JPH04354138A - Mis型半導体装置の製造方法 - Google Patents

Mis型半導体装置の製造方法

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JPH04354138A
JPH04354138A JP12924391A JP12924391A JPH04354138A JP H04354138 A JPH04354138 A JP H04354138A JP 12924391 A JP12924391 A JP 12924391A JP 12924391 A JP12924391 A JP 12924391A JP H04354138 A JPH04354138 A JP H04354138A
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substrate
sio2
forming
film
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JP12924391A
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Toshiyuki Ochiai
利幸 落合
Akira Uchiyama
章 内山
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置、特に、
SOI(Siliconon  Insulator)
を用いて形成するMIS型半導体装置の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】MIS型半導体装置として、能動領域を
絶縁膜で基板から絶縁した構造のSOIトランジスタが
提案されている。このSOIトランジスタは、積層構造
による集積度の向上や、動作速度の向上を目的として、
その実用化が検討されている。
【0003】従来のこの種の装置として、文献:「LS
Iハンドブック,電子通信学会編,オーム社,pp.3
88〜390」に開示されたものがある。この文献に開
示された構造および製造方法につき、図2の(A)、(
B)および(C)を参照して簡単に説明する。
【0004】この文献の第3図に示された例によれば、
シリコン(Si)基板10の上面側から基板10に対し
て、注入エネルギーを300KeVおよびドーズ量を1
018cm−2として酸素イオン(O+ )を注入する
。これにより、この基板10の表面領域のした側に埋め
込みシリコン酸化物層(SiO2 層)12と表面の薄
いシリコン(Si)単結晶層14を形成する。
【0005】次に、高温Ar(アルゴン)ガス中で、熱
処理を行って、単結晶層14の結晶性回復処理を行って
いる。この処理によって、単結晶層は、再結晶Si層1
6となリ、SOIウエハを得ている(図2の(B))。
【0006】次に、このSOIウエハに、通常のMOS
FET形成技術を用いて、ゲート酸化膜18、ゲート電
極20の成膜、およびパターニングを行い、ソース22
、ドレイン24およびチャネル領域26を得る(図2の
(C))。
【0007】このようにして、得られたSOI構造MO
SFETは、埋め込みSiO2 層12によって基板1
0のSi領域から分離されていることから、ラッチアッ
プ等の問題が生ぜず、また、ソース・ドレインの接合容
量が極端に小さくなることで、高速性も得られるという
特色があるといわれている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来方法では、基板10に対して、1018cm−2
という極めて高いドーズ量の酸素イオン注入を行うこと
から、SOIウエハの損傷が大きく、この損傷をその後
のアニールで完全に回復させることは事実上困難であっ
た。このSOIウエハの再結晶Si層16はMOSFE
Tのチャネルが形成される領域であり、このチャネル領
域の結晶欠陥はFETの相互コンダクタンス(駆動能力
に関係する。)の低下や長期信頼性の低下、リーク電流
の増大といった問題を生じさせるものであり、技術的に
満足出来るものは得られていなかった。
【0009】また、上述した従来例とは異なり、ポリシ
リコン膜をレーザで結晶化させる等の方法で結晶回復を
図る方法も行われているが、その場合でも、単結晶への
再結晶化は事実上困難な問題を有している。
【0010】この発明の目的は、SOIの単結晶Si層
の結晶性の問題が生じない方法で、当該単結晶Si層を
形成して、高信頼性と高性能とを有する半導体装置を製
造する方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明の方法によれば、シリコン(Si)基板の
上面に形成した薄い板状凸部の一側面上にSi酸化膜を
有し、相対向する他側面上にゲート酸化膜を有する構造
のMISFET型半導体装置を製造するに当り、(a)
Si基板に第1絶縁材料からなる第1マスクを用いて溝
を形成する工程と、(b)この溝の埋め込み部分と、前
述のSi基板の上面から実質的に垂直に突出する突出部
分とを有する島状SiO2 領域を形成する工程と、(
c)この島状SiO2 領域の突出部分の両側の主壁面
上に第2絶縁材料からなるサイドウオールを形成する工
程と、(d)前述の島状SiO2 領域およびサイドウ
オールを第2マスクとして前述のSi基板の上面からそ
の厚みの一部分に亘る深さにまでエッチングを行って前
述の板状凸部を形成する工程とを含むことを特徴とする
【0012】
【作用】上述したこの発明の構成によれば、Si基板に
設けた溝に、この基板の上面から垂直に突出する突出部
分を有する島状SiO2 領域を形成し、その突出部分
の相対向する主壁面にサイドウオールを設け、このサイ
ドウオールと島状SiO2 領域とをマスクとして基板
に対し、異方性エッチングを行う。そのため、SOIウ
エハの、半導体装置の能動領域を構成するSi単結晶層
を、従来のホトリソグラフィー技術とは異なる方法で、
Si基板からセルフアライン的に、直接、形成出来るの
で、その層厚は、サイドウオールの幅で制御出来ると共
に、ここでSi単結晶の結晶欠陥等の問題が発生する恐
れはない。
【0013】従って、このSi単結晶を利用して、SO
I構造のMIS型半導体装置を、簡易な工程で、制御性
良く、しかも、高集積度で製作出来る。
【0014】
【実施例】以下、図を参照して、この発明の実施例につ
き説明する。
【0015】なお、図は、この発明を理解出来る程度に
各構成成分の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示
してあるにすぎない。また、以下に説明する数値的条件
は、単なる好適例であって、これらの値は、設計に応じ
て、適当な値を設定することが出来る。
【0016】まず、図1を参照して、この発明のSOI
構造を利用したMIS型半導体装置製造方法、特に、こ
の発明に要旨である、SOI構造の薄いSi凸部を自己
整合的に形成する点を中心にして説明する。
【0017】図1の(A)〜(D)は、この発明の説明
に供する工程図で、各図は、主要工程段階で得らた構造
体を、ゲート電極を含む部分での断面で表わしてある。
【0018】まず、この発明では、Si基板50に第1
絶縁材料からなる第1マスク52を用いて溝54を形成
する(図1の(A))。
【0019】次に、この溝54を埋め込む埋め込み部分
56aと、Si基板50の上面から実質的に垂直に突出
する突出部分56bとを有する島状SiO2領域56を
形成する(図1の(B))。
【0020】次に、この島状SiO2 領域56の突出
部分56bの両側の主壁面58aおよび58b上に第2
絶縁材料からなるサイドウオール60aおよび60bを
形成する(図1の(C))。
【0021】次に、この島状SiO2 領域56および
サイドウオール60aおよび60b(代表して、60で
示す場合がある。)を第2マスク62としてSi基板5
0の上面からその厚みの一部分に亘る深さにまでエッチ
ングを行って板状凸部64(64aおよび64b)を形
成する(図1の(C))。
【0022】次に、このようにして形成した、薄いSi
凸部、従って、島状SiO2 領域56は絶縁膜であり
、また、板状凸部64はSi基板10から直接形成され
たSi単結晶層であるため、SOI構造を構成している
。 従って、このSOI構造のSi単結晶層64を能動領域
として利用して、MIS型半導体装置を構成出来る。
【0023】そのため、板状凸部64の、島状SiO2
 領域側の側面66aとは反対側の他方の側面66bに
ゲート酸化膜68(68aおよび68b)を設け、さら
に、その上側にゲート電極70(70aおよび70b)
設けた後、板状凸部64にソース・ドレイン領域として
の不純物拡散層72(72aおよび72b)を形成して
図1の(D)に示すような構造体のMIS型半導体装置
を得ることが出来る。なお、図1の(D)において、ゲ
ート電極70とSi基板50との絶縁を取るため、適当
な第3絶縁膜74を設けておく。
【0024】<具体的製造方法の説明>次に、この発明
の具体的製造方法につき、図3〜図8までを参照して、
工程順に説明する。
【0025】まず、基板としてSi基板を50を用意す
る(図3の(A))。次に、この基板50の上面に第1
絶縁膜100を成膜する(図3の(B))。この第1絶
縁膜材料を、Si基板50および後工程で使用するSi
O2 とはエッチングの選択性のある材料とするのが良
い。また、この実施例では、第1絶縁膜100の材料を
Si−N(シリコン窒化)物とする。そして、その膜厚
を次工程でのエッチングマスクとして用いることを考慮
して、0.3μm程度とするが良い。このSi−N膜1
00を例えばCVD法で成膜する。
【0026】次に、従来周知のホトリソ・エッチング技
術を用いてSi−N膜100をパターニングして第1マ
スク52を形成し、その後、この第1マスク52を用い
て基板50に溝54を形成する(図3の(C))。なお
、この溝54の深さは、最終的にMOSFETのゲート
幅方向の長さを決定する基準の寸法となるから、作り込
む素子の設計寸法に従って、適当に定めるのが良い。 通常は、1〜5μm程度とする。この深さの制御は、エ
ッチング時間を制御することにより、正確に制御出来る
【0027】次に、島状SiO2 領域56を形成する
(図5の(A))。そのため、まず、Si基板50の上
側全面に、この溝54を埋め込むと共に、Si−N膜の
第1マスク52の上側を被覆するように、SiO2 膜
104を成膜する(図4の(A))。
【0028】次に、このSiO2 膜104の表面が通
常は平坦面となっていないため、この表面上に、表面の
平坦化が容易な適当なレジスト層106を堆積させて、
表面平坦化処理を行って図4の(B)に示すような構造
体を得る。このとき、当然ながら、レジスト層の材料と
しては、SiO2 とエッチング速度が等しい材料を選
定する。
【0029】次に、このレジスト層106の表面から基
板側へとエッチバックを行って、SiO2 膜104を
、Si−N膜である第1マスク52をエッチングストッ
パとして用いて、その表面まで除去する。このようにし
て得られて構造体を図4の(C)に示す。このエッチバ
ックは、例えば、ドライエッチングで行えば良い。
【0030】次に、第1マスクであるSi−N膜52の
みを例えばウエットエッチングで除去して島状SiO2
 領域56を形成し、図5の(A)に示すような構造体
を得る。この島状SiO2 領域56は、基板50に形
成した溝54に埋め込まれた部分56aと、この基板5
0の上面から突出している突出部分56bとを有してい
る。
【0031】次に、この島状SiO2 領域56の突出
部分56bの両側の主壁面58aおよび58b上にサイ
ドウオール60aおよび60b(総称して60で示す。 )を形成する(図5の(C))。
【0032】そのため、まず、島状SiO2 領域56
を含む基板50の上側全面に第2絶縁膜を成膜する(図
5の(B))。この第2絶縁膜110の材料としては、
基板50のSiとエッチレートの異なる、すなわち、こ
れらとはエッチングの選択性のある材料を用いる。この
実施例では、この材料として、SiO2 を用いるのが
好適であるが、Si−N物であっても良い。このSiO
2 膜110を、例えば、CVD法で堆積させる。また
、この膜110の膜厚は、次工程で形成するサイドウオ
ールの幅t、すなわち、島状SiO2 領域56の主壁
面58aおよび58bから離れる方向にサイドウオール
が接する基板面上の距離をどのような値に設定するかに
依存する。このサイドウオールの幅が、能動領域が形成
される、SOI構造のSi層の厚みとなる。好ましくは
、このサイドウオール60の幅を0.05〜0.2μm
程度とするのが良いが、この幅は設計に応じて任意適当
に変えることが出来る。そして、この幅は、堆積させた
第2絶縁膜の厚みと、サイドウオールエッチングの際の
エッチング条件によって容易に制御出来る。
【0033】次に、第2絶縁膜であるSiO2 膜11
0に対して、基板上面に対して垂直な方向から、異方性
エッチングを行なってサイドウオール60(60aおよ
び60b)を形成する(図5の(C))。このときのエ
ッチングをRIE法で基板50のSiをエッチングスト
ッパとして用いて行うのが良い。
【0034】次に、このサイドウオール60と、島状S
iO2 領域56とを第2マスク62として用いて、エ
ッチングを行って薄い板状のSiの凸部を形成し、図6
に示すような構造体を得る。このエッチングは、エッチ
ング時間を制御することによって、作り込まれるべきF
ETのゲート長方向に対応する、基板面よりのエッチン
グの深さを正確に制御することが出来る。この実施例で
は、この深さを例えば、溝54の底の深さ、従って、1
〜5μm程度とするのが良い。また、このSi凸部64
の幅は、上述したサイドウオール60の幅tと実質的に
等しい。
【0035】上述した各工程を経て、この発明の目的で
ある、SOI構造のSi単結晶層を薄い板状凸部64と
して、Si基板50から、直接、形成することが出来る
【0036】<MISFETの作り込みの実施例の説明
>次に、このようにして形成したSi単結晶層64を用
いてMISFETを形成する例につき説明する。
【0037】このFETは、シリコン(Si)基板50
の上面に形成した薄い板状凸部64の一側面上にSi酸
化膜56を有し、相対向する他側面上にゲート酸化膜を
有する構造のMISFET型半導体装置である。
【0038】以下、通常のMOSFET形成と同様のセ
ルフアライン法によってSOI上にMOSFETを形成
する。
【0039】まず、図6に示す構造体の上側全面に例え
ばCVD法によって、第3の絶縁材料を用いて絶縁膜を
成膜した後、エッチバックを行って、上述した板状凸部
64の基板面側の下部の、Si基板50の上面に、薄い
第3絶縁膜74を形成する。このエッチバックは、既に
図4の(A)〜(C)において説明したと同様な手法を
用いて、行う。この第3絶縁膜材料として、エッチング
の際、SiO2 およびSiと選択比のとれる材料を用
いれば良い。この実施例では、この材料として、例えば
、シリコン窒化(Si−N)物を用いるのが好適である
。 この実施例では、このSi−N膜74の膜厚を、後工程
で行なわれる不純物拡散層の形成のためのイオン注入で
Si基板50が損傷を受けないような膜厚、例えば0.
1μm程度に形成する。その結果、図7の(A)に示す
ような構造体を得る。
【0040】次に、この構造体に対して不活性ガス雰囲
気中で、適当な酸化温度で、熱酸化処理を行って、板状
Si凸部64の露出している側面に酸化膜68aおよび
68b(総称して68で示す。)を形成する。この実施
例では、熱酸化温度と時間とを適当に制御して、5〜2
0nm程度の酸化膜120(120aおよび120b)
を形成する。その結果得られた構造体を図7の(B)に
示す。
【0041】次に、リン(P)を1020cm−3程度
含有するn+ ポリシリコン層122を図7の(B)の
構造体の上側全面に設ける。このポリシリコン(ポリS
i)層122を通常のCVD法で成膜し、その膜厚を、
例えば、3000A°程度とする。なお、このポリSi
層122の成膜方法および膜厚は、設計に応じて変える
ことが出来る。この結果得られた構造体を図8の(A)
に示す。
【0042】次に、従来周知のホトリソエッチング技術
を用いて、このポリシリコン層122と酸化膜120と
をパターンニングすることによって、ゲート電極70(
70aおよび70b)とゲート酸化膜68(68aおよ
び68b)を形成する。その結果得られた構造体を図8
の(B)に示す。なお、この酸化膜120は、エッチン
グせずに残存させておいて、その一部分をゲート酸化膜
として用いても良い。
【0043】次に、図8の(B)の構造体の板状Si凸
部64に対して斜め上方から適当な角度、例えば、基板
面に対して45度の入射角で不純物イオンの注入を行い
、しかる後、アニールを行って、この凸部64の領域の
全部あるいは一部分をソース・ドレイン不純物拡散層7
2(72aおよび72b)に変え、MOSFETの主要
部を完成する(図8の(C))。このイオン注入は、同
一のイオンを用いて、回転させながら行っても良いし、
あるいは、板状Si凸部64aおよび64bに対して、
異なるイオンを注入するようにして、それぞれに反対導
電型のチャネルを形成するようにしても良い。
【0044】その後、通常の技術を用いて、ソースおよ
びドレイン電極130(130aおよび130b)およ
び132(132aおよび132b)と所要の配線(図
示せず。)を形成する。このようにして得られたMOS
FETの構造体の要部の外観を図9に概略的な斜視図と
して示してある。
【0045】この発明は、上述した実施例に限定される
ものではなく、多くの変形および変更をなし得ること明
らかである。例えば、特に限定しなかった各種の条件は
、従来半導体技術分野で通常用いられている条件で実施
すれば良い。
【0046】
【発明の効果】上述したこの発明によるMIS型半導体
装置の製造方法によれば、Si基板に設けた溝を埋め込
みかつ基板から突出する絶縁層を設け、その突出部分の
主壁面にサイドウオールを設け、この絶縁層とサイドウ
オールとをマスクとして、直接、基板をエッチングする
ので、SOI構造のSi単結晶層を結晶欠陥を生じるこ
となく、かつ、自己整合的に形成できる。
【0047】また、上述したこの発明の方法によれば、
従来方法のような、アライメント精度が問題となるホト
リソ工程を用いずに、サイドウオールの幅を調節するこ
とによって従来よりも、簡単かつ正確に、Si単結晶層
の層厚を制御出来る。
【0048】従って、この発明によって得られたSOI
構造を用いて半導体装置を構成すれば、従来よりも簡易
な工程で、制御性良く、しかも、高集積度でMIS型半
導体装置を製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(D)は、この発明のMIS型半導体
装置の製造方法の要旨の説明に供する製造工程図である
【図2】(A)〜(C)は、従来のMIS型半導体装置
、特にSOIトランジスタの構造および製法の説明に供
する工程図である。
【図3】(A)〜(C)は、この発明のMIS型半導体
装置、特に、MOSFETの製造工程の一部分を示す工
程図である。
【図4】(A)〜(C)は、図3の続きの工程図である
【図5】(A)〜(C)は、図4の続きの工程図である
【図6】図5の続きの工程図である。
【図7】(A)および(B)は、図6の続きの、MOS
FETの製造段階の工程図である。
【図8】(A)〜(C)は、図7の続きの工程図である
【図9】図7の続きの工程で形成されたMOSFETの
外観の概略的斜視図である。
【符号の説明】
50:Si基板 52:第1マスク 54:溝 56(56a,56b):島状SiO2 領域58a,
58b:主壁面 60(60a,60b):サイドウオール62:第2マ
スク 64(64a,64b):板状凸部 66(66a,66b):(板状凸部の)側面68(6
8a,68b):ゲート酸化膜70(70a,70b)
:ゲート電極 72(72a,72b):不純物拡散層74:第3絶縁
膜 100:第1絶縁膜(例えば、Si−N膜)104:S
iO2 膜 106:レジスト層 110:第2絶縁膜 120(120a,120b):酸化膜122:n+ 
ポリSi層

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  シリコン(Si)基板の上面に形成し
    た薄い板状凸部の一側面上にSi酸化膜を有し、相対向
    する他側面上にゲート酸化膜を有する構造のMISFE
    T型半導体装置を製造するに当り、(a)Si基板に第
    1絶縁材料からなる第1マスクを用いて溝を形成する工
    程と、(b)該溝の埋め込み部分と、前記Si基板の上
    面から実質的に垂直に突出する突出部分とを有する島状
    SiO2領域を形成する工程と、(c)該島状SiO2
     領域の突出部分の両側の主壁面上に第2絶縁材料から
    なるサイドウオールを形成する工程と、(d)前記島状
    SiO2 領域およびサイドウオールを第2マスクとし
    て前記Si基板の上面からその厚みの一部分に亘る深さ
    にまでエッチングを行って前記板状凸部を形成する工程
    とを含むことを特徴とするMIS型半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項2】  請求項1の方法において、前記(a)
    工程は、前記Si基板の上面に前記第1絶縁膜を成膜し
    、ホトリソ・エッチング技術を用いて、該第1絶縁膜か
    ら前記第1マスクを形成し、その後、前記溝を形成する
    ことを特徴とする方法。
  3. 【請求項3】  請求項1に記載の方法において、前記
    (b)工程は、前記溝を埋め込むと共に前記第1マスク
    を被覆するSiO2 膜を成膜する工程と、次に、エッ
    チバック技術を用いて前記SiO2 膜を前記第1マス
    クの表面まで除去する工程と、次に、該第1マスクを除
    去して前記島状SiO2 領域を形成する工程とを含む
    ことを特徴とする方法。
  4. 【請求項4】  請求項1に記載の方法において、前記
    (C)工程は、前記島状SiO2 領域を含む前記基板
    の上側全面に第2絶縁膜を成膜する工程と、次に、前記
    第2絶縁膜に対して、基板上面に対して垂直な方向から
    、異方性エッチングを行なって前記サイドウオールを形
    成する工程とを含むことを特徴とする方法。
  5. 【請求項5】  請求項1に記載の方法において、前記
    第1絶縁材料をSiおよびSiO2 とはエッチングの
    選択性のある材料とすることを特徴とする方法。
  6. 【請求項6】  請求項5に記載の方法において、前記
    第1絶縁材料をSi−N膜とすることを特徴とする方法
  7. 【請求項7】  請求項1に記載の方法において、前記
    第2絶縁材料をSiとはエッチングの選択性のある材料
    とすることを特徴とする方法。
  8. 【請求項8】  請求項7に記載の方法において、前記
    第2絶縁材料をSiO2 とすることを特徴とする方法
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005045204A (ja) * 2003-07-24 2005-02-17 Samsung Electronics Co Ltd リセスを備えたsoi構造の半導体素子及びその製造方法
JP2006522488A (ja) * 2003-04-03 2006-09-28 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド Finfetデバイス中の構造を形成する方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006522488A (ja) * 2003-04-03 2006-09-28 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド Finfetデバイス中の構造を形成する方法
JP2005045204A (ja) * 2003-07-24 2005-02-17 Samsung Electronics Co Ltd リセスを備えたsoi構造の半導体素子及びその製造方法

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