JP3254468B2 - 電界効果トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタおよびその製造方法

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JP3254468B2
JP3254468B2 JP29152593A JP29152593A JP3254468B2 JP 3254468 B2 JP3254468 B2 JP 3254468B2 JP 29152593 A JP29152593 A JP 29152593A JP 29152593 A JP29152593 A JP 29152593A JP 3254468 B2 JP3254468 B2 JP 3254468B2
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一巳 西村
雅美 徳光
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、集積回路を構成する
半導体素子である電界効果トランジスタおよびその製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より電界効果トランジスタの短チャ
ネル効果を制御し、かつ相互コンダクタンスgmを増加
させる構造として、図6に示す半導体装置が提案されて
いる(特願昭61−223769号)。図6は、上述し
たプレナー構造であるショットキ接合型の電界効果トラ
ンジスタの構成を示す断面図であり、同図において、6
1はGaAsからなる半絶縁性の基板、62は基板61
の主表面にSiイオンを注入することで形成されたn型
のチャネル領域、63は基板61上にチャネル領域62
とショットキー接合を形成するように形成されたタング
ステンシリコンナイトライド(WSiN)からなるゲー
ト電極である。
【0003】そして、64a,64bはゲート電極63
をマスクとしてSiイオンをチャネル領域62より高い
濃度で同程度の深さに注入して形成したn型の中間的濃
度層、65a,65bはゲート電極63とこの両脇に形
成したサイドウォール(図示せず)をマスクとして、S
iイオンを高濃度にかつチャネル領域62より深く注入
したn型の高濃度領域、66a,66bは、ソース領域
を形成する高濃度領域65aおよびドレイン領域を形成
する高濃度領域65bそれぞれの上にオーミック接合す
るように形成されたソース電極,ドレイン電極である。
【0004】また、図7は、ドレイン領域を形成する高
濃度領域とゲート電極の距離が、ソース領域を形成する
高濃度領域のそれより離れている構造を有する、ショッ
トキ接合型の電界効果トランジスタの構成を示す構成図
である。同図において、71はGaAsからなる半絶縁
性の基板、72は基板71の主表面にSiイオンを注入
することで形成されたn型のチャネル領域、73は基板
71上にチャネル領域72とショットキー接合を形成す
るように形成されたWSiNからなるゲート電極であ
る。
【0005】そして、74a,74bは、ゲート電極7
3とこの上に形成された絶縁膜ゲートパターン(図示せ
ず)をマスクとし、図7面で左上方向より斜めにSiイ
オンを注入してチャネル領域72より高濃度に深く形成
されたそれぞれn型の高濃度領域からなるソース領域,
ドレイン領域、75a,75bはソース領域を形成する
高濃度領域74aおよびドレイン領域を形成する高濃度
領域74bそれぞれの上にオーミック接合するように形
成されたソース電極,ドレイン電極である。この構造で
は、ドレイン領域がゲート端より離れているので、ドレ
イン耐圧に対して有利である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来は以上のように構
成されていたので、素子の微細化に伴いゲート長を短縮
していくと、ソース側とドレイン側の中間的濃度層や高
濃度領域が近づくことになり、ドレインコンダクタンス
が増大するという問題があった。このため、最大発信周
波数を向上させることができず、図6の電界効果トラン
ジスタでは150GHz、図7の電界効果トランジスタ
では100GHzが限度であった。
【0007】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、ソース抵抗を増大させる
ことなく、ドレインコンダクタンスを低減させることを
目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明の電界効果トラ
ンジスタは、ショットキ接合されたゲート電極に対し
て、第1の高濃度領域より第2の高濃度領域の方がゲー
ト電極より離れて形成され、第2の高濃度領域側の第2
の中間濃度層はゲート電極より離れて形成され、かつ第
2の高濃度領域が第2の中間濃度層の下にまで配され
いることを特徴とする。また、ショットキ接合されたゲ
ート電極に対して、第1の高濃度領域より第2の高濃度
領域の方がより離れて形成されていることを特徴とす
る。そして、第2の高濃度領域側の第2の中間濃度層は
ゲート電極より離れて形成されていることを特徴とす
る。
【0009】一方、この発明の電界効果トランジスタの
製造方法は、第1,第2の高濃度領域を、半導体基板に
ショットキ接合したゲート電極とサイドウォールとをマ
スクとして、この半導体基板主表面の法線に対して角度
を有する斜め方向よりイオン注入することで形成し、第
1,第2の中間濃度層は、ゲート電極をマスクとし、半
導体基板主表面の法線に対して角度を有する斜め方向よ
り、能動層と同一導電型でこの能動層よりは深く第1,
第2の高濃度領域よりは浅くイオン注入して形成するこ
とを特徴とする。
【0010】なお、第1,第2の高濃度領域を、半導体
基板にショットキ接合したゲート電極とサイドウォール
とをマスクとしてイオン注入することで形成し、このサ
イドウォールのうち第1の高濃度領域側を除去し、残っ
た第2の高濃度領域側のサイドウォールとゲート電極と
をマスクとしてイオン注入し、能動層と同一導電型でこ
の能動層よりは深く第1,第2の高濃度領域よりは浅い
中間濃度層を形成してもよい。
【0011】また、この発明の電界効果トランジスタの
製造方法は、第1,第2の高濃度領域を、半導体基板に
ショットキ接合したゲート電極とサイドウォールとをマ
スクとして、この半導体基板主表面の法線に対して角度
を有する斜め方向よりイオン注入することで形成するこ
とを特徴とする。
【0012】そして、この発明の電界効果トランジスタ
の製造方法では、第1,第2の高濃度領域は、半導体基
板にショットキ接合したゲート電極とサイドウォールと
をマスクとしてイオン注入することで形成し、第1,第
2の中間濃度層は、ゲート電極をマスクとして、半導体
基板主表面の法線に対して角度を有する斜め方向より、
能動層と同一導電型でこの能動層よりは深く第1,第2
の高濃度領域よりは浅くイオン注入して、形成すること
を特徴とする。
【0013】
【作用】ドレイン側となる第2の高濃度領域は、ソース
側の第1の高濃度領域よりゲート電極から離れ、ドレイ
ン側となる第2の中間濃度層はゲート電極より離れて形
成され、ゲート長を短くしても第1と第2の高濃度領域
同士し、および第1と第2の中間濃度層同士の距離がと
れる。た、ドレイン側となる第2の高濃度領域は、ソ
ース側の第1の高濃度領域よりゲート電極から離れて形
成され、ゲート長を短くしてもこれらの間が近づかな
い。そして、ドレイン側となる第2の中間濃度層はゲー
ト電極より離れて形成され、ゲート長を短くしてもこれ
らの間が近づかない。
【0014】
【実施例】以下この発明の1実施例を図を参照して説明
する。 実施例1 図1は、この発明の1実施例である電界効果トランジス
タの製造途中の状態を示す断面図である。同図におい
て、1は半絶縁性のGaAsからなる基板、2は基板1
主面に形成されたSiが不純物として導入されている能
動層である。
【0015】以下、図を参照して製造方法を説明する。
まず、図1(a)に示すように、基板1の主表面に対
し、不純物としてSiをイオン化し、例えば30keV
の加速電圧,1〜5×1012cm-2のドーズ量で上方か
ら注入する処理を行い、平面形状が所定のパターンとな
る能動層2を形成する。なお、不純物としてSiの代わ
りにSeやSを用いても良い。次に、図1(b)に示す
ように、タングステンシリコンナイトライド(WSi
N)からなるゲート電極材料層3を能動層2との間でシ
ョットキー接合を形成するように堆積する。この堆積
は、たとえば、WとSiとをターゲットとした窒素ガス
雰囲気中による反応性スパッタリング法により行い、堆
積形成する膜厚は例えば400nmとする。
【0016】次いで、図1(c)に示すように、ゲート
電極材料層3上にフォトリソグラフィによりレジストパ
ターン4を形成する。そして、図1(d)に示すよう
に、ゲート電極材料層3をレジストパターン4をマスク
としてエッチングし、その後レジストパターン4を除去
し、幅100nm高さ400nmのゲート電極3aを形
成する。このゲート電極3a形成におけるエッチング
は、SF6 等のフッ素系ガスを主たる反応ガスとする反
応性イオンエッチングあるいはプラズマエッチングなど
により行い、上から見てレジストパターン4の形状をそ
のまま転写するように加工する。
【0017】次に、図1(e)に示すように、基板1お
よびゲート電極3a上にシリコン酸化膜をプラズマCV
D法により厚さ400nm形成し、サイドウォール材料
層5を形成する。ここで、このサイドウォール材料層5
は、ゲート電極3aの側面の厚さが300nm以上とな
るようにする。次いで、図2(f)に示すように、サイ
ドウォール材料層5をフッ素系ガスを主たる反応ガスと
した反応性イオンエッチングによる異方性エッチングを
施して、サイドウォール5aを形成し、この上よりSi
のイオン注入を行い、高濃度領域6a,6bを形成す
る。
【0018】ここでは、ゲート電極3aとサイドウォー
ル5aをマスクとし、Siイオンを加速電圧50〜30
0keVで、打ち込み角度を基板1主表面の法線に対し
て21度と傾け、1013〜1015cm-2の高濃度に注入
する。これにより、高濃度領域6aは、サイドウォール
5aの幅だけゲート電極3aより離れ、かつ能動層2よ
り深く形成される。そして高濃度領域6bは、ゲート電
極3aから高濃度領域6aより約150nm離れたとこ
ろに、能動層2より深く形成されることになる。
【0019】次いで、サイドウォール5aを例えば弗酸
を用いたウエットエッチングで除去し、図2(g)に示
すように、打ち込み角度を傾けて、Siのイオン注入を
行い、中間濃度層7a,7bおよびチャネル層2aを形
成する。ここでは、ゲート電極3aをマスクとし、Si
イオンを例えば加速電圧30keVで、打ち込み角度を
基板1主表面の法線に対して21度と傾け、1012〜1
14cm-2程度の濃度に注入し、チャネル層2a(能動
層2)より若干深く形成する。これにより、中間濃度層
7bは、ゲート電極3aより約150nm離れたところ
から形成される。なお、この中間濃度層7a,7bの不
純物濃度は、チャネル層2aの不純物濃度以上となって
いればよい。
【0020】次に、図2(h)に示すように、WSiN
からなる活性化熱処理キャップ層8を堆積形成し、この
後、イオン注入により形成したチャネル層2a,中間濃
度層7a,7bおよび高濃度領域6a,6bの活性化処
理を行う。この活性化処理は、ランプアニールにより行
い、800〜1000℃で0.1〜2秒行う。次いで、
SF6 などのフッ素系ガスを主たる反応ガスとしたEC
Rプラズマエッチングにより、活性化熱処理キャップ層
8を除去し、図2(i)に示すように、ソース領域とな
る高濃度領域6a上にAuGeNiからなるソース電極
9a、およびドレイン領域となる高濃度領域6b上にA
uGeNiからなるドレイン電極9bをそれぞれオーミ
ック接合するように形成する。
【0021】以上説明したように、この実施例1のショ
ットキー接合型の電界効果トランジスタでは、ソース領
域となる高濃度領域6aより、ドレイン領域となる高濃
度領域6bの方がゲート電極3aから離れており、加え
て、ドレイン領域側の中間濃度層7bがゲート電極3a
より離れて形成されている。このため、この実施例1に
よれば、ゲート長を短縮しても、ソース抵抗を増大させ
ることなく、ドレインコンダクタンスを低減でき、加え
て、ドレイン耐圧が向上する。
【0022】図3は、界効果トランジスタの製造途中
の状態を示す断面図である。以下、この電界効果トラン
ジスタの製造について説明する。ここでは、サイドウォ
ール5aを形成するところまでは、上記実施例1と同様
であるので、説明は省略する。なお図中同一符号は図
1,2と同様である。この電界効果トランジスタでは、
サイドウォール5aを形成した後、図3(a)に示すよ
うに、実施例1とは異なり、基板1に対して真上より垂
直にSiイオンを注入し、高濃度領域36a,36bを
形成する。
【0023】次いで、図3(b)に示すように、高濃度
領域36a側のサイドウォール5aが露出するように、
フォトリソグラフィによりレジストパターン31を形成
する。次いで、このレジストパターン31をマスクとし
て、弗酸(H2O:HF=10:1)により高濃度領域3
6a側のサイドウォール5aをエッチング除去し、レジ
ストパターン31を除去する。そして、図3(c)に示
すように、この上より垂直にSiイオンを注入し、中間
濃度層37およびチャネル層32aを形成する。この中
間濃度層37はチャネル層32aより深く形成し、不純
物濃度はチャネル層32a以上とする。
【0024】次いで、上記実施例1と同様に、イオン注
入により形成したチャネル層32a,中間濃度層37お
よび高濃度領域36a,36bの活性化処理を行い、図
3(d)に示すように、ソース領域となる高濃度領域3
6a上にAuGeNiからなるソース電極9a、および
ドレイン領域となる高濃度領域36b上にAuGeNi
からなるドレイン電極9bをそれぞれオーミック接合す
るように形成する。
【0025】以上説明したように、図3のショットキー
接合型の電界効果トランジスタでは、ソース領域となる
高濃度領域36aより、ドレイン領域となる高濃度領域
36bの方がゲート電極3aから離れており、加えて、
ドレイン領域側には中間濃度層を形成していない。この
ため、図3の電界効果トランジスタによれば、上記実施
例1と同様に、ソース抵抗を増大させることなく、ドレ
インコンダクタンスを低減でき、加えて、ドレイン耐圧
が向上する。
【0026】実施例. 図4は、この発明の第の実施例である電界効果トラン
ジスタの製造途中の状態を示す断面図である。以下、こ
の実施例の電界効果トランジスタの製造について説明
する。この実施例では、高濃度領域6a,6bを形成
するところまでは上記実施例1と同様であり、ここでは
その説明を省略する。なお図中同一符号は図1,2と同
様である。実施例1と同様に、高濃度領域6a,6bを
形成した後、サイドウォール5aを同様に除去し、図4
(a)に示すように、実施例1とは異なりSiイオンを
真上より基板1に対して垂直に注入して、中間濃度層4
7a,47bおよびチャネル層42を形成する。
【0027】次いで、上記実施例1と同様に、イオン注
入により形成したチャネル層42,中間濃度層47
a,47bおよび高濃度領域6a,6bの活性化処理を
行う。そして、図4(b)に示すように、ソース領域と
なる高濃度領域6a上にAuGeNiからなるソース電
極9a、およびドレイン領域となる高濃度領域6b上に
AuGeNiからなるドレイン電極9bをそれぞれオー
ミック接合するように形成する。
【0028】この実施例では、中間濃度層47bがゲ
ート電極3aに接するように形成されているので、上記
実施例1ほどはゲート耐圧は向上しないが、他のFET
特性をあまり犠牲にすることなく、ドレインコンダクタ
ンスを低減させることができる。
【0029】実施例. 図5は、この発明の第の実施例である電界効果トラン
ジスタの製造途中の状態を示す断面図である。以下、こ
の実施例の電界効果トランジスタの製造について説明
する。この実施例においては、高濃度領域36a,36
bを形成するところまでは、上記実施例と同様であるの
で、説明は省略する。なお図中同一符号は図1,2と同
様である。高濃度領域36a,36bを形成した後、サ
イドウォール5aを除去し、図5(a)に示すように、
ゲート電極3aをマスクとして、基板1の法線に対して
21度の角度よりSiイオンを注入し、中間濃度層57
a,57bおよびチャネル層52を形成する。
【0030】次いで、上記実施例1と同様に、イオン注
入により形成したチャネル層52,中間濃度層57
a,57bおよび高濃度領域36a,36bの活性化処
理を行う。そして、図5(b)に示すように、ソース領
域となる高濃度領域36a上にAuGeNiからなるソ
ース電極9a、およびドレイン領域となる高濃度領域3
6b上にAuGeNiからなるドレイン電極9bをそれ
ぞれオーミック接合するように形成する。
【0031】この実施例では、高濃度領域36a,3
6bそれぞれとゲート電極3aとの距離が同じであり、
ドレイン領域となる高濃度領域36bがゲート電極3a
よりあまり離れていないので、上記実施例1ほどはゲー
ト耐圧は向上しないが、実施例と同様に、他のFET
特性をあまり犠牲にすることなく、ドレインコンダクタ
ンスを低減させることができる。ところで、上記実施例
では、ソース領域側よりも、ドレイン側に形成する不純
物が導入される層・領域をゲート電極より離して形成す
るようにしていることを特徴としているが、あまり離し
すぎると電界効果トランジスタとして動作しなくなる。
この離す距離は、電界効果トランジスタとして動作する
範囲である。
【0032】なお、上記実施例では、基板材料としてG
aAsを用いるようにしているがこれに限るものではな
く、InPなど他の化合物半導体からなる半絶縁性材料
を用いても良い。また、上記実施例では、ゲート電極と
してWSiNを用いているが、これに限るものではな
く、WSi,WN,WAlや他の高融点金属またはそれ
らのシリサイド,ナイトライド,窒素を含むシリサイド
であっても良い。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ショットキ接合型の電界効果トランジスタにおい
て、ソース抵抗を増大させることなく、ドレインコンダ
クタンスを低減させることができるという効果がある。
このため、従来では150GHzが限度であった最大発
信周波数を、200GHzまで上げることが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の1実施例である電界効果トランジス
タの製造途中の状態を示す断面図である。
【図2】図1の続きを示す、この発明の1実施例である
電界効果トランジスタの製造途中の状態を示す断面図で
ある。
【図3】界効果トランジスタの製造途中の状態を示す
断面図である。
【図4】この発明の第の実施例である電界効果トラン
ジスタの製造途中の状態を示す断面図である。
【図5】この発明の第の実施例である電界効果トラン
ジスタの製造途中の状態を示す断面図である。
【図6】プレナー構造であるショットキ接合型の電界効
果トランジスタの構成を示す断面図である。
【図7】ドレイン領域を形成する高濃度領域とゲート電
極の距離がソース領域を形成する高濃度領域のそれより
離れている構造を有するショットキ接合型の電界効果ト
ランジスタの構成を示す構成図である。
【符号の説明】
1 基板 2 能動層 2a チャネル 3 ゲート電極材料層 3a ゲート電極 4 レジストパターン 5 サイドウォール材料層 6a,6b 高濃度領域 7a,7b 中間濃度層 8 活性化熱処理キャップ層 9a ソース電極 9b ドレイン電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−105929(JP,A) 特開 平3−191532(JP,A) 特開 平3−48429(JP,A) 特開 平2−271540(JP,A) 特開 平2−33938(JP,A) 特開 平3−14244(JP,A)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の主表面に形成された能動層
    と、 この能動層上にショットキー接合して形成されたゲート
    電極と、 前記能動層の両側の半導体基板主表面に形成され、前記
    能動層と同一導電型でこの能動層より深く形成された第
    1および第2の高濃度領域と、 これら第1,第2の高濃度領域と能動層との間に、第
    1,第2の高濃度領域および能動層とにそれぞれ連接し
    て形成され、前記能動層と同一導電型で、前記能動層よ
    り深く、前記第1,第2の高濃度領域より浅く形成され
    た第1および第2の中間濃度層と を有し、 前記第1および第2の中間濃度層は、前記能動層以上で
    かつ第1および第2の高濃度領域以下の不純物濃度を有
    し、 前記第1の中間濃度層が前記ゲート電極から離れて形成
    され、 前記第2の高濃度領域より第1の高濃度領域の方が前記
    ゲート電極から離れて形成され、かつ前記第2の高濃度
    領域が前記第2の中間濃度層の下にまで配されているこ
    とを特徴とする電界効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】 半導体基板の主表面に形成された能動層
    と、 この能動層上にショットキー接合して形成されたゲート
    電極と、 前記能動層の両側の半導体基板主表面に形成され、前記
    能動層と同一導電型でこの能動層より深く形成された第
    1および第2の高濃度領域と、これら第1,第2の高濃度領域と能動層との間に、第
    1,第2の高濃度領域および能動層とにそれぞれ連接し
    て形成され、前記能動層と同一導電型で、前記能動層よ
    り深く、前記第1,第2の高濃度領域より浅く形成され
    た第1および第2の 中間濃度層とを有し、 前記第1および第2の中間濃度層は、前記能動層以上で
    かつ第1,第2の高濃度領域以下の不純物濃度を有し、 前記第2の高濃度領域より第1の高濃度領域の方が前記
    ゲート電極から離れて形成され、かつ前記第2の高濃度
    領域が前記第2の中間濃度層の下にまで配され ている
    とを特徴とする電界効果トランジスタ。
  3. 【請求項3】 半導体基板にイオン注入を行い能動層を
    形成する工程と、 前記能動層上にショットキー接合するようにゲート電極
    を形成する工程と、 前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程
    と、 前記ゲート電極とサイドウォールとをマスクとして前記
    半導体基板主表面にこの面の法線に対して角度を有する
    斜め方向よりイオン注入し、前記能動層と同一導電型で
    これより高濃度の第1の高濃度領域と第2の高濃度領域
    とを第1の高濃度領域より第2の高濃度領域の方が前記
    ゲート電極より離れた状態に形成する工程と、 前記サイドウォールを除去する工程と、 前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板主表面
    の法線に対して角度を有する斜め方向よりイオン注入し
    て、第1および第2の中間濃度層を、前記能動層と同一
    導電型でこの能動層よりは深く前記第1,第2の高濃度
    領域よりは浅く、かつ、前記ゲート電極に対して前記第
    2の高濃度領域と同じ側に形成する第2の中間濃度層の
    方は前記ゲート電極より離れた状態に形成する工程と
    有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方
    法。
  4. 【請求項4】 半導体基板にイオン注入を行い能動層を
    形成する工程と、 前記能動層上にショットキー接合するようにゲート電極
    を形成する工程と、 前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程
    と、 前記ゲート電極とサイドウォールとをマスクとして、前
    記半導体基板主表面に、この面の法線に対して角度を有
    する斜め方向よりイオン注入して、前記能動層と同一導
    電型でこれより高濃度の第1の高濃度領域と第2の高濃
    度領域とを第1の高濃度領域より第2の高濃度領域の方
    が前記ゲート電極より離れた状態に形成する工程と、 前記サイドウォールを除去する工程と、 前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板主表面に
    イオン注入し、前記能動層と同一導電型でこの能動層よ
    りは深く前記第1,第2の高濃度領域よりは浅く、第1
    および第2の中間濃度層を形成する工程と を有すること
    を特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
  5. 【請求項5】 半導体基板にイオン注入を行い能動層を
    形成する工程と、 前記能動層上にショットキー接合するようにゲート電極
    を形成する工程と、 前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程
    と、 前記ゲート電極とサイドウォールとをマスクとして前記
    半導体基板主表面にイオン注入し、前記能動層と同一導
    電型でこれより高濃度の第1の高濃度領域と第2の高濃
    度領域とを形成する工程と、 前記サイドウォールを除去する工程と、 前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板主表面
    の法線に対して角度を有する斜め方向よりイオン注入し
    て、第1および第2の中間濃度層を、前記能動層と同一
    導電型でこの能動層よりは深く前記第1,第2の高濃度
    領域よりは浅く、かつ、前記ゲート電極に対して前記第
    2の高濃度領域と同じ側に形成する第2の中間濃度層の
    方は前記ゲート電極より離れた状態に形成する工程と
    有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方
    法。
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