JPS62122273A - 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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JPS62122273A
JPS62122273A JP26114985A JP26114985A JPS62122273A JP S62122273 A JPS62122273 A JP S62122273A JP 26114985 A JP26114985 A JP 26114985A JP 26114985 A JP26114985 A JP 26114985A JP S62122273 A JPS62122273 A JP S62122273A
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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】 〔技術分野〕 本発明はMO3型電界効果トランジスタ(MOSFET
)を有する半導体装置に関し、特にショートチャネルM
OS F ETの特性の向上を図った半導体装置及びそ
の製造方法に関するものである。
〔背景技術〕
半導体装置の高集積化に伴ってMOSFETのゲート長
は1μmからサブミクロンへと微細化が進められている
。このゲート長の縮小化に伴ってソース・ドレイン領域
の接合の浅型化、ゲート絶縁膜の薄型化等の問題が生じ
ているが、これと同時にホットキャリヤ注入によるMO
S F ET特性の劣化が問題とされている。即ち、ド
レイン近傍における衝突電離により生成されたホットな
電子或いは正孔からなるキャリヤがゲート酸化膜中に注
入され、このホットキャリヤがゲートしきい値電圧を変
動させてMO3FET特性を劣化、即ちホントキャリヤ
耐圧やドレイン耐圧の低下を生じさせる。
ここで、ホットキャリア耐圧とは、その電圧で一定期間
MO3FETを動作させた時に、ホットキャリアにより
MO3特性(例えば相互コンダクタンスg、)がある許
容範囲以下にまで低下してしまう電圧である。また、ド
レイン耐圧とは、その電圧をドレインに印加したとき、
ドレインとソースとの間が導通(ドレイン・ソース及び
基板からなる寄生トランジスタがオン)してしまう電圧
である。
このため、ドレイン近傍における電界を緩和して衝突電
離によるホットキャリヤの低減を図る試みがなされてお
り、その一つにL D D (LightlyDope
d Drain)構造のMOS F ETがある。この
LDD構造は、第7図に示すように、半導体基板l、ゲ
ート酸化膜2、ゲート電極3及びソース・ドレイン領域
4.5からなるMOSFETにおいて、ソース・ドレイ
ン領域4,5を高不純物濃度領域4a、5aと、チャネ
ル側に設けた浅い低不純物濃度領域4b、5bとで構成
したものであり、この低不純物濃度領域4b、5bの電
界緩和作用によってドレイン近傍における衝突電離を抑
制し、ホットキャリヤの低減を図っている。
ところで、このLDD構造は通常ゲート電極を利用した
自己整合法によって製造しており、ゲート電極3を用い
て低不純物濃度領域を形成した後、ゲート電極3の両側
にサイドウオール6.6をCVD膜等によって形成し、
このサイドウオール6゜6を含むゲート電極3を用いて
高不純物濃度領域の形成を行っている。このため、形成
されるLDD構造は、同図から明らかなように、高不純
物濃度領域4a、5aの各内側端は略サイドウオール6
.6の両端に位置され、低不純物濃度領域4b。
5bはゲート電極3の両端位置からサイドウオール6.
6の下側に亘る領域に配設されることになる。
このようなLDD構造のMOSFETについて本発明者
が種々の実験を行ったところ、このLDD構造のMOS
 F ETでは、低不純物濃度領域4b、5bの濃度を
低減すればそれだけ電界の緩和には有効であるが、低不
純物濃度領域におけるホットキャリヤの不安定性やシリ
ーズ抵抗の増大等が考えられるために、低濃度化には自
ら限界があり、ホットキャリヤの発生減少にも限度があ
ることが判明した。この点について本発明者が検討を加
えたところ、この原因の一つとしてゲート電極3の両側
に設けたサイドウオール6.6にはホットキャリヤのト
ラップとして作用する結晶欠陥が多く発生しており、ド
レイン近傍で発生したホットキャリヤがゲート酸化膜2
よりもサイドウオール6.6中に注入されてここに蓄積
され、しかもこのサイドウオール6.6が低不純物濃度
領域4b、5bの直上位置に設けられているので低不純
物濃度領域に大きく影響するために、MO3FET特性
の劣化を引き起こすことがあると推測される。
なお、LDD構造については、例えばアイイーイーイー
トランザクションズオンエレクトロンデハイセズ、オー
ディー29巻、4号(TEEETRANSACTION
S  ON  ELECTRON  DETICES、
VOL、ED−29,NO,4,)のP590〜P59
6に示されている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、LDD構造のMOSFETにおけるホ
ントキャリヤ耐圧及びドレイン耐圧の向上を図ってMO
S F ET特性の向上を図ることのできる半導体装置
を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ホットキャリヤ耐圧やドレ
イン耐圧の良好なMOSFETを有する半導体装置の有
効な製造方法を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
ずなわら、LDD構造のMOS F ETにおいて、デ
ー1−電極が少なくともトレイン領域の低不純物濃度領
域上を覆うように構成することにより、低不純物濃度直
上におけるサイドウオール等のホットキャリヤのトラッ
プ部位を解消し、MO3FE′Fにおけるボットキャリ
ヤ耐圧やドレイン耐圧の向上を図ることができる。
また、ゲート電極のパターン形成前に、これよりも狭い
幅のマスクを形成して低不純物濃度領域を形成し、しか
る上でこの低不純物濃度領域を覆うようにゲート電極を
パターン形成し、かつ高不純物濃度領域を形成してLD
D構造のMOSFETを製造することにより、これまで
のLDDMO3FETの製造工程を大幅に変更すること
なく容易に前記構造のMOS F ETを製造すること
ができる。
〔実施例1〕 第1図は本発明の一実施例のMOS F ETを示して
おり、−導電型、例えばP−型のシリコン基板11の主
面にフィールド酸化膜17を形成することにより活性領
域を画成し、この活性領域にゲート酸化膜12及び多結
晶シリコンからなるゲーI・電極13を形成する。また
、前記シリコン基板11の主面には基板と逆導電型(N
型)の高不純物濃度領域14a、15aと低不純物濃度
領域14b、15bからなるソース・ドレイン領域14
゜15を形成している。そして、ここでは前記ゲート電
極13は前記低不純物濃度領域14b、15bの略全域
を覆うような長さ、即ちゲート電極13の両端が高不純
物濃度領域14a、15aに夫々達するような長さに構
成している。図中、18はゲート電極13上に形成した
シリコン酸化膜でゲート電極13よりも短く形成してお
り、その両側にはCVDシリコン酸化膜からなるサイド
ウオール絶縁膜16.16が形成しである。また、19
は層間絶縁膜、20.21は夫々ソース電極及びドレイ
ン電極である。
この構成によれば、ソース・ドレ・イン領域14゜15
は夫々チャネル領域側に低不純物濃度領域14b、15
bを構成しているため、これまでのLDD構造と同様に
ソース・ドレイン領域間の特にドレイン近傍における電
界を緩和し、衝突電離によるホントキャリヤの発生を抑
制してホントキャリア耐圧の向上を図ることができる。
また、この構成ではゲート電極13が低不純物濃度領域
14b、15bを覆うように形成しているので、この低
不純物濃度領域14b、15bの直上位置にはサイドウ
オールとしてのホットキャリヤのトラップが多いCVD
シリコン酸化膜が存在することはなく、ホットキャリヤ
が発生された場合にも低不純物濃度領域直上位置に注入
されたホ・ノドキャリヤが保持(トラップ)されること
はない。これにより、低不純物濃度領域におけるホ・ノ
ドキャリヤの影響が低減され、ドレイン耐圧の向上環M
O3FETの特性の向上を図ることができる。
次に、前記MOS F ETの製造方法を第2図(A)
〜(F)を用いて説明する。
先ず、同図(A′)のように、P−型のシリコン単結晶
からなる半導体基板11に常法によってフィールド酸化
膜17とゲート酸化膜12を形成する。そして、同図(
B)のように、全面に多結晶シリコン13Aを成長させ
、かつその表面を熱酸化してシリコン酸化膜18Aを形
成する。そして、フォトレジスト22等を用いて同図(
C)のように前記シリコン酸化膜18Aを実効チャネル
長に相当する長さにパターンエツチングする。そして、
このフォトレジスト22及びエツチングされたシリコン
酸化膜18をマスクとして基板と逆導電型の不純物、例
えばリンを低ドーズ量(例えば、1〜5 X 10 ”
c m−2)でイオン打ち込みして低不純物濃度(N−
型)領域14b、15bを形成する。
次いで、同図(D)のように、基板上全面にCVD法に
よってシリコン酸化1i 16 Aを成長させ、その後
これを反応性イオンエツチング法等の異方性の高いドラ
イエツチング法、例えばRIE (反応性イオンエツチ
ング)によってエツチングすることにより、同図(E)
のように前記シリコン酸化膜18の両側にサイドウオー
ル16.16を形成する。この場合、サイドウオール1
6.16の長さは成長させたCVDシリコン酸化膜16
Aの厚さに依存されることは言うまでもない。
そして、このシリコン酸化膜18及びサイドウオール1
6.16をマスクとして前記多結晶シリコン13Aをエ
ツチングし、同図(F)のようにゲート電極13をパタ
ーン形成する。その上で、このゲート電極13をマスク
にして基板と逆導電型の不純物、例えば砒素を高ドーズ
ffi (0,,5〜1、OX 1016c m−”)
でイオン打ち込みして高不純物濃度(N”型)領域14
a、15aを形成する。
これにより、ソース・ドレイン領域14.15は前述の
ようにLDI)構造とされ、かつ高不純物濃度領域14
a、15aの形成によってチャネル領域両側に残される
ように形成された低不純物濃度領域14b、15bは、
その上部を前記ゲート電極13に覆われた構成にされる
以下、常法によりゲート酸化膜12をエツチング除去し
てソース・ドレイン領域14.15のシリコン基板11
主面を露呈させ、その上で層間絶縁膜19を形成し、コ
ンタクトホールを開設した後にソース・ドレインの各電
極20.21を形成することにより、第1図に示すMO
SFETを得ることができる。
〔実施例2〕 第3図(A)、  (B)は本発明の他の実施例を示す
ものである。この実施例では前記実施例のシリコン酸化
膜18に代えて高融点金属シリサイド膜23を使用して
いる。
即ち、前記第2図(B)のときに多結晶シリコン13A
上にタングステン(又はモリブデン、チタン、タンタル
)等の高融点金属を形成しかつこれをシリサイド化反応
させ、或いは直接スパッタ又はCVDにより高融点金属
シリサイドを形成する。そして、これをフォトレジスト
22を利用してパターンエツチングすることにより第3
図(A)のように多結晶シリコン13A上にパターン形
成した高融点金属シリサイド膜23を得ている。そして
、この高融点金属シリサイド膜23をマスクにして不純
物のイオン打ち込みを行い、低不純物濃度領域14b、
15bを形成する。
次いで、第2図の工程と全く同様にして高融点金属シリ
サイド膜23の両側に1ナイドウオール16.16を形
成する。このシリサイド膜23及びサイドウオール16
をマスクとして第3図(B)のように多結晶シリコン1
3Aをパターン形成してゲート電極13を形成し、更に
不純物のイオン打ち込みを行って高不純物濃度領域14
a、15aを形成する。
以下、実施例1と同様に層間絶縁膜やソース・ドレイン
電極を形成すれば、LDD構造のMOSFETが完成さ
れる。
本実施例によってもLDD構造のソース・トレイン領域
14.15の低不純物濃度領域14b。
15bはゲート電極13によってその上部が覆われる、
二とになり、前記第1図の構造のものと同様にMOS 
F ET特性の向上を達成できる。なお、本実施例のM
OS F ETはゲート電極13をシリサイド化してい
るので、高速動作を可能とする。
〔実施例3〕 第4図(A)、  (B)は更に他の実施例を示してお
り、前記第1図と第3図の実施例を複合させた構造とし
ている。
即ち、第4図(A)のように多結晶シリコン13A上に
高融点金属シリサイド膜23とシリコン酸化膜18を積
層成長した上でこれらを一体的にフォトレジスト22で
パターン形成し、これをマスクにして低不純物濃度領域
14b、15bを形成する。その後、高融点金属シリサ
イド膜23及びシリコン酸化膜18の両側にサイドウオ
ール16.16を形成し、これをマスクにして多結晶シ
リコン13Aをパターン形成して同図(B)のようにゲ
ート電極13を形成する。そして、これをマスクにして
高不純物濃度領域14a、15aを形成し、前記各実施
例と同様のMOS F ETを構成できる。
本実施例のMOS F ETでは、ゲート電極13のシ
リサイド化によって高速動作を可能にするとともに、多
結晶シリコン13Aのエツチング時に際しては、シリコ
ン酸化膜18によってエンチングダメージから高融点金
属シリサイド膜23を保護できる。
〔実施例4〕 第5図(A)〜(D)は更に異なる実施例をその製造方
法とともに示す。
この実施例は、先ず同図(A)のように多結晶シリコン
13Bを比較的厚く成長させ更にシリコン酸化膜18B
をCVD又は熱酸化により形成する。その上でフォトレ
ジスト22のマスクを形成する。そして、同図(B)の
ようにこのフォトレジスト22をマスクとして前記シリ
コン酸化膜18B及び多結晶シリコン13Bを厚さ方向
の途中までエツチングする。この状態で不純物をイオン
打ち込みし、低不純物濃度領域14b、15bを形成す
る。
次いで、フォトレジスト22を除去した後、同図(C)
のように、基板上全面に成長させたCVDシリコン酸化
膜の成長及びその異方性エツチングによって、シリコン
酸化膜18B及びエツチングされなかった多結晶シリコ
ン13Bの部分の両側にサイドウオール16.16を形
成する。そして、この状態でシリコン酸化膜18B及び
16をマスクとして再度多結晶シリコン13Bをエツチ
ングして薄い部分の多結晶シリコンを完全にエツチング
させると、同図(D)のように多結晶シリコンのサイド
ウオール16.16下側の部分及びこれらに挟まれる厚
い部分のみが残されてゲート電極13が形成される。そ
の上で、このゲート電極13をマスクにして高不純物濃
度領域14a。
15aをイオン打ち込みによって形成し、前記各実施例
と同様のMOS F ETを完成する。
本実施例では、多結晶シリコン13Bのみを形成すれば
よく、シリコン酸化膜や金属シリサイド膜等を形成する
必要がないので、製造工程を短縮できる。
〔実施例5〕 更に、第6図(A)、  (B)は他の実施例を示す。
この実施例では、同図(A)のように、多結晶シリコン
13A上に高融点金属シリサイド膜23゜シリコン酸化
膜18を積層して形成した後、第4図(A)のときと同
様にこれら高融点金属シリサイド膜23とシリコン酸化
膜18をフォ]・レジスト22をマスクとしてパターン
エツチングする。
この状態で低不純物濃度領域14b、15bを形成する
次いで、全面にCVDシリコン酸化膜を成長しかつこれ
を異方性エツチングすることにより前記高融点金属シリ
サイド膜23とシリコン酸化膜18の両側に第6図(B
)のようにサイドウオール16.16を形成する。
しかる上で、このサイドウオール16.16を利用して
多結晶シリコン13Aをパターン形成してゲート電極1
3を形成し、更に本実施例では再度CVDシリコン酸化
膜を基板上全面に成長しかつこれを異方性エツチングす
ることにより、同図−(B)のように前記サイドウオー
ル16.16及びゲート電極13の両側にサイドウオー
ル24゜24を形成する。そして、このサイドウオール
24.24及びゲート電極13等をマスクとして高不純
物濃度領域14a、15aを形成する。
本実施例では全ての膜をサイドウオール16゜24で覆
っているので、その後におけるゲート酸化膜12のエツ
チング時におけるこれら膜のエツチングダメージを防止
できる。
〔効果〕
(1)LDD構造のMOS F ETにおいて、ゲート
電極がソース・ドレイン領域の低不純物濃度領域上を覆
うように構成しているので、低不純物濃度直上における
サイドウオール等のポットキャリヤのトラップ部位を解
消し、MOSFETにおけるホットキャリヤ耐圧やドレ
イン耐圧の向上を図ることができる。
(2)ゲート電極のパターン形成前に、これよりも狭い
幅のマスクを形成して低不純物濃度領域を形成し、しか
る上でこの低不純物濃度領域を覆うようにゲート電極を
パターン形成し、かつ高不純物濃度領域を形成してLD
D構造のMOS F ETを製造することにより、これ
までのLDDMO3FETの製造工程を大幅に変更する
ことなく容易に前記構造のMOS F ETを製造する
ことができる。
(3)低不純物濃度領域を形成するためのマスクに金属
シリサイド膜を利用しているので、この金属シリサイド
膜がゲート電極と一体化してゲート電極の低抵抗化を図
り、MOS F ETの高速化を達成できる。
(4)低不純物濃度領域を形成するためのマスクの両側
にサイドウオールを形成しているので、これらマスクを
構成する膜を、ゲート電極のパターン形成に際してのエ
ツチングダメージから防止できる。
(5)ゲート電極を構成する多結晶シリコンを厚く形成
しておき、これを部分的にエツチングして低不純物濃度
領域のマスク及びゲート電極を形成しているので、金属
シリサイド膜やシリコン酸化膜を形成する場合に比較し
て製造工程の簡易化を図ることができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。
たとえば、各半導体領域の導電型は逆であってもよい。
又、本発明はN及びPチャネルMO3FETを備えた相
補型半導体装置(CMOS I C)にも適用できる。
すなわち、0MO3ICにおけるN (P)チャネルM
OS F ETに適用して有効である。また、第1図及
び第2図、第3図、第5図の実施例においても、最終的
に形成したゲート電極の両側に、第6図の実施例のよう
に更にサイドウオールを形成しておけば、後工程のエツ
チング時におけるエツチングダメージからゲート電極を
保護することができる。また、サイドウオールの長さを
高不純物濃度領域を構成する不純物の拡散速度に応じて
適宜調整することにより、低不純物濃度領域とこれを覆
うゲート電極との関係を細かく調整することができる。
また、場合によってトレイン領域のみをLDD構造とし
た場合には、このドレイン領域の低不純物濃度領域上を
ゲート電極で覆うようにすればよい。
〔利用分野〕
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるMO3FET素子に
単独に適用した場合について説明したが、それに限定さ
れるものではなく、LDD構造のMOS F ETを備
える半導体集積回路等の半導体装置の全てに適用できる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の断面図、 第2図(A)〜(F)は第1図の実施例の製造方法を説
明するための断面工程図、 第3図(A)、  (B)は他の実施例の主要な製造工
程を示す断面図、 第4図(A)、  (B)は更に他の実施例の主要な製
造工程を示す断面図、 第5図(A)〜(D)は異なる実施例の主要な製造工程
を示す断面図、 第6図(A)、  (B)は更に異なる実施例の主要な
製造工程を示す断面図、 第7図は従来のL D D構造のMOSFETの断面図
である。 ■、11・・・半真体基板、2,12・・・ゲート酸化
膜、3.13・・・ゲート電極、4,14・・・ソース
領域、5.15・・・ドレイン領域、14a、15a・
・・高不純物濃度領域、14b、15b・・・低不純物
濃度領域、16・・・サイドウオール、17・・・フィ
ールド酸化膜、18・・・シリコン酸化膜、19・・・
層間絶縁膜、20・・・ソース電極、21・・・ドレイ
ン電極、22・・・フォトレジスト、23・・・金属シ
リサイド膜、24・・・サイドウオール。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、少なくともドレイン領域を高不純物濃度領域と低不
    純物濃度領域とで構成してなるLDD構造のMOSFE
    Tにおいて、前記低不純物濃度領域上をゲート電極で覆
    うように構成したことを特徴とする半導体装置。 2、ソース・ドレイン領域の夫々を高不純物濃度領域と
    、チャネル側に配置した低不純物濃度領域とで構成し、
    チャネル領域及びこれらソース・ドレインの各低不純物
    濃度領域に亘ってゲート電極を構成してなる特許請求の
    範囲第1項記載の半導体装置。 3、ゲート電極を多結晶シリコンで構成し、この上には
    低不純物濃度領域を形成する際のマスクに利用した金属
    シリサイド層を一体に形成してなる特許請求の範囲第2
    項記載の半導体装置。 4、ゲート電極を構成する導電膜上に、形成すべきゲー
    ト電極よりも狭い幅のマスクを形成する工程と、このマ
    スクを用いて半導体基板に不純物を低濃度にイオン打ち
    込みして低不純物濃度領域を形成する工程と、このマス
    クの両側にサイドウォールを形成してマスク幅を増大し
    た上でこれを用いて前記導電膜をパターン形成してゲー
    ト電極を形成する工程と、このゲート電極をもちいて半
    導体基板に不純物を高濃度にイオン打ち込みして高不純
    物濃度領域を形成する工程とを含むことを特徴とする半
    導体装置の製造方法。 5、導電膜上に形成するマスクとして、シリコン酸化膜
    、金属シリサイド膜のいずれか或いは双方の積層膜を用
    いてなる特許請求の範囲第4項記載の半導体装置の製造
    方法。 6、導電膜を厚目に形成しておくとともにこれを途中の
    厚さまでエッチングしてマスクを形成し、サイドウォー
    ルを形成した後にこれをマスクの一部として導電膜を全
    厚さに亘ってエッチングしてゲート電極を形成してなる
    特許請求の範囲第4項記載の半導体装置の製造方法。 7、ゲート電極の両側にサイドウォールを形成して高不
    純物濃度領域の形成及びそれ以後の工程を行ってなる特
    許請求の範囲第4項乃至第6項いずれかに記載の半導体
    装置の製造方法。
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