JPH06232153A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH06232153A
JPH06232153A JP1577593A JP1577593A JPH06232153A JP H06232153 A JPH06232153 A JP H06232153A JP 1577593 A JP1577593 A JP 1577593A JP 1577593 A JP1577593 A JP 1577593A JP H06232153 A JPH06232153 A JP H06232153A
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JP
Japan
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impurity region
insulating film
gate electrode
impurity
region
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Application number
JP1577593A
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English (en)
Inventor
Hisanobu Sugiyama
寿伸 杉山
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バイポーラアクションに対する耐性をもつ高
耐圧トランジスタを提供する。 【構成】 ゲート電極14の側壁部に形成したサイドウ
ォール絶縁膜17の直下に低濃度な第1不純物領域16
を形成し、この領域16に隣接する外側に濃度が比較的
に高い第2不純物領域19を形成したことにより、第1
不純物領域でブレークダウンの発生を抑え、第2不純物
領域でピンチオフを阻止することが可能となる。このた
めバイポーラアクション耐性を持つ高耐圧トランジスタ
が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置及びその
製造方法に関し、特に、高耐圧MOSトランジスタに係
わる。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
EPROM,Flash EEPROM等の不揮発性メモリ
では、データ書き込み時に使用される外部電源Vpp
(約12V)のオペレーション用に高耐圧MOSトラン
ジスタが用いられている。この高耐圧MOSトランジス
タは、単にドレイン接合の耐圧がVpp電圧以上必要と
されるだけでなく、ドレイン,ゲートに高電圧が同時に
印加されたときに起こるバイポーラアクション(アバラ
ンシェ降伏が起こりドレイン電流IDが急に増加する現
象)に対してもVpp電圧以上の耐圧が要求される。通
常、このような高耐圧MOSトランジスタとしては、図
5に示すようなものが知られている。この高耐圧MOS
トランジスタは、P型のシリコン基板1表面にゲート酸
化膜2,フィールド酸化膜3が形成され、ゲート酸化膜
2を介してゲート電極4が形成されている。そして、シ
リコン基板1におけるゲート電極3の一側方の位置に
は、高不純物濃度のn型のソース領域5が形成されてい
る。また、シリコン基板1におけるゲート電極3の他側
方の位置には、オフセット領域6及びドレイン領域7が
形成されている。オフセット領域6は、ドレイン領域7
に比べて不純物濃度が低く設定されている。このよう
に、ドレイン接合部に不純物濃度がドレイン領域7より
も低いオフセット領域が設けられているため、ドレイン
接合の電界を弱め、バイポーラアクションのトリガーと
なり得る衝突電離の発生を抑えようとするものである。
【0003】このような構造の高耐圧MOSトランジス
タにおいて、オフセット領域6の不純物濃度を変化させ
た場合の実際のバイポーラアクション特性を図7〜図1
0に示す。
【0004】図7のグラフは、オフセット領域6の不純
物(リンP+)のドーズ量を4E12cm-2にした場合
のドレイン電圧(VD)とドレイン電流(ID)の関係を
夫々の設定ゲート電圧VG毎に測定した結果を示してい
る。このグラフから判るように、ドーズ量が4E12c
-2では、不純物濃度が薄いため、オフセット領域6が
ピンチオフし易く、電流が大きくなる高ゲート電圧にお
いてはバイポーラアクション(図中円で囲む)に入る。
【0005】一方、図10に示すグラフは、オフセット
領域6の不純物(P+)のドーズ量を1E13cm-2
高濃度としたときの測定結果である。この場合は、ゲー
ト端でブレークダウンが起こり、低ゲート電圧において
バイポーラアクション(図中円で囲む)に入る。
【0006】図8及び図9に示すグラフは、オフセット
領域6の不純物(P+)のドーズ量が6E12cm-2
8E12cm-2の場合を示しており、図7と図10に示
した場合の2つのドーズ量の中間の場合であり、バイポ
ーラアクションの発生がかろうじて抑えられている。
【0007】これらのグラフから判るように、オフセッ
ト領域6最適なドーズ量は、低ドーズ量側ではオフセッ
ト領域6のピンチオフが発生し、高ドーズ量側ではゲー
ト端におけるブレークダウンによって制限される。この
ため、このようなトランジスタでは、ドーズ量が約6E
12cm-2〜8E12cm-2という狭い範囲にしか設定
できない。このような狭い設定ドーズ量の範囲では、プ
ロセスばらつきに対する安定性が悪く、また、他のイオ
ン注入工程との一括化を考えた場合に、自由度がないた
めに、プロセス上非常に不利な状況となる。さらに、今
後のメモリの高集積化に伴って、高耐圧MOSトランジ
スタのサイズも小さくすることが要求されるが、ゲート
長を小さくしたり、ゲート酸化膜を薄くすることは、さ
らにバイポーラアクションに対し不利な状況となり、益
々設定条件が厳しくなると考えられる。
【0008】ところで、ドレイン側の不純物濃度を漸次
変えた領域を設けた技術が特開昭61−112379号
公報に開示されている。このトランジスタは、図6に示
すように、シリコン基板1にゲート絶縁膜2を介してゲ
ート電極3及びサイドウォール絶縁膜8を設け、ゲート
電極4端部の下方に低濃度不純物領域9A、サイドウォ
ール絶縁膜8の下方に中濃度不純物領域9B、サイドウ
ォール絶縁膜8端部の下方から高濃度不純物領域9Cを
形成した構造である。このような構造とすることによ
り、所謂LDD(Lightly Doped Drain)構造のもつ
ホットキャリア抑制効果を保持しつつ、低濃度不純物領
域とサイドウォール絶縁膜との界面におけるキャリアの
捕獲というLDD構造の不都合を回避させるというもの
である。しかしながら、このような構造のトランジスタ
では、上記したオフセット領域を持つトランジスタに比
べて著しく耐圧が低く、例えばEPROMやFlash E
EPROM等のオペレーション用の高耐圧トランジスタ
としては、用いることができない。
【0009】よって、高耐圧トランジスタとしては、現
在のオフセット構造に対し、さらにバイポーラアクショ
ンに対し強い構造が要求されている。
【0010】この発明が解決しようとする課題は、高耐
圧MOSトランジスタにおいてバイポーラアクション耐
性を備え、しかも設定ドーズ量の範囲を広げるには、ど
のような手段を講じればよいかという点にある。
【0011】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るものとして、この発明においては以下に説明する構成
とする。
【0012】この出願の請求項1記載の発明は、第1導
電型の半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極
が形成され、且つ該ゲート電極両側の前記半導体基板に
第2導電型のソース・ドレイン領域が形成されると共
に、前記ゲート電極側壁にサイドウォール絶縁膜が形成
された半導体装置において、前記ドレイン領域が、サイ
ドウォール絶縁膜直下に形成された低不純物濃度の第1
不純物領域と、該第1不純物領域の外側に隣接して形成
された、該第1不純物領域より不純物濃度の高い第2不
純物領域と、該第2不純物領域の外側に隣接して形成さ
れた、該第2不純物領域より不純物濃度の高い第3不純
物領域とから成ることを構成とする。
【0013】請求項2記載の発明は、第1導電型の半導
体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する
工程と、前記ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行
って該ゲート電極の両側の前記半導体基板に低濃度な第
2導電型の第1不純物領域を形成する工程と、前記ゲー
ト電極の側壁にサイドウォール絶縁膜を形成する工程
と、前記ゲート電極及び前記サイドウォール絶縁膜をマ
スクとしてイオン注入を行って前記第1不純物領域より
不純物濃度の高い第2導電型の第2不純物領域を形成す
る工程と、ドレイン側の前記第2不純物領域表面の前記
サイドウォール絶縁膜寄りの領域にレジストパターンを
形成し、このレジストパターンをマスクとしてイオン注
入を行って前記第2不純物領域より不純物濃度の高い第
2導電型の第3不純物領域を形成する工程とを構成とす
る。
【0014】請求項3記載の発明は、第1導電型の半導
体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する
工程と、前記ゲート電極の側壁にサイドウォール絶縁膜
を形成する工程と、前記半導体基板を回転させながら、
前記ゲート電極及びサイドウォール絶縁膜をマスクとし
て斜めイオン注入を行って低濃度な第2導電型の第1不
純物領域を形成する工程と、次いで、前記ゲート電極及
びサイドウォール絶縁膜をマスクとして前記半導体基板
に対して垂直なイオン注入を行って第2導電型の第2不
純物領域を形成する工程と、ドレイン側の前記第2不純
物領域表面の前記サイドウォール寄りの領域にレジスト
パターンを形成し、このレジストパターンをマスクとし
てイオン注入を行って、前記第2不純物領域より不純物
濃度の高い第2導電型の第3不純物領域を形成する工程
とを備えることを構成とする。
【0015】請求項4記載の発明は、第1導電型の半導
体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する
工程と、前記ゲート電極の側壁にサイドウォール絶縁膜
を形成する工程と、前記ゲート電極及びサイドウォール
絶縁膜をマスクとしてイオン注入を行い、不純物濃度の
低い第2導電型の第2不純物領域を形成する工程と、そ
の後、アニールを施して前記不純物領域の外側に該第2
不純物領域により不純物濃度の低い第2導電型の第1不
純物領域を形成する工程と、ドレイン側の前記第2不純
物領域表面の前記サイドウォール寄りの領域にレジスト
パターンを形成し、このレジストパターンをマスクとし
てイオン注入を行って前記第2不純物領域より不純物濃
度の高い第2導電型の第3不純物領域を形成する工程と
を備えることを構成とする。
【0016】
【作用】この発明の請求項1記載の発明においては、低
濃度な第1不純物領域がゲート電極端部のブレークダウ
ンを抑え、第1不純物領域より高濃度な第2不純物領域
がピンチオフの発生を抑制する作用がある。このよう
に、ピンチオフ及びブレークダウンに対し、独立に対応
できるため、不純物濃度の自由度が広く、より耐圧を高
くすることが可能となる。このような構造により、図4
に示すようなVD−ID特性が達成できる。
【0017】請求項2記載の発明においては、第1不純
物領域及び第2不純物領域がゲート電極やサイドウォー
ル絶縁膜をマスクとして、自己整合的に形成することが
できる。また、ドレイン側の第2不純物領域表面のサイ
ドウォール絶縁膜寄りの領域に形成したレジストパター
ンをマスクとしてイオン注入することにより、第3不純
物領域を形成することができる。第1不純物領域,第2
不純物領域及び第3不純物領域は、相隣接して形成され
る。第2不純物領域の不純物濃度は、第1不純物領域形
成時のドーズ量に第2不純物領域形成時のイオン注入の
ドーズ量を加えたものであり、また、この第2不純物領
域のドーズ量に第3不純物領域形成時のイオン注入のド
ーズを加えたものが第3不純物領域のドーズ量となる。
第1〜3不純物領域のドーズ量は、上記したピンチオフ
及びブレークダウンに対処できる量に設定され、請求項
1記載の発明における作用を奏する。
【0018】請求項3記載の発明は、ゲート電極及びサ
イドウォール絶縁膜を形成した後に斜めイオン注入を行
うことにより、サイドウォール直下に第1不純物領域を
形成することができる。その後のイオン注入により第2
不純物領域が形成される。この第2不純物領域のドーズ
量は、第1不純物領域形成時及び第2不純物領域形成時
のイオン注入のドーズ量の和となる。また、第3不純物
領域のドーズ量は、第2不純物領域のドーズ量に、第3
不純物領域形成時のイオン注入のドーズを加えたものと
なる。
【0019】このように斜めイオン注入を用いたことに
より、イオン注入装置の設定角度を変えるだけでよく、
工程を簡単化することができる。
【0020】請求項4記載の発明においては、ゲート電
極及びサイドウォール絶縁膜を形成した後、第2不純物
領域を形成し、この第2不純物領域から不純物を拡散さ
せることにより第1不純物領域を形成する。このため、
第1不純物領域を形成するためのイオン注入が省略で
き、プロセスを簡略化できる。最近のイオン注入では、
ドーズ量を第2不純物領域の設定ドーズ量よりわずかに
高くしておけば、後のアニールにより不純物が拡散して
設定ドーズ量に調整することが可能となる。
【0021】
【実施例】以下、この発明に係る半導体装置及びその製
造方法の詳細を図面に示す実施例に基づいて説明する。
【0022】(実施例1)図1(A)〜(D)は、この
発明の実施例1の製造工程を示す要部断面図である。
【0023】先ず、図1(A)に示すように、シリコン
基板11に、ゲート酸化膜12及びフィールド酸化膜1
3を周知の技術で形成した後、ゲート酸化膜12上の所
望の位置にゲート電極14を形成する。そして、基板全
面に例えばP+の低濃度なイオン注入をする。このと
き、図1(A)に示すように、ゲート電極14及びフィ
ールド酸化膜13は、イオン注入のマスクとなり、ソー
ス・ドレイン側に夫々低不純物濃度な第1不純物領域1
5,16が形成される。なお、ドレイン側の第1不純物
領域16は、ソース側よりも幅が長く設定されている。
【0024】次に、図示しないが、全面に絶縁膜を堆積
させエッチバックを行って、図1(B)に示すように、
ゲート電極14の側壁部にサイドウォール絶縁膜17を
形成する。そして、同図(B)に示すように、ゲート電
極14及びサイドウォール絶縁膜17並びにフィールド
酸化膜13をマスクとして2回目のP+のイオン注入を
行い、ソース側に第2不純物領域18を、ドレイン側に
も第2不純物領域19を形成する。ソース側の第2不純
物領域18は、第1不純物領域15に重なって形成さ
れ、そのドーズ量はほぼ第1不純物領域15のドーズ量
に2回目のイオン注入のドーズ量を加えた量となる。第
1不純物領域15は、2回目のイオン注入により、サイ
ドウォール絶縁膜17直下のものだけ残り、第2不純物
領域18と隣接する。同様にドレイン側でも、サイドウ
ォール絶縁膜17直下の第1不純物領域16のみ残り、
新たに形成された第2不純物領域19と隣接して形成さ
れる。
【0025】次に、フォトリソグラフィー技術を用い
て、図1(C)に示すように、ゲート電極14,サイド
ウォール絶縁膜17及び第2不純物領域の略幅半分に当
る位置に亘ってレジストパターン20をパターニングす
る。そして、同図(C)に示すように、例えばAsのイ
オン注入を行って、夫々ソース,ドレインとなる高濃度
な第3不純物領域21,22を形成する。このイオン注
入によって、ドレイン側では、サイドウォール絶縁膜1
7直下の低濃度な第1不純物領域16,サイドウォール
絶縁膜17のすぐ脇の中濃度な第2不純物領域19及び
高濃度な第3不純物領域22が隣接して形成される。
【0026】このような製造方法によって形成されたn
MOSトランジスタは、第3不純物領域22がドレイン
であり、第1不純物領域16と第2不純物領域19がオ
フセット領域である。このような構造にしたことによ
り、オフセット領域のピンチオフは、第1不純物領域1
6より高濃度な第2不純物領域19で阻止されるため起
りにくくなる。一方、ゲート端でのブレークダウンは、
サイドウォール絶縁膜17直下の低濃度な第1不純物領
域16で電界を弱めるため、抑制することができる。な
お、図7〜図10に示したトランジスタ特性のデータを
参考にすると、サイドウォール絶縁膜17直下の第1不
純物領域16のドーズ量を4E12cm-2以下、サイド
ウォール絶縁膜17の外側の第2不純物領域19のドー
ズ量を1E13cm-2(1回目のイオン注入と2回目の
イオン注入でのドーズ量を合せて)以上とすることによ
り、低ゲート電圧では図7に示す特性を、高ゲート電圧
側では図10に示す特性を持つトランジスタが得られ
る。このように、オフセット領域を低濃度な第1不純物
領域16と中濃度な第2不純物領域19とで構成する
と、オフセット領域のピンチオフと、ゲート端でのブレ
ークダウンとに対し、独立に対処できるため、不純物濃
度の自由度が広くなり、より耐圧を高く設定することが
可能となる。
【0027】なお、上記した工程の後は、レジストパタ
ーン20を除去し従来と同様なMOSトランジスタ製造
工程を用いて作成すればよい。
【0028】(実施例2)図2(A)〜(D)は、この
発明の実施例2の製造工程を示す要部断面図である。
【0029】この実施例では、シリコン基板11上にゲ
ート絶縁膜12及びフィールド酸化膜13を形成した
後、ゲート酸化膜12にゲート電極14及びサイドウォ
ール絶縁膜17を形成する。その後、図2(A)に示す
ように、斜めイオン注入を行う。この斜めイオン注入
は、斜方向からイオンを照射し、その時基板を回転中心
で回転させる。これにより、サイドウォール絶縁膜17
の直下までイオンが打ち込まれて第1不純物領域15,
16が形成できる。
【0030】その後は、上記した実施例1と同様に、図
2(B)〜(D)までの工程を行えばよい。
【0031】この実施例においても、サイドウォール絶
縁膜17直下に低濃度な第1不純物領域が形成でき、上
記実施例1と同様の作用を持つ高耐圧MOSトランジス
タが作成できる。
【0032】(実施例3)図3(A)〜(D)は、この
発明の実施例3の製造工程の要部断面図である。
【0033】まず、シリコン基板11上にゲート絶縁膜
12及びフィールド酸化膜13を形成した後、ゲート酸
化膜12上の所望の位置にゲート電極14及びサイドウ
ォール絶縁膜17を形成する。そして、図3(A)に示
すように、ゲート電極14及びサイドウォール絶縁膜1
7をマスクとしてイオン注入を行って、中程度の濃度の
第2不純物領域18,19からまず形成する。
【0034】次に、同図(B)に示すように、アニール
を行い、サイドウォール絶縁膜17直下まで不純物を拡
散させ、第2不純物領域18,19よりも低濃度な第1
不純物領域15,16を形成する。このとき、アニール
条件を調整することにより第1不純物領域15,16の
幅寸法を制御することができる。
【0035】その後の工程は、図3(C)及び(D)に
示すように、上記した実施例1と同様の工程を行えばよ
い。
【0036】この実施例においても、第1不純物領域1
6の不純物濃度を第2不純物領域19のそれより低くす
ることができるため、上記実施例1及び2と同様の作用
・効果を持つ。なお、この実施例では、第2不純物領域
18,19の形成の後にアニールを施したが、通常のソ
ース・ドレイン用アニールと同時に行うこともできる。
このため、プロセス工程数を少なくすることも可能であ
る。
【0037】以上、この発明をnチャンネルトランジス
タに適用して説明したが、不純物のイオン種を変えてP
チャンネルトランジスタに適用することも勿論可能であ
る。
【0038】この発明は、上記実施例1,2,3に限定
されるものではなく、構成の要旨の範囲で各種の変更が
可能である。
【0039】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば以下に説明する効果を奏する。
【0040】請求項1記載の発明によれば、第1不純物
領域でブレークダウンの発生を抑え、第2不純物領域で
ピンチオフを阻止することができる。このため、バイポ
ーラアクションに対し強い耐性をもつ効果がある。ま
た、このようなブレークダウンやピンチオフに対して、
独立に対応できるため、不純物濃度の自由度が広くな
り、より耐圧を高く設定することが可能となる。
【0041】また、請求項2記載の発明は、自己整合的
に第1,第2不純物領域が形成でき、容易なプロセス技
術を用いて、バイポーラアクション耐性のある高耐圧M
OSトランジスタを確実に作成できる効果を奏する。
【0042】さらに、請求項3及び4記載の発明によれ
ば、高耐圧MOSトランジスタの製造工程を簡略化する
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(D)は実施例1の製造工程を示す要
部断面図。
【図2】(A)〜(D)は実施例2の製造工程を示す要
部断面図。
【図3】(A)〜(D)は実施例3の製造工程を示す要
部断面図。
【図4】本発明を適用したトランジスタのVD−ID特性
を示すグラフ。
【図5】従来例の要部断面図。
【図6】従来例の要部断面図。
【図7】従来構造のトランジスタのVD−ID特性を示す
グラフ。
【図8】従来構造のトランジスタのVD−ID特性を示す
グラフ。
【図9】従来構造のトランジスタのVD−ID特性を示す
グラフ。
【図10】従来構造のトランジスタのVD−ID特性を示
すグラフ。
【符号の説明】
11…シリコン基板 12…ゲート酸化膜 14…ゲート電極 16…第1不純物領域 17…サイドウォール絶縁膜 19…第2不純物領域 20…レジストパターン 22…第3不純物領域

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体基板上にゲート絶縁
    膜を介してゲート電極が形成され、且つ該ゲート電極両
    側の前記半導体基板に第2導電型のソース・ドレイン領
    域が形成されると共に、前記ゲート電極側壁にサイドウ
    ォール絶縁膜が形成された半導体装置において、 前記ドレイン領域が、サイドウォール絶縁膜直下に形成
    された低不純物濃度の第1不純物領域と、該第1不純物
    領域の外側に隣接して形成された、該第1不純物領域よ
    り不純物濃度の高い第2不純物領域と、該第2不純物領
    域の外側に隣接して形成された、該第2不純物領域より
    不純物濃度の高い第3不純物領域とから成ることを特徴
    とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 第1導電型の半導体基板上にゲート絶縁
    膜を介してゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行って該ゲ
    ート電極の両側の前記半導体基板に低濃度な第2導電型
    の第1不純物領域を形成する工程と、 前記ゲート電極の側壁にサイドウォール絶縁膜を形成す
    る工程と、 前記ゲート電極及び前記サイドウォール絶縁膜をマスク
    としてイオン注入を行って前記第1不純物領域より不純
    物濃度の高い第2導電型の第2不純物領域を形成する工
    程と、 ドレイン側の前記第2不純物領域表面の前記サイドウォ
    ール絶縁膜寄りの領域にレジストパターンを形成し、こ
    のレジストパターンをマスクとしてイオン注入を行って
    前記第2不純物領域より不純物濃度の高い第2導電型の
    第3不純物領域を形成する工程とを備えることを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 第1導電型の半導体基板上にゲート絶縁
    膜を介してゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の側壁にサイドウォール絶縁膜を形成す
    る工程と、 前記半導体基板を回転させながら、前記ゲート電極及び
    サイドウォール絶縁膜をマスクとして斜めイオン注入を
    行って低濃度な第2導電型の第1不純物領域を形成する
    工程と、 次いで、前記ゲート電極及びサイドウォール絶縁膜をマ
    スクとして前記半導体基板に対して垂直なイオン注入を
    行って第2導電型の第2不純物領域を形成する工程と、 ドレイン側の前記第2不純物領域表面の前記サイドウォ
    ール寄りの領域にレジストパターンを形成し、このレジ
    ストパターンをマスクとしてイオン注入を行って、前記
    第2不純物領域より不純物濃度の高い第2導電型の第3
    不純物領域を形成する工程とを備えることを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 第1導電型の半導体基板上にゲート絶縁
    膜を介してゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の側壁にサイドウォール絶縁膜を形成す
    る工程と、 前記ゲート電極及びサイドウォール絶縁膜をマスクとし
    てイオン注入を行い、不純物濃度の低い第2導電型の第
    2不純物領域を形成する工程と、 その後、アニールを施して前記不純物領域の外側に該第
    2不純物領域より不純物濃度の低い第2導電型の第1不
    純物領域を形成する工程と、 ドレイン側の前記第2不純物領域表面の前記サイドウォ
    ール寄りの領域にレジストパターンを形成し、このレジ
    ストパターンをマスクとしてイオン注入を行って前記第
    2不純物領域より不純物濃度の高い第2導電型の第3不
    純物領域を形成する工程とを備えることを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
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