JPH0575045A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0575045A
JPH0575045A JP3234194A JP23419491A JPH0575045A JP H0575045 A JPH0575045 A JP H0575045A JP 3234194 A JP3234194 A JP 3234194A JP 23419491 A JP23419491 A JP 23419491A JP H0575045 A JPH0575045 A JP H0575045A
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JP
Japan
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type
gate electrode
region
drain
source
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Application number
JP3234194A
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Japanese (ja)
Inventor
Isayoshi Sakai
勲美 酒井
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the leakage currents of the source-drain diffusion layers of a CMOS integrated circuit having silicide structure by omitting the ion implantation of silicon. CONSTITUTION:A polysilicon gate electrode 6 previously doped in an N type in low concentration is formed, and boron ions are implanted and the gate electrode of a P channel MOSFET is changed into a P<+> type polysilicon electrode 8. An N channel MOSFET forms a titanium silicide 17.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特にCMOS回路を含む半導体集積回路の製造方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit including a CMOS circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】P+ 型ゲート電極を備えたPチャネルM
OSFETとN+ 型ゲート電極を備えたNチャネルMO
SFETとからなるCMOS(以下デュアルゲートCM
OSと記す)集積回路の製造方法について、図4(a)
〜(c)を参照して説明する。
2. Description of the Related Art P channel M with P + type gate electrode
N-channel MO with OSFET and N + type gate electrode
CMOS composed of SFET (hereinafter referred to as dual gate CM
The manufacturing method of the integrated circuit (referred to as OS) is shown in FIG.
This will be described with reference to (c).

【0003】はじめに図4(a)に示すように、P型シ
リコン基板1に形成されたNウェル3およびPウェル4
の上に、ゲート酸化膜5およびノンドープのポリシリコ
ンゲート電極を形成する。つぎにNウェル3領域にボロ
ンを3×1015cm-2イオン注入し、Pウェル4領域に
砒素を3×1015cm-2イオン注入し、P+ 型拡散層1
1、P+ 型ポリシリコン電極8、N+ 型拡散層12、N
+ 型ポリシリコン電極9を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, an N well 3 and a P well 4 formed on a P type silicon substrate 1
A gate oxide film 5 and a non-doped polysilicon gate electrode are formed thereon. Then boron is 3 × 10 15 cm -2 ions implanted into the N-well 3 region, arsenic is 3 × 10 15 cm -2 ions implanted into the P-well 4 region, P + -type diffusion layer 1
1, P + type polysilicon electrode 8, N + type diffusion layer 12, N
A + type polysilicon electrode 9 is formed.

【0004】つぎに図4(b)に示すように、ゲート電
極8,9の側面に酸化膜からなるサイドウォール15を
形成し、スパッタによりチタン16を堆積したのち、シ
リコンを2×1015cm-2イオン注入する。
Next, as shown in FIG. 4B, sidewalls 15 made of an oxide film are formed on the side surfaces of the gate electrodes 8 and 9, and titanium 16 is deposited by sputtering. Then, silicon 2 × 10 15 cm is formed. -2 Ion implantation.

【0005】つぎに図4(c)に示すように、ランプア
ニールによる熱処理を行ない、ゲート電極8,9上およ
びP+ 型拡散層11、N+ 型拡散層12上に選択的にチ
タンシリサイド17を形成する。
Next, as shown in FIG. 4 (c), heat treatment is performed by lamp annealing, and titanium silicide 17 is selectively formed on the gate electrodes 8 and 9 and on the P + type diffusion layers 11 and N + type diffusion layers 12. To form.

【0006】このシリコンイオン注入は砒素をイオン注
入して形成したN+ 型拡散層12およびN+ 型ポリシリ
コン電極9上でチタンとシリコンとの反応を促進して、
チタンシリサイド17を形成するためのものである。シ
リコンをイオン注入しないとチタンシリサイド17はほ
とんど形成されない。
This silicon ion implantation promotes a reaction between titanium and silicon on the N + type diffusion layer 12 and the N + type polysilicon electrode 9 formed by implanting arsenic ions,
It is for forming the titanium silicide 17. The titanium silicide 17 is hardly formed unless silicon is ion-implanted.

【0007】こうしてMOSFETのゲート電極8,9
およびソース・ドレイン拡散層11,12に自己整合的
にシリサイドが形成されるので、サリサイド構造と呼ば
れている。ゲート電極8,9およびソース・ドレイン拡
散層11,12の層抵抗を数Ω/□まで低減して、CM
OS集積回路の高性能化を図ることができる。
Thus, the gate electrodes 8 and 9 of the MOSFET
Since silicide is formed in the source / drain diffusion layers 11 and 12 in a self-aligned manner, it is called a salicide structure. By reducing the layer resistance of the gate electrodes 8 and 9 and the source / drain diffusion layers 11 and 12 to several Ω / □,
It is possible to improve the performance of the OS integrated circuit.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】図4(b)に示すよう
に堆積したチタン16の上から、チタン16とP型シリ
コン基板1との界面付近にシリコンをイオン注入して図
4(c)に示すようにシリサイド17を形成する。その
ためチタン16の原子がP型シリコン基板1の奥深くま
でノックオン注入される。そしてP+ 型拡散層11とN
ウェル3との間、およびN+ 型拡散層12とPウェル4
との間に形成される空乏層中に再結合中心を形成する。
そしてP+ 型拡散層11およびN+ 型拡散層12のリー
ク電流を増大させるという問題があった。
As shown in FIG. 4 (b), silicon is ion-implanted near the interface between the titanium 16 and the P-type silicon substrate 1 from above the titanium 16 deposited as shown in FIG. 4 (c). The silicide 17 is formed as shown in FIG. Therefore, the atoms of titanium 16 are knocked on deep into the P-type silicon substrate 1. And the P + type diffusion layer 11 and N
Between well 3 and N + type diffusion layer 12 and P well 4
A recombination center is formed in the depletion layer formed between and.
Then, there is a problem that the leak current of the P + type diffusion layer 11 and the N + type diffusion layer 12 is increased.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、シリコン基板の一主面にフィールド酸化膜を
形成して素子間分離を行なってから形成したN型半導体
層領域およびP型半導体層領域にゲート酸化膜と低濃度
N型ドープポリシリコンからなるゲート電極とを形成す
る工程と、イオン注入により前記N型半導体層領域に高
濃度P型ソース・ドレインを形成する工程と、前記N型
半導体領域および前記P型半導体領域のソース・ドレイ
ン領域表面と前記ゲート電極表面とを露出したのち、高
融点金属を堆積する工程と、熱処理により前記ソース・
ドレイン領域上および前記ゲート電極上に前記高融点金
属のシリサイド層を形成する工程と、イオン注入により
前記P型半導体領域に高濃度N型ソース・ドレインを形
成する工程とを含むものである。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a field oxide film is formed on one main surface of a silicon substrate to isolate elements from each other, and then an N-type semiconductor layer region and a P-type semiconductor layer region are formed. Forming a gate oxide film and a gate electrode made of low-concentration N-type doped polysilicon in the semiconductor layer region; forming high-concentration P-type source / drain in the N-type semiconductor layer region by ion implantation; After exposing the surface of the source / drain regions of the N-type semiconductor region and the P-type semiconductor region and the surface of the gate electrode, a step of depositing a refractory metal, and a heat treatment
The method includes a step of forming the refractory metal silicide layer on the drain region and the gate electrode, and a step of forming high concentration N-type source / drain in the P-type semiconductor region by ion implantation.

【0010】[0010]

【実施例】本発明の第1の実施例について、図1(a)
〜(e)を参照して説明する。
EXAMPLE FIG. 1A shows a first example of the present invention.
This will be described with reference to (e).

【0011】はじめに図1(a)に示すように、P型シ
リコン基板1にNウェル3およびPウェル4を形成した
のち、厚さ10nmのゲート酸化膜5および厚さ300
nmのポリシリコンを成長する。つぎに燐を50keV
で5×1014〜2×1015cm-2イオン注入し、900
℃で熱処理してN型ポリシリコン7を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, after an N well 3 and a P well 4 are formed on a P type silicon substrate 1, a gate oxide film 5 having a thickness of 10 nm and a thickness of 300 are formed.
nm polysilicon is grown. Next, phosphorus is 50 keV
Ion implantation at 5 × 10 14 to 2 × 10 15 cm −2 at 900
The N type polysilicon 7 is formed by heat treatment at a temperature of ° C.

【0012】つぎに図1(b)に示すように、フォトレ
ジスト(図示せず)をマスクとしてN型ポリシリコン7
を異方性ドライエッチングしてゲート電極6を形成す
る。つぎにフォトレジスト10をマスクとしてボロンを
15keVで5×1015cm-2イオン注入したのちアニ
ールしてP+ 型拡散層11およびP+ 型ポリシリコン電
極8を形成する。ボロンの注入量の方が燐の注入量より
も多いので、PチャネルMOSFETのゲート電極がP
型ポリシリコン電極8に変る。
Next, as shown in FIG. 1B, N-type polysilicon 7 is used with a photoresist (not shown) as a mask.
Is anisotropically dry-etched to form the gate electrode 6. Then, using the photoresist 10 as a mask, boron is ion-implanted at 15 keV at 5 × 10 15 cm −2 and then annealed to form a P + type diffusion layer 11 and a P + type polysilicon electrode 8. Since the implantation amount of boron is larger than that of phosphorus, the gate electrode of the P-channel MOSFET is P
The polysilicon electrode 8 is changed.

【0013】つぎに図1(c)に示すように、ゲート電
極8,9の側面に厚さ50nmの酸化膜からなるサイド
ウォール15を形成する。つぎにバッファード弗酸でゲ
ート電極8,9の表面およびP+ 型拡散層11およびN
チャネルMOSFETのソース・ドレインの表面を露出
させ、スパッタにより厚さ50〜100nmのチタン1
6を堆積する。
Next, as shown in FIG. 1C, sidewalls 15 made of an oxide film having a thickness of 50 nm are formed on the side surfaces of the gate electrodes 8 and 9. Then, using buffered hydrofluoric acid, the surfaces of the gate electrodes 8 and 9 and the P + -type diffusion layer 11 and N
The surface of the source / drain of the channel MOSFET is exposed, and titanium 50 to 100 nm thick is sputtered.
6 is deposited.

【0014】つぎに図1(d)に示すように、650℃
の熱処理を行なってゲート電極6,8上、P+ 型拡散層
11上、NチャネルMOSFETのソース・ドレイン上
に厚さ50〜100nmのチタンシリサイド17を選択
的に形成したのち、ウェットエッチングにより未反応の
チタンを除去する。
Next, as shown in FIG. 1 (d), 650 ° C.
Heat treatment is performed to selectively form titanium silicide 17 having a thickness of 50 to 100 nm on the gate electrodes 6 and 8, the P + type diffusion layer 11, and the source / drain of the N-channel MOSFET, and then wet etching is performed. The reaction titanium is removed.

【0015】つぎに図1(e)に示すように、Nチャネ
ルMOSFET領域に砒素を50keVで5×1015
-2イオン注入してから熱処理によりドライブイン拡散
してN+ 型拡散層12、N+ 型ポリシリコン電極9を形
成する。つぎに層間絶縁膜18を形成し、アルミ電極1
9を形成して素子部が完成する。
Next, as shown in FIG. 1 (e), arsenic is applied to the N-channel MOSFET region at 50 keV and 5 × 10 15 c.
After m −2 ion implantation, drive-in diffusion is performed by heat treatment to form an N + type diffusion layer 12 and an N + type polysilicon electrode 9. Next, the interlayer insulating film 18 is formed, and the aluminum electrode 1
9 is formed to complete the element portion.

【0016】つぎに本発明の第2の実施例について、図
2(a)〜(c)を参照して説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0017】はじめに図2(a)に示すように、P型シ
リコン基板1にNウェル3およびPウェル4を形成した
のちゲート酸化膜5を成長し、燐が5×1014〜2×1
15cm-2イオン注入されたN型ポリシリコンからなる
ゲート電極6を形成する。つぎにNチャネルMOSFE
T領域に燐を5×1013cm-2イオン注入してN- 型拡
散層13を形成する。つぎにPチャネルMOSFET領
域にボロンを5×1013cm-2イオン注入してP- 型拡
散層14を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, after forming the N well 3 and the P well 4 on the P-type silicon substrate 1, a gate oxide film 5 is grown, and phosphorus is 5 × 10 14 to 2 × 1.
A gate electrode 6 made of N type polysilicon into which 0 15 cm -2 ions have been implanted is formed. Next, N channel MOSFE
Phosphorus is ion-implanted into the T region at 5 × 10 13 cm −2 to form the N type diffusion layer 13. Next, 5 × 10 13 cm −2 of boron is ion-implanted into the P-channel MOSFET region to form the P -type diffusion layer 14.

【0018】つぎに図2(b)に示すように、ゲート電
極6の側面に厚さ200nmの酸化膜からなるサイドウ
ォール15を形成したのち、PチャネルMOSFET領
域にボロンを5×1015cm-2イオン注入してP+ 型拡
散層11を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, after forming a sidewall 15 made of an oxide film having a thickness of 200 nm on the side surface of the gate electrode 6, boron is added to the P-channel MOSFET region at 5 × 10 15 cm −. 2 Ions are implanted to form the P + type diffusion layer 11.

【0019】このとき第1の実施例と同様に、Pチャネ
ルMOSFETのゲート電極6はP+ 型ポリシリコン電
極8に変る。
At this time, similarly to the first embodiment, the gate electrode 6 of the P channel MOSFET is changed to the P + type polysilicon electrode 8.

【0020】つぎにチタン(図示せず)をスパッタして
から熱処理してチタンシリサイド17を形成し、未反応
のチタンを除去する。
Next, titanium (not shown) is sputtered and heat-treated to form titanium silicide 17, and unreacted titanium is removed.

【0021】つぎに図2(c)に示すように、Nチャネ
ルMOSFET領域に砒素を5×1015cm-2イオン注
入してから熱処理してN+ 型拡散層12、N+ 型ポリシ
リコン電極9を形成する。つぎに層間絶縁膜18を形成
し、アルミ電極19を形成して素子部が完成する。
Next, as shown in FIG. 2C, arsenic is ion-implanted into the N-channel MOSFET region at 5 × 10 15 cm -2 and then heat-treated to form an N + type diffusion layer 12 and an N + type polysilicon electrode. 9 is formed. Next, the interlayer insulating film 18 is formed and the aluminum electrode 19 is formed to complete the element portion.

【0022】本実施例ではNチャネルMOSFET、P
チャネルMOSFET共にソース・ドレインがLDD
(lightly doped drain)構造とな
っているので、ホットキャリアによる相互コンダクタン
ス劣化を抑制する。信頼性の高いCMOS集積回路を得
ることができる。
In this embodiment, N-channel MOSFET, P
LDD source and drain for both channel MOSFETs
Since it has a (lightly doped drain) structure, mutual conductance deterioration due to hot carriers is suppressed. A highly reliable CMOS integrated circuit can be obtained.

【0023】図3に示すように本発明のCMOS集積回
路のP−N接合リーク電流は、従来例と比べて2桁以上
低減することができた。
As shown in FIG. 3, the P-N junction leakage current of the CMOS integrated circuit of the present invention can be reduced by two digits or more as compared with the conventional example.

【0024】[0024]

【発明の効果】サリサイド構造のP−Nデュアルゲート
CMOSのNチャネルMOSFETのゲート電極および
ソース・ドレインを形成するとき、チタンシリサイドを
形成してから砒素をイオン注入する。そのため砒素が注
入されたシリコン基板上のシリサイド反応を促進するた
め、従来行なっていたシリコンのイオン注入が不要にな
った。
When the gate electrode and the source / drain of the N-channel MOSFET of the P-N dual gate CMOS having the salicide structure are formed, titanium silicide is formed and then arsenic is ion-implanted. Therefore, the silicon ion implantation which has been conventionally performed is no longer necessary to promote the silicide reaction on the silicon substrate into which arsenic is implanted.

【0025】チタンシリサイド上からの砒素のイオン注
入は低いエネルギーで行ない、そのあと熱処理してチタ
ンシリサイドから砒素を拡散させてN+ 型拡散層を形成
する。そのため砒素のイオン注入によりチタン原子がシ
リコン基板中にノックオン注入されることはない。チタ
ン原子の再結合中心によるリーク電流を大幅に低減し
て、信頼性の高いCMOS集積回路を得ることができ
た。
Ion implantation of arsenic from titanium silicide is performed with low energy, and then heat treatment is performed to diffuse arsenic from titanium silicide to form an N + type diffusion layer. Therefore, titanium atoms are not knocked into the silicon substrate by arsenic ion implantation. The leakage current due to the recombination center of titanium atoms was significantly reduced, and a highly reliable CMOS integrated circuit could be obtained.

【0026】P−NデュアルゲートCMOS集積回路の
場合、熱処理工程によりPチャネルMOSFETのゲー
ト電極中のボロンがゲート酸化膜を拡散してシリコン基
板中に突き抜けるので850℃以上の熱処理を行なうこ
とができない。NチャネルMOSFET領域のチタンシ
リサイド中に砒素をイオン注入したのちも、熱処理は8
50℃以下で行なわなければならない。そのためNチャ
ネルMOSFETのゲート電極のチタンシリサイドから
ポリシリコンに砒素を十分に拡散させることができな
い。
In the case of the P-N dual gate CMOS integrated circuit, since the boron in the gate electrode of the P channel MOSFET diffuses through the gate oxide film and penetrates into the silicon substrate in the heat treatment step, heat treatment at 850 ° C. or higher cannot be performed. .. After arsenic is ion-implanted into titanium silicide in the N-channel MOSFET region, the heat treatment is 8
Must be done below 50 ° C. Therefore, arsenic cannot be sufficiently diffused from the titanium silicide of the gate electrode of the N-channel MOSFET into the polysilicon.

【0027】一方、本発明では予めNチャネルMOSF
ETのポリシリコンゲート電極をゲート酸化膜界面まで
N型化しているので、特性を安定化させることができ
る。
On the other hand, in the present invention, N-channel MOSF is previously prepared.
Since the polysilicon gate electrode of ET is made N-type up to the gate oxide film interface, the characteristics can be stabilized.

【0028】ポリシリコンゲート電極に予め添加するN
型不純物として砒素の代りに燐を用いると、ナトリウム
などの可動イオンや重金属をゲッタリングすることがで
きる。さらにトランジスタの信頼性を向上させる効果が
ある。
N added in advance to the polysilicon gate electrode
If phosphorus is used instead of arsenic as the type impurity, it is possible to getter mobile ions such as sodium and heavy metals. Further, it has an effect of improving the reliability of the transistor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を工程順に示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention in process order.

【図2】本発明の第2の実施例を工程順に示す断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention in process order.

【図3】P−N接合逆バイアス電圧に対するリーク電流
を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing leakage current with respect to a P-N junction reverse bias voltage.

【図4】従来技術によるサリサイド構造のP−Nデュア
ルゲートCMOS集積回路の製造方法を工程順に示す断
面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a P-N dual-gate CMOS integrated circuit having a salicide structure in the order of steps according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 P型シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 Nウェル 4 Pウェル 5 ゲート酸化膜 6 ゲート電極 7 N型ポリシリコン 8 P+ 型ポリシリコン電極 9 N+ 型ポリシリコン電極 10 フォトレジスト 11 P+ 型拡散層 12 N+ 型拡散層 13 N- 型拡散層 14 P- 型拡散層 15 サイドウォール 16 チタン 17 チタンシリサイド 18 層間絶縁膜 19 アルミ電極1 P-type silicon substrate 2 Field oxide film 3 N well 4 P well 5 Gate oxide film 6 Gate electrode 7 N-type polysilicon 8 P + type polysilicon electrode 9 N + type polysilicon electrode 10 Photoresist 11 P + type diffusion layer 12 N + type diffusion layer 13 N type diffusion layer 14 P type diffusion layer 15 Side wall 16 Titanium 17 Titanium silicide 18 Interlayer insulating film 19 Aluminum electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板の一主面にフィールド酸化
膜を形成して素子間分離を行なってから形成したN型半
導体層領域およびP型半導体層領域にゲート酸化膜と低
濃度N型ドープポリシリコンからなるゲート電極とを形
成する工程と、イオン注入により前記N型半導体層領域
に高濃度P型ソース・ドレインを形成する工程と、前記
N型半導体領域および前記P型半導体領域のソース・ド
レイン領域表面と前記ゲート電極表面とを露出したの
ち、高融点金属を堆積する工程と、熱処理により前記ソ
ース・ドレイン領域上および前記ゲート電極上に前記高
融点金属のシリサイド層を形成する工程と、イオン注入
により前記P型半導体領域に高濃度N型ソース・ドレイ
ンを形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
1. A gate oxide film and a low-concentration N-type doped poly are formed in an N-type semiconductor layer region and a P-type semiconductor layer region formed after a field oxide film is formed on one main surface of a silicon substrate to perform element isolation. Forming a gate electrode made of silicon; forming high concentration P-type source / drain in the N-type semiconductor layer region by ion implantation; and source / drain of the N-type semiconductor region and the P-type semiconductor region. A step of depositing a refractory metal after exposing the surface of the region and the surface of the gate electrode, and a step of forming a silicide layer of the refractory metal on the source / drain regions and on the gate electrode by heat treatment; Forming a high concentration N type source / drain in the P type semiconductor region by implantation.
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