JPH09162396A - 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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JPH09162396A
JPH09162396A JP32155695A JP32155695A JPH09162396A JP H09162396 A JPH09162396 A JP H09162396A JP 32155695 A JP32155695 A JP 32155695A JP 32155695 A JP32155695 A JP 32155695A JP H09162396 A JPH09162396 A JP H09162396A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 不純物の増速拡散が抑制されて浅い拡散層が
形成され、かつ接合特性が良好で、MOSFET型素子
の微細化が可能な半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板の表面に、Tiイオン19a
を注入して非晶質層17aとなる金属イオン注入領域を
形成する工程と、金属イオン注入領域及び該注入領域と
半導体基板との境界近傍に、p型キャリアとなる不純物
BF2 19bを導入する工程と、不純物導入後、700
℃以下の温度で熱処理を行い金属イオン注入領域に金属
シリサイド化反応層17cを形成する工程と、金属シリ
サイド化反応層形成後に、700℃以上の熱処理を行っ
て注入された不純物を拡散させ、p型拡散層18のp/
n接合境界を金属シリサイドと半導体基板との界面より
も深い位置に形成する工程を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はMOSLSIとして
メモリ系、ロジック系デバイスに用いられる半導体装置
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、MOSFETの高集積化及び微細
化が進み、デバイスサイズを縮小化するためにはp/n
接合設計条件も、このスケーリングに合わせていく必要
がある。このスケーリング則に適合させるために、MO
S型素子のソース、ドレインなどの拡散層p/n接合を
浅くしていく技術や、チャネル濃度の制御、不純物の打
ち返し技術など多くの提案がなされている。特にp型拡
散層を形成するためのB(ボロン)の注入では900℃
以上のアニール温度におけるSi中でのBの拡散が大き
いために浅接合化が難しく、この拡散を少なくする技術
が求められている。例えば、特開昭62−112321
号公報で公開された技術は、拡散層の低抵抗化を図るた
めに金属シリサイド層を拡散層上に形成する技術を応用
して、p型拡散層の浅接合化を図る技術である。
【0003】この特開昭62−112321号公報で開
示された技術を用いて従来技術を説明する。図3は特開
昭62−112321号公報で開示されたp型拡散層形
成技術を説明する模式的断面図であり、(a)〜(f)
は各工程を示す。図中符号31はn型シリコン基板、3
2は素子分離構造、33はゲート絶縁膜、34はゲート
電極、35aはpソース、35bはpドレイン、36は
TiN膜、37は熱処理によりTiNとSi両者に分布
したp拡散層、38は接合深さの浅くなったp拡散層、
39はパシベーション膜、40はアルミ配線を示す。
【0004】初めにn型シリコン基板31に素子分離構
造32を形成し、ゲート絶縁膜33を介してリンドープ
・多結晶シリコンによりゲート電極34を形成する
(a)。次いで、ゲート電極をマスクとしてB(ボロ
ン)を注入し、900℃以上の熱処理を施してp型のソ
ース35a・ドレイン35b領域を形成する(b)。こ
の後、全面にTiN膜36を、例えばスパッタリング法
で形成する(c)。次いで、450℃の窒素雰囲気中で
熱処理を施すことにより、Si中に分布していたBがT
iN膜36中に拡散していき、TiNとSi両者に分布
したp拡散層37が形成される(d)。Bの拡散したT
iN層36をエッチングで除去すると接合深さの浅くな
ったp拡散層38が得られp型ソースとドレインの浅接
合化が可能となる(e)。最終的にパシベーション膜3
9、アルミ配線40を形成しMOS型素子を完成させる
(f)。
【0005】しかし、本従来例では通常B注入で900
℃以上の熱処理で形成されるp型拡散層は接合深さが2
00nmよりも深く形成される。このため、450℃で
の低温熱処理で、BのTiN膜への拡散により接合深さ
を十分浅く形成することは非常に困難である。
【0006】これに対し、Yasuhisa 0mur
aらはエクステンデド・アブストラクト・オブ・ザ・2
0th・コンフアレンス・オン・ソリッド・ステート・
デバイス・アンド・マテリアルズ,1988,93〜9
6ページ(Extendedabstracts of
20th Conference on Sol−i
d State Devices and Mater
ials,1988,pp.93−96)でソース・ド
レインとなる領域やゲートポリシリ電極ヘのTiのイオ
ン注入によるTiシリサイド化の検討を行っている。0
muraらはp型またはn型シリコン基板のソース・ド
レインとなる領域にリンまたはボロンを注入し、活性化
の熱処理を行っている。次に、Tiを加速電圧30Ke
V、ドース1×1017cm-2で注入し熱処理を行って、
ソース・ドレイン領域をTiシリサイド化している。こ
のため、上記方法ではTiシリサイド化反応よりも前
に、キャリアとなる不純物を注入し熱処理を行っている
ため、例えばボロンなどの増速拡散は抑制できないとい
う間題点がある。
【0007】さらに、チャネリングによる拡散を抑制す
るため、不純物注入前にイオン注入により非晶質層を形
成し、不純物拡散を抑制する技術も提案されている。こ
れを特開平4−158530号公報で開示された半導体
素子の製造方法を用いて税明する。図4は従来例の特開
平4−158530号公報で開示された半導体素子の製
造方法を説明する模式的断面図であり、(a)〜(f)
は各工程を示す。図中符号41はn型シリコン基板、4
2はゲート絶縁膜、43は逆T字型ゲート電極、44は
非晶質層、45はゲート電極スペーサ用絶縁膜、45a
はゲート電極スペーサ、46は逆T字型ゲート電極、4
7はP+ 拡散層、48は層間絶縁膜、49はアルミ電極
を示す。
【0008】n型シリコン基板41上に素子分離構造を
形成した後、ゲート絶縁膜42、ゲート電極用低抵抗多
結晶シリコン膜を形成し、エッチング法により逆T字型
ゲート電極43を形成する(a)。この後、Siイオン
を70KeV、2×1015cm-2で注入し、ソース・ド
レイン部の表面から深さ100nmまで非晶質化して非
晶質層44を形成する(b)。次いで、ゲート電極スペ
ーサ用絶縁膜45を堆積(c)、エッチバックし、ゲー
ト電極のサイドウオールであるゲート電極スペーサ45
aを形成する。この時逆T字型電極43とゲート絶縁膜
42のゲート電極スペーサ45aに囲まれた部分以外は
除去される(d)。これをマスクにしてBF2 を15K
eV、2×1015cm-2でイオン注入する。この時、B
の深さはシミュレーションで50nm、横方向広がりは
40nmと考えられている。この後、ランプアニールで
950℃、15秒の熱処理を施しp型拡散層47を形成
する(e)。最終的にパシベーション膜39、アルミ配
線40を形成しMOS型素子を完成させる(f)。
【0009】上記の条件で作製した、p型拡散層47の
深さは約90nm、横方向広がりは70nmとなってい
る。しかし、BF2 を注入する前にSiイオン注入によ
り形成した非晶質層44の深さは100nmであり、最
終的に出来上がったp型拡散層接合深さ90nmよりも
深い。このためp/n接合境界での接合特性は良くない
と考えられる。また、上記の方法では確かに、BF2
入時の横方向拡散は抑制されるが、不純物活性化また
は、非晶質部の回復時の熱処理でBの増速拡散を抑制す
ることは難しく接合深さまたは横方向拡散を制御するこ
とは困難である。さらに注入欠陥層が残留しており、接
合特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記の特開昭62−1
12321号公報で示された従来例ではTiN膜形成前
にSi基板に注入されたBを900℃以上の熱処理で深
く拡散してしまい、この後のTiN膜堆積後の熱処理で
のBのTiN膜側ヘの吸い出しでは、十分に浅い接合が
形成されない。
【0011】また、Yasuhisa Omuraらの
方法では初めにボロンなどキャリアとなる不純物をソー
ス・ドレイン領域に注入し熱処理を行い、次に、Tiイ
オン注入を行い、さらにシリサイド化熱処理を行ってい
るため、すでにp型拡散層が深い領域に形成されている
ため、ボロンのTiシリサイド膜側ヘの拡散は十分では
ない。
【0012】また、特開平4−158530号公報で示
された従来例ではゲートセルフアラインで非晶質化Si
注入を行い、この後ゲート電極脇にサイドウェールを形
成し、これをマスクにBF2 を注入し熱処理して、横方
向のチャネリングを抑制しかつ浅い接合を形成するが、
Bの増速拡散までは制御できないこと、及び非晶質境界
深さが拡散層接合境界よりもやや深い位置に設定されて
おり、接合特性の改善が困難であるという問題がある。
【0013】本発明の目的は、不純物の増速拡散が抑制
されて浅い拡散層が形成され、かつ接合特性が良好で、
MOSFET型素子の微細化が可能な半導体装置の製造
方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、チャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタを
備えた半導体装置の製造方法において、素子分離構造、
ゲート絶縁膜、ゲート電極及び電極保護用サイドウオー
ルの形成された半導体基板の表面に、金属イオンを注入
して非晶質層となる金属イオン注入領域を形成する工程
と、金属イオン注入領域及び該注入領域と半導体基板と
の境界近傍に、p型またはn型のキャリアとなる不純物
を導入する工程と、不純物導入後、700℃以下の温度
で熱処理を行い金属イオン注入領域に金属シリサイド層
を形成する工程と、金属シリサイド層形成後に、700
℃以上の熱処理を行って注入された不純物を拡散させ、
拡散層のp/n接合境界を金属シリサイドと半導体基板
との界面よりも深い位置に形成する工程とを有する。
【0015】また、チャネル絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタを備えた半導体装置の製造方法において、素子分
離構造、ゲート絶縁膜、ゲート電極及び電極保護用サイ
ドウオールの形成された半導体基板の表面に金属膜を形
成する工程と、形成された金属膜中及び金属と半導体基
板との境界近傍に、p型またはn型のキャリアとなる不
純物を導入する工程と、不純物導入後、700℃以下の
温度で熱処理を行い金属膜に金属シリサイド層を形成す
る工程と、拡散層形成部上部及びゲート電極上部以外の
金属膜を除去する工程と、700℃以上の熱処理を行っ
て注入された不純物を拡散させ、拡散層のp/n接合境
界を金属シリサイドと半導体基板との界面よりも深い位
置に形成する工程とを有する製造方法でもよい。
【0016】後者の製造方法において金属膜の形成がス
パッタリング法によって行なわれてもよく、CVD法に
よって行なわれてもよく、また蒸着法によって行なわれ
てもよい。
【0017】金属シリサイド層形成のために使用される
金属がTiであってもよく、Coであってもよく、Wで
あってもよい。
【0018】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
イオン注入法によって不純物を半導体基板中に導入する
際に生じる点欠陥の影響による熱処理時の不純物の増速
拡散を、不純物を金属シリサイド形成領域中またはシリ
サイド/半導体基板境界近傍に導入し、かつ700℃以
下の低温で金属シリサイド反応を起こさせるため、増速
拡散に寄与する点欠陥が金属シリサイド反応に消費さ
れ、従来よりも点欠陥が非常に低濃度となる。
【0019】このため、ひき続き行われる拡散層形成の
ための700℃以上の熱処理では不純物の増速拡散が抑
制されて、浅い拡散層形成が可能となる。
【0020】さらに接合境界層が直接接触しているの
で、良好な接合特性が得られる。
【0021】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施
の形態の半導体装置の製造方法を説明する模式的断面図
であり、(a)〜(d)は各工程を示す。図中符号11
はシリコン単結晶基板、12は素子分離構造、13はゲ
ート絶縁膜、14はゲート電極、15は窒化膜サイドウ
オール、16は酸化膜サイドウオール、17aは非晶質
層、17bはBF2 の注入された非晶質層、17cはシ
リサイド化反応層、18はp型拡散層、19aはTiイ
オン注入、19bはBF2 イオン注入を示す。
【0022】まず、シリコン単結晶基板11上に素子分
離構造12を形成し、ゲート絶縁膜13を8nm厚で形
成し、さらに、ゲート電極用の多結晶シリコン膜をLP
CVD法で150nm厚堆積する。リン拡散によりゲー
ト多結晶シリコン膜に不純物をドーピングした後、ドラ
イエッチングによりゲート電極14を形成する。さらに
ゲート電極保護のため10nm厚の窒化膜を堆積したの
ちエッチバックし、さらにCVD酸化膜を50nm厚で
堆積し、前記同様にエッチバックし、ゲート電極側面の
みに窒化膜サイドウオール15及び酸化膜サイドウオー
ル16を残す。次いで、Tiのイオン注入19aを加速
電圧20KeV、ドースを5×1016〜1×1017cm
-2程度行うことにより約30nm厚の非晶質層17aが
形成される(a)。
【0023】これに続いてBF2 のイオン注入19bを
加速電圧25KeV、ドース1×1015cm-2で行って
非晶質層17aをBF2 の注入された非晶質層17bと
する(b)。
【0024】次に650℃の熱処理を行う。この際、T
iのシリサイド化反応層17cが生じ、TiやB注入な
どによって多量に発生していた点欠陥(格子間シリコ
ン)は、このシリサイド化反応により消費され、シリサ
イド化反応境界近傍では点欠陥は低濃度になる(c)。
【0025】次いで、p型拡散層18の接合境界がシリ
サイド層境界と約5×1019cm-3よりも高濃度のキャ
リア濃度で接する程度に不純物を拡散させるために、ラ
ンプアニール法により800℃、20秒の熱処理を行っ
てp型拡散層18を形成する(d)。この時、最初のシ
リサイド化反応によりボロンの増速拡散に寄与している
点欠陥がシリサイド層境界近傍で減少しているため、B
の高濃度領域からの増速拡散が抑制され浅い接合が形成
可能となった。
【0026】最終的にパシベーション膜、アルミ配線を
形成しMOS型素子を完成させる。
【0027】次に、図2は本発明の第2の実施の形態の
半導体装置の製造方法を説明する模式的断面図であり、
(a)〜(d)は各工程を示す。図中符号21はシリコ
ン単結晶基板、22は素子分離構造、23はゲート絶縁
膜、24はゲート電極、25は窒化膜サイドウオール、
26は酸化膜サイドウオール、27aはスパッタTi
膜、27bは低温反応させたスパッタTiのシリサイド
化反応層、27cは余剰Tiエッチ後のTiシリサイド
化反応層、28はp型拡散層、29はBF2 イオン注入
を示す。
【0028】まず、シリコン単結晶基板21上に素子分
離構造22を形成し、ゲート絶縁膜23を8nm厚で形
成しさらに、ゲート電極用の多結晶シリコン膜をLPC
VD法で150nm厚堆積する。リン拡散によりゲート
多結晶シリコン膜に不純物をドーピングした後、ドライ
エッチングによりゲート電極24を形成する。さらにゲ
ート電極保護のため10nm厚の窒化膜を堆積したのち
エッチバックし、さらにCVD酸化膜を50nm厚で堆
積し、前記同様にエッチバックし、ゲート電極側面のみ
に窒化膜サイドウオール25及び酸化膜サイドウオール
26を残す。次いで、スパッタTi膜27aをスパッタ
リング法により膜厚20nmで堆積する(a)。
【0029】これに続いて投影飛程をスパッタTi膜/
シリコン基板界面よりややTi膜側に設定し、BF2
イオン注入29を加速電圧20KeV、ドース1×10
15cm-2で行う(b)。
【0030】次に650℃の熱処理を行う。この際、T
iのシリサイド化反応層27bが生じ、Tiシリサイド
層境界近傍ではBF2 注入などによって多量に発生して
いた点欠陥(格子間シリコン)は、シリサイド反応で殆
どが消費され非常に低濃度となる。この低温でのシリサ
イド化反応によってはキャリアとなる不純物のボロンは
拡散しない(c)。
【0031】この後、余剰Tiエッチ工程などを経て、
拡散層上及びゲート電極上にのみTiシリサイド化反応
層27cを形成し、さらにp型拡散層28のp/n接合
境界がシリサイド層よりも深い位置に形成されるよう
に、ランプアニール法を用い、870℃で10秒の熱処
理を行う。これにより、キャリアとなる不純物のBは拡
散を始めるが、増速拡散に寄与している点欠陥が減少し
ているため、この700℃以上での熱処理の時にBの増
速拡散が抑制され浅い接合が形成可能となった(d)。
最終的にパシベーション膜、アルミ配線を形成しMOS
型素子を完成させる。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、イオン注入法によって
不純物を半導体基板中に導入する際に生じる点欠陥の影
響による熱処理時の不純物の増速拡散を、不純物を金属
シリサイド形成領域中またはシリサイド/半導体基板境
界近傍に導入し、かつ700℃以下の低温で金属シリサ
イド反応を起こさせるため、増速拡散に寄与する点欠陥
が金属シリサイド反応に消費され、従来よりも点欠陥が
非常に低濃度となる。このため、ひき続き行われる70
0℃以上の熱処理では不純物の増速拡散が抑制されて、
浅い拡散層形成が可能となり、さらに接合境界層が直接
接触していて接合特性が良好なので、MOSFET型素
子の微細化が可能となる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の半導体装置の製造
方法を説明する模式的断面図である。(a)は第1の工
程を示す。(b)は第2の工程を示す。(c)は第3の
工程を示す。(d)は第4の工程を示す。
【図2】本発明の第2の実施の形態の半導体装置の製造
方法を説明する模式的断面図である。(a)は第1の工
程を示す。(b)は第2の工程を示す。(c)は第3の
工程を示す。(d)は第4の工程を示す。
【図3】特開昭62−112321号公報で開示された
p型拡散層形成技術を説明する模式的断面図である。
(a)は第1の工程を示す。(b)は第2の工程を示
す。(c)は第3の工程を示す。(d)は第4の工程を
示す。(e)は第5の工程を示す。(f)は第6の工程
を示す。
【図4】従来例の特開平4−158530号公報で開示
された半導体素子の製造方法を説明する模式的断面図で
ある。(a)は第1の工程を示す。(b)は第2の工程
を示す。(c)は第3の工程を示す。(d)は第4の工
程を示す。(e)は第5の工程を示す。(f)は第6の
工程を示す。
【符号の説明】
11、21 シリコン単結晶基板 12、22 素子分離構造 13、23 ゲート絶縁膜 14、24 ゲート電極 15、25 窒化膜サイドウオール 16、26 酸化膜サイドウオール 17a 非晶質層 17b BF2 の注入された非晶質層 17c シリサイド化反応層 18、28 p型拡散層 19a Tiイオン注入 19b、29 BF2 イオン注入 27a Tiスパッタ膜 27b 低温反応させたスパッタTiのシリサイド化
反応層 27c 余剰Tiエッチ後のTiシリサイド化反応層 31、41 n型シリコン基板 32 素子分離構造 33、42 ゲート絶縁膜 34 ゲート電極 35a p型ソース 35b p型ドレイン 36 TiN膜 37 熱処理によりTiNとSi両者に分布したp拡
散層 38 接合深さの浅くなったp拡散層 39 パシベーション膜 40 アルミ配線 43 逆T字型ゲート電極 44 ソース・ドレイン層 45 ゲート電極スペーサ用絶縁膜 45a ゲート電極スペーサ 46 逆T字型ゲート電極 47 P+ 拡散層 48 層間絶縁膜 49 アルミ電極

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャネル絶縁ゲート電界効果トランジス
    タを備えた半導体装置の製造方法において、 素子分離構造、ゲート絶縁膜、ゲート電極及び電極保護
    用サイドウオールの形成された半導体基板の表面に、金
    属イオンを注入して非晶質層となる金属イオン注入領域
    を形成する工程と、 前記金属イオン注入領域及び該注入領域と半導体基板と
    の境界近傍に、p型またはn型のキャリアとなる不純物
    を導入する工程と、 不純物導入後、700℃以下の温度で熱処理を行い前記
    金属イオン注入領域に金属シリサイド層を形成する工程
    と、 前記金属シリサイド層形成後に、700℃以上の熱処理
    を行って注入された不純物を拡散させ、拡散層のp/n
    接合境界を金属シリサイドと半導体基板との界面よりも
    深い位置に形成する工程とを有することを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 チャネル絶縁ゲート電界効果トランジス
    タを備えた半導体装置の製造方法において、 素子分離構造、ゲート絶縁膜、ゲート電極及び電極保護
    用サイドウオールの形成された半導体基板の表面に金属
    膜を形成する工程と、 形成された前記金属膜中及び金属と半導体基板との境界
    近傍に、p型またはn型のキャリアとなる不純物を導入
    する工程と、 不純物導入後、700℃以下の温度で熱処理を行い前記
    金属膜に金属シリサイド層を形成する工程と、 拡散層形成部上部及び前記ゲート電極上部以外の金属膜
    を除去する工程と、 700℃以上の熱処理を行って注入された不純物を拡散
    させ、拡散層のp/n接合境界を金属シリサイドと半導
    体基板との界面よりも深い位置に形成する工程とを有す
    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2記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記金属膜の形成がスパッタリング法によって行なわれ
    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2記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記金属膜の形成がCVD法によって行なわれることを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記金属膜の形成が蒸着法によって行なわれることを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1または請求項2に記載の半導体
    製造装置の製造方法において、 前記金属シリサイド層形成のために使用される金属がT
    iであることを特徴とする半導体製造装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項1または請求項2に記載の半導体
    製造装置の製造方法において、 前記金属シリサイド層形成のために使用される金属がC
    oであることを特徴とする半導体製造装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項1または請求項2に記載の半導体
    製造装置の製造方法において、 前記金属シリサイド層形成のために使用される金属がW
    であることを特徴とする半導体製造装置の製造方法。
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