JPH0992824A - 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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JPH0992824A
JPH0992824A JP24774395A JP24774395A JPH0992824A JP H0992824 A JPH0992824 A JP H0992824A JP 24774395 A JP24774395 A JP 24774395A JP 24774395 A JP24774395 A JP 24774395A JP H0992824 A JPH0992824 A JP H0992824A
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diffusion layer
impurity diffusion
layer
gate electrode
impurity
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Machio Yamagishi
万千雄 山岸
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 極浅接合を有するLDD構造において、シリ
サイド化する際の突き抜け防止のために高濃度拡散層を
深めにしても短チャンネル効果を抑止できる簡易な方法
を提供する。 【解決手段】 ゲート電極10の両側に低濃度の第1の
不純物拡散層14を浅く形成し、スペーサ層12をマス
クに高濃度の第2の不純物拡散層16を深く形成する。
続いて、これより低濃度の第3の不純物拡散層18を、
基板深さ方向からゲート電極10側にかけて第2の不純
物拡散層16より広く形成した後、表面にシリサイド化
層20を形成する。この方法は、第1の不純物拡散層1
4の深さが100nm以下の極浅接合のシリサイド化に
好適である。また、第2および第3の不純物拡散層1
6,18の形成は、スペーサ層12をマスクにして行う
イオン注入で達成できる。この場合、好ましくは、第3
の不純物拡散層18の形成を、第2の不純物拡散層16
の形成時よりも高い注入エネルギーで1桁低い注入量で
行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、MOSメモリなど
の半導体装置の製造方法に係り、とくに、微細トランジ
スタ形成のために極浅としたソース及びドレイン領域に
ついて、後でシリサイドにして低抵抗化する場合に好適
なトランジスタ接合形成技術に関する。
【0002】
【従来の技術】MOSメモリなどの半導体装置において
は、微細化の流れのなかで短ゲート長化を進めるために
は、スケーリング則にもとづいてソース及びドレイン領
域となる拡散層を浅く形成しなければならない。
【0003】また、従来から、チャネル近傍の電界を緩
和してショートチャネル効果を防止するため、いわゆる
LDD(Lightly Doped Drain)と指称される浅い低濃度
拡散層が、ゲート電極の外側の高濃度拡散層からチャネ
ル側に張り出してなる拡散層の濃度プロファイル構造
(LDD構造)が、一般に採用されている。このLDD
構造においても、上記と同様な理由により全体をより浅
くする要求が強く、近年では、低濃度拡散層の深さが1
00nm以下のものも多く見うけられるようになってき
た。
【0004】ところが、このように拡散層を極く浅くす
ると、この部分の抵抗が高くなり、高速メモリやロジッ
クLSIの高速性の確保が困難になる。そこで、拡散層
の低抵抗化のため、ゲート電極に対して自己整合的に拡
散層の表面のみシリサイド化するサリサイド(self ali
gned silicide の略)技術が注目を集めている。
【0005】一般に、極く浅い拡散層を単純にシリサイ
ド化すると、形成したシリサイド層が基板側に突き抜け
てしまい、これによりジャンクションリークが増大する
ことが懸念される。このジャンクションリークが発生す
ると、飽和領域でもFETのドレイン電流が飽和せずに
印加電圧の増加とともに急増して、ひどい場合ではFE
Tが正常動作しなくなる。
【0006】このためLDD構造の拡散層は、シリサイ
ド化に耐える程度の厚さを有していなければならない
が、ショートチャネル効果を防止する意味で極浅とした
LDD用の低濃度拡散層は厚くできない。したがって、
従来は、LDD構造における外側の高濃度拡散層をシリ
サイド化前の設計値より多少深めにして、この問題に対
処していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ゲート長がサ
ブミクロンにもなる領域においては、ショートチャネル
効果抑制のためには、チャネル近傍の電界緩和の他に、
横方向のソース/ドレイン領域の空乏層幅を出来るだけ
小さくする必要もあり、この意味からいうと、従来の対
処方法はショートチャネル効果抑制に逆行するものであ
った 一方、ショートチャネル効果を抑制するための一方策と
して、いわゆるエレベイテッドソース/ドレインと称さ
れる接合形成法がある。この方法は、ソース/ドレイン
領域にエピ層を選択成長させるもので、拡散層を深く形
成してもショートチャネル効果に余り影響を与えない点
では有効な方法であるものの、エピ成長を含んでおり製
造工程が複雑であるといった欠点があった。
【0008】そこで、シリサイド化しても短チャンネル
効果を抑止できる簡便な方法が強く望まれていた。
【0009】
【課題を解決するための手段】このような情況に鑑み、
上述した従来技術の問題点を解決するために、本発明の
半導体装置の製造方法では、表面側の低濃度拡散層(第
1の不純物拡散層)を形成し、次に第1の不純物拡散層
の外側にスペーサ層をマスクに深い高濃度拡散層(第2
の不純物拡散層)を形成した後で、シリサイド化工程の
前に、この第2の不純物拡散層より低濃度の第3の不純
物拡散層を、基板深さ方向からゲート電極側の横方向に
かけて第2の不純物拡散層より広く形成することを特徴
とする。
【0010】本発明によれば、この高濃度の第2の不純
物拡散層周囲に、これより低濃度の第3の不純物拡散層
の存在することから、第2の不純物拡散層境界付近の濃
度差が緩和されて、これにより拡散長が小さくなりバイ
アス印加時の空乏層幅を小さくすることができる。した
がって、その分、ショートチャネル効果の抑制が可能と
なる。
【0011】本発明は、第1の不純物拡散層の深さが1
00nm以下である、いわゆる極浅の拡散層をシリサイ
ド化する場合に好適である。短ゲート長化の要求に応じ
て拡散層深さを100nmと極く浅くし、しかも拡散層
をシリサイド化する場合、このシリサイド化にともなう
ジャンクションリークを防止するため第2の不純物拡散
層を深くしても、本発明によりバイアス印加時に空乏層
がチャネル側に延びることを効果的に防止できるからで
ある。
【0012】この第3の不純物拡散層を第2の不純物拡
散層より広く形成することは、同じスペーサ層をマクス
にしてイオン注入を2度行うことにより達成できる。こ
の場合、第2の不純物拡散層および第3の不純物拡散層
はスペーサ層をマスクにイオン注入法により形成すると
ともに、第3の不純物拡散層の形成は、第2の不純物拡
散層の形成時よりも高い注入エネルギーで、第2の不純
物拡散層の形成時よりも1桁低い注入量で行うことを他
の特徴とする。この方法は、高いエネルギーで打ち込ま
れたイオン種は、より低いエネルギーで打ち込まれたイ
オン種より投影飛程が長く、深さ方向のみならず横方向
への拡散も進むことを巧みに利用したものである。
【0013】具体的にイオン注入の条件は、第2の不純
物拡散層形成時に、10〜30keVのエネルギー,2
×1015〜8×1015/cm2 のドーズ量とし、第3の
不純物拡散層形成時には、40〜80keVのエネルギ
ー,1×1014〜8×1014/cm2 のドーズ量とする
ことが好ましい。
【0014】
【本発明の実施の形態】本発明に係る半導体装置の製造
方法の説明に先立ち、まず、本発明に係る製法により製
造された半導体装置の構造例について、簡単に説明して
おく。本発明に係る製法は、MOSFETを能動素子と
して有する半導体装置、たとえばSRAM,DRAM,
各種ROM,論理LSIなど殆ど全てのMOS系半導体
装置に適用され得る。
【0015】図1(C)には、本発明に係る製法により
作られたMOSFET完成段階の概略断面構造図であ
る。このMOSFET1においては、同図に示すよう
に、まず、半導体基板2上を部分的に酸化することによ
り、選択酸化領域(LOCOS4)と、それ以外の領域
で、素子が作り込まれるアクティブ領域6とに区分され
ている。このアクティブ領域6の半導体基板2は、MO
SFET1のチャネルの導電型がn型(NMOS)の場
合はp型の不純物が比較的に低濃度にドープされ、p型
(PMOS)の場合には逆のn型の不純物が比較的に低
濃度にドープされる。以下の構造例および実施形態の説
明では、NMOSを例として説明するが、本発明は、P
MOSを形成する場合にも、後述する不純物拡散層を含
め導電型を全て逆にすることで同様に適用することがで
きる。
【0016】同図に示すように、半導体基板2の表面に
は薄いゲート酸化膜8が被膜され、ゲート酸化膜8上に
は、ゲート電極10が形成してある。ゲート酸化膜8
は、たとえば熱酸化法で成膜される酸化シリコン膜で構
成される。また、ゲート電極10は、たとえばCVD法
で成膜されるポリシリコン膜で構成され、たとえばリン
等の不純物を高濃度にドープすることで導電性を高めて
ある。
【0017】このゲート電極10の側面は、スペーサ層
として、たとえばリン含有膜(PSG:Phosho-Silicat
e Glass)からなるサイドウォール12が形成してある。
このサイドウォール12は、たとえばCVD法で成膜さ
れるPSG膜を異方性エッチングすることなどで形成さ
れる。
【0018】半導体基板2表面で、ゲート電極10の左
右のエッジ下方から外側にかけては、それぞれLDD
(Lightly Doped Drain)と称される第1の不純物拡散層
14が、ゲート電極10に対して自己整合的に形成して
ある。この第1の不純物拡散層14は、たとえばイオン
注入法により、ゲート電極10をマスクにして比較的に
低濃度のn型不純物を極めて浅くドープすることにより
形成される。
【0019】また、第1の不純物拡散層14の更に外側
で、反ゲート電極10側のサイドウォール12のエッジ
下方から外側にかけては、高濃度の第2の不純物拡散層
16が、サイドウォール12に対して自己整合的に形成
してある。この第2の不純物拡散層16も、たとえばイ
オン注入法により、サイドウォール12をマスクにして
比較的に高濃度のn型不純物を深くドーズすることによ
り形成される。これにより、拡散層全体では、n型不純
物が高濃度にドーズされた第2の不純物拡散層16が基
板2奥側に深く形成され、比較的に低濃度にドーズされ
た第1の不純物拡散層14が基板2表面側に極く浅く、
ゲ−ト電極10下のチャネルが形成される基板2表面に
向かって横方向に若干延びて形成されている。このよう
なLDD構造の濃度プロファイルにより、MOSFET
1に電圧を印加したときのチャネル近傍の電界が緩和さ
れ、これにより短チャネル効果を抑止できる。
【0020】また、本発明の場合、さらに各第2の不純
物拡散層16の基板2奥側に深く、横方向に各第2の不
純物拡散層16に一回り大きく拡がった第3の不純物層
18が形成してある。この第3の不純物拡散層18も、
第2の不純物層16と同様、たとえばイオン注入法によ
り、サイドウォール12をマスクにして第2の不純物層
16より低濃度のn型不純物を深くドープすることによ
り形成される。具体的には、第3の不純物拡散層18形
成のためのイオン注入条件は、第2の不純物層16の形
成時に比べ、より高い注入エネルギーとし1桁低い注入
量で行う。一般に、高いエネルギーで打ち込まれたイオ
ン種は、より低いエネルギーで打ち込まれたイオン種よ
り投影飛程が長く、深さ方向のみならず横方向にも拡散
が進む。この第3の不純物拡散層18の形成は、このイ
オン注入の特性を利用したものである。
【0021】このように形成された不純物拡散層の表面
側は、シリサイド化層20が形成してある。一般に、こ
のシリサイド化層20は、まず、後述する方法でTiS
2,Wなどの低抵抗金属層をこの部分に形成し、次
に、シリサイド化のための熱処理を施すことにより形成
される。シリサイド化のため材料は、TiSi2 やWに
限らず、たとえばCoSi2 ,NiSi,Mo等であっ
てもよい。また、シリサイド化のための熱処理過程で主
にn型ゲートや不純物拡散層が期待したほど低抵抗化さ
れない、あるいはシリサイド化層20が薄い状態のまま
低抵抗化がこれ以上進まないなどの緒現象を防止するた
め、たとえばTiNやWのキャップ層を表面側に形成し
てから、シリサイド化のための熱処理を施してもよい。
【0022】そして、このように構成されるMOSFE
T1の上方には、とくに図示しないが、層間絶縁層を介
してアルミニュウムなどで構成される金属電極層が所定
パターンで積層してある。また、この金属電極層は、コ
ンタクトホールを通じてMOSFET1のシリサイド化
層20に接続され、この金属電極層の上にはオーバーコ
ート層が成膜されている。
【0023】以下、本発明に係る半導体装置の製造方法
について、図面を用いて詳細に説明する。ここで使用す
る図1は、第1実施形態に係る半導体装置の製造過程の
うち要部を示す概略断面構造図、図2は第1実施形態に
係る同概略断面構造図である。
【0024】第1実施形態 図1(A)は、ゲート電極形成過程までを示している。
ここで図示を省略した工程については、通常の製法にし
たがって行うことができる。すなわち、まず、シリコン
ウェーハなどで構成される半導体基板2を準備し、その
表面に、パッド用酸化膜,続けて窒化シリコンなどで構
成される酸化阻止膜を被膜し、これらを所定パターンに
加工した後、チャンネルストッパ用のイオン注入を行
い、その後、LOCOS用熱酸化を行うことで、各メモ
リセルを分離するためのLOCOS4を形成する。つぎ
に、この各LOCOS4間にp型の不純物を導入してア
クティブ領域6を形成した後、アクティブ領域6の半導
体基板2表面に、熱酸化法でゲート酸化膜8を成膜す
る。その後、ゲート酸化膜8上に、ゲート電極10の膜
材であるポリシリコン膜などをCVD法などで成膜し、
成膜後のポリシリコン膜などに、その導電性を高めるた
めリンなどの不純物を導入する。そして、所定パターン
のレジストをマスクに、ポリシリコン膜などをエッチン
グにより加工してゲート電極10を形成する。
【0025】つぎに、図1(A)に示すように、形成し
たゲート電極10をマスクに低濃度の第1の不純物拡散
層14を、たとえばイオン注入法により形成する。この
第1の不純物拡散層14の厚さについて特に限定はない
が、一般には、ゲート電極10の短ゲート長化にともな
って、たとえば100nm以下と浅くなく傾向にある。
もちろん、イオン注入の条件もとくに限定はないが、本
実施形態では、たとえばヒソイオン(As+ )を10k
eVのエネルギー,4×1013/cm2 のドーズ量で打
ち込んだ。これにより、第1の不純物拡散層14が、ゲ
ート電極10の両エッジ下方側から外側の領域に表面か
ら約60nmの深さで各々形成された。
【0026】その後、図1(B)に示すサイドウォール
12をゲート電極10の側壁に形成するために、このゲ
ート電極10を覆うように、たとえばPSGからなるサ
イドウォール材を成膜する。そして、図1(B)に示す
ように、成膜したサイドウォール材の表面側から、たと
えばRIE(Reactive Ion Etching)法により異方性エッ
チングを行うことによりサイドウォール12を形成す
る。
【0027】つぎに、同図に示すように、形成したサイ
ドウォール12をマスクに比較的に高濃度の第2の不純
物拡散層16を、イオン注入法により形成する。このイ
オン注入の条件も特に限定されないが、好ましくは、1
0〜30keVのエネルギー,2×1015〜8×1015
/cm2 のドーズ量である。本実施形態では、たとえば
ヒソイオン(As+ )を20keVのエネルギー,3×
1015/cm2 のドーズ量で打ち込んだ。これにより、
第2の不純物拡散層16が、サイドウォール12の両エ
ッジ下方側から外側の領域に表面から約70〜80nm
の深さで各々形成された。また拡散層全体では、n型不
純物が高濃度にドーズされた第2の不純物拡散層16が
基板2奥側に深く形成され、比較的に低濃度にドースさ
れた第1の不純物拡散層14が基板2表面側に極く浅
く、ゲ−ト電極10下のチャネルが形成される基板2表
面に向かって横方向に若干延びて形成される。
【0028】続いて、図1(C)に示すように、第2の
不純物拡散層16と同様に、サイドウォール12をマス
クに第2の不純物拡散層16より低濃度の第3の不純物
拡散層18を、イオン注入法により形成する。このイオ
ン注入の条件は、とくに限定はないが、好ましくは、第
2の不純物層16の形成時に比べ、より高い注入エネル
ギーとし1桁低い注入量で行う。より具体的には、40
〜80keVのエネルギー,1×1014〜8×1014
cm2 のドーズ量とする。本実施形態では、たとえばヒ
ソイオン(As+ )を60keVのエネルギー,5×1
14/cm2 のドーズ量で打ち込んだ。これにより、第
3の不純物層18が、各第2の不純物拡散層16の基板
2奥側および横方向に一回り大きく拡がって形成され
る。一般に、高いエネルギーで打ち込まれたイオン種
は、より低いエネルギーで打ち込まれたイオン種より投
影飛程が長く、深さ方向のみならず横方向にも拡散が進
む。この第3の不純物拡散層16の形成は、このような
イオン注入の特性を利用したものである。
【0029】つぎに、サイドウォール12外側のゲート
酸化膜8をエッチングすることにより不純物拡散層表面
を露出し、この露出表面にシリサイド化層20を、いわ
ゆるはり付け法により自己整合的に形成する。すなわ
ち、所定の低抵抗金属層を全面に皮膜し、熱処理により
露出表面部分のみシリサイド化した後、酸化膜上にあっ
てシリサイド化していない低抵抗金属層を酸で除去する
方法、あるいは、CVD法で露出表面部分のみに低抵抗
金属層を選択的に形成し熱処理でシリサイド化する方法
などにより、このシリサイド化層20を形成する。な
お、このとき、ソース/ドレイン領域のみならず、ゲー
ト電極10上もシリサイド化して低抵抗化すると、ゲー
ト電極10の抵抗も低減できる。
【0030】その後は、とくに図示しないが、層間絶縁
層成膜,コンタクトホール形成,金属配線層形成,オー
バーコート膜成膜,パッド窓開け等を経て、当該MOS
系半導体装置を完成させることができる。なお、上記実
施例の説明の中で特に言及した以外の事項については、
特に限定はなく、本発明の範囲内で種々に改変すること
ができる。
【0031】たとえば、前記した第1の不純物拡散層1
4の形成は、イオン注入法よると説明したが、これに限
らず、サイドウォール12からの熱拡散などにより第1
の不純物拡散層14を形成することもできる。また、サ
イドウォール12以外のスペーサ層としては、たとえば
フォトリソグラフィ法により、ゲート電極10に対し位
置合わせしたレジストや他の絶縁材を用いることも可能
である。
【0032】第2実施形態 本実施形態は、第2の不純物拡散層16と第3の不純物
拡散層18とのトレランスをより大きくしたい場合に好
適に実施できる。このような場合として、たとえば第1
実施形態のようにイオン注入の特性によるトレランスで
は不十分な場合、あるいは薄い不純物拡散層とするため
に熱拡散を利用したい場合などがある。なお、本実施形
態の説明においては、先の第1実施形態と重複する構成
要素およびその製法について、同一符号を付してその説
明を省略する。
【0033】図2(D)は、第1実施形態の図1(B)
に対応する図である。同図に示すように、サイドウォー
ル12をマスクに第2の不純物拡散層16を形成した
後、第3の不純物拡散層18の形成前に、予めサイドウ
ォールを、たとえばRIEのオーバエッチングなどによ
り所定幅後退させ、その後、第3の不純物拡散層18の
形成を行う。このようにすると、同図(E)に示すよう
に、第2の不純物拡散層16と第3の不純物拡散層18
とのトレランスが第1実施形態の場合より大きくするこ
とができる。もちろん、これらの不純物拡散層16,1
8の形成は、上記したイオン注入法,熱拡散法に限定さ
れず、その他の不純物導入法であってもよい。
【0034】
【発明の効果】通常のLDD構造が、低濃度のアクティ
ブ領域から高濃度の第2の不純物拡散層へと急峻な濃度
差を有しているのに対し、本発明に係る半導体装置の製
造方法によれば、両者の間に第2の不純物拡散層より低
濃度の第3の不純物拡散層を介在させている。これによ
り、通常のLDD構造に比べ、不純物拡散層の境界付近
での濃度差が緩和されている。したがって、拡散長が小
さくなり、バイアス印加時に不純物拡散層からチャネル
側への空乏層の延びを抑制できる。
【0035】これにより、不純物拡散層のシリサイド化
の際に、シリサイド化層の基板側へに突き抜けを防止す
るために、第3の不純物拡散層を多少深めに形成したと
しても、これによる短チャネル効果への影響を最小限に
することが可能となる。この意味から、LDD構造を有
するMOS系半導体装置の更なる集積化や高速化を図る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の第1実施形態に係る半導体装置
の製造方法の製造工程を示す半導体装置の概略断面構造
図である。とくに、同図(A)は第1の不純物拡散層の
形成段階まで、(B)は第2の不純物拡散層の形成段階
まで、(C)は第3の不純物拡散層の形成、すなわちM
OSFETの完成段階までを各々示す。
【図2】図2は、本発明の第2実施形態に係る同概略断
面構造図である。同図(D)は図1の(B)に,(E)
は図1の(C)に対応する。
【符号の説明】
1 MOSFET 2 半導体基板 4 LOCOS 6 アクティブ領域 8 ゲート酸化膜 10 ゲート電極 12 サイドウォール(スペーサ層) 14 第1の不純物拡散層 16 第2の不純物拡散層 18 第3の不純物拡散層 20 シリサイド化層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲ
    ート電極を形成した後、該ゲート電極の外側の半導体基
    板表面側にソース領域またはドレイン領域を形成するた
    めに、比較的に低濃度の第1の不純物拡散層を浅く形成
    する工程と、 前記ゲート電極の側壁から外側に張り出すスペーサ層を
    形成し、該スペーサ層をマスクに比較的に高濃度の第2
    の不純物拡散層を深く形成する工程と、 前記第1の不純物拡散層の表面側をシリサイド化する工
    程とを備えた半導体装置の製造方法において、 前記第2の不純物拡散層の形成工程の後、前記シリサイ
    ド化工程の前に、第2の不純物拡散層より低濃度の第3
    の不純物拡散層を、基板深さ方向からゲート電極側の横
    方向にかけて第2の不純物拡散層より広く形成する半導
    体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第1の不純物拡散層の深さが100
    nm以下である請求項1に記載の半導体装置の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 前記第2の不純物拡散層および第3の不
    純物拡散層は、前記スペーサ層をマスクにイオン注入法
    により形成するとともに、 前記第3の不純物拡散層の形成は、前記第2の不純物拡
    散層の形成時よりも高い注入エネルギーで、第2の不純
    物拡散層の形成時よりも1桁低い注入量で行う請求項2
    に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第2の不純物拡散層のイオン注入条
    件を、10〜30keVのエネルギー,2×1015〜8
    ×1015/cm2 のドーズ量とし、 前記第3の不純物拡散層のイオン注入条件を、40〜8
    0keVのエネルギー,1×1014〜8×1014/cm
    2 のドーズ量とする請求項3に記載の半導体装置の製造
    方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100500467B1 (ko) * 1997-10-06 2005-10-06 삼성전자주식회사 반도체소자제조방법
US7314805B2 (en) 1997-09-19 2008-01-01 Renesas Technology Corp. Method for fabricating semiconductor device

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