JPH0498879A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH0498879A
JPH0498879A JP21631390A JP21631390A JPH0498879A JP H0498879 A JPH0498879 A JP H0498879A JP 21631390 A JP21631390 A JP 21631390A JP 21631390 A JP21631390 A JP 21631390A JP H0498879 A JPH0498879 A JP H0498879A
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oxide film
thin film
single crystal
crystal silicon
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Takami Makino
牧野 孝実
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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】 〔概 要〕 シリコン薄膜上に形成された単結晶ノリコン薄膜中に形
成されたソース拡散層およびドレイン拡散層と、ゲート
酸化膜と、該ゲート薄膜上に設けられたゲート電極とか
ら成る薄111sOf構造MOS F ETおよびその
製造方法に関しソース拡散層およびドレイン拡散層の薄
膜化に起因するドレイン拡散層近傍での電界集中を軽減
すると共に、拡散層抵抗およびコンタクト抵抗の増大を
防止することを目的とし。
シリコン薄膜上に島状の単結晶シリコン薄膜を形成する
工程と、該単結晶シリコンFiIWI上にゲート酸化膜
およびゲート電極を形成する工程とゲート酸化膜および
ゲート電極の上面および側面に絶縁膜を形成する工程と
、ゲート電極下方の少なくとも一部のシリコン酸化膜を
残し、単結晶シリコン薄膜直下のシリコン酸化膜を、ゲ
ート酸化膜およびゲート電極の上面および側面を覆う絶
縁膜に対して選択的に除去して空洞を形成する工程と、
該空洞を導電性物質層で充填する工程とを含むように構
成する。
〔産業上の利用分野] 本発明は、半導体装置の製造方法、特に薄膜SOr構造
MOSFETおよびその製造方法に関する。
S OI (Silicon On In5ulato
r)構造素子は完全素子分離、ラッチアンプフリー、高
放射線耐性などの利点から1次世代を担う素子として期
待されている。
SOI構造において、絶縁膜上に形成されたンリコン層
を充分に簿<シ、薄膜化した薄膜SOI構造は2通常の
SOI構造よりも優れた特性を示すことから、注目され
ている。
薄11sO[構造MOSFETは、バルク中に形成した
MOSFETに比べて、しきい値の低下やパンチスルー
といったショートチャネル効果が小さく、線形領域や飽
和領域でドレイン電流が大きくなる。という長所がある
。また、完全素子分層が可能であるため、CMO5にお
けるランチアップ現象を防ぐことができ、高集積化に向
いている。
という長所もある。
〔従来の技術〕
(第1従来例) 第4図は、薄膜501構造MO3FETの従来例の1つ
を示す図である。
同図において、41はシリコン基板、42は埋込シリコ
ン酸化膜、43は単結晶シリコンal144はソース拡
散層、45はドレイン拡散層、46はゲート酸化膜、4
7はポリシリコンゲート電極、48はシリコン酸化膜で
ある。
本従来例の薄膜SOI構造MO3FETは、埋込シリコ
ン酸化膜42上に形成された単結晶シリコン薄膜43中
にソース拡散層44およびドレイン拡散層45が形成さ
れている。ソース拡散層44は、低濃度ソース拡散層4
4aおよび高濃度ソース拡散層44bから成るLDD構
造をしている。
ドレイン拡散層45も、低濃度ドレイン拡散層45aお
よび高濃度ドレイン拡散層45bから成るLDD構造を
している。
ソース拡散層44とドレイン拡散層45との間の活性層
上には、ゲート酸化膜46が形成され。
その上にポリシリコンゲート電極47が形成されている
。ゲート酸化膜46およびポリシリコンゲート電極47
の上面および側面は、シリコン酸化膜48で覆われてい
る。
(第2従来例) 第4図に示した第1従来例には、埋込シリコン酸化膜4
2上に形成された単結晶シリコン薄膜43が薄いために
、ソース拡散層44およびドレイン拡散層45が薄くな
る結果、拡散層抵抗の増大やコンタクト抵抗の増大、と
いう問題があった。
これらの問題点を解決するために成されたのが。
第5図に示す第2従来例である。
同図において、51はシリコン基板、52は埋込シリコ
ン酸化膜、53は単結晶シリコン薄膜。
54はソース拡散層、55はドレイン拡散層、56はゲ
ート酸化膜、57はポリシリコンゲート電極、58はシ
リコン酸化膜、59はエピタキシャルシリコン層である
本従来例の薄膜SOI構造MOSFETは、埋込シリコ
ン酸化1152上に形成された単結晶シリコン薄膜53
中にソース拡散層54およびドレイン拡散層55が形成
されている。ソース拡散層54は、低濃度ソース拡散層
54aおよび高濃度ソース拡散層54bから成るLDD
構造をしている。
ドレイン拡散層55も、低濃度ドレイン拡散層55aお
よび高濃度ドレイン拡散層55bから成るLDD構造を
している。
ソース拡散層54とドレイン拡散層55との間の活性層
上には、ゲート酸化膜56が形成され。
その上にポリシリコンゲート電極57が形成されている
。ゲート酸化膜56およびポリシリコンゲート電極57
の上面および側面は、シリコン酸化膜58で覆われてい
る。
本従来例では、高濃度ソース拡散層54bおよび高濃度
ドレイン拡散層55b上に、ヘビードープのエピタキシ
ャルシリコン層59a、59bを成長させて、埋込ゲー
ト構造としている。この結果、拡散層抵抗やコンタクト
抵抗を低減することが可能になる。
(第3従来例) 第4図に示した第1従来例の問題点の1つであるコンタ
クト抵抗を低減するために成されたものが、第6図に示
す第3従来例である。
同図において、61はシリコン基板、62は埋込シリコ
ン酸化膜、63は単結晶シリコン薄膜。
64はソース拡散層、65はドレイン拡散層、66はゲ
ート酸化膜、67はポリシリコンゲート電極、68はシ
リコン酸化膜、69はアルミニウムコンタクト領域、7
0はアルミニウムコンタクト領域である。
本従来例の薄膜SOI構造MOSFETは、埋込シリコ
ン酸化膜62上に形成された単結晶シリコン薄膜63中
にソース拡散層64およびドレイン拡散層65が形成さ
れている。ソース拡散層64は、低濃度ソース拡散層6
4aおよび高濃度ソース拡散層64bから成るLDD構
造をしている。
ドレイン拡散層65も、低濃度ドレイン拡散層65aお
よび高濃度ドレイン拡散層65bから成るLDD構造を
している。
ソース拡散層64とドレイン拡散層65との間の活性層
上には、ゲート酸化膜66が形成され。
その上にポリシリコンゲート電極67が形成されている
。ゲート酸化1j66およびポリシリコンゲート電極6
7は、シリコン酸化膜68で覆われている。
本従来例では、シリコン−酸化膜68に埋込シリコン酸
化膜62に達するスルーホールを開口し。
そのスルーホールをアルミニウムで充填して、アルミニ
ウムコンタクト領域69.70を形成している。この結
果、アルミニウムコンタクト領域69によりソース拡散
層64のコンタクト抵抗が低減し、アルミニウムコンタ
クト領域70によりドレイン拡散層65のコンタクト抵
抗が低減する。
〔発明が解決しようとする課題〕
以上、薄膜SOI構造MO3FETの基本的な構造を第
1従来例として第4図に示し、第1従来例の問題点を解
決するものとして、第2従来例を第5図に、第3従来例
を第6図にそれぞれ示した。
しかしながら、薄膜SO■構造MOSFETには、第2
従来例および第3従来例では解決することのできない問
題がある。それは、薄膜化したソース拡散層およびドレ
イン拡散層の直下に埋込シリコン酸化膜が存在するため
、ドレイン拡散層近傍における電界集中が強くなり、イ
ンパクトイオン化によってホットキャリアが多数発生し
、素子特性に悪影響を与える。という問題である。
本発明は、この問題を解決して、ソース拡散層およびド
レイン拡散層の薄膜化に起因するドレイン拡散層近傍で
の電界集中を軽減すると共に、拡散層抵抗およびコンタ
クト抵抗の増大を防止した半導体装置おおよびその製造
方法、特に薄膜SOI構造MOSFETおよびその製造
方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するために3本発明に係る半導体装置
は、シリコン薄膜上に形成された単結晶シリコン薄膜中
に形成されたソース拡散層およびドレイン拡散層と、ゲ
ート酸化膜と1Mゲート薄膜上に設けられたゲート電極
とから成る薄膜SOI構造MO3FETにおいて、単結
晶シリコン薄膜中に形成されたソース拡散層直下および
ドレイン拡散層直下のシリコン酸化膜を部分的に除去し
て形成された空洞部と、該空洞部を充填するように堆積
された導電性物質層とを含むように構成する。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、シリコン薄膜上
に形成された単結晶シリコン薄膜中に形成されたソース
拡散層およびドレイン拡散層とゲート酸化膜と、該ゲー
ト薄膜上に設けられたゲート電極とから成る薄111s
OI構造MO3FETの製造方法であって、シリコン薄
膜上に島状の単結晶シリコンmW!Iを形成する工程と
1M単結晶シリコン薄膜上にゲート酸化膜およびゲート
電極を形成する工程と、ゲート酸化膜およびゲート電極
の上面および側面に絶縁膜を形成する工程とゲート電極
下方の少なくとも一部のシリコン酸化膜を残し、単結晶
シリコン薄膜直下のシリコン酸化膜を、ゲート酸化膜お
よびゲート電極の上面および側面を覆う絶縁膜に対して
選択的に除去して空洞を形成する工程と、該空洞を導電
性物質層で充填する工程とを含むように構成する。
〔作 用〕
本発明に係る半導体装置の原理を2本発明の一実施例を
示す第1図を語りで説明する。
シリコン基板ll上に形成されたシリコン酸化膜12上
に島状の単結晶シリコン薄膜13が形成されている。こ
の単結晶シリコン薄膜13中にソース拡散層14および
ドレイン拡散層15が形成されている。ソース拡散層1
4およびドレイン拡散層15の間の活性層上にゲート酸
化膜16が形成され、このゲート酸化膜16上にゲート
電極17が設けられている。ゲート酸化膜16およびゲ
ート電極17は、絶縁膜18によって覆われている。
本発明では、上述した構成を持つ′yI膜SOI構造M
O3FETにおいて、単結晶ンリコン薄膜13中に形成
されたソース拡散層14直下およびドレイン拡散層15
直下のシリコン酸化膜12を部分的に除去して空洞部1
9a、19bを形成しこの空洞部19a、19bを充填
するように、導電性物質層20a、20bを堆積してい
る。
このように3本発明では、単結晶シリコン1膜13中に
形成されたソース拡散層14およびドレイン拡散層15
が導電性物質層20a、2Ob中に張り出した構造をし
ている。この結果、ドレイン拡散層I5近傍における電
界集中を緩和することが可能になる。さらに、導電性物
質層20aがソース拡散層14の電極引き出し部として
機能し。
導電性物質層20bがドレイン拡散層15の電極引き出
し部として機能するので、拡散層抵抗およびコンタクト
抵抗を低減することが可能になる。
次に2本発明に係る半導体装置の製造方法の原理を9本
発明製造方法の一実施例の各工程を示す第2図を藉って
説明する。
(1)工程1.第2図(a)参照 シリコン酸化膜102上に島状の単結晶シリコン薄膜1
03を形成する。
単結晶シリコン薄膜103上にゲート酸化膜104およ
びゲート電極層105を堆積する。
(2)工程2.第2図(b)参照 ゲート酸化膜104およびゲート電極層105をパクー
ニングしてゲート電極107を形成する。
(3)工程3.第2図(d)参照 ゲート電極107の上面および側面に絶縁膜110を形
成する。
(4)工程4.第2図(e)参照 ゲート電極107下方の少なくとも一部のシリコン酸化
膜102を残し、単結晶シリコン薄膜103直下のシリ
コン酸化膜102を、ゲート電極107の上面および側
面を覆う絶縁膜110に対して選択的に除去して空洞1
11a’、1llbを形成する。
(5)工程5.第2図(f)参照 空?Fillla、1llbを導電性物質層112a、
112bで充填する。
以上の各工程を経て1本発明に係る薄膜SOI構造MO
SFETが完成する。
(実 施 例〕 (半導体装置の実施例) 第1図は1本発明の一実施例を示す図である。
同図において、11はシリコン基板、12は埋込シリコ
ン酸化膜、13は単結晶シリコン薄膜。
14はソース拡散層、15はドレイン拡散層、16はゲ
ート酸化膜、17はポリシリコンゲート電極、18はシ
リコン窒化膜、19は空洞部、20は導電性物質層であ
る。
以下、第1図を用いて1本発明の一実施例の薄膜sor
構造MOSFETを説明する。
シリコン基板11上に形成された埋込シリコン酸化膜1
2上に島状の単結晶シリコン薄膜13が形成されている
。この単結晶シリコン薄膜13中にソース拡散層14お
よびドレイン拡散層15が形成されている。ソース拡散
層14およびドレイン拡散層15の間の活性層上にゲー
ト酸化膜16が形成され、このゲート酸化膜16上にポ
リシリコンゲート電極17が設けられている。ゲート酸
化膜16およびポリシリコンゲート電極17は。
シリコン窒化膜18によって覆われている。
単結晶シリコン薄膜13中に形成されたソース拡散層1
4直下およびドレイン拡散層15直下のシリコン酸化膜
12を部分的に除去して空洞部19a、19bが形成さ
れており、この空洞部19a、19bは、堆積された導
電性物質層20a。
20bによって充填されている。
導電性物質層20a、20bとしては、エピタキシャル
シリコン層やポリシリコン層が用いられる。そして、そ
れらをヘビードープとすることによって、導電性物質層
20aがソース拡散層14の電極引き出し部として機能
させ、導電性物質層20bがドレイン拡散層15の電極
引き出し部として機能させることができる。
(半導体装置の製造方法の実施例(その1))第2図は
1本発明に係る半導体装1の製造方法。
特に薄膜SOI構造MOSFETの製造方法の1例の各
工程を示す図である。
以下、工程順に説明する。
(1)工程l、第2図(a)参照 シリコン基板101上に形成した埋込シリコン酸化膜1
02上に、島状の単結晶シリコン薄膜103を500〜
2000人の厚さに形成する。
島状の単結晶シリコン薄膜103を覆うように。
厚さ100〜200人のゲート酸化膜104を形成する
全面に、ポリシリコン層105を1000〜3000人
の厚さに堆積する。
全面に、厚さ500〜2000人の第1シリコン窒化膜
106を形成する。
(2)工程2.第2図(b)参照 第1シリコン窒化膜106.ポリシリコン層105、お
よびゲート酸化膜104を2通常のリソグラフィおよび
エンチングにより、ゲート電極107としてパターニン
グする。
(3)工程3.第2図(c)参照 ゲート電極107をマスクとして、P(リン)をl Q
 ”c m−x程度のドーズ量でイオン注入することに
よって、低濃度ソース拡散層108および低濃度ドレイ
ン拡散層109を形成する。
全面に、厚さ500〜2000人の第2シリコン窒化膜
110を形成する。
(4)工程4.第2図(d)参照 異方性エツチングにより、第2シリコン窒化膜110を
ゲート電極107の上面および側面にのみ残し、他の部
分を除去する。
ここで、ゲート電極107の上面および側面の絶縁膜を
シリコン窒化膜としているのは1次工程のシリコン酸化
膜エツチングで同時に除去されてしまうことを防ぐため
である。
(5)工程5.第2図(e)参照 フン酸を含むを薬液により、ゲート電極107の下方の
一部を診く埋込シリコン酸化8102を部分的に除去し
て、単結晶シリコン薄膜103中に形成した低濃度ソー
ス拡散層108の直下および低濃度ドレイン拡散層10
9の直下に空洞111a、111bを形成する。
(6)工程6.第2図(f)参照 単結晶シリコン1llll103を種結晶としてシリコ
ンのエピタキシャル成長を行って、空洞1118.11
1bを充填すると共に、単結晶シリコン薄膜103上を
覆うエピタキシャルシリコン層112a、112bを形
成する。
イオン注入あるいはドープトエピタキシャルによって、
高濃度ソース拡散層113および高濃度ドレイン拡散層
114を形成する。
(半導体装置の製造方法の実施例(その2))第3図は
2本発明に係る半導体装置の製造方法。
特に薄膜SOI構造MO3FETの製造方法の他の例の
各工程を示す図である。
以下、工程順に説明する。
(1)工程1.第3図(a)参照 シリコン基板20】上に形成した埋込シリコン酸化膜2
02上に、島状の単結晶シリコンIII!203を50
0〜2000人の厚さに形成する。
島状の単結晶シリコン薄膜203を覆うように。
厚さ100〜200人のゲート酸化lII!204を形
成する。
全面に、ポリシリコン層205を1000〜3000人
の厚さに堆積する。
全面に、厚さ500〜2000人の第1シリコン窒化膜
206を形成する。
(2)工程2.第3図(b)参照 第1シリコン窒化膜206.ポリシリコン層205、お
よびゲート酸化膜204を2通常のりソグラフィおよび
エツチングにより、ゲート電極207としてパターニン
グする。
(3)工程3.第3図(c)参照 ゲート電極207をマスクとして、P(リン)を10 
”c m−”程度のドーズ量でイオン注入することによ
って、低濃度ソース拡散層208および低濃度ドレイン
拡散層209を形成する。
全面に、厚さ500〜2000人の第2シリコン窒化膜
210を形成する。
(4)工程4.第3図(d)参照 異方性エンチングにより、第2シリコン窒化膜210を
ゲート電極207の上面および側面にのみ残し、他の部
分を除去する。
(5)工程5.第3図(e)参照 フン酸を含む薬液により、ゲート電極207の下方の一
部を除く埋込シリコン酸化膜202を部分的に除去して
、単結晶シリコン薄膜203中に形成した低濃度ソース
拡散層208の直下および低濃度ドレイン拡散層209
の直下に空洞211a、211bを形成する。
ポリシリコン層212をlam程度の厚さに成長させて
、空洞211a、211b内にポリシリコン層212を
充填する。
(6)工程6.第3図(f)参照 エッチバック法により、単結晶シリコン薄膜203より
上のポリシリコン層212を除去して空洞211a、2
11bを埋め込んだ形にポリシリコン層212a、21
2bを形成する。このとき、単結晶シリコン薄膜203
上にポリシリコン層212a、212bが多少残ってい
ても構わない、また、エッチハック法の代わりに、ポリ
シリコンと単結晶シリコンとの選択エツチングを用いる
こともできる。
高濃度ソース拡散層213および高濃度ドレイン拡散層
214の形成は、エッチバックの前または後に、イオン
注入によって行う。
〔発明の効果〕
本発明によれば、fillsOI構造MO3FETにお
いて、ソース拡散層およびドレイン拡散層の薄膜化に起
因するドレイン拡散層近傍での電界集中を軽減すると共
に、拡散層抵抗およびコンタクト抵抗の増大を防止する
ことが可能になる。
したがって、ドレイン拡散層近傍における電界集中に起
因するホットキャリアの発生が少なくソース拡散層およ
びドレイン拡散層による寄生抵抗の小さい薄膜SOI構
造MO3FETを実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す図 第2図は本発明の一実施例製造方法の各工程を示す図。 第3図は本発明の他の実施例製造方法の各工程を示す図
。 第4図は第1従来例を示す図。 第5図は第2従来例を示す図。 第6図は第3従来例を示す図 である。 第1図において 11:シリコン基板 12:埋込シリコン酸化膜 13:単結晶シリコン薄膜 14:ソース拡散層 15ニドレイン拡散層 16:ゲート酸化膜 17:ポリシリコンゲート電極 18:シリコン窒化膜 19:空洞部 20:導電性物質層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリコン酸化膜上に形成された単結晶シリコン薄
    膜中に形成されたソース拡散層およびドレイン拡散層と
    、ゲート酸化膜と、該ゲート酸化膜上に設けられたゲー
    ト電極とから成る薄膜SOI構造MOSFETにおいて
    、 単結晶シリコン薄膜中に形成されたソース拡散層直下お
    よびドレイン拡散層直下のシリコン酸化膜を部分的に除
    去して形成された空洞部と、該空洞部を充填するように
    堆積された導電性物質層 とを含むことを特徴とする半導体装置。
  2. (2)前記空洞部に充填された導電性物質層をソース電
    極引き出し部およびドレイン電極引き出し部とする ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. (3)シリコン酸化膜上に形成された単結晶シリコン薄
    膜中に形成されたソース拡散層およびドレイン拡散層と
    、ゲート酸化膜と、該ゲート酸化膜上に設けられたゲー
    ト電極とから成る薄膜SOI構造MOSFETの製造方
    法であって、 シリコン酸化膜上に島状の単結晶シリコン薄膜を形成す
    る工程と、 該単結晶シリコン薄膜上にゲート酸化膜およびゲート電
    極を形成する工程と、 ゲート酸化膜およびゲート電極の上面および側面に絶縁
    膜を形成する工程と、 ゲート電極下方の少なくとも一部のシリコン酸化膜を残
    し、単結晶シリコン薄膜直下のシリコン酸化膜を、ゲー
    ト酸化膜およびゲート電極の上面および側面を覆う絶縁
    膜に対して選択的に除去して空洞を形成する工程と、 該空洞を導電性物質層で充填する工程 とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. (4)前記空洞を充填する導電性物質層を、単結晶シリ
    コン薄膜上の半導体の選択成長によって形成する ことを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法
  5. (5)単結晶シリコン薄膜上の半導体の選択成長をシリ
    コンのエピタキシャル成長とする ことを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法
  6. (6)前記空洞を充填する導電性物質層を、多結晶シリ
    コン層とする ことを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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