JPS58141570A - 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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JPS58141570A
JPS58141570A JP2412582A JP2412582A JPS58141570A JP S58141570 A JPS58141570 A JP S58141570A JP 2412582 A JP2412582 A JP 2412582A JP 2412582 A JP2412582 A JP 2412582A JP S58141570 A JPS58141570 A JP S58141570A
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forming
film
pattern
semiconductor
insulating film
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JP2412582A
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English (en)
Inventor
Yoshitaka Sasaki
芳高 佐々木
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

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】 本発明は素子の′st却1化もしくけ、性能向上ケ達成
した半導体装置の製造方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、半導体装置、特に半導体集積回路の進歩は著しく
、微細加工技術(フォトエツチング)、イオン注入技術
、エソナング技術等の技術向上が、これに大きく寄与し
ている。ここで、素子寸法を比例縮小したとしてもコン
タクトホールの開口技術、位置合せ余裕等により従来技
術の′1までは集積度全大巾に向上させることが不可能
である。そこで、このコンタクトホールに自己整合的に
形成、する方法( S −A−C Self Alig
nedContact )として、既にSUNAMIら
がS)ELOCOS( J.J.A.P.181979
,PP.255〜260)という方法を発表している。
これは、高濃度層多結晶シリコンと基板(1015〜1
016rr’ ) k低温酸化(700℃)することで
、^濃度n+多結晶シリコンには基板よりも数倍から数
十倍の酸化膜が成長される現象を利用する方法で、酸化
1]# Isの差を利用して、自己整合的に、基板上の
湖い酸化膜のみエツチングして、コンタクトホールを開
口する方法である。しかし、このn+多結晶シリコン上
に成長した低温酸化膜の脱1に、通常の熱酸化膜(シリ
コン基板1 0”−1016cIrL−’上の1000
℃で形成された酸化膜)と比較して極端に悪い。例えは
熱酸化膜の絶縁破壊強度は、8〜9 Mv/hL程度で
あるのに対して、n膜条結晶シリコン膜上の低温酸化膜
(〜’7 0 0 ℃)の絶縁性は1〜2 MV/am
程度である。さらに、弗酸(HF)等の耐エツチング性
も珍端に悪いため、電気的な絶縁性全保持できないこと
がしばしば生ずる。
=5− そこで、これらの諸問題を克服する一手法として、ドラ
イエツチングプロセスがある。その中でも特にエツチン
グの際アンガーカットの起らないR.1.E.( Re
active Ion Etehlng )技術が最近
、用いられてきている。このR.1.E.技術を上記S
−A−Cに応用する場合、まず、基板上にn+多結晶シ
リコンとCVD酸化膜、窒化膜から成るノfターンを形
成g、soo℃のウェット酸化膜 全行う。n 多結晶シリコン・母ターン上の窒化膜はオ
ーバー・・ング構造になっており、さらにn+多結晶シ
リコン・fターンの側面には、酸化膜3500Xが形成
される。このとき基板には400X程度の薄い酸化膜が
成長される。そこで、基板上の薄い酸化膜i R.1.
E.技術音便って除去するわけだが、通常酸化膜エツチ
ングの場合、フレオンがスの反応性イオン全加速させて
、エツチングを行うため、横方向のエツチングが極めて
小さい。つまり、オーバーハングの窒化膜全マスク材と
して使い、基板の酸化膜會エッナングするため、n 多
結晶シリコンの側面に成〜6− 長した酸化膜けほとんどエツチングされ々い。
しかも、オーバーハング直下の18:狗十に成降した酸
化膜は残り、こわが基板とn 多結晶シリコンとの絶縁
1勺二紮高める役割をはたしている。しかし、このよう
な利A?l−有する反曲、R,T。E、((使用する場
合、半導体への開孔の際多くの夕゛メーヅが発生し、結
果として素子の電気1時性全劣化させる。このダメージ
には後工程の熱処理あるいはアルカリエッチ(KOH)
 熔で除去されない場合が多い。このダメージ1し1シ
リコン基オル表向100〜200 X vc多く所7牛
しており、従来アルカリエッチ等によってエツチング除
去していた。しかし絶縁膜縁膜會R,I。E、でエツチ
ングした佐・、装置の内壁や電極制料、或いは内壁の付
着物に由来する汚染(ル會に)あるいけ、ガスエッチャ
ントによる71?リマ−(肩機物)が発生する。特に該
ポリマーがシリコン表面に伺着した場合、ダメージ層の
呈↓チングは全くなされず、ひいてはO,S、F、(O
xidition−1nducedStacking 
Faults )の発生、あるいは、コンタクト抵抗の
増大、各半導体飴城1間のり−クS:流の発生等の原因
になる。
このようなことから前記ポリマーおよび重金属汚染物を
取ね除く方法として次のような方法ケ用いている。捷ず
、絶!#、膜i R,1,E、することによって露出し
たシリコン基板(コンタクトホール)全酸素プラズマ雰
囲気で処理することによって特に前群′、ポリマー?完
全に取り除く。続いて希弗酸にディf1〜だ後シリコン
光面の水キレを確認する。以十の工1NTh2〜3回く
り返す。
その稜Ml +ir:ポリマーケ完全に除去した後シリ
コン基扱上100〜2oo”j、Vr発生しているダメ
ージ層ケアルカリエ、、すや、ドライエ1.テ等の等方
エツチングにて、賛、全に除去する。
以上がR,1,F、によるダメージ層?除去する方法で
ある。乙の方法によって、素子の特性は大巾に改良され
ている。しかIy 、このように、ダメージ層除去のぺ
η、希弗酸プ゛イブを数回便用し、場合によってU′数
多く行うことr(よって、たとえば前ff1i’: n
  多結晶/リコンパターンのg411面に形成された
シリコン酸化膜が次第にエツチングされ、最終的に層多
結晶シリコンが表面に躇出してしまう。このことは、M
O8型トランソスタにおいてに、ソース・r−)間、あ
るいitり−ト・ドレイン間が電気的ショートになって
1、。
まり。そのため、従来においてけn 多結晶シリコンの
側面を熱酸化処理で、シリコン酸化1112 i 、1
七較的厚く形成していた。したがって当然n 多結晶シ
リコン・ぐターンが両側端から熱酸化処理されるため、
やせ細り、特に段差がある部分においては断線すること
がしばしはあった。又MO8型トランジスタにおいては
A’l il[L n  多結晶シリコンパターンがダ
ート電極となるため、上M[j熱酸化処理によってダー
ト幅が変化し、ひいてはVthの変動をきたす。
〔発明の目的〕
本発明は、かかる問題に鑑みてなされ/ヒもので、半素
子の微細化を可能とし、かつ素子%性を大巾に改良せし
めた半導体装置の製造方法ケ提供しようとするものであ
る。
9− 〔発明の概要〕 本発明は、表向が絶、縁膜で檀復されている半導体・母
ターンあるいは導電体パターンの側端部に異方性エラリ
ングにより選択的に有機物残存・母ターン金形11νす
る工程と、該有機物残存・母ターン舌・エツチングマス
クとして前記絶縁膜全選択的に、上hピ半導体・母ター
ンあるいは導電体パターン側端部に形成することによっ
て、十記半導杯・そ夕〜ンあるいは導電体・母ターンに
t1シて自己整合的に開口がなされること全特命とする
半導体装置の製造方法。
〔発明の実施例〕
次に、本発明i MO8型半導体装置の製造に適用した
例について図面を参照して詣1明する。
実施例I U+まず、p型/リコン基板1内にチャンネルカット用
のp 型不純物t*z+形成し、この上にp型シリコン
基板1内に埋込まれるようにフィールド酸化膜3を形成
した。つついて、熱酸化処理してケ゛−ト飲化帥となる
例えは厚さが10− 400〜100OXのンリコン酸化膜4全成長させた後
、闘仙制御のためにp型不紳、物、例えばポロンを約5
 X 10” rs−2のドーズ復でイオン注入した(
第1図(、)図示)。
〔113次いで、全面に例えば厚さ3 (1(10λの
砒素ドープしたn+型多結晶シリコン層、例えL1′厚
す8000 X 〕CVD −SjO2Mffilll
r1次*、 tyr t、 #−懐、RIE金用いたフ
ォトエツチング技術によりCVD −sho2m *ノ
+p−= ングし−CCVD −5lo211jlノリ
ーン(第1絶縁膜)5を形成し、史に該パターン5をマ
スクとしてRIEによりn 型多結晶シリコン層?エツ
チングしてケ゛−)電極6に形成した。つづいて、CV
D −5IO2膜パターン5及びフィールド酸化膜3全
マスクとして砒素?シリコン酸化膜4を通してp型シリ
コン基板1にイオン注入してAsイオン注入層71 +
’gk形成した(第1図(b)図示)。なお、この砒素
イオン注入全行なう際、前記ケ゛−ト電極6論下以外の
シリコン酸化膜4をエツチング除去した休・、イオン注
入fr 1jtoしてもよい〇 (iii)次いで、酸素雰囲気中で熱処理してAsイオ
ン注入層7I r7zlr活性化、拡散してi型のソー
ス、ドレイン領域8.9を形成した。
つづいて、全面に例えば厚さ2000XのCVD−5i
o2膜10紫堆積したμ・、該CVD −5in2膜1
0上に例えばJすさ5000Xの7オトレジスト膜1ノ
全塗布した(第1図(c)図示)。なお、A8イオンの
注入後K CVD −5IO2膜?堆積した後、酸素雰
囲気中で熱処理會行ない、n 型のソース。
ドレイン領域を形成してもよい。この場合、層型多結晶
シリコンからなるr−)電極6周曲にも袷めて薄いシリ
コン酸化膜が成長される。
〔1■〕次いで、フォトレノスト膜11f例えば酸素ガ
ス系のエッチャントによるRIE法で処理した。この時
、第1図(d)にボす如くr−ト電極6及びCVD −
5in2膜i+ターン5の側端部に対応するCVD −
8102PIAJ o上に7オトレジスト(残存パター
ン)11′が残存した。つづいて、残存フォトレノスト
ノ7/葡マスクとしてフレオン系のエッチャントによる
RIE法で処理した。この時、CVD −5i02 M
m’ J oと/リコン酸化膜4とが選択的にエツチン
グ除去され、ソース、ドレインのコンタクトホール12
,12が開「】さJ′するとともに、ケ゛−ト電惨6の
側端部にけCVD−810,。
10′が残存した(第1図(e) ■1示)。
〔v〕次いで、残存フォトレジスト11”fz除去し、
RIEによる半導体層のダメージ)−と汚染物全除去し
た後、全面に電極材1膜、例えばAl験ケ真空蒸着し、
これ全・母ターニングI2てコンタクトホール12,1
21f介してソース、ドレイン領域8,9と接続したソ
ース、ドレイン取出しAt電極1.9.14’Jf<形
成してnチャンネルMO8型半導体装置ケ製造した(第
1図(f1図/■;)。
しかして、本発明によればn 型多結晶ンリコンからな
るダート電極の側面にソース、ドレインの取出しAtI
Jr極13,14との絶縁ケ図るため熱酸化膜を形成す
る必要がないので、ゲート電1極6の幅の縮小化を解消
でき、所期目的の閾値< Vth )’+廟するMO8
型半導体装置を得ることができる。しかも、n 型多結
晶7リコン層の13− ・平ターニングtCより形成されたケゝ−ト電極6の形
状全最終工程1で維持できるため、所期目的の171m
幅のゲート電極形成が可能となり、ひいては素子の微細
化と共にVthの向上等の素子性能の向上?達成できる
また、ソース、ドレイン領域8,9の形成後の熱処理時
間全短縮できるため、それら領域8゜9會浅くできる。
その結果、チャンネルカット用の畝型不純物層2の内拡
散によるソース、ドレイン領域8,9との接触を防止で
きるため、容量増大金抑tlfllできる利点を有する
史に、n 型多結晶71Jコンからなるダート電極6の
上面及び側端部全絶縁性の優れたCVD −8L02膜
パターン5及び残存CVD −Sin□J o’で覆う
ことができるため、光分なノやッ/べ−7,ン効果とダ
ート耐圧の向上全達成でき、かつプロセス上の再現性も
改善できる。しかも、RIE法によりフォトレ・タスト
111ii!11ケエツチングしてゲート電、極6及び
CVD −5in2膜・母ターン5側端部に対応するC
VD −5in2験10上に残存lスト、1−14= レジストJ l’f形成する際、フォトレジスト膜11
の膜厚によって残存フォトレジスト11′の形711コ
ントロールできる。その結呆、特にRIE法により残存
フォトレジスト11′ケマスクとしてCVD −sIo
2Mをエツチングすれば、残存フォトレジスト11′の
形状、つまり77トルンλト#11の膜厚によってソー
ス、ドレインのコンタクトホール12,12の距離全決
定できる。したがって、RIE法によるエツチング級に
おいてゲート亀、極6は露出しないため、ゲート。
ソース間或いはケ゛−ト・ドレイン間の電気的ショート
?確実に防止できる。′また、上記残存フォトレノスト
11′は、酸素ガスによるドライエツチングや、硫酸等
によって簡単に除去できる。
実施例2 (I)  前記実施例1の〔l〕〜〔Iv〕のI t#
I/(従ッてダート電、極6及びCVD −8102膜
)やターン5の側端部に対応するCVD −5in2膜
10+に残存ポリイミド系樹脂(残存パターン) J 
zIIケ形IJM L、この残存ポリイミド系樹脂J 
i//fマスクとじてフレオン系のエッチャントによる
RIE法で処理してソース、ドレインのコンタクトホー
ル12゜12を開口すると共に、ケ”−)*極6の側端
部にCVD −5IO21o’ fz残存させた(第2
図(a)図示)。なお、この工程ではp型シリコン基板
1に実施例1のソース、ドレイン領域より接合深さが浅
く、低濃度のn!vJ不純物層1.51.15゜全形成
した。つづいて、残存ポリイミド系樹脂11” ktl
l素ガスエッチャントのドライエツチングで除去1〜だ
。次に、第2図(b)に示す如く残存ポリイミド系樹脂
11” k除去後、コンタクトホール12,1’2から
露出したシリコン基板Jのn+型不純物層151.15
zk異方性エツチング除去し、溝部16I 、1cxy
fr形成する。
(U)  次いで、全面にアンドープ多結晶シリコン層
を堆積したV1全而に砒素ケイオン注入した。コノ時、
ケ”−)市、Q6i−ヒのCVD  S i O2Il
l 5 、 り” −)電極側端部の残75. CVD
 −810210’及びフィールド酸化膜3がマスクと
して作用し、溝部” Ir 1’6z 」二のアンドー
プ多結晶シリコン層を通して同溝部161.16g下の
シリコン基板1に砒素がイオン注入された。つづいて、
熱処理音節してn型の不純物層171 。
172を形成した。ひきつづき、全面にAt膜を真空蒸
着し、これ全・ぐターニングしてソース。
ドレインの取出しAt電極J 3’、 14”f形成し
た債、これらAt@極J J’、 J 4’をマスクと
して砒素ドープ多結晶シリコン層をパターニングして各
室& J 、9’、 J 4’下に砒素ドープ多結晶シ
リコンパターンJ81.J8.全形成し、nチャンネル
MO8型半導体装置を製造した(第2図(c)図示)。
しかして、上記実施例2によればチャンネル付近に位置
する浅く低濃度のn型不純物層15I。
153と、多結晶シリコンノやターン201 。
202を介してAtt極J 、9’、 14’が接触す
る高濃度のn+型不純物層J71.J7. とからなる
ソース、ドレイン領域を形成できるため、高速動作と良
好なオーミック接触を達成し得るnチャンネルMO8型
半導体装ftを製造できる。
17− なお、上記実施例1では残存フォトレノスト11′ヲエ
ツチング除去する際、酸素ガスによるドライエツチング
により行なったが、熱濃硫酸等による化学薬品によって
除去しても良い。
上記実施例1,2ではダート電極となるn増多結晶シリ
コン層を堆積と同時に形成したが、これに限らずアンド
ープ多結晶シリコンを形成した後、A8.Pイオンの注
入或いは拡INk行なってもよい。また、n 型多結晶
シリコンの代りにMo 、 Nl 、 Wなどの高融点
金属、或いはメタルシリサイド、AtやAt合金、もし
くは不純物ドープ非晶質シリコン等の他の導電体材料ケ
用いてもよい。
上記実施例1,2では第2絶l#、膜としてCVD−8
IO2膜全用いたが、これに限定されずリン添加ガラス
膜、ボロンリン添加ガラス膜、シリコン窒化膜等音用い
てもよい。
本発明方法はnチャンネルMO8型半導体の製造のみな
らず、pナヤンネルMO8型半導体装置、MNOS 、
 MAO8あるいはバイポーラ型半導体装置、18− さらには素子分離層等の製造にも同様に適用できる。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く、本発明によれば素子の微細化と、v
th等の変動やゲート酬Fトの向上全達成でき、ひいて
は高集積度で優れた素子特怜を有するMIS型半導体装
置等の半導体装置のfA造方法ケ提供できるものである
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(f)は本発明の実施例1におけるnチ
ャンネルMO8型半導体装置の製1iJt會4く丁1.
b゛断面図、第2図(a)〜(c)は本発明の実施例2
における同半導体装置の製造ケ示す工程断面図である。 1・・・p型シリコン基板、2・・・p 型不純物層、
3・・・フィールド酸化膜、4・・・シリコン酸化屑県
、5 ・CVD−8102膜パp−ン(Mti絶縁膜)
、6・・・ダート電極、8・・・n++ノース領域、9
・・・n+型型トレイ領領域10−・−CVD−8i0
2ルJ(fA2絶縁11vL  1)・・・フォトレジ
スト脚、11′・・・残存フォ11.にレジスト(残存
・ぐターン)、11″残存ポリイミド系樹脂(残存パタ
ーン)、12・・・コンタクトホール、1.1,14.
13’、14’・・・At′電極、151  、152
−n型不純物層、17I。 172・・・n 型不純物層。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦1)    
                  、0309−

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に、上面が第1絶縁膜で被接された
    半導体i4ターンもしくは導電体ノリ−ン全形成する工
    程と、前記ノやターンを含む全面に第2絶縁膜を形成す
    る工程と、この上に有機物質材料層を被覆する工程と、
    この材料層全異方性エツチングすることによって前記ハ
    ターン側端部の第2槍、縁膜部分に有機物貴材料の夕(
    ・存・母ターンを形成する工程と、少なくとも残存パタ
    ーン全マスクとして第2絶縁膜をエツチングして前記半
    導体・そターンもしくは導電体パターンの側端部に第2
    絶縁膜を選択的に形成すると共に該半導体・母ターンも
    しくは導電体パターンが第1.第2の絶縁膜で被憶され
    、少なくとも前記基板への開口全形成する工程と、前l
    112残合)4ターンを除去する工程と全具備したこと
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. (2)半導体・ゼターンもしくは導電体パターンが’i
    ”  )7ii:’Illで、この、fターンを上面に
    第1絶縁膜會被祷した状態で半導体基板上に絶縁層ケ介
    して形成する工程と、この全体上に第2絶縁膜を形成す
    る工程と、この上に有機物質材料層全形成する工程と、
    この桐料層を異方性エツチングすることにより、前記ダ
    ート電極倶I端の第2絶縁模の周囲に残存パターンを形
    成する工程と、少なくともこの残存・ゼターン?マスク
    として前記半導体基板への開孔部を形成した接、前記残
    存ノやターン全除去する工程とを具備したこと全特徴と
    (7、^1j記第1項記載の半導体装置のうち特にMI
    S型半導体装置の製造方法。
  3. (3)  半導体基板上に、上面が第1部」、縁膜で被
    覆されてなる半導体あるいは4*体・母ターン全形成す
    る二「稈と、この全体上に第2杷に膜紮形成する工程と
    この上に壱機物礪拐料層全形成する工程と、この+A’
     H層を異方性エツチングすることにより、Ah tt
    if、半導体あるいは導電、体ノ+ターンの側端■1に
    2イ1゛栖物材別層の残存パターン全形成する工程と、
    少なくともこの残存・?ターンケマスクとして前NH0
    : +!′専体基体基板開孔部を形成した後、この残存
    ノやターン全除去するT程?貝−備したこと全特徴とし
    、前記第1項i+r’、 119の半導体装置のうち特
    にバイポーラ型の半導体装置の製造方法。
  4. (4)第2絶縁膜が気相成長されたシリコン酸化膜もし
    くはシリコン窒化膜からなること?特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。
  5. (5)ダート宵1極が、不純物ドープ結晶シリコン、不
    純物ドーグ非晶憫ンリコン、高融点金属。 金輪シリサイド、或いはAtもしくけその合金から選択
    された拐料より形成されてなることに%徴とする特許請
    求の範囲第2項記載のMISQ’!半導体装置の製造方
    法。
  6. (6)  ダート電極が、アンドーグ多結晶/リコンも
    しくは非晶′出シリコンを出発拐料と17、その後の工
    程VCより不純物ドープもしくにt金槌ンリサイド化さ
    れたものであること全特徴とする特F+’l稍求の範囲
    第2項記載のMIS型半導体装置の製造方法。
  7. (7)  残存パターンがフォトレノストあるいはポリ
    イミド系樹脂からなることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項乃至第3項いずれか記載の半導体装置の製造方法
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Cited By (3)

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JPS6113668A (ja) * 1984-06-29 1986-01-21 Hitachi Ltd 半導体装置
US5338698A (en) * 1992-12-18 1994-08-16 International Business Machines Corporation Method of fabricating an ultra-short channel field effect transistor
US5747354A (en) * 1992-01-09 1998-05-05 Nec Corporation Semiconductor device having an improved anti-radioactivity and method of fabricating the same

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