JPH03180058A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH03180058A
JPH03180058A JP1319737A JP31973789A JPH03180058A JP H03180058 A JPH03180058 A JP H03180058A JP 1319737 A JP1319737 A JP 1319737A JP 31973789 A JP31973789 A JP 31973789A JP H03180058 A JPH03180058 A JP H03180058A
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JP
Japan
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film
mos transistors
supply voltage
gate electrode
transistor
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JP1319737A
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Japanese (ja)
Inventor
Masanori Noda
昌敬 野田
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Sony Corp
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Sony Corp
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Publication of JPH03180058A publication Critical patent/JPH03180058A/en
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Abstract

PURPOSE:To optimize structures of plural kinds of MOS transistors different in a supply voltage and others by a method wherein the MOS transistors in a plurality of kinds different in the width of a side wall spacer are located mixedly. CONSTITUTION:Plurality kinds of MOS transistors Q1, Q2 having side wall spacers 7, 8 different in the width are located mixedly. On the occasion, the widths of the side wall spacers 7, 8 are determined in conformity with the working conditions of the MOS transistors and they are selected generally to be large as a supply voltage to be used is high. In other words, the widths of the side wall spacers 7, 8 are set in conformity with the supply voltage to be used and other conditions. Thereby structures of the MOS transistors in plural kinds different in the supply voltage and others can be optimized.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に関し、例えば異なる電源電圧を
使用する複数種のMOSトランジスタが混在するLSI
に適用して好適なものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, for example, an LSI in which multiple types of MOS transistors using different power supply voltages coexist.
It is suitable for application to.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、ゲート電極の側壁にサイドウオールスペーサ
が形成されたMOSトランジスタを有する半導体装置に
おいて、サイドウオールスペーサの幅が異なる複数種の
MO3I−ランジスタが混在する。これによって、電源
電圧などが異なる複数種のMOSトランジスタの構造の
最適化を図ることができる。
The present invention is a semiconductor device having a MOS transistor in which a sidewall spacer is formed on the sidewall of a gate electrode, in which a plurality of types of MO3I-transistors having different sidewall spacer widths coexist. This makes it possible to optimize the structures of multiple types of MOS transistors having different power supply voltages.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

設計ルールが例えばハーフミクロンのMOSLSIにお
いては、電源電圧などが異なる2種類以上のMOSトラ
ンジスタが混在する。これらのMOSトランジスタの最
適構造は、使用する電源電圧など、その使用条件によっ
て異なる。
In a MOSLSI with a design rule of half micron, for example, two or more types of MOS transistors with different power supply voltages and the like coexist. The optimal structure of these MOS transistors differs depending on the conditions of use, such as the power supply voltage used.

ところで、近年の高集積のMOSLSIにおいては、L
 D D (Lightly Doped Drain
)構造のMOSトランジスタが用いられている。このL
DD構造のMOSトランジスタにおいては、ゲート電極
の側壁にサイドウオールスペーサが形成され、このサイ
ドウオールスペーサの下側の半導体基板中に低不純物濃
度領域から成る電界緩和層が形成される。この電界緩和
層の幅は、一般的に電源電圧が高いほど広くする必要が
ある。
By the way, in recent highly integrated MOSLSIs, L
D D (Lightly Doped Drain
) structure is used. This L
In a DD structure MOS transistor, a sidewall spacer is formed on the sidewall of the gate electrode, and an electric field relaxation layer consisting of a low impurity concentration region is formed in the semiconductor substrate below the sidewall spacer. Generally, the width of this electric field relaxation layer needs to be increased as the power supply voltage becomes higher.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし、本発明者の知見によれば、従来、上述のような
電源電圧などが異なる複数種のMOSトランジスタが混
在するMO3LSIにおいてMOSトランジスタがLD
D構造である場合には、これらの複数種のLDD構造の
MOSトランジスタのサイドウオールスペーサの幅は同
一であり、従ってこのサイドウオールスペーサの下側に
形成される電界緩和層の幅も同一であった。このため、
これらの複数種のLDD構造のMOSトランジスタは各
種類毎に最適化された構造とはなっていなかった。
However, according to the findings of the present inventor, conventionally, in MO3LSI in which multiple types of MOS transistors with different power supply voltages as described above coexist, the MOS transistor is
In the case of the D structure, the widths of the sidewall spacers of the MOS transistors having the plurality of types of LDD structures are the same, and therefore the widths of the electric field relaxation layers formed under the sidewall spacers are also the same. Ta. For this reason,
These multiple types of MOS transistors with LDD structures do not have structures optimized for each type.

従って本発明の目的は、電源電圧などが異なる複数種の
MOSトランジスタの構造の最適化を図ることができる
半導体装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can optimize the structure of multiple types of MOS transistors having different power supply voltages.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するために、本発明は、ゲート電極の側
壁にサイドウオールスペーサが形成されたMO3I−ラ
ンジスタを有する半導体装置において、サイドウオール
スペーサ(7,8)の幅が異なる複数種のMOSトラン
ジスタ(Q、、Q、)が混在する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device having an MO3I-transistor in which a sidewall spacer is formed on the sidewall of a gate electrode, in which a plurality of types of MOS transistors having different widths of sidewall spacers (7, 8) are provided. (Q,,Q,) are mixed.

ここで、サイドウオールスペーサ(7,8)の幅は、M
OSトランジスタの使用条件などに応じて決められ、−
船釣には使用する電源電圧が高いほど広く選ばれる。
Here, the width of the side wall spacers (7, 8) is M
It is determined according to the operating conditions of the OS transistor, and -
For boat fishing, the higher the power supply voltage used, the more widely chosen.

〔作用〕[Effect]

上述のように構成された本発明の半導体装置によれば、
使用する電源電圧などに応じてサイドウオールスペーサ
(7,8)の幅を設定することにより、電源電圧などが
異なる複数種のMO3I−ランジスタの構造の最適化を
図ることができる。
According to the semiconductor device of the present invention configured as described above,
By setting the width of the sidewall spacers (7, 8) according to the power supply voltage to be used, it is possible to optimize the structure of multiple types of MO3I-transistors having different power supply voltages.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。この実施例は、本発明をMO3LSIに適用し
た実施例である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. This example is an example in which the present invention is applied to MO3LSI.

第1図は本発明の一実施例によるMO3LSIを示す。FIG. 1 shows a MO3LSI according to an embodiment of the present invention.

第1図に示すように、この実施例によるMO3LSIに
おいては、例えばp型シリコン(St)基板1の表面に
フィールド5iO1膜2が選択的に形成され、これによ
って素子間分離が行われている。
As shown in FIG. 1, in the MO3LSI according to this embodiment, a field 5iO1 film 2 is selectively formed on the surface of, for example, a p-type silicon (St) substrate 1, thereby providing isolation between elements.

このフィールド5iO1膜2で囲まれた活性領域の表面
にはゲー)Sing膜3が形成されている。符号4.5
はゲート電極を示す、これらのゲート電極4,5は、例
えばリン(P)のような不純物がドープされた多結晶S
t膜や、この不純物がドープされた多結晶Si膜上に例
えばタングステンシリサイド(WSiz )膜のような
高融点金属シリサイド膜を重ねたポリサイド膜などによ
り形成される。
A Sing film 3 is formed on the surface of the active region surrounded by the field 5iO1 film 2. code 4.5
denotes a gate electrode. These gate electrodes 4 and 5 are made of polycrystalline S doped with an impurity such as phosphorus (P).
It is formed of a T film or a polycide film in which a high melting point metal silicide film such as a tungsten silicide (WSiz) film is overlaid on a polycrystalline Si film doped with impurities.

この場合、ゲート電極5の上には、このゲート電極5と
同一平面形状を有するSt Oz 1116が形成され
ている。符号7.8は例えばSingから威るサイドウ
オールスペーサを示す。
In this case, St Oz 1116 having the same planar shape as the gate electrode 5 is formed on the gate electrode 5 . Reference numeral 7.8 indicates a side wall spacer, for example from Sing.

一方、p型Si基板1中には、ゲート電極4に対して自
己整合的に例えばn1型のソース領域9及びドレイン領
域10が形成されているとともに、ゲート電極5に対し
て自己整合的に例えばn°型のソース領域11及びドレ
イン領域12が形成されている。この場合、これらのソ
ース領域9.11及びドレイン領域10.12には、サ
イドウオールスペーサ7.8の下側の部分に例えばn−
型の低不純物濃度部9a、lla、10a、12aが形
成されている。そして、これらのゲート電極4、ソース
領域9及びドレイン領域10によりLDD構造のnチャ
ネルMO3I−ランジスタQ、が形成されているととも
に、ゲート電極5、ソース領域11及びドレイン領域1
2によりLDD構造のnチャネルMO3トランジスタQ
2が形成されている。
On the other hand, in the p-type Si substrate 1, for example, an n1 type source region 9 and a drain region 10 are formed in self-alignment with respect to the gate electrode 4, and in addition, for example, in self-alignment with respect to the gate electrode 5. An n° type source region 11 and drain region 12 are formed. In this case, these source regions 9.11 and drain regions 10.12 have, for example, n-
Low impurity concentration portions 9a, lla, 10a, and 12a of the mold are formed. The gate electrode 4, the source region 9, and the drain region 10 form an n-channel MO3I-transistor Q having an LDD structure, and the gate electrode 5, the source region 11, and the drain region 1
2, LDD structure n-channel MO3 transistor Q
2 is formed.

この実施例においては、nチャネルMO3)−7ンジス
タQ、は低い電源電圧(例えば、3.3V)を使用し、
nチャネルMO3トランジスタQ2はより高い電源電圧
(例えば、5V)を使用する。
In this example, the n-channel MO3)-7 transistor Q uses a low supply voltage (e.g. 3.3V),
N-channel MO3 transistor Q2 uses a higher supply voltage (eg, 5V).

これに対応して、nチャネルMO3トランジスタQ!の
サイドウオールスペーサ8の幅は、nチャネルMO3ト
ランジスタQ、のサイドウオールスペーサ7の幅よりも
大きくなっている。そして、nチャネルMOSトランジ
スタQ2の電界緩和層、すなわち低不純物濃度部ILa
、12aの幅は、nチャネルMOSトランジスタQ、の
電界緩和層、すなわち低不純物濃度部9a、10aの幅
よりも大きくなっている。
Correspondingly, the n-channel MO3 transistor Q! The width of the sidewall spacer 8 of is larger than the width of the sidewall spacer 7 of the n-channel MO3 transistor Q. Then, the electric field relaxation layer of the n-channel MOS transistor Q2, that is, the low impurity concentration region ILa
, 12a are larger than the widths of the electric field relaxation layers of the n-channel MOS transistor Q, that is, the low impurity concentration regions 9a and 10a.

次に、上述のように構成されたこの実施例によるMO3
LSIの製造方法の一例を第2図A〜第2図Eを参照し
ながら説明する。
Next, MO3 according to this embodiment configured as described above
An example of a method for manufacturing an LSI will be described with reference to FIGS. 2A to 2E.

第2図Aに示すように、まずp型Si基板lの表面を選
択的に熱酸化することによりフィールドStO□膜2を
形成して素子間分離を行った後、このフィールドSin
、膜2で囲まれた活性領域の表面に熱酸化法によりゲー
)Sing膜3を形成する。
As shown in FIG. 2A, first, a field StO□ film 2 is formed by selectively thermally oxidizing the surface of a p-type Si substrate l to perform element isolation.
Then, a Ga) Sing film 3 is formed on the surface of the active region surrounded by the film 2 by thermal oxidation.

次に、例えばCVD法により全面に多結晶Si膜13を
形成した後、この多結晶Si膜13に例えばPのような
不純物をイオン注入法などによりドープして低抵抗化す
る。ゲート電極4.5の材料としてポリサイド膜を用い
る場合には、この不純物がドープされた多結晶Si膜の
上にさらに高融点金属シリサイド膜を形成する。
Next, after forming a polycrystalline Si film 13 over the entire surface by, for example, CVD, the polycrystalline Si film 13 is doped with an impurity such as P by ion implantation or the like to lower its resistance. When a polycide film is used as the material for the gate electrode 4.5, a refractory metal silicide film is further formed on this impurity-doped polycrystalline Si film.

次に、第2図Bに示すように、例えばCVD法により全
面にSing膜6を形成した後、このSing膜6上に
リソグラフィーにより所定形状のレジストパターン14
を形成する。ここで、この5if2膜6の膜厚は、形成
すべきサイドウオールスペーサ8の幅に応じて決められ
る。
Next, as shown in FIG. 2B, after forming a Sing film 6 on the entire surface by, for example, CVD, a resist pattern 14 of a predetermined shape is formed on this Sing film 6 by lithography.
form. Here, the thickness of the 5if2 film 6 is determined depending on the width of the sidewall spacer 8 to be formed.

次に、このレジストパターン14をマスクとして5iO
z膜6をエツチングする。これによって、nチャネルM
OSトランジスタQ1が形成される部分の5iOt膜6
が除去される。この後、レジストパターン14を除去す
る。
Next, using this resist pattern 14 as a mask, 5iO
The Z film 6 is etched. This allows n-channel M
5iOt film 6 in the part where the OS transistor Q1 is formed
is removed. After this, the resist pattern 14 is removed.

次に、第2図Cに示すように、5iOz膜6及び多結晶
Si膜13上にリソグラフィーにより所定形状のレジス
トパターン15を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, a resist pattern 15 having a predetermined shape is formed on the 5iOz film 6 and the polycrystalline Si film 13 by lithography.

次に、このレジストパターン15をマスクとしてSiO
2膜6及び多結晶Si膜13をエツチングした後、この
レジストパターン15を除去する。これによって、第2
図りに示すように、ゲート電極4.5が形成されるとと
もに、ゲート電極5の上にこのゲート電極5と同一形状
にSing膜6が残される。この後、これらのゲート電
極4,5をマスクとしてp型Si基板1中に例えばPの
ようなn型不純物を低濃度にイオン注入して例えばn−
型の半導体領域16.17,18.19を形成する。
Next, using this resist pattern 15 as a mask, SiO
After etching the second film 6 and the polycrystalline Si film 13, this resist pattern 15 is removed. This allows the second
As shown in the figure, a gate electrode 4.5 is formed, and a Sing film 6 is left on the gate electrode 5 in the same shape as the gate electrode 5. Thereafter, using these gate electrodes 4 and 5 as masks, an n-type impurity such as P is ion-implanted into the p-type Si substrate 1 at a low concentration, for example, n-
Type semiconductor regions 16, 17 and 18, 19 are formed.

次に、第2図Eに示すように、例えばCVD法により全
面に例えばSing膜20膜形0する。
Next, as shown in FIG. 2E, for example, 20 Sing films are formed over the entire surface by, for example, the CVD method.

次に、このStow膜20を例えば反応性イオンエツチ
ング(RIE)法により基板表面と垂直方向に異方性エ
ツチングして、第1図に示すようにゲート電極4.5の
側壁に5iOzから成るサイドウオールスペーサ7.8
を形成する。この場合、Sin、膜6の膜厚計だけゲー
ト電極5による段差が実質的に大きくなっていることか
ら、これらのゲート電極5及びSin、膜6の側壁に形
成されたサイドウオールスペーサ8の幅は、ゲート電極
4の側壁に形成されたサイドウオールスペーサ7の幅よ
りも大きくなる。次に、これらのサイドウオールスペー
サ7.8及びゲート電極4.5をマスクとしてp型Si
基板1中に例えばヒ素(As)のようなn型不純物を高
濃度にイオン注入する。これによって、n1型のソース
領域9及びドレイン領域10がゲート電極4に対して自
己整合的に形成されるとともに、n9型のソース領域1
1及びドレイン領域12がゲート電極5に対して自己整
合的に形成される。この場合、先に形成された半導体領
域16.17,18.19により、低不純物濃度部9a
、10a、lla、12aが形成される。このようにし
て、第1図に示すように、目的とするMO3LSIが完
成される。
Next, this Stow film 20 is anisotropically etched in a direction perpendicular to the substrate surface by, for example, reactive ion etching (RIE) to form a sidewall made of 5 iOz on the sidewall of the gate electrode 4.5, as shown in FIG. wall spacer 7.8
form. In this case, since the step caused by the gate electrode 5 is substantially larger by the thickness of the Sin film 6, the width of the side wall spacer 8 formed on the side wall of the gate electrode 5 and the Sin film 6 is is larger than the width of the sidewall spacer 7 formed on the sidewall of the gate electrode 4. Next, using these sidewall spacers 7.8 and gate electrodes 4.5 as masks, p-type Si
An n-type impurity such as arsenic (As) is ion-implanted into the substrate 1 at a high concentration. As a result, the n1 type source region 9 and drain region 10 are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 4, and the n9 type source region 1
1 and a drain region 12 are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 5. In this case, the previously formed semiconductor regions 16.17 and 18.19 create a low impurity concentration region 9a.
, 10a, lla, and 12a are formed. In this way, the desired MO3LSI is completed as shown in FIG.

以上のように、この実施例によれば、異なる電源電圧を
使用する2種類のLDD構造のnチャネルMO3トラン
ジスタQ、、Q、がp型Si基板1上に混在するMO3
LSIにおいて、高い電源電圧を使用するnチャネルM
OSトランジスタQ2のサイドウオールスペーサ8の幅
、従ってこのサイドウオールスペーサ8の下側に形成さ
れる低不純物濃度部11a、12aの幅は、低い電源電
圧を使用するnチャネルMOSトランジスタQ1のサイ
ドウオールスペーサ7の幅、従ってこのサイドウオール
スペーサ7の下側に形成される低不純物濃度部9a、1
0aの幅に比べて大きくなっている。これによって、高
い電源電圧を使用するnチャネルMO3トランジスタQ
2も低い電源電圧を使用するnチャネルMO3トランジ
スタQ、もその構造は最適化される。
As described above, according to this embodiment, two types of n-channel MO3 transistors Q, , Q, of LDD structure using different power supply voltages are mixed on the p-type Si substrate 1.
In LSI, n-channel M that uses high power supply voltage
The width of the sidewall spacer 8 of the OS transistor Q2, and therefore the width of the low impurity concentration regions 11a and 12a formed under the sidewall spacer 8, is the same as that of the sidewall spacer of the n-channel MOS transistor Q1 using a low power supply voltage. 7, and therefore the low impurity concentration portions 9a and 1 formed under the sidewall spacer 7.
It is larger than the width of 0a. This allows the n-channel MO3 transistor Q to use a high supply voltage.
2. The structure of the n-channel MO3 transistor Q, which uses a lower power supply voltage, is also optimized.

また、この実施例によれば、LDD構造のnチャネルM
O3トランジスタの標準的な製造工程にSiO2膜6を
形成するためのCVD工程とこの5iot膜6のパター
ンニングのためのリソグラフィー工程及びエツチング工
程とを付加するだけで、互いに幅が異なるサイドウオー
ルスペーサ7.8を同時にしかも簡単に形成することが
できる。
Further, according to this embodiment, the n-channel M of the LDD structure
By simply adding a CVD process for forming the SiO2 film 6 and a lithography process and etching process for patterning this 5iot film 6 to the standard manufacturing process of an O3 transistor, sidewall spacers 7 having different widths can be formed. .8 can be formed simultaneously and easily.

以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本発
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.

例えば、上述の実施例においては、サイドウオールスペ
ーサ7.8の材料として540g膜を用いたが、5iO
z#以外の材料を用いることも可能である。同様に、S
ing膜6の代わりに他の材料を用いることも可能であ
る。
For example, in the above embodiment, a 540g film was used as the material for the sidewall spacer 7.8, but 5iO
It is also possible to use materials other than z#. Similarly, S
It is also possible to use other materials instead of the ing film 6.

また、上述の実施例においては、サイドウオールスペー
サの幅が異なる2種類のnチャネルMOSトランジスタ
が混在する場合について説明したが、サイドウオールス
ペーサの幅が異なる3種類以上のれチャネルMO3I−
ランジスタが混在してもよいことは言うまでもない。
Furthermore, in the above embodiment, the case where two types of n-channel MOS transistors with different widths of sidewall spacers coexist was described, but three or more types of n-channel MOS transistors with different widths of sidewall spacers coexist.
It goes without saying that transistors may be used together.

また、上述の実施例においては、nチャネルMOSトラ
ンジスタを用いているが、本発明は、pチャネルMOS
トランジスタを用いた場合にも適用することが可能であ
る。さらに、上述の実施例においては、本発明をMO3
LSIに適用した場合について説明したが、本発明は、
例えばバイポーラ−CMO3LSIなどにも適用するこ
とが可能である。
Further, in the above embodiment, an n-channel MOS transistor is used, but the present invention uses a p-channel MOS transistor.
The present invention can also be applied to a case where a transistor is used. Furthermore, in the embodiments described above, the present invention is applied to MO3
Although the case where it is applied to LSI has been described, the present invention has the following features.
For example, it can also be applied to bipolar-CMO3LSI.

〔発明の効果] 以上述べたように、本発明によれば、サイドウオールス
ペーサの幅が異なる複数種のMOSトランジスタが混在
するので、使用する電源電圧などに応じてサイドウオー
ルスペーサの幅を設定することにより、電源電圧などが
異なる複数種のMOSトランジスタの構造の最適化を図
ることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since multiple types of MOS transistors with different sidewall spacer widths coexist, the width of the sidewall spacer is set according to the power supply voltage to be used, etc. By doing so, it is possible to optimize the structures of multiple types of MOS transistors having different power supply voltages.

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

第1図は本発明の一実施例によるMO3LSIを示す断
面図、第2図A〜第2図Eは本発明の一実施例によるM
O3LSIの製造方法の一例を工程順に説明するための
断面図である。 図面における主要な符号の説明 l:P型St基板、 2:フィールドSi0g膜、3ニ
ゲ−)SiOx膜、 4.5:ゲート電極、5:SiO
2膜、  7.8:サイドウオールスペーサ、  9,
11:ソース領域、  10,12ニドレイン領域、 
 Q、、Q、:nチャネルMOSトランジスタ。
FIG. 1 is a sectional view showing an MO3LSI according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2E are M
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing an O3LSI in the order of steps. Explanation of main symbols in the drawings 1: P-type St substrate, 2: Field Si0g film, 3) SiOx film, 4.5: Gate electrode, 5: SiO
2 membrane, 7.8: Side wall spacer, 9,
11: Source region, 10, 12 Nidrain region,
Q, ,Q,: n-channel MOS transistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサが形成され
たMOSトランジスタを有する半導体装置において、 上記サイドウォールスペーサの幅が異なる複数種のMO
Sトランジスタが混在することを特徴とする半導体装置
[Claims] In a semiconductor device having a MOS transistor in which a sidewall spacer is formed on the sidewall of a gate electrode, a plurality of types of MOS transistors having different widths of the sidewall spacer are provided.
A semiconductor device characterized by a mixture of S transistors.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5620905A (en) * 1993-10-20 1997-04-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of fabricating thin film semiconductor integrated circuit
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