JPS6066861A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS6066861A
JPS6066861A JP17536483A JP17536483A JPS6066861A JP S6066861 A JPS6066861 A JP S6066861A JP 17536483 A JP17536483 A JP 17536483A JP 17536483 A JP17536483 A JP 17536483A JP S6066861 A JPS6066861 A JP S6066861A
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electrode
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Toshiharu Watanabe
渡辺 寿治
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に微細なMO
8型半導体装置の製造方法に係る。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来のMO3型トランノスタでは微細化がitむにつれ
、ドレイン領域近傍のチャネル領域で電界集中が起こり
、アバランンエ現象により発生したホットキャリア(%
にNチャネルトランノスタの場合のホットエレクトロ/
)がダーr−rqi。
圧によりダート絶縁膜中に注入されてドラッグされ易く
なるだめ、しきい値電圧のシフトなど、信頼性上重大な
問題を引き起こす。このような問題は微細化に対して大
きな障害となる。
そこで、ホットエレイ′トロンの問題を解消−ノ′るた
めに、いわゆるLDD (Lightly Doped
 I)rain−8ource)構造が提案されている
(例えば、S。
Ogura et al、、 Trans、Elec、
l)e v 、 + El)−27(1980)135
9)。
こうしたLDDg造のへ10Sトランノスタの製造方法
の一例を第1図を8照して説明する。nず、例えばP型
シリコン基板l上にダート酸化膜2を介してダート電極
3を形成し7だイA1グ〜l”lli極3をマスクとし
てN型不純物を低ドーズ量でイオン注入する。次に、全
面に例えばCVD酸化膜を堆積した後、反応性イオンエ
ツチングによりダート電極3の側壁に残存CVD酸化膜
4,4を形成し、ダート電極3及び残存CVD酸化膜4
4をマスクとしてN型不純物を高ドーズ量でイオン注入
する。次いで、熱処理によシネMJ物を拡散させて、チ
ャネル領域近傍の低濃度のn−型不純物領域5a、6a
とこれらの領域に瞬接する高濃度のn型不純物領域5b
、6bとからなるソース、ドレイン領域5,6を形成す
る。
この構造ではチャネル領域近傍のドレイン領域6が低濃
度のn−型不純物領域6aで構成されているため、逆バ
イアスされたドレイン−11合での′「(を界が緩和さ
れ、ホットエレクトロンが発生しにくい。
しかし、従来のLDD構造では、特にインバータ回路等
のように電流の流れる方向が一定しているトランジスタ
において、ドレイン領域6側と対称的に形成されたソー
ス領域5側の低濃度のn−型不純物領域5aがノート抵
抗の上昇によって増幅率gを低下させるだけで何らメリ
ットをもたらさないという問題がある。
このため、ソース、ドレイン領域の低12I4度不純物
領域の寸法を任意に制御し得る技術が要望されている。
一方、菓子の微細化に対しては現在の光露光による写真
蝕刻法で対応することも内側となっている。すなわち、
光露光によって線@数千X以下のホトレジストパターン
を形成することは極めて田畑であり、写真蝕刻法により
例えば倣細なダート電極を形成しようとすると、露光の
過不足によりダート電極の寸法が増減し、例えば短チヤ
ネル効果によるしきい値゛111、圧の変動というよう
な問題が生じる。
そこで、微細なダート電極を形成する/こめに、例えば
第2図(a)及び(b)に示すような方法が報告されて
いる。まず、例えばP型シリコン屑板1ノ上に例えばC
VD酸化膜12を堆積した後、菓子領域の一部が露出す
るようにCVD 酸化1iQ 12 k選択的にエツチ
ング除去する。次に、露出した素子領域表面にゲート酸
化膜13を形成する。
つづいて、全面に例えば多結晶シリコン膜14(図中破
線で図示)を堆積した後、異方性エツチングによシ多結
晶シリコン膜ノ40ジャストエツチング以上の時間エツ
チングし、cvoH化膜ノ化膜側2に非対称形のダート
電極15を形成する(第2図(、)図示)。次いで、前
記CVO酸化膜12を除去した後、ゲート電極15をマ
スクとしてn型不純物をイオン注入し、熱処理を行って
n型ンース、ドレイン領域16.17f形成する(同図
(b)図示)。
上記方法では写真蝕刻技術はCVDM化膜ノ化膜上2チ
ングの際に使用されるだけであり、ゲート電極15の寸
法は多結晶シリコン膜14の膜厚と異方性エツチングの
エツチング時間によって決定される。したがって、露光
の過不足はCVD 酸化膜12の側壁の位置をわずかに
左右させるだけで、ダート電極15の寸法には影響を与
えず、r )電極15を微細化することができる。
しかし、上記方法ではドレイ/領域17近賛のチャネル
領域における電界集中によるホットエレクトロンの発生
を防止することはできず、しきい値電圧の変動などの問
題を引き起こすととに変わシはない。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、微細な
ダート電極を有し、しかもソース、ドレイ/領域の寸法
を適当に制御してドレイン領域近傍における電界集中と
ソース領域近傍における増幅率の低下を有効に防止でき
るMO8型半導体装置を製造し得る方/I!、:全提供
しようとするものである。
〔発明の概要〕
本願用1の発明の半導体装置の製コム方法は、半導体基
板の一47電型の素子領域」−に被119Sを堆積した
後、素子管を域の一部が露出するように該被膜の一部を
選択的にエツチング除去する工程と、露出した素子領域
表面にケ゛−ト絶縁I+’λ全ル成する工程と、全面に
ケ9−ト電極材料を堆積した後、異方性エツチングによ
り残存した被膜の側壁に非対称形のダート電極を形成す
る工程と、残存し/ζζ脱膜除去した後、ダート電極を
マスクとして利用し、素子領域と逆4電九2の不純物を
低ドーズ量でイオン注入する工程と、全面に絶縁膜を堆
積した後、異方性エツチングにより前記ケ゛−ト電極の
側壁に絶縁膜全残存させる工程と、ダート成極及びその
側壁に残存した絶縁膜をマスクとして利用し素子領域と
逆導電型の不純物を高ドーズ量でイオン注入する工程と
、熱処理により不純物を拡散させ、チャネル領域近傍の
低濃度不純物領域とこれらの領域に隣接する高濃度不純
物領域とからなるソース、ト°レイン領域を形成する工
程とを具備したことを%徴とするものである。
このような方法(〆こよれば、ケ゛−ト慮極を写真たl
j刻法を用いずに形成することができるので、r−)電
極を微細化することができる。また、ケ゛−ト電極の非
対称性を利用し、ケ゛−ト電儲材料あるいはその側壁に
残存させる絶紅膜の膜ノlや工、チング時fjJJを設
定することによりLl)D rig造のソース、ドレイ
ン領域の低ilu度不純物1與城を任意に制御すること
ができ2.。したがって、ホットエレクトロンの発生等
分有効に防止することができる等の効果を得ることがで
き、2答r−の微細化を達成することができる。
また、本願用2の発明の半導体装1dの製散方法は1.
半導体基板の一導電型の素子領域表面にゲート絶縁膜を
形成した後、全面に第1のケ゛−ト電極材料を堆積し、
素子領域上の第1のケ゛−ト電極材料の一部と露出させ
るように被j臭を残存させ、次に第2のケ゛−ト″市:
イ梶拐本[を堆村(しで異方性エツチングにより残存し
/こ被膜の側壁に第2のダート電極材料を残存烙せ、次
いで残fJ。
した被膜を除去した後、第1のゲート電極月科を異方性
エツチングによりエツチングして弁文・[称形のr−ト
電極を形成し、すJに本願用10)1″。
明と同様にダート電極をマスクとする低ドース最のイオ
ン注入、ゲート亀使とそのjlll壁に残存させた絶縁
膜をマスクとする島1゛−ズ量のイオン注入及び熱処理
による不純物の拡散を行ないr=DD4H造のソース、
ドレイン領域を形成するものである。
こうした方法によれば、本願第1の発明とほぼ同様な効
果を得ることができる。
〔発明の実施例〕
実力ll1例1 以下、本願第1の発明に係るP/IQs )ランノスタ
の製造方法を第3図(a) 〜(f)、第4図(a) 
、 (b)、第5図(a) 、 (b) 、第6図及び
第7図を参照して説明する。
寸ず、P型シリコン基板21表面に選択酸化法によりフ
ィールド酸rヒ膜22を形成した後、全面にCVD H
化膜(被膜)23を堆積し、素子領域の一部が霧出する
ようにCVD酸化膜23の一部を反応付イオンエツチン
グ(RIE )にヨリ選択的にエツチング除去する。次
に、露出した集子領域表i」iiにケ゛−ト酸fヒ膜2
4を形成した後、全面に多結晶ソリコノ膜25を堆積す
る(第3図(a)図示)。つづいて、反応性イオンエツ
チング(RIE )により、多結晶シリコンI模25を
その膜厚のジャストエツチング以上の1時間エツチング
し、残存しているCVI) l教化膜23のij+1壁
に非対称形のダート電極26を形成する(同図(b)図
示)。つづいて、残存しているCVD酸化膜23及びダ
ート酸化膜24の露出している部分をフッ酸またはフン
化アンモニウムを用いてエツチング除去した後、ダート
電極26を・マスクと1〜て例えばAs を低ドーズ量
でイオン注入する(同図(c)図示)。
次いで、全面にCVD^り化j換2zを堆積する(同図
(d)図示)。つづいて、反応性イオンエツチングによ
りCVD を変化膜27をそのIj%厚のツヤストエツ
チング以上の時間エツチングし、タート電極26の側壁
に残存CVD酸化欣27’、27’を形成する。つづい
て、デートηj、極26及び残存CVD e化膜27’
、27’をマスクとしてAS k 1i−711゜−ズ
量でイオン注入する(同図(e)図示)。つづいて、熱
処理により不純物を拡散させ、チイネル領域近傍のn−
型不純物領域28a、29a とこれらの領域に隣接す
るn十製不純物領域28b229bとからなるソースド
レイン領域28.29を形成する。つづいて、全面にP
SG膜30を堆積した後、コンタクトホール、? 1 
、31を開孔する。つづいて、全面にAt膜を蒸着した
後、・ぞターニングしてAt配線s2,32を形成し、
nチャネルMO8)ランソスタを製造する(同図(f)
図示)。
しかして上記方法、によれば、ゲート電極26を写真蝕
刻法を用いずに、反応性イオンエツチングにより形成し
ているので、その寸法を多結晶シリコン膜25の膜厚以
下に微細化することができる。
1だ、基板2ノ上に堆積される各種の膜の膜厚とそのエ
ツチング時間を設定することによシ、グーl−電極26
の非対称性を利用してLDD構造のソース、ドレイン領
域28.29のn−型不純物領域28a、29aの寸法
を任意、に制御することができる。このこと?史に詳細
に説明する。
い寸、第3図(a)図示のCVI) r+≧、化膜23
の膜厚をdos多結晶シリコン脱25の膜)lをrl、
同し1(d)図示のCVD 酸化膜27の脱J!’lを
(r2−「I)とし、同図(e)の工程におけるCVD
 C12化11Q 27の反応性イオンエツチングに関
してはツヤストエツチング、すなわち平坦部分がちょう
ど除去さね−る必吸最小限のエツチング時間でのエツチ
ングを行なうものとする。
ここで、CVI)酸化膜23の膜厚か多結晶シリコン膜
25の膜厚より厚い場合、すなわちdo)rlの場合、
多結晶シリコン脱25を反応性−イオンエツチングによ
りエツチングしてダート電極26全形成する際、ノ11
.ストエツチングあるいに、少々のオーバーエツチング
であハ、げ、第4図(a)においてdl〉0となる。こ
の際、少k A−パーエツチングしてもチャネル長はほ
とんど変化しない。なお、第4図(a)ではCVD酸化
膜27の膜厚(r2 rl )> a、としている。そ
して、CVD 酸化11127のツヤストj−ッチング
全イゴなつと、エツチング後の形状は同図(b)のよう
になる。
この場合、ドレイ/側の残存CVD酸化膜27′の横方
向の寸法(低濃度のn−型不純物領域の寸法に対応する
)LDはLo”” rz ’ rlsソース側の残存C
VD酸化膜27′の横方向の寸法LsはLs = 、、
、z−(rz rl a、 )2 rlとなる。
一方、do<rl あるいけ多結晶シリコン膜25をか
なりオーバーエツチングした場合、第5図(a)に示す
如(d、(0となる。そして、CVD酸化脱270ノヤ
ストエ、チングを行ナウト、エツチング後の形状は同図
(b)のようになる。この場合、rl>(l d+ H
−rz−rl)であれば、LD ”” rz −rl 
+ となる。
以上の結果にもとづいて、多結晶シリコン膜25の膜厚
r1−=5000X(チャネル長”s 0.5 μm)
、CVI)酸化膜27の膜厚(rz rl)==200
0Xとし、ソース側の残存CVD酸化yA27′の横方
向の寸法14.3をdlの関数として表わすと第6図中
の実線ノヨうKfzる。す’lbち、LD =r2−r
l””2000Xであるのに対してdl〉0の場合はり
、をそれほど短くすることができないが、dlくoの場
合はLsを100OX以下まで短くすることができる。
なお、dlく0の場合は多結晶シリコン膜25のエツチ
ング時間を長くすれば、ダート電極26の寸法をよシ小
さくすることができるので微細化には有利であるが、エ
ツチング時間とともにチャネル長が変化するのでエツチ
ング時間は厳密に制御する必要がある。
更に、CVD酸化膜27を50%オーバーエツチングす
ればLsは第6図中破線で示すようになシ、才だ、10
0係オーバーエツチングすればLsは第6図中一点鎖線
で示すようになり、Lsを0とすることもできる。ただ
し、長時間のオー・ぐ−エツチングを行なう場合には基
板に対するCVD酸化膜のエツチングの選択的が大きく
なるようにエツチング条件を設定する必要がある。例え
ば、第7図に第5図(b)から更に50%オーバーエツ
チングした後の形状を示す。第7図ではソース側の残存
cvD酸化膜27′の横方向の寸法が非常に小さいので
、その下に形成されるソース領域28内のれ一型不純物
領域28aの寸法を小さくすることができる。第7図図
示のようなMOS トランジスタではソース側の直列抵
抗の増加をほとんど無視することができるので、インバ
ータ回路等のように電流の流れる方向が一定しているト
ランジスタでは増幅率Qmの低下を防止することができ
る。勿論、ドレイン領域29側のn−型不純物領域29
aによる耐ホツトエレクトロン性は従来のLDf) 、
?74’造と同、様に有している。
なお、上記実施例1では第3図(a)の工程でCVD1
’jffi化$23のエツチングを行なった後、素子領
域表面にダート酸化膜24全形成しだが、これに限らず
、素子領域表面にダート絶縁膜を形成した後、ケ゛−ト
絶縁膜に対して選択エツチング性の大きい被膜を堆積し
、その一部を選択的にエツチングしてもよい。こうした
方法によれば被膜の反応性イオンエツチング時に基板表
面にダート絶縁膜が存在し、基板が露出していないので
、基板のダメーゾを防止することができる。
また、上記実施例1ではケ゛−ト″lTL極拐料として
多結晶シリコン膜25のみを用いたが、これに限らず、
ゲート電極拐料として例えば多結晶シリコン膜とMo 
S i2膜のような高融点金属シリサイドとを用い、第
8図に示すように多結晶シリコン膜・やクー741とM
oSi2!を艷・ぞターフ42とが積層されたいわゆる
ポリサイド構造のダート電極43と形成してもより0こ
うした構造によれば、ダート電極43の比抵抗を低下す
ることができる。
実施例2 以下、本願第2の発明に係るIViO8+−ランノスタ
の製造方法を嬉9図(a)〜(d)をム照して説明する
まず、P型シリコン基板51表ii’riにフィールド
酸化膜52を形成した後、フィールド°敲イヒ1摸52
によって囲まれた素子領域表面にゲート酸化膜53を形
成し、更に全m1に多結晶シリコン膜(第1のケ゛−ト
電極材料)54を堆積する。次に、全面にCVD酸化膜
55を堆積した後、素子領域上の前記多結晶シリコン膜
54の一部が露出するように前記CVD酸化脱55の一
部を反応性イオンエツチング(4thg)により選択的
にエツチング除去する。
つづいて、全面に例えばMOS i 2 III (第
2のダート電極イイ科)56を堆積する(第9図(a)
図示)。
つづいて、反応性イオンエツチングにより Mo S 
j□膜56をその膜厚のジャストエツチング以上の時間
エツチングし、残存しているCVD(9)化膜55の側
壁にMo S i 2膜・ぞター156′を形成する(
同図(b)図示)。次いで、残存しているCVD酸化膜
55を除去した後、前記多結晶シリコン膜54を反応性
イオンエツチングによシエッチングし、多結晶シリコン
膜ノターン54’ トMO!l) 12 BHパターン
56′とを積層L/こ月eリザイド構造のケ9−ト電(
ヴ57を形成する。つづいて、ダート電極57をマスク
としてダートe化1換53の露出している部分をエツチ
ング除去する(同図(c)図示)。以下、上記実施例1
と同様にまず、ゲート′電極57をマスクとしてAs+
を低ドーズ量でイオン注入する。つづいて、全面にCV
D (H化膜を堆M シだ後−反応性イオンエツチング
によりダート電極57の側壁に残存CVD酸化%s8.
58を形成する。つづいて、ケ゛−ト電極57及び残存
CVD酸化膜58.58をマスクとしてAS を高ドー
ズ量でイオン注入した後、熱処理により不純物を拡散さ
せ、チャネル領域近傍のn−型不純物領域59a、60
thとこれらの領域に隣接する討型不純物領域59b、
60bとからなるソース、ドレイン領域59.60を形
成する。更に、PSG膜61の堆積、コンタクトホール
62 、62の開孔、At配線6 、? 、 63の形
成を行ないnチャネルMO3+・う/マスクを製造する
(同図(d)図示)。
しかして、上記方法によっても」二記実施例】と同様に
ダート電極57を微細化でき、しかもLDD構造のソー
ス、ドレイン領域59.60のn−型不純物領域59g
、60aの寸法全制御することができ、耐ホ、トエレク
トロン性を維持しつつソース側の増幅率の低下を防止す
ることができる。
寸だ、第9図(a)の工程におけるCVD 酸化膜55
の反応性エツチング時に基板51は多結晶シ1ノコ/膜
54及びダート酸化膜53に覆われているため、基板5
1がダメージを受けることはない。
更に、実施例1の方法でポリサイド構造のダート電極を
形成した場合(第8図図示)と比較して、ゲート電極5
7のうち比抵抗の大きい多結晶シリコン膜・母ターン5
4′の占める部分を少なくすることができるので、ダー
ト電極57の低抵抗化に有利となる。一般的に第10ケ
゛−ト電極材料が第2のケ゛−ト電極材料より比抵抗が
大きい場合に実施例2の方法が有利となる。
なお、上記実施例2では第1のケ゛−ト電極材利として
多結晶シリコン膜、第2のデート電極旧料としてMoS
i 膜を用いたが、これに限らず他の拐料を用いてもよ
いし、第1及び第2のケゝ−ト電極材料が同−利料であ
ってもよい。
また、上記実施例1及び2ではnチャネルMO8トラン
ジスタについて説明したが、PチャネルMO8トランジ
スタあるいidCMO8にも同様に適用できることけ勿
論である。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く、本発明の半導体装面の製造方法によ
れば、微細なゲート電イタを形成できるとともにLDD
構造のソース、ドレイン領域を制御性よく形成でき、素
子の1晟細化に極めて大きく寄力するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のLl)D Nrc造のMO8+・ランマ
スクの断面図、第2図(a)及び(b)は従来のMO3
t□ランジスタの製造方法を示す断面図、第3図(Il
)〜(f)は本発明の実施例1におけるMO8+−ラン
ソスクの製造方法を示す断面図、第4図(a) p (
b)及び第5図(a) 、 (b)は本発明の実施例J
で〜製造されるMO8)ランマスクの寸法を説1y1す
るだ、Vンの1説明図、第6図は本発明の実施例1で製
造されるMO3l−ランマスクの寸法の計算例を示−4
〜iW図、第7図及び第8図は本発明の変形例を示す断
面図、第9図(a)〜(d)は本発明の実施例2におけ
るMOS )ランノスクの製造方法を示す断面図である
。 21.51・・・P捜シリコン基板、22.52・・・
フィールド酸化膜、23.55・・・CVD j波化膜
(被膜)、24,53・・・ゲート酸化膜、25゜54
・・・多結晶シリコン膜、26,43.57・・・r−
)電極、27・・・CvD酸化j摸、27’ 、 5 
B −・残存CVD酸化膜、28.59・・・ソース領
域、29.60・・・ドレイン領域、28a、29a。 59a、60a=・n−型不純物領域、28b。 29b、59b、60b−−−n型不純物領域、30.
61・・・PSG膜、31,62・・・コンタクトホー
ル、32.63・・・AA配線、41.54’・・・多
結晶/リコン膜・ぐターン、56・・・Mo S i 
2膜、42H56’ ・・・MoSi21W) z’P
ターン。 出願人代理人 弁理士 鈴 工 武 診第 11” 第21昭 @3図 (d) 2 第3図 第4図 笥5図 第61¥I ch(入) 第 71シ1 6 ro D (’%Jr )凸 の へ 。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板の一導電型の素子領域上に被膜を堆積
    した後、素子領域の一部が露出するように該被膜の一部
    を選択的にエツチング除去する工程と、露出した素子領
    域表面にダート絶縁膜を形成する工程と、全面にダート
    電極材料を堆積した後、異方性エツチングによシ残存し
    た被膜の側壁に非対称形のケ゛−ト電極を形成する工程
    と、残存した被膜を除去した後、ダート電極をマスクと
    して利用し、前記素子領域と通導/、IE型の不純物を
    低ドーズ量でイオン注入する工程と、全面に絶縁膜を堆
    積した後、異方性工。 チングにより1)ロ記ゲート電極の側壁に絶縁膜を残存
    させる工程と、ダート電極及びその側壁に残存した絶縁
    膜をマスクとして利用し素子領域と通導′K Nの不純
    物を高ドーズ量でイオン注入する工程と、熱処理によυ
    不純物を拡散させ、チャネル領域近傍の低濃度不純物領
    域ととり、らの領域に隣接する高襄度不純物領域とから
    なるソース、ドレイン領域を形成する工程とを具備した
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. (2)ダート電極材料が多結晶シリコン、金IJKシリ
    サイド、金属のうち少なくとも1釉であること?特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法
  3. (3)半導体基板の一導電型の素子領域表面にり゛−ト
    絶縁膜を形成した後、全面に第1のダート電極材料を堆
    積する工程と、全面に被膜を堆積した後、素子領域上の
    第1のダート・t+U極拐料の一部を露出させるようK
     M H’Aの一部を選択的にエツチング除去する工程
    と、全面に第2のダート電4夕材料を堆積した後、異方
    性エツチングにより残存した被膜の側壁に第2のデート
    ’I’=i: イ=材料を残存させる工程と、残存した
    被膜を除去した後、前記第1のダート電極材料を異方性
    エツチングによりエツチングし、第J及び第2のダート
    電極材料からなる非対称形のケ゛−) ’f(j 4(
    1=を形成する工程と、り9−ト電極をマスクとして利
    用し素子領域と逆導電型の不純物を低ドーズ量でイオン
    注入する工程と、全面に絶縁膜を堆積した後、異方性工
    、チ/グにより前記ケ9−ト電極の側壁に絶縁膜を残存
    させる工程と、ゲート電極及びその側壁に残存した絶縁
    膜をマスクとして利用し素子領域と逆導電型の不純物を
    高ドーズ量でイオン注入する工程と、熱処理により不純
    物を拡散させ、チャネル領域近傍の低濃度不純物領域と
    これらの領域に@接する高濃度不純物領域とからなるソ
    ース、ドレイン領域を形成する工程と4具(+ifi 
    したととを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. (4) 第1及び第2のケ゛−ト′市橙(3料が多結晶
    シリコン、金屑シリザイド、金属のうち少なくとも1種
    であることを特徴とする特H′F請求の範囲第3項記載
    の半導体装置の製造方法。
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