JPH07161991A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH07161991A
JPH07161991A JP34156793A JP34156793A JPH07161991A JP H07161991 A JPH07161991 A JP H07161991A JP 34156793 A JP34156793 A JP 34156793A JP 34156793 A JP34156793 A JP 34156793A JP H07161991 A JPH07161991 A JP H07161991A
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JP
Japan
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gate
oxide film
semiconductor device
manufacturing
film
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JP34156793A
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Makoto Tanaka
田中  誠
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 サイドウォールをポリシリコンゲートの厚さ
よりも高く作製し、サリサイド形成における自己整合を
容易にかつ確実にすることが可能である。 【構成】 基板1上にゲート酸化膜2を形成し、一部の
ゲート酸化膜2上にシリコンゲート3を形成し、シリコ
ンゲートの両側壁にサイドウォール21’を形成した
後、上記ゲート酸化膜2を不純物拡散層形成領域のエッ
チング防止膜としてシリコンゲート3のみを選択的にエ
ッチングしてシリコンゲート3の厚さをサイドウォール
21’の高さよりも小さくし、不純物拡散層形成領域上
部に存在するゲート酸化膜2をエッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MOSトランジスタな
どの半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】素子の微細化に伴って、LSIプロセス
は、その工程数が増加する傾向にあり、MOS半導体プ
ロセスの場合には、短チャネル効果やホットキャリア効
果などの種々の問題がさらに生じてくる。
【0003】現在のCMOSデバイスでは、Pチャネル
トランジスタ,Nチャネルトランジスタの両方のゲート
にN+型ポリシリコンゲート(燐硝子蒸着を行ない熱処
理拡散によって低抵抗化を図ったポリシリコンゲート)
が広く用いられており、Nチャネルトランジスタを表面
チャネル型、Pチャネルトランジスタを埋込チャネル型
のものにしている場合が多い。しかしながら、微細化が
進み、サブハーフミクロン以下の微細パターンプロセス
によって製造がなされるとき、埋込チャネル型では短チ
ャネル効果の抑制が困難になるため、Pチャネルトラン
ジスタをも表面チャネル型のものにするのが良い。この
場合には、PチャネルトランジスタのゲートにP+型の
不純物イオンを注入する一方、Nチャネルトランジスタ
のゲートにN+型の不純物イオンを注入して、デュアル
ゲート構造にし、さらには、両方のトランジスタのゲー
トを連結するのに、ポリサイド(ポリシリコンシリサイ
ド)やサリサイド(self-aligned silicide:自己整合の
なされたシリサイド)の形成プロセスが必要となる。こ
のポリサイド,サリサイドの形成プロセスを行なうこと
によって、コンタクト抵抗を低減し、トランジスタの高
速動作特性を向上させることが可能となる。
【0004】また、Pチャネルトランジスタ,Nチャネ
ルトランジスタの両方の素子構造を表面チャネル型のも
のにすることによって短チャネル効果耐性を向上させる
ことができるが、短チャネル効果やホットキャリア効果
の耐性をより一層向上させるため、従来ではLDD(Li
ghtly-Doped-Drain)構造やGOLD(Gate-Overlap-LD
D)構造の素子構造がさらに提案されている。
【0005】ところで、LDD構造あるいはGOLD構
造の作製、並びに、サリサイド形成のためには、ゲート
の両側壁にサイドウォールを形成することが必要不可欠
となる。サリサイド形成において、ゲート上のシリサイ
ドとソース/ドレイン上のシリサイドとの分離,すなわ
ち、自己整合を容易にするには、サイドウォールを高く
すれば良いが、通常の酸化膜エッチバックの工程では、
サイドウォールの高さを、ポリシリコンゲートの厚さと
同じかあるいはポリシリコンゲートの厚さよりも低くし
か作製できなかった。すなわち、従来では、サイドウォ
ールをゲート電極の高さ以上には高くすることができ
ず、サリサイド形成における自己整合を容易にかつ確実
に行なうことが出来ないという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、サイドウォ
ールをポリシリコンゲートの厚さよりも高く作製し、サ
リサイド形成における自己整合を容易にかつ確実にする
ことの可能な半導体装置の製造方法を提供することを目
的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、請求項1乃至請求項7記載の発明は、基
板上にゲート酸化膜を形成し、一部のゲート酸化膜上に
シリコンゲートを形成し、シリコンゲートの両側壁にサ
イドウォールを形成した後、上記ゲート酸化膜を不純物
拡散層形成領域のエッチング防止膜としてシリコンゲー
トのみを選択的にエッチングしてシリコンゲートの厚さ
をサイドウォールの高さよりも小さくし、不純物拡散層
形成領域上部に存在するゲート酸化膜をエッチングする
ようにしている。これにより、サイドウォールの高さを
シリコンゲートの厚さよりも高く形成することができ、
サリサイドの形成において、ゲート上のシリサイド(ポ
リサイド)と不純物拡散層上のシリサイドとを容易にか
つ確実に分離することができて、サリサイドを容易に形
成することができる。
【0008】また、請求項8記載の発明のように、サイ
ドウォールの高さをシリコンゲートの厚さ(高さ)に対
し、20%以上あるいは400Å以上高くしてサリサイ
ド形成を行なうことにより、自己整合が極めて容易とな
る。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、以下では、説明を簡単にするため、不純物
拡散層(ソース/ドレイン領域)等の構造,その形成法及
びプロセス手順については説明を省略し、主にサイドウ
ォールの形成について説明する。
【0010】図1は本発明の半導体装置の製造方法の第
1の実施例のプロセスフローを示す図である。図1の例
では、ゲート酸化膜2,フィールド酸化膜11,および
シリコンゲート(例えばポリシリコンゲート)3を有する
シリコン基板1上に、先ず、サイドウォール形成用の高
温酸化膜21を堆積する(図1(a))。
【0011】次いで、高温酸化膜21をエッチバックし
てサイドウォールの形成を行なう。すなわち、例えば、
CHF3,CF4,Ar等により構成されるフッ素系ガス
プラズマを用いて、高温酸化膜21の部分のみをリアク
ティブイオンエッチングして、シリコンゲート3の両側
壁にサイドウォール21’を形成する(図1(b))。
ここで、フッ素系ガスにCHF3,CF4,Arを用いる
場合、その混合比は、例えば、CHF3:CF4:Ar=
1:2:10である。なお、上記ガス種,混合比はあく
まで例示であり、上記以外のガス種,混合比を用いるこ
ともできる。
【0012】このようにしてサイドウォール21’を形
成した後、ゲート酸化膜2を不純物拡散層形成領域(例
えばソース/ドレイン形成領域)4のエッチング防止膜
にし、例えばCl2(100%)ガス,あるいはCl2
HBrの混合ガスで構成される塩素系ガスプラズマを用
いて、シリコンゲート3のみをリアクティブイオンエッ
チングする。このエッチングによって、シリコンゲート
3の厚さは、サイドウォール21’の高さよりも小さく
なる(図1(c))。
【0013】次に、不純物拡散層形成領域の上部のゲー
ト酸化膜2を除去するため、再度フッ素系ガスプラズマ
を用いてリアクティブイオンエッチングを行なう(図1
(d))。この際、サイドウォール21’もいくらかエ
ッチングされるが、除去されるべきゲート酸化膜2の厚
さは非常に薄いものであるので、ゲート酸化膜2を除去
するためのエッチングによってはサイドウォール21’
の幅および高さはほとんど変動しない。
【0014】上記のような形成工程によって、サイドウ
ォール21’を、シリコンゲート3の厚さよりも高く形
成することができる。これにより、次工程のサリサイド
形成において、ゲート3上層部に形成されるシリサイド
(ポリサイド)31と不純物拡散層4の上層部に形成さ
れるシリサイド32とを良好に分離することができる
(図1(e))。すなわち、サリサイド形成における自
己整合を容易にかつ確実にすることができる。
【0015】図2は本発明の半導体装置の製造方法の第
2の実施例のプロセスフローを示す図である。図2の例
では、高温酸化膜21の蒸着に先立って、ゲート酸化膜
2,フィールド酸化膜11,シリコンゲート(例えばポ
リシリコンゲート)3を有する基板1上に、窒化膜(例え
ばシリコン窒化膜)15を200〜400Å程度蒸着す
る。しかる後、サイドウォール形成用の高温酸化膜21
を蒸着によって堆積する(図2(a))。
【0016】次いで、第1の実施例と同様のサイドウォ
ール形成工程により、高温酸化膜21をエッチバックし
てサイドウォール21’の形成を行なうが、この第2の
実施例では、高温酸化膜21をエッチバックする際、窒
化膜15がエッチングのエンドポイントとして機能す
る。これにより、高温酸化膜21の部分のみがエッチン
グされ、窒化膜15の下地の部分に対しオーバーエッチ
ングがなされるのを防止できる(図2(b))。特に、
エッチング防止膜として用いられる不純物拡散層形成領
域4上部のゲート酸化膜2がオーバーエッチングされる
のを防止できる。このように、窒化膜15は、高温酸化
膜21の部分のエッチングにおけるエンドポイントとし
て用いられ、サイドウォール21’が形成された後、S
6ガスを用いたリアクティブイオンエッチング(ドラ
イエッチング),あるいは熱燐酸によるウェットエッチ
ングで選択的に除去される(図2(c))。
【0017】上記の工程を行なうことにより、不純物拡
散層形成領域4上部のゲート酸化膜2がオーバーエッチ
ングされるのを防止できるので(ゲート酸化膜2は確実
に残っているので)、シリコンゲート3のみの選択的エ
ッチングを確実に行なうことができ(図2(d))、不
純物拡散層形成領域4に影響を与えずに、シリコンゲー
ト3の厚さをサイドウォール21’の高さよりも低く形
成することが可能となる。
【0018】しかる後、第1の実施例の図1(d),
(e)に示したと同様の工程によって、ゲート酸化膜2
を除去し(図2(e))、シリコンゲート3の厚さより
も高く形成されているサイドウォール21’によって、
サリサイド形成における自己整合を容易にかつ確実にす
ることができる(図2(f))。
【0019】図3は本発明の半導体装置の製造方法の第
3の実施例のプロセスフローを示す図である。図3の例
では、予めシリコン膜(例えばポリシリコン膜)表面に2
00〜500Å程度の窒化膜(例えばシリコン窒化膜)を
形成した後に、これらをシリコンゲート(例えばポリシ
リコンゲート)3および窒化膜ゲートパターン13とし
て形成し、シリコンゲート3上の窒化膜ゲートパターン
13をマスクとして酸化を行ない、不純物拡散層形成領
域4上部に150〜300Å程度の酸化膜(シリコン酸
化膜)2’を形成する(図3(a))。なお、この際、
シリコンゲート3の側壁にもシリコン酸化膜12が形成
される。しかる後、サイドウォール形成用の高温酸化膜
21を蒸着によって堆積する(図3(b))。
【0020】次いで、第1の実施例と同様のサイドウォ
ール形成工程により、高温酸化膜21をエッチバックし
てサイドウォール21’の形成を行なう(図3
(c))。次いで、この第3の実施例では、酸化膜2’
を不純物拡散層形成領域のエッチング防止膜として機能
させることにより、シリコンゲート3のみの選択的エッ
チングが可能となり(図3(d))、サイドウォール2
1’の高さを残存シリコンゲート3の厚さよりも高くす
ることができる。
【0021】しかる後、第1の実施例の図1(d),
(e)に示したと同様の工程によって、酸化膜2’を除
去し(図3(e))、シリコンゲート3の厚さよりも高
く形成されているサイドウォール21’によって、サリ
サイド形成における自己整合を容易にかつ確実にするこ
とができる(図3(f))。
【0022】図4は本発明の半導体装置の製造方法の第
4の実施例を示す図である。図4の例では、第3の実施
例と同様に、予めシリコン膜(例えばポリシリコン膜)表
面に200〜500Å程度の窒化膜(例えばシリコン窒
化膜)を形成した後に、これらをシリコンゲート3,窒
化膜ゲートパターン13として形成するが、シリコンゲ
ート3上の窒化膜ゲートパターン13をマスクとして酸
化を行なう前に、高温酸化膜21を蒸着によって堆積し
(図4(a))、第1の実施例と同様のサイドウォール
形成工程により、高温酸化膜21をエッチバックしてサ
イドウォール21’の形成を行なう(図4(b))。
【0023】次いで、窒化ゲートパターン13およびサ
イドウォール21’をマスクとして酸化を行ない、不純
物拡散層形成領域4上部に150〜300Å程度の酸化
膜2’を形成する(図4(c))。次いで、この酸化膜
2’を不純物拡散層領域4のエッチング防止膜として用
いることにより、シリコンゲート3のみの選択的エッチ
ングが可能となり(図4(d))、サイドウォール2
1’の高さを残存シリコンゲート3の厚さよりも高くす
ることができる。
【0024】しかる後、第1の実施例の図1(d),
(e)に示したと同様の工程によって、酸化膜2’を除
去し(図4(e))、シリコンゲート3の厚さよりも高
く形成されているサイドウォール21’によって、サリ
サイド形成における自己整合を容易にかつ確実にするこ
とができる(図4(f))。
【0025】なお、第3の実施例,第4の実施例におい
て、シリコン膜上に予め形成される窒化膜13は、窒化
あるいは蒸着のいずれによっても形成できるが、蒸着の
場合には膜厚を比較的に大きく形成できるので、蒸着を
用いる方が良い。
【0026】図5は本発明の半導体装置の製造方法の第
5の実施例のプロセスフローを示す図である。図5の例
では、シリコン膜(例えばポリシリコン膜)を形成する
際、予め中間層として100Å程度の酸化膜(あるいは
窒化膜)16を形成しておく。この酸化膜(あるいは窒化
膜)16は、酸化(あるいは窒化),蒸着のいずれによって
も形成できるが、膜厚が比較的小さいので、この実施例
では、酸化(あるいは窒化)により形成した。
【0027】このようにして、酸化膜(あるいは窒化膜)
を中間層にもつシリコン膜を形成後、これを加工してシ
リコンゲート3を形成し、次いで、サイドウォール形成
用の高温酸化膜21を蒸着によって堆積する(図5
(a))。次いで、第1の実施例と同様のサイドウォー
ル形成工程により、高温酸化膜21をエッチバックして
サイドウォール21’を形成する(図5(b))。
【0028】しかる後、酸化膜2を不純物拡散層領域4
のエッチング防止膜として用いて、シリコンゲート3の
みを選択的にエッチングする(図5(c))。これによ
って、サイドウォールの高さを残存シリコンゲートの厚
さよりも高くすることができる。この際、第5の実施例
では、予め中間層として形成された酸化膜(あるいは窒
化膜)16が、エッチングのエンドポイントとなり、酸
化膜(あるいは窒化膜)16よりも下の所定の厚さのシリ
コン層はエッチングされずに済む。これにより、ゲート
の加工性を向上させることができる。
【0029】しかる後、第1の実施例の図1(d),
(e)に示したと同様の工程によって、ゲート酸化膜2
を除去し(図5(e))、シリコンゲート3の厚さより
も高く形成されているサイドウォール21’によって、
サリサイド形成における自己整合を容易にかつ確実にす
ることができる(図5(f))。
【0030】図6は本発明の半導体装置の製造方法の第
6の実施例を示す図である。図6の例では、シリコン膜
(例えばポリシリコン膜)を形成する際に、予め中間層と
して200Å程度の高融点金属層(Ti,W)30をシ
リコン膜の所定の厚さ位置のところにスパッタ法等によ
り形成しておき、高融点金属層30が中間層として形成
されたシリコン膜を加工して、シリコンゲート(例えば
ポリシリコンゲート)3を形成し、次いで、サイドウォ
ール形成用の高温酸化膜21を蒸着によって堆積する
(図6(a))。次いで、第1の実施例と同様のサイド
ウォール形成工程により、高温酸化膜21をエッチバッ
クしてサイドウォール21’を形成する(図6
(b))。
【0031】しかる後、酸化膜2を不純物拡散層領域4
のエッチング防止膜として用いて、シリコンゲート3の
みを選択的にエッチングする(図6(c))。これによ
って、サイドウォールの高さを残存シリコンゲートの厚
さよりも高くすることができる。この際、第6の実施例
では、予め中間層として形成された高融点金属層あるい
はこれにより形成されたシリサイド(ポリサイド)層3
0が、エッチングのエンドポイントとなり、高融点金属
層あるいはシリサイド層30よりも下の所定の厚さのシ
リコン層はエッチングされずに済む。これにより、ゲー
トの加工性を向上させることができる。
【0032】しかる後、第1の実施例の図1(d),
(e)に示したと同様の工程によって、ゲート酸化膜2
を除去し(図6(d))、シリコンゲート3の厚さより
も高く形成されているサイドウォール21’によって、
サリサイド形成における自己整合を容易にかつ確実にす
ることができる(図6(e))。なお、この際、第6の
実施例では、ゲートシリサイド(ポリサイド)をより容易
に形成することができる。すなわち、ポリシリコンゲー
トは蒸着膜であって、不純物拡散層領域上部(表面)に
比べ表面の凹凸が荒く、また、その面積も小さいため、
一般に、不純物拡散層上のシリサイド形成に比べ、その
形成が困難であるが、第6の実施例において、ポリシリ
コンゲート3上に、高融点金属層あるいはこれにより形
成されたシリサイド(ポリサイド)層30を一部残存さ
せて、サリサイド形成を行なうことにより、サリサイド
形成時のゲートシリサイド(ポリサイド)を容易に形成
することができる。
【0033】このように、第1乃至第6の実施例のいず
れかの製造方法を用いることによって、サイドウォール
21’の高さをシリコンゲート3の厚さ(高さ)よりも
高くして良好なサリサイド形成を行なうことができる。
この際、サイドウォール21’とシリコンゲート3の高
さの差は、サリサイドに必要な高融点金属膜の膜厚より
大きいことが望ましい。サブハーフミクロン以下のMO
Sデバイスを製造する場合、シリコン膜厚は、2000
〜4000Å程度である。この場合、サリサイド形成に
必要な高融点金属膜の膜厚は100〜400Å程度が適
当である。従って、サイドウォール21’の高さをシリ
コンゲート3の厚さ(高さ)に対し、20%以上あるい
は400Å以上高くするのが良く、20%以上あるいは
400Å以上高くしてサリサイド形成を行なうことによ
り、自己整合が極めて容易となる。
【0034】また、上記第5,第6の実施例は、基本的
には第1の実施例の製造方法に従っているが、第2,第
3または第4の実施例の製造方法に第5または第6の実
施例の製造を組合せて用いることももちろん可能であ
る。
【0035】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項1乃至請
求項7記載の発明によれば、基板上にゲート酸化膜を形
成し、一部のゲート酸化膜上にシリコンゲートを形成
し、シリコンゲートの両側壁にサイドウォールを形成し
た後、上記ゲート酸化膜を不純物拡散層形成領域のエッ
チング防止膜としてシリコンゲートのみを選択的にエッ
チングしてシリコンゲートの厚さをサイドウォールの高
さよりも小さくし、不純物拡散層形成領域上部に存在す
るゲート酸化膜をエッチングするようにしており、サイ
ドウォールの高さをシリコンゲートの厚さよりも高く形
成することができるので、サリサイドの形成において、
ゲート上のシリサイド(ポリサイド)と不純物拡散層上
のシリサイドとを容易にかつ確実に分離することができ
て、サリサイドを容易に形成することができる。
【0036】また、請求項8記載の発明のように、サイ
ドウォールの高さをシリコンゲートの厚さ(高さ)に対
し、20%以上あるいは400Å以上高くしてサリサイ
ド形成を行なうことにより、自己整合が極めて容易とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法の第1の実施例
のプロセスフローを示す図である。
【図2】本発明の半導体装置の製造方法の第2の実施例
のプロセスフローを示す図である。
【図3】本発明の半導体装置の製造方法の第3の実施例
のプロセスフローを示す図である。
【図4】本発明の半導体装置の製造方法の第4の実施例
のプロセスフローを示す図である。
【図5】本発明の半導体装置の製造方法の第5の実施例
のプロセスフローを示す図である。
【図6】本発明の半導体装置の製造方法の第6の実施例
のプロセスフローを示す図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 ゲート酸化膜 2’ 酸化膜 3 シリコンゲート 4 不純物拡散層形成領域(ソース/ドレ
イン形成領域) 11 フィールド酸化膜 12 シリコン酸化膜 13 シリコン窒化膜 15 シリコン窒化膜 16 シリコン窒化膜(酸化膜) 21 高温酸化膜 21’ サイドウォール 31,32 シリサイド

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にゲート酸化膜を形成する工程
    と、一部のゲート酸化膜上にシリコンゲートを形成する
    工程と、シリコンゲートの両側壁にサイドウォールを形
    成する工程と、前記ゲート酸化膜を不純物拡散層形成領
    域のエッチング防止膜としてシリコンゲートのみを選択
    的にエッチングしてシリコンゲートの厚さをサイドウォ
    ールの高さよりも小さくする工程と、不純物拡散層形成
    領域上部に存在するゲート酸化膜をエッチングする工程
    とを有していることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、前記シリコンゲートを形成した後、高温酸化膜
    が形成される前に、基板上に窒化膜を形成する工程をさ
    らに有し、前記高温酸化膜を形成した後、該高温酸化膜
    をエッチバックしてサイドウォールを形成する際に、前
    記窒化膜を高温酸化膜に対するエッチングのエンドポイ
    ントとして機能させるようになっていることを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、前記シリコンゲート上に窒化膜ゲートパターン
    を形成し、該窒化膜ゲートパターンをマスクとして不純
    物拡散層形成領域上部を酸化して不純物拡散層形成領域
    上部のゲート酸化膜をより厚いものとするようになって
    いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、前記窒化膜ゲートパターンをマスクとして不純
    物拡散層形成領域上部に酸化を行なう工程は、基板上に
    高温酸化膜が形成されるに先立ってなされることを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項3記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、前記窒化膜ゲートパターンをマスクとして不純
    物拡散層形成領域上部を酸化する工程は、サイドウォー
    ルが形成された後、シリコンゲートのエッチングを行な
    うに先立ってなされることを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に
    記載の半導体装置の製造方法において、前記シリコンゲ
    ートの形成時に、シリコンゲート内に中間層として酸化
    膜層あるいは窒化膜層を形成し、シリコンゲートを選択
    的にエッチングする際に、該酸化膜層あるいは窒化膜層
    をエッチングのエンドポイントとして機能させるように
    なっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に
    記載の半導体装置の製造方法において、前記シリコンゲ
    ートの形成時に、シリコンゲート内に中間層として高融
    点金属膜層を形成し、シリコンゲートを選択的にエッチ
    ングする際に、該高融点金属膜層,あるいは高温酸化膜
    の形成時に高融点金属膜層がシリサイド化されたシリサ
    イド層を、エッチングのエンドポイントとして機能さ
    せ、さらにサリサイド時のゲートシリサイド形成を容易
    にするため、前記高融点金属層,あるいはこれにより形
    成されるシリサイド層を少なくとも一部残存させるよう
    になっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 サイドウォールの高さをシリコンゲート
    の厚さ(高さ)に対し、20%以上あるいは400Å以
    上高くしてサリサイド形成を行なうことを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
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