JPH03173478A - デバイス及びその製造方法 - Google Patents

デバイス及びその製造方法

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JPH03173478A
JPH03173478A JP29738190A JP29738190A JPH03173478A JP H03173478 A JPH03173478 A JP H03173478A JP 29738190 A JP29738190 A JP 29738190A JP 29738190 A JP29738190 A JP 29738190A JP H03173478 A JPH03173478 A JP H03173478A
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ジョージ ケイ.セラー
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スティーブン ジェームス ヒレニアス
Camger Evit
エヴィット カムガー
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は集積回路、特に高速集積回路に関する。
[従来の技術] 1′、導体集積回路のスピード向上の研究において、様
々な提案がなされてきた。特に有望な提案の一つとして
は、絶縁領域を覆っているシリコンのような半導体材料
に、電界効果トランジスタのような能動デバイスを形成
する方法がある。この絶縁領域は能動デバイス領域を基
板の大部分から絶縁し、しかも能動デバイス領域同士を
互いに絶縁している。絶縁により、過流容量を低減し、
バッキング密度の増加を許容することによって、デバイ
スのスピードが向上する。
絶縁領域によって基板の大部分から分離され、また結果
的にデバイス領域間の絶縁により適応した、シリコンの
ような半導体1イ料の領域を製造することを目的とした
多くの方法が提案されてきた。
(これに関して、絶縁領域は108o108oh以」二
の電気抵抗率を持った領域である。)こうした方法とし
ては、K、E、  ビーン(Bean)とW。
R,ラニャン(Runyan)のJ、エレクトロケムソ
サイエティ(J、Electrochei、Soc、)
 124. 5C(1977年)に開示されている機械
切断法や、米国特許節4,670,086号明細書(1
987年6月2日付け)に開示されている様なシリコン
の再結晶から製造される絶縁シリコン領域、イオン注入
による誘電体領域の形成がある。最近の方法には、高濃
度酸素埋込領域を形成するために、シリコン基板の表面
下に酸素を注入するものがある。米国特許節4,676
.841号明細書(1987年6月30日付け)に開示
されている、前記高濃度酸素埋込領域を望ましくは13
00度以上でアニーリングする方法では、シリコン領域
上において、比較的欠陥の少ない二酸化シリコン埋込頭
載を製造する。
高速デバイスの製造の研究において、様々なデバイス形
状がこうした誘電体絶縁基板に用いられてきた。そのよ
うな形状の一つ(第1図に示す)において、電界効果ト
ランジスタのシリコン・ソース領域とシリコン・ドレイ
ン領域4は、接合を行い、接合領域の電導率を上げるた
めに、不純物を注入される。結果的にソースとドレイン
の電気接触抵抗は大きく減少する。ソース/ドレイン注
入後、注入による損傷をアニールし、第1図の領域15
に注入不純物を拡散し、電気接触を完全にするために、
デバイスは通常900度から1100度の温度になるよ
うに加熱される。このアニーング方法は、実際にソース
とドレインの電気接触を完全にし、注入による損傷をか
なり取り除くが、ゲート8の下の領域6への不純物拡散
を引き起こす。下にある誘電体領域10は垂直方向の拡
散を妨げ、さらにゲートの下の領域6と不純物注入領域
4がシリコンであるため、前記拡散は比較的急速であり
、ソースとドレインの導電性(例えば、10−10−5
a以上の電流を流すゲートオフ程度の導電性)の増大、
さらに最悪の場合にはソースとドレインとの間の電気的
な短絡を引き起こす。
同様に、シリサイドの接触を含むソースとドレインとの
接触は、誘電体絶縁デバイスにおいても同じ問題を生じ
る。高速デバイスのデバイス形状においても、ソース領
域とドレイン領域のシリコンは、要求される不純物を注
入され、通常900℃から1100℃でアニーリングさ
れる。その時、ある金属が、注入されたシリコン上に蒸
着され、この金属/シリコン結合領域は、導電性シリサ
イドが生じるような金属とシリコンとの反応をおこすだ
めに、通常(その金属に応じて)400℃から900℃
に加熱される。以上に示したデバイス形状に関して、最
初のアニーリング・プロセスの間、それに関係した電気
的性質の低下をともない、ゲートの下のシリコン領域に
大きな不純物拡散が起こる。このように、電気的性質を
維持しながら、デバイス・スピードの向上を達成するこ
とは困難な目的である。
[発明の概要] 低漏電特性を持った高速デバイスは、絶縁基板上にシリ
コンを用いることにより生成される。またソース領域と
ドレイン領域を持ったデバイス形状は、最初にシリサイ
ドを形成し、次にシリサイド領域に注入を行い、そして
アニーリングを行うことで生成される。具体例として、
酸素注入法により絶縁基板上にシリコンを形成する方法
があり、これはP、L、F、ヘンメント(Hemmen
t )の「マテリアル リサーチ ソサイエティ シン
ポジウム、プロシーディング(Materials R
e5earchSociety Symp、 Proc
eedings) J 53巻207頁乃至221頁(
1986年)に開示されている。
皮相接合デバイス[1)ソース領域とドレイン領域の表
面と、2)その下のpとnの過半数不純物柱の間にある
インタフェース、との間に2000オングストローム以
下の厚さの領域を備えたソース領域とドレイン領域を有
するデバイス]は、最初にシリコン・ソース領域とシリ
コン・ドレイン領域上に金属を堆積し、シリサイドを形
成し、シリサイド領域に注入を行い、最後に注入デバイ
スを加熱することで形成される。このシリサイド領域に
注入を行い、加熱する連続処理は、米国特許出願第07
/209,149号(1988年8月15日付け)に具
体的に開示されている。ゲートの下のシリコン領域に関
して、シリサイドのソース領域とドレイン領域の間の大
きく異なる性質は拡散を制限し、優れたデバイス特性を
導く。
[実施例] 説明上の便宜的理由から、本発明は、バルク・シリコン
・ウェハ内に酸素を注入することにより形成された誘電
性絶縁シリコン能動領域上に、能動デバイスを形成する
ことに関して以下に説明される。しかし、本発明は、あ
らゆる誘電性絶縁シリコン領域上に、この領域の製法に
関係なく、高速デバイスを形成することに関することを
理解する必要がある。誘電性絶縁領域の適切な製法は、
公知の通りG、 K、セラー(Caller)のrUL
SI サイエンス アンド テクノロジー(ULSI 
5ciencc and Technology ) 
J  (1987年)、「エレクトロケミカル ソサイ
エティ プロシーディング(Electrocheml
eal 5ociety Proc、 ) J第87巻
11章696頁乃至711頁(1987年)、またrM
R3シンポジウム プロシーディング(MR8Symp
、Proc、) J第53巻(1986年)、第107
巻(1988年)に開示されている。
前述した通り、本発明は、ゲートの下のシリコン領域と
、シリサイド・ソース領域及びシリサイド・ドレイン領
域との間の不純物の好ましい分離によって、能動デバイ
スのゲートの下のシリコン領域内への不純物の拡散を制
限することを含む。
(この分離の尺度としては、シリサイドとシリコン間の
インタフェースの各側における100オングストローム
に及ぶ二つの領域内の不純物の濃度の割合として定義さ
れる分離係数を用いる。)例えば、コバルト・シリサイ
ドやシリコンのように、シリサイドとシリコン間の分離
係数は最低で5なので、シリコンに対するシリサイド内
の不純物濃度の差は最低5対1である。つまり、第2図
のシリサイド21からゲート23の下の領域22への外
部拡散を大幅に減少することができる。(ヒ素は、ホウ
素やリンのような他の不純物と異なり、シリサイドのグ
レイン境界にそって移動し、分離現象に関する効果のい
くつかを低減する。)この優れた効果は、領域内に存在
する注入不純物か900℃以上になる前にシリサイドが
形成された場合にのみ得られる。例えば、仮に注入不純
物がシリサイドが形成される間存在するならば、不純物
は初期のシリコン領域(シリサイドは拡散が起こってい
るとき、形成されない)からゲートの下のシリコン領域
に拡散する。この場合には、9歪に関する効果がなく、
好ましくない不純物の拡散を制限できない。多くの場合
、基板表面に関して垂直な方向の拡散は誘電性領域25
があるために不可能であるので、ゲート上のシリコンの
横方向の拡散は、仮に温度が900℃になる前にシリサ
イドが形成されない場合には、さらに進行してし、よう
一般的に、本発明はデバイス設計方式に間係なくスピー
ドを向上させるが、ゲートの下の不純物拡散がより臨界
になる1μmよりさらに正確な設計24!i僧に従うデ
バイスを用いることが望ましい。
(この設計l&亭はデバイスの臨界横方向寸法を最小に
する。)このようなデバイスは、一般にソースとドレイ
ン間の比較的短い距離に関して高速性能を示す。このよ
うなデバイスはまた、この理由から不純物拡散によるソ
ース対ドレイン漏れにより影ツを受けやすくなる。この
ようなデバイスを製造する方法としては、米国特許出願
第07/209.149号(1988年8月15日付け
)において、実質的な拡散が起こる900℃以上に加熱
する前にシリサイドを形成することによりソースとドレ
インの接触を1μm以下にするという設計基亭をもぢい
て、前述の皮相接合デバイスを製造することが開示され
ている。
8 基本的に、この方法は、10 から101020ato
/Cm3の範囲の予め形成されたシリサイド接触におい
て、不純物濃度を生み出すために、p形不純物を用いた
混合物を含むホウ素、N形不純物を含むヒ素やリンを注
入することを含んでいる。こうしたシリサイド領域は、
0゜7μm設計基準で一般的に2000オングストロー
ム以下の深さを持っており、ソース領域とドレイン領域
内のシリコン上に、コバルトなどの金属の200オング
ストロームから400オングストロームの厚さの層を堆
積することで形成される。イオン注入する前にシリサイ
ドを形成することは、−船釣に、シリサイドの種類に応
じて400℃から900℃の範囲の温度に加熱すること
で達成される。例えば、コバルトを用いた場合には40
0℃から600℃の範囲の温度に加熱する。10から5
0ke■の範囲でイオン加速度電圧を用いて1014か
ら10  atoms/cm 2の範囲のドーズ量でイ
オン注B 人することは、高速デバイスとして望ましい電気特性を
得るために必要な不純物濃度と断面を生成する。続いて
、750℃から900℃の範囲で注入シリサイド領域の
加熱を行うと、ゲートの下のシリコン領域にあまり拡散
することなしにソースとドレインの電気的な接触を得ら
れる。
不可欠ではないが、nタブ形状とpタブ形状、及び対称
な0MO5技術、即ち、nチャネルとpチャネル内に本
質的に等価な(反対の記号を除いて)しきい値電圧を生
成するnチャネル・デバイスとpチャネル・デバイスの
両方において、類似した不純物濃度(反対のタイプを除
いて)を持った形状のCMO3技術を用いることが望ま
しい。
そのような対称形状とその製造は、S、J、 ヒレニウ
ス(lli l 1enius )らによって、rVL
srサイエンス アンド テクノロジー(Vl、SI 
5clence and Technology )、
[C,S、オズバーン(Osburn )とJ、M、ア
ンドルー(Andrevs )による編集、エレクトロ
ケミカル ソサイエティ(Electrochemic
al 5oc1ety ) 、ニューシャーシー州(N
ew Jersey)ベニントン(Pennfngto
n)(1989年)]」の51頁に開示されている。
対称形状の利用は必須ではないが、その利用は、しきい
値電圧を同時に改善でき、短チヤネル効果を回避できる
以下の例は本発明を含むプロセスの解説である。
[例1] 直径4インチで表面の大部分が(100)結晶方向平面
であるシリコン・ウェハを、イートン・ツバ100mA
酸素注入器のサンプル・ホルダ上に固定した。基板を、
放射加熱により615℃にまで予熱した。それから放射
源を消し、電子線によって供給されるエネルギーによっ
て温度を維持した。加速度電圧200keV、1.7X
10’Cm””2のドーズ量を用いて、酸素をウェハに
注入した。
注入の後、このウェハを、100℃に維持された100
0m130%過酸化水素の中に12.24kgの濃硫酸
を含んだ溶液に10分間浸し、さらに70℃に加熱した
イオン除去水に浸し、回転乾燥した後、100:1のH
F緩衝水溶液の中に1分間浸すことによって、洗浄を行
った。洗浄されたウェハを、低圧化学気相成長装置に挿
入し、580mTo r rの圧力、基板温度730℃
の条件で、4エチルオルソ珪酸塩前駆物質ガスを用いて
、ウェハの両側の主要表面に5500オングストローム
のシリコン酸化物を成長させた。その後、200Orp
mで回転することにより、ウェハの正面側を、ノボラッ
ク(novolac )  ・フォトレジストの厚さ1
μmの層で覆った。7:1のHF緩衝溶液にウェハを浸
すこと(BOE)(緩衝酸化物エツチング)により、ウ
ェハの背面側の酸化物を除去した。その後フォトレジス
トを除去した。
次に、ウェハを、低圧化学気相成長装置のサンプル・ホ
ルダ内に設置した。基板温度が630℃で、水素キャリ
ア・ガスをもったシランの圧力が300mTo r r
である条件の下で低圧化学気相成長法により、およそ1
μmのシリコン多結晶をウェハの両側に成長させた。ウ
ェハの背面側を、プラズマ増強化学気相成長法により形
成されたシリコン酸化物の厚さ2400オングストロー
ムの層で覆った。その後、ウェハの正面側のポリシリコ
ンを、エチレンジアミン/ピロカテコール溶液の中に5
分間ウェハを浸すことで除去した。結果的に、注入正面
表面上に厚さ0.5μmの酸化物保護皮膜が、背面側の
ポリシリコン層と共に得られた。
ウェハを、タングステン・ハロゲン・ランプを備えた放
射炉内に挿入した。ウェハを、背面側にのみ熱放射がお
こり易いように調節した。基板の正面側の温度を、20
℃/ s e cの割合で上昇し、30分間1405℃
に維持した。その後、ウェハを、2分間以上の間隔で、
室温で冷却した。(この加熱方法は米国特許節4,67
6.841号明細書(1987年6月30日付け)に開
示されている。) 正面側の酸化物を、ブラッシングと、pクリーン(濾過
された硫酸)、及び室温で7:1のBoEで7分間エツ
チングすることによって、除去した。酸化物の除去が完
全かどうかを疎水性試験で確認した。
シリコン・フィルムを薄くするために、1000オング
ストローム酸化物層を、1000℃で100分間、98
%02と2%HCIの混合気体内において成長させた。
酸化物の厚さは1068オングストロームと測定された
。酸化物を、2分間の7二1 BOEで除去した。
ウェハを、ブラッシングとこれに続くpクリーンで洗浄
した。ウェハを、明るい光線の中で検査した後、100
 : IHF内に2分間浸して洗浄した。酸化物を、0
゜とHCIの混合気体内で、950℃で24分間成長さ
せた。厚さ360オングストロームの酸化物が得られた
ウェハを、100: IHFで1分間エツチングするこ
とで洗浄した。ジクロロシランとアンモニア前駆物質の
混合物を用い、基板温度を約750℃にし、減圧化学気
相成長法(LPGVD)によって、約1200オングス
トロームの窒化シリコンを成長させた。この窒化物の厚
さは、2つのモニタ・ウェハ上で、1216オングスト
ローム及び1223オングストロームと測定された。ウ
ェハを、再度ブラッシングし、100 : IHF内で
2分間エツチングすることによって洗浄した。その後、
900℃のチューブ状加熱炉で、98%02と2%HC
Iとの混合気体中に30分間ざらすことで窒化物を酸化
した。
所定の窒化物を生成するために、最初に3レベル・レジ
ストを用いた。シップレイ(Shjplay )182
2レジストの厚さ2.5μmの層を400Orpmで回
転させた後、コンベア・ベルト・オーブン・ユニットを
用いて、250℃で600秒焼0た。窒素キャリア・ガ
ス(150)s c cm。
SiH(66)sccmSN20 (1575sccm
)前駆物質を用いて、約1200オングストロームのS
 iO2を、プラズマ成長させた。プラズマを、25m
To r rのガス圧、基板温度が約200℃の条件下
、475ワツトの出力で前駆物質に打ち込んだ。2つの
層の最終的な厚さは1゜7μmであった。密着強化剤(
ヘキサメチルヂシリザン・ガス)を、ウェハに用いた。
そして、厚さ約7000オングストロームのシップレイ
1805を4000rpmで回転させ、]]5℃で焼い
た。レジストを、OCA光学露光器と、ゲート領域、ソ
ース領域、ドレインBfi域の輪郭を描くためのパター
ンを持ったマスクとを用いて、0.7秒間露光した。そ
の後、レジストを除去し、リフティングのために線幅を
測定し、検査した。酸化物をプラズマエツチング法(H
E X)により5分間エツチングした。この処理は、六
角形エツチング器内で、3段階反応イオン・エツチング
・プロセスを用いて実施された。第1段階は、60mT
orrの80%CHF  と20%CO2の混合気体中
で450Vバイアス電圧で、約5分間行われた。第2段
階は、02内で、600Vバイアスで約5分間行われた
。第3段階は、CO2内で、450Vバイアス電圧で3
0−40分間行われた。
ウェハを検査し、側壁を、30 : IBOEの中で、
2分間エツチングすることにより除去した。
ウェハを、100:IHFで30秒間洗浄した。
高圧酸化を、850℃で、5000オングストロームの
酸化物を成長させるように行った。酸化物の厚さをrl
PI定した後、〕O:1に希釈されたBOEエツチング
溶液(エツチングの割合は250オングストロ一ム/m
1n)に2分間浸して500オングストロームだけ薄く
した。
続いて、下にある窒化物を、熱リン酸中で30分間エツ
チングした後、pクリーンを行った。鳥の口ばし状のも
のを、10:1に希釈されたBOE(エツチング速度は
250オングストロ一ム/m1n)に3分間浸すことに
より、エツチングした。次に、150オングストローム
厚の損傷している酸化物を、98%02と2%HCIと
の混合物を用い900℃乾燥酸化で38分間成長させた
さらに酸化/エッチバックを行い、デバイスの製造に適
合するようにシリコン・フィルムを一層薄くした。最初
に、100 : IBOEで10分間酸化物エツチング
を行い、続いて、98%02と2%HCIを用いて24
分間、900℃の乾燥酸化により、厚さ150オングス
トロームの酸化物層を成長させた。
ウェハを、ヘキサメチルヂンランザン(HMDS)・ガ
スにさらした。厚さ1.2μmのシップレイ1813を
5000 r pmで用いた。OCAステッパを用いて
所定のnタブ領域を形成するために、マスクを通して露
光を行った。レジストを、業務用現像液を用いて、現像
した。
P注入を、55keV、エクストリオン注入器でI X
 1012c m−2(7)ドーズ】テ行イ、続イテ7
5分間400ワットの出力を使用してMTIプラズマ・
エラチャ内で酸素エツチングを行った。レジストを、さ
らにpストリップ(水成アンモニウム過硫酸塩溶液)を
20分間用いて除去し、検査して、さらにpクリーンを
行った。
そして、ウェハをHMDSガスにさらし、続いて1.2
μmのシップレイ1813を500回転で使用した。1
15℃で45分分間−た後、光学リソグラフィを、nタ
ブ領域を定めるためのマスクを用いてOCAステッパ上
で行った。その後、レジストを、2.5分間で現像し、
線幅を測定し、検査を行い、120℃で焼いた。そして
、B注入として、エクストリオン注入器を30keVエ
ネルギーでI X 1012c m−2のドーズ量で用
い、p注入で述べたようなプロセスを行った。レジスト
を、20分間pストリップ内でエツチングした。
レジストの除去を検査し、さらにpクリーンを行つた。
その後、注入物は活性化され、最初に100:IBOE
で7分間洗浄を行い、さらに100%02内で、900
℃35分間の乾燥酸化を行うことによって押込まれた。
測定された酸化物は175オングストロームであった。
様々な酸化ステップで消費されたSiフィルムの厚さの
合計は1050オングストロームであった。この数字は
TEMによって測定された最終的な厚さと正確に整合し
た。このプロセスの残りの部分は、ヒレニウス(Ili
llenius )らが上記で開示しているバルク対称
CM OSプロセスに等しい。
第1図はシリサイド・ソースとシリサイド・ドレインを
持たない誘電性絶縁デバイスを示す図、第2図は本発明
を含むデバイスを示す図である。
出 願 人:アメリカン テレホン アンド FIG、  1 FIG、 2

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリコンを成分とする基板上の能動領域に、ゲー
    ト領域、ソース領域、及びドレイン領域を形成するステ
    ップ、 ドープト・ソース領域及びドープト・ドレイン領域を形
    成するために、前記ソース領域及びドレイン領域をドー
    ピングするスチップ、及び 不純物拡散を行うために、十分な高温に前記ソース領域
    、ドレイン領域を加熱するステップを有し、 前記基板が前記能動領域から絶縁材料により絶縁され、
    前記ドープト・ソース領域及びドープト・ドレイン領域
    がドープト・シリサイド領域を含み、且つ、前記ドープ
    ト・シリサイド領域が、前記拡散が行われる前に形成さ
    れることを特徴とするデバイスの製造方法。
  2. (2)前記シリサイドがコバルト・シリサイドからなる
    ことを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. (3)前記絶縁材料が二酸化シリコンであることを特徴
    とする請求項2記載の方法。
  4. (4)前記絶縁材料が二酸化シリコンであることを特徴
    とする請求項1記載の方法。
  5. (5)前記能動領域がN形領域とP形領域の両方を含む
    ことを特徴とする請求項1記載の方法。
  6. (6)前記P形領域と前記N形領域が対称であることを
    特徴とする請求項5記載の方法。
  7. (7)前記基板がシリコン基板への酸素注入と前記シリ
    コン基板のアニーリングにより形成されることを特徴と
    する請求項1記載の方法。
  8. (8)シリコン基板上に、絶縁領域により前記基板から
    絶縁されている少なくとも二つの能動領域を有し、前記
    能動領域が導電領域により分離されるソース領域とドレ
    イン領域を含み、前記導電領域がゲートによって覆われ
    るデバイスにおいて、前記ソース領域と前記ドレイン領
    域が不純物を含有するシリサイド領域を含み、前記導電
    領域に前記不純物がほとんど存在しないことを特徴とす
    るデバイス。
  9. (9)前記シリサイドがコバルト・シリサイドであるこ
    とを特徴とする請求項8記載のデバイス。
  10. (10)前記絶縁領域が二酸化シリコンからなることを
    特徴とする請求項9記載のデバイス。
  11. (11)前記絶縁領域が二酸化シリコンからなることを
    特徴とする請求項8記載のデバイス。
  12. (12)少なくとも一つのN形領域と一つのP形領域を
    含むことを特徴とする請求項8記載のデバイス。
  13. (13)前記p形領域と前記N形領域が対称であること
    を特徴とする請求項12記載のデバイス。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5331983A (en) * 1976-09-06 1978-03-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Production of semiconductor substrates
JPS5846633A (ja) * 1981-08-27 1983-03-18 ウエスターン エレクトリック カムパニー,インコーポレーテッド 集積回路の製造方法
JPS61248476A (ja) * 1985-04-26 1986-11-05 Hitachi Ltd 半導体装置の製造方法

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