化(chemical-mechanical planarization，CMP)工艺移除n型金属栅极材料的位于该开口外的部分。在形成N型金属氧化物半导体晶体管的金属栅极电极之后，移除P型金属氧化物半导体晶体管的闲置栅极以形成另一开口。将一用以形成P型金属氧化物半导体晶体管的p型金属栅极材料填入该开口中。以另一化学机械平坦化工艺移除p型金属栅极材料的位于该开口外的部分。用以形成N型金属氧化物半导体晶体管与P型金属氧化物半导体晶体管的金属栅极电极的多个化学机械平坦化工艺会增加同一芯片中的N型金属氧化物半导体晶体管与P型金属氧化物半导体晶体管的制作成本。

基于上述问题，需要同一芯片中的N型金属氧化物半导体晶体管与P型金属氧化物半导体晶体管的金属栅极电极的制作方法。

发明内容

为克服现有技术中的缺陷，本发明一实施例提供一种集成电路的制作方法，包括以一先栅极工艺在一基板上形成一N型金属氧化物半导体晶体管的一金属栅极电极；以及以一后栅极工艺于基板上形成一P型金属氧化物半导体晶体管的一栅极电极。