JPH03114267A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH03114267A
JPH03114267A JP1250478A JP25047889A JPH03114267A JP H03114267 A JPH03114267 A JP H03114267A JP 1250478 A JP1250478 A JP 1250478A JP 25047889 A JP25047889 A JP 25047889A JP H03114267 A JPH03114267 A JP H03114267A
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Japan
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conductivity type
diffusion layer
polycrystalline silicon
opening
layer
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JP1250478A
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Tokuo Watanabe
篤雄 渡辺
Kazue Sato
和重 佐藤
Takahiro Nagano
隆洋 長野
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

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】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体装置及びその製造方法に係り、特に、高
集積化、高性能化に好適な半導体装置及びその製造方法
に関するものである。
(従来の技術) 大規模な半導体集積回路装置において集積度を向上させ
るためには、複数の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
(以下、MISトランジスタあるいはMOS)ランジス
タと略する)の、互いに導電型の異なる拡散層(ソース
/ドレイン領域)同士を接続配線によって接続したり、
さらには、該接続配線を第3のMOSトランジスタのゲ
ート領域まで延長し、ゲート電極として機能させる技術
が必要である。
従来、拡散層と接続配線とを接続する方法としては、半
導体基板の全面に被着された酸化膜を接続部のみ除去し
、該拡散層に電極を埋込みコンタクト法によって接続し
、このようにして形成された電極同士を、さらに他の配
線材料によって相互接続する方法が知られていた。
ところが、電極を介して接続する方法では、接続部分の
面積を小さくすることが困難であり、高°集積化や高性
能化を達成することができない。そこで、近年では拡散
層と配線とを直接接続する技術が開発されている。
この種の装置に関しては、例えば1984年に開催され
た米国学会、インターナショナル・エレクトロン・デバ
イス・ミーティング(1984) 。
テクニカル・ダイジェスト、第67頁から第70頁(I
 EDM84、Tech、Dig、。
PP67−70)において論じられている。第5図に、
この従来技術の断面図を示す。
同図において、N型のシリコン基板50の表面にはNウ
ェル55およびPウェル56が形成されている。該Nウ
ェル55の表面には、P 拡散層53をソース/ドレイ
ン領域とするP型MOsFET(以下、単にPMOS)
51が形成され、Pウェル56の表面には、N 拡散層
54をソース/ドレイン領域とするN型MOSFET 
(以下、単にNMO8)52が形成されている。
ソース/ドレイン領域53.54は電極60によって互
いに接続され、該ソース/ドレイン領域53.54と電
極60とは、接続孔を介さずに直接接続されている。
また、このように互いに導電型の異なる拡散層を多結晶
シリコン(ポリシリコン)T4極によって接続する場合
に、ポリシリコン電極を一方の導電型のみで形成すると
、いずれかの拡散層との接続部においてPN接合が形成
されてしまい、その部分が非オーミツクとなってしまう
そこで、電極60は、同図に示すように p+型のソー
ス/ドレイン領域53と接続される部分はP+型ポリシ
リコン57とし、N 型のソース/ドレイン領域54と
接続される部分はN+型ポリシリコン59とし、その表
面にシリサイド層58を形成する構造、となっている。
これによってP+ポリシリコン57とN ポリシリコン
59とはオーミックに接続される。
なお、第3図に示すように、MOSトランジスタを6つ
組み合せて構成される6MO3型メモリセルでは、メモ
リセルを構成するMOSトランジスタのソース/ドレイ
ン領域を相互に接続する電極配線が、その他のMOS)
ランジスタのゲート電極としても機能するように構成さ
れているが、このような場合でも、従来技術においては
、接続されるソース/ドレイン領域の導電型が変わるご
とに電極配線の導電型を変えていた。
一方、その他の従来技術としては、特開昭62−257
749号公報に記載されるように、半導体基板上に複数
のMOSトランジスタを形成した後、各トランジスタの
ソース/ドレイン領域、およびポリシリコンから成るゲ
ート電極表面をそれぞれ露出させ、全面にチタン(Ti
)を被着し、窒素雰囲気中で熱処理することによってS
iが露出している部分に窒化チタン(T i N)と珪
化チタン(TiSi2)を、酸化膜上には窒化チタンを
自己整合的に形成した後、該窒化チタンを所望する形状
にパターニングしてソース/ドレイン領域とゲート電極
の各表面上で相互接続する方法が提案されている。
(発明が解決しようとする課題) 上記第5図に示した従来技術では、第1層目電極を構成
するシリサイド層58中の不純物拡散が極めて速いため
に、P+ポリシリコン57中の不純物元素とN+ポリシ
リコン59中の不純物元素とがシリサイド層58を介し
て低温でも容易に相互拡散し、拡散層と接するポリシリ
コンの導電型が変ってポリシリコン電極と拡散層との間
にPN接合が形成されてしまう点について配慮されてい
なかった。
このPN接合が形成されると、非オーミツク接続となり
、CMOS動作、あるいは5MO8型メモリセルの動作
に対して重大な悪影響を及ぼすことになり、さらに上記
技術では拡散が熱処理温度に敏感なため、ポリシリコン
電極中のPN接合特性にばらつきが生じやく、これによ
って素子特性や回路特性に劣化やばらつきが生ずるとい
う問題があった。
また、相互拡散によって電極内の不純物濃度が変わると
MOSトランジスタのしきい値電圧が変動してしまい、
その結果、素子特性や回路特性に劣化やばらつきが生ず
るという問題があった。
さらに、この従来技術では、ポリシリコン電極を2種類
の導電型のポリシリコンで形成する必要があるため、工
程が著しく増加し、異種導電型の電極を加工する際のエ
ツチング速度の差異によってエッチ残りが生じやすい等
の問題もあった。
一方、特開昭62−257749号公報に記載された前
記従来技術では、導電型の異なる拡散層同士を接続する
配線と、該配線と電気的に接続され、他のMOSトラン
ジスタのゲート電極となる配線とを別々に形成するため
、大幅な工程増加を余儀なくされてしまうという問題が
あった。
本発明の目的は、上記した問題点を解決し、基板内に形
成された互いに導電型の異なる拡散層を、安定した状態
で相互接続させることが可能なコンタクト構造を有する
半導体装置を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 上記した問題点を解決するために、本発明は以下のよう
な手段を具備した点に特徴がある。
(1)半導体基体の表面に形成された絶縁膜と、前記絶
縁膜の表面に形成された多結晶シリコンと、半導体基体
の主表面の拡散層が露出するように、前記絶縁膜および
多結晶シリコンに形成された開口部と、前記開口部の内
表面および前記多結晶シリコンの表面に形成され、前記
拡散層と接続されたシリサイド層とを具備した。
(2)半導体基体の主表面に形成された異種導電型の拡
散層を相互接続してなる半導体装置において、半導体基
体の表面に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の表面に形
成された一方導電型多結晶シリコンと、少なくとも他方
導電型拡散層が露出するように、前記絶縁膜および一方
導電型多結晶シリコンに形成された第1の開口部と、前
記第1の開口部の内表面および前記一方導電型多結晶シ
リコンの表面に形成され、前記露出した拡散層と接続さ
れるシリサイド層とを具備した。
(3)予定の位置に一方導電型拡散層および他方導電型
拡散層が形成された半導体基体の主表面に絶縁膜を形成
する工程と、前記絶縁膜の表面に一方導電型多結晶シリ
コンを形成する工程と、一方および他方導電型拡散層の
うち、少なくとも他方導電型拡散層が露出するように、
前記絶縁膜および一方導電型多結晶シリコンに第1の開
口部を形成する工程と、前記第1の開口部の内表面およ
び前記多結晶シリコンの表面にシリサイド層を形成し、
これを前記露出した拡散層とオーミック接続する工程と
、前記シリサイド層および多結晶シリコンをエツチング
して、予定の配線を形成する工程とを具備した。
(4)さらに、前記シリサイド層と、多結晶シリコンの
上面ならびに第1の開口部の側部および底部との間にバ
リアメタルを形成するようにした。
(作用) 上記した(1)の構成によれば、拡散層と多結晶シリコ
ンとが接触しないので、拡散層と多結晶シリコンとの導
電型が異なってもPN接合が形成されるようなことがな
い。
上記した(2)の構成によれば、互いに導電型が異なる
拡散層同士を同一の配線材料で接続することができるよ
うになる。
上記した(3)の構成によれば、前記(2)の構成の半
導体装置を、簡単に形成することができるようになる。
上記した(4)の構成によれば、拡散層とシリサイド層
との間に形成されたバリアメタルによって、拡散層の不
純物がシリサイド層を介して多結晶シリコン内に拡散す
ることが防げる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第1図は本発明の第1実施例であるCMO8型メモ型上
モリセル方法を示した部分断面図である。
同図において、初めにシリコン基板lの主表面にNウェ
ル3およびPウェル2を形成した後、該ウェル3とPウ
ェル2とをアイソレーションするためのフィールド酸化
膜4を形成し、さらに、所定領域にイオン打ち込みによ
って高濃度P(P)層30およびN 層20を形成する
次いで、ゲート絶縁膜5を形成した後に、全面に厚さ1
000人のポリシリコン膜をCVD法によって被着し、
該ポリシリコン膜にボロン(B)をイオン打ち込みして
、これをP ポリシリコン膜6とする(同図(a))。
次に、該P ポリシリコン膜6のうち、P+層30、N
 層20の上部をホトリソグラフィ技術とドライエツチ
ング技術によって直径0,5μm程度開口し、さらに、
その下方にあるゲート酸化膜5をフッ酸水溶液でエツチ
ング除去して接続孔7を形成する(同図(b))。
次に、全面にタングステンシリサイド (W S l 2 )膜8を、スパッタリングによって
1000人の厚みで被着する。このとき、接続孔7の部
分ではP 層30およびN 層20に前記WS i2膜
8が直接オーミック接続されることになる(同図(C)
)。
次に、四塩化炭素(CCI4)  を主成分としたエツ
チングガスを用いた異方性の高いドライエツチングによ
ってP ポリシリコン膜6およびW S l 2膜8を
所望する形状に加工することによって接続配線9bおよ
びゲート電極9aが完成する。
さらに、Nウェル3にはボロンを20keV。
2X1015(至)−2イオン注入してP ソース/ド
レイン領域31を形成し、Pウェル2には、ヒ素(As
)を50keV、2 X 1015am−2イオン注入
してN ソース/ドレイン領域21を形成する、−以上
の工程によってCMOSメモリセルの主要工程は終了す
る(同図(d))。
本実施例によれば、接続配線9bとして機能する部分の
W S l 2膜8のみがソース/ドレイン領域201
30と接続され、P ポリシリコン膜6とソース/ドレ
イン領域20.30とは接続されないため、特に、N 
ソース/ドレイン領域2゜との接続部では、PN接合が
形成されず、接続配線9bと異種導電型のソース/ドレ
イン領域とをオーミックな状態で相互接続できるように
なる。
本実施例によれば、互いに導電型が異なる拡散層同士を
同一の配線材料で接続することができるようになるので
、製造工程が簡略化される。
第2図は、上記したような接続構造を適用した5MO3
型メモリセルの平面図、第3図はその等価回路図である
図において、6MO3型メモリセルは、良く知られてい
るように、負荷MOS)ランジスタ(pMO8)Piと
ドライバMOSトランジスタ(nMOS)Nlとによっ
て構成される第1のインバータ、負荷MOS)ランジス
タ(pMOS)P2とドライバMO3)ランジスタ(n
 M OS )N2とによって構成される第2のインバ
ータ、およびトランスファMO8)ランジスタ(n M
 OS )T1、T2によって構成される。
トランジスタPi、P2のソース/ドレイン領域の一方
は電源VDDに接続され、トランジスタNl、N2のソ
ース・ドレイン領域の一方は電源vssに接続されてい
る。
また、トランジスタT1、T2のゲート電極はワード線
WLに接続され、ソース・ドレイン領域の一方は、それ
ぞれデータ線DL、DLに接続されている。
第2図から明らかなように、本実施例によれば、互いに
導電型の異なる拡散層を接続する接続配線(図中、ハツ
チングで示した部分)が、他のトランジスタのゲート領
域まで延長され、ゲート電極としても機能していること
が分かる。
このように、ゲート電極と、該ゲート電極と導電型の異
なる拡散層とを、同一の配線材料を用いて接続するよう
にすれば、埋込みコンタクト用の電極が不要となり、さ
らには該電極同士を接続するための多層配線が不要とな
るので、半導体装置の高集積化、製造工程の簡略化が容
易に達成される。
第4図は、本発明の第2実施例であるCMOS型メモリ
セルの製造方法を示した断面図であり、第1図と同一の
符号は同一または同等部分を表しているので、その詳細
説明は省略する。
本実施例では、同図(a) 、(b)までの製造工程は
第1実施例と同じであるが、同図(C)に示したように
、接続孔7を開孔した後に、全面に窒化チタン(TiN
)80をスパッタリングによって1000人の厚みで被
着し、更にその全面にタン゛ゲステンシリサイド(W 
S T2 )膜8を、スパッタリングによって1500
人の厚みで被着するようにした点に特徴がある。
本実施例によれば、ゲート電極9aおよび接続配線9b
は、P ポリシリコンロ/TiN80/W S l 2
8の3層構造となり、TiN80が拡散層20,30内
の不純物元素のP ポリシリコンロへの拡散障壁材とし
て機能するため、St基板側のソース/ドレイン領域2
0,30とゲート電極9のP ポリシリコンロとの間で
WS l 210を介して起こる、ごく微量の相互拡散
をも防止することができるので、コンタクト特性がさら
に安定し、半導体集積回路装置の高信頼性が図れる。
第6図は、本発明の第3実施例であるCMO8型メモ型
上モリセル図であり、第1図または第2図と同一の符号
は同一または同等部分を表しているので、その詳細説明
は省略する。
本実施例では、P ポリシリコンロと導電型が異なるN
 拡散層20の領域のみ該拡散層20とゲート電極9a
とが接続孔7を介してオーミック接続されるようにし、
導電型が同じであるP 拡散層30の領域では、拡散層
30とP ポリシリコンロとが直接接続されるようにし
た点に特徴がある。
一般的に、拡散層とシリサイドとの接触部分では、半導
体同士の接続に比べて接触抵抗が高くなる傾向にあるが
、本実施例によれば、ポリシリコンロと拡散層との導電
型が同じ場合には、拡散層とP ポリシリコンロとが直
接接続されるようにしたので、拡散層とシリサイドの接
触部分を最少限に押さえることができ、さらに特性の良
好な半導体装置を提供できるようになる。
なお、本実施例においても、前記第2実施例のように、
ポリシリコンロとシリサイド8との間にバリアメタルを
設ければ、コンタクト特性がさらに安定し、半導体装置
の高信頼性が図れる。
上記した各実施例では、いずれもゲート電極がP ポリ
シリコンであるものとして説明したが、N ポリシリコ
ンであっても同様の効果を達成することができる。
同様に、各実施例ではシリサイド層としてW S l 
2を用いるものとして説明したが、本発明はこれのみに
限定されるものではなく、たとえばモリブデン、チタン
、タンタル等の高融点金属を主成分とするシリサイド層
であっても良い。
また、上記した各実施例では、本発明をCMO8構造の
メモリセルに適用して説明したが、他の−膜内なCMO
8装置、バイポーラ装置、あるいは両者を組み合わせた
BiCMO8装置にも適用できる。
(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、以下
のような効果が達成される。
(1)互いに導電型が異なる拡散層同士を同一の配線材
料で接続することができるようになるので、製造工程が
簡略化される。
(2)ゲート電極と、該ゲート電極と導電型の異なる拡
散層とを、同一の配線材料を用いて接続できるので、半
導体装置の高集積化、製造工程の簡略化が容易に達成さ
れる。
(3)拡散層とシリサイド層との間にバリアメタルを設
けることによって、拡散層の不純物がシリサイド層を介
して多結晶シリコン内に拡散することを防止できるので
、コンタクト特性がさらに安定し、半導体装置の高信頼
性が図れる。
(4)第6図に関して説明したように、接続配線と拡散
層との接続を、接続配線を構成するポリシリコンと異な
った導電型の拡散層との接続のみシリサイドによって行
い、同一導電型の拡散層との接続はポリシリコンによっ
て行うようにすれば、さらに特性の良好な半導体装置を
提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例であるCMOS型メモリセ
ルの製造方法を示した部分断面図、第2図は本発明を適
用した6M0S型メモリセルの平面図、第3図は6M0
S型メモリセルの等価回路図、第4図は本発明の第2実
施例であるCMOS型メモリセルの製造方法を示した断
面図、第5図は従来技術の断面図、第6図は本発明のf
f13実施例であるCMOS型メモリセルの断面図であ
る。 1・・・シリコン基板、2−Pウェル、3・・・Nウェ
ル、4・・・フィールド酸化膜、5・・・ゲート絶縁膜
、6・・・ポリシリコン膜、7・・・接続孔、8・・・
シリサイド膜、9a・・・ゲート電極、9b・・・接続
配線、20・・・N 層、30・・・P 層

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基体の主表面に形成された拡散層と、前記
    半導体基体の表面に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の
    表面に形成された多結晶シリコンと、 前記拡散層が露出するように、前記絶縁膜および多結晶
    シリコンを開口して形成された開口部と、前記開口部の
    側部および底部、ならびに前記多結晶シリコンの表面に
    形成され、該開口部の底部において前記露出した拡散層
    と接続されたシリサイド層とを具備したことを特徴とす
    る半導体装置。
  2. (2)半導体基体の主表面に形成された異種導電型の拡
    散層を相互接続してなる半導体装置において、前記半導
    体基体の表面に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の表面
    に形成された一方導電型多結晶シリコンと、 一方および他方導電型拡散層のうち、少なくとも他方導
    電型拡散層が露出するように、前記絶縁膜および一方導
    電型多結晶シリコンに形成された第1の開口部と、 前記第1の開口部の側部および底部、ならびに前記一方
    導電型多結晶シリコンの表面に形成され、該第1の開口
    部の底部において、前記露出した拡散層と接続されるシ
    リサド層とを具備したことを特徴とする半導体装置。
  3. (3)前記一方導電型拡散層は一方導電型MISFET
    のソース・ドレイン領域であり、他方導電型拡散層は他
    方導電型MISFETのソース・ドレイン領域であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導体装置
  4. (4)少なくとも、一方導電型拡散層をソース・ドレイ
    ン領域とする一方導電型MISFETおよび他方導電型
    拡散層をソース・ドレイン領域とする他方導電型MIS
    FETとを有し、前記一方導電型拡散層と他方導電型拡
    散層とを相互接続する接続配線が、第3のMISFET
    のゲート領域まで延長され、ゲート電極として機能する
    半導体装置において、 半導体基板の表面に形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜の表面に形成された一方導電型多結晶シリコ
    ンと、 一方および他方導電型拡散層のうち、少なくとも他方導
    電型拡散層が露出するように、前記絶縁膜および一方導
    電型多結晶シリコンに形成された第1の開口部と、 前記第1の開口部の側部および底部、ならびに前記一方
    導電型多結晶シリコンの表面に形成され、該第1の開口
    部の底部において、前記露出した拡散層と接続されるシ
    リサド層とを具備したことを特徴とする半導体装置。
  5. (5)前記第1の開口部が形成されない領域おいて、前
    記一方導電型拡散層が露出するように前記絶縁膜に形成
    された第2の開口部をさらに具備し、該第2の開口部の
    底部において、一方導電型拡散層と一方導電型多結晶シ
    リコンとが接続されたことを特徴とする特許請求の範囲
    第2項ないし第4項のいずれかに記載の半導体装置。
  6. (6)前記シリサイド層と、多結晶シリコンの上面なら
    びに第1の開口部の側部および底部との間には、バリア
    メタルが形成されていることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項ないし第5項のいずれかに記載の半導体装置。
  7. (7)少なくとも、一方導電型拡散層をソース・ドレイ
    ン領域とする一方導電型MISFETおよび他方導電型
    拡散層をソース・ドレイン領域とする他方導電型MIS
    FETとを有し、前記一方導電型拡散層と他方導電型拡
    散層とを相互接続する接続配線が、第3のMISFET
    のゲート領域まで延長され、ゲート電極として機能する
    半導体装置において、 前記接続配線は、多結晶シリコンと、その上に形成され
    たシリサイド層とによって構成され、該接続配線と一方
    および他方導電型拡散層のうち、少なくとも他方導電型
    拡散層との接続は、多結晶シリコンの開口部を介して前
    記シリサイド層と他方導電型拡散層とを接続することに
    よって行われることを特徴とする半導体装置。
  8. (8)前記シリサイド層は、Ti、Ta、W、Moのい
    ずれか1つとシリコンとの合金であることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項ないし第7項のいずれかに記載の
    半導体装置。
  9. (9)予定の位置に拡散層が形成された半導体基体の主
    表面に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜の表面に不純物濃度の高い多結晶シリコンを
    形成する工程と、 前記絶縁膜および多結晶シリコンに第1の開口部を形成
    し、該第1の開口部において前記拡散層を露出させる工
    程と、 前記第1の開口部の側部および底部、ならびに前記多結
    晶シリコンの表面にシリサイド層を形成する工程と、 前記シリサイド層および多結晶シリコンをエッチングし
    て、予定の配線を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。
  10. (10)予定の位置に一方導電型拡散層および他方導電
    型拡散層が形成された半導体基体の主表面に絶縁膜を形
    成する工程と、 前記絶縁膜の表面に一方導電型多結晶シリコンを形成す
    る工程と、 一方および他方導電型拡散層のうち、少なくとも他方導
    電型拡散層が露出するように、前記絶縁膜および一方導
    電型多結晶シリコンに第1の開口部を形成する工程と、 前記第1の開口部の側部および底部、ならびに前記多結
    晶シリコンの表面にシリサイド層を形成し、これを前記
    露出した拡散層とオーミック接続する工程と、 前記シリサイド層および多結晶シリコンをエッチングし
    て、予定の配線を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。
  11. (11)絶縁膜を形成する工程に引き続き、前記第1の
    開口部が形成されない領域の一方導電型拡散層が露出す
    るように、前記絶縁膜に第2の開口部を形成する工程を
    さらに有し、その後、該第2の開口部の底部において一
    方導電型拡散層と一方導電型多結晶シリコンとを接続す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第10項記載の半導
    体装置の製造方法。
  12. (12)第1の開口部を形成する工程に引き続き、前記
    多結晶シリコンの表面および第1の開口部の内表面にバ
    リアメタルを形成し、前記第1の開口部の底部において
    バリアメタルと拡散層とをオーミック接続する工程をさ
    らに有し、該バリアメタルは、その後、前記シリサイド
    層および多結晶シリコンと一緒にエッチングすることを
    特徴とする特許請求の範囲第9項ないし第11項のいず
    れかに記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002103786A1 (fr) * 2001-06-19 2002-12-27 Seiko Instruments Inc. Procede de fabrication d'un dispositif a semiconducteur
WO2003001592A1 (fr) * 2001-06-21 2003-01-03 Seiko Instruments Inc. Procede de fabrication d'un dispositif semi-conducteur
JP2006253376A (ja) * 2005-03-10 2006-09-21 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2007335891A (ja) * 1997-03-31 2007-12-27 Freescale Semiconductor Inc 半導体デバイス

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