JPH05343632A - Cmos素子と工程 - Google Patents

Cmos素子と工程

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JPH05343632A
JPH05343632A JP2418207A JP41820790A JPH05343632A JP H05343632 A JPH05343632 A JP H05343632A JP 2418207 A JP2418207 A JP 2418207A JP 41820790 A JP41820790 A JP 41820790A JP H05343632 A JPH05343632 A JP H05343632A
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JP
Japan
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gate electrode
silicon
layer
source
type
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Application number
JP2418207A
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English (en)
Inventor
James R Pfiester
ジェームス・ルール・フィエスター
Thomas C Mele
トーマス・シー・メレ
Young Limb
ヤング・リム
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Motorola Solutions Inc
Original Assignee
Motorola Inc
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン・ゲー卜電極と相互接続部の抵抗を
引き下げ、しきい電圧の望ましくないシフトを発生させ
ることなく、ソースおよびドレイン領域にケイ化接触部
を設けたCMOS素子およびその製造方法を提供する。 【構成】 CMOS素子10が、NMOSトランジスタ
12およびPMOSトランジスタ14から成り、各トラ
ンジスタは、ケイ化ソースおよびドレイン電極28、4
4と、窒化チタンバリヤ層を含むシリコン・ゲート電極
24、40とを有する。両トランジスタは、窒化チタン
バリヤ材料の層で覆われたシリコン層48によって、互
いに結合されている。ソースおよびドレイン領域は、シ
リコン・ゲート電極との反応を阻止されたケイ化コバル
トその他のケイ化金属でケイ化され、窒化チタンバリヤ
層の存在により相互接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にCMOS素子
とCMOS素子の製造方法に関し、更に詳しくは、ケイ
化CMOS素子とその製造工程に関する。
【0002】
【従来技術および解決すべき課題】多くのCMOS集積
回路を製造する場合、集積回路の機能を実行するため
に、組合わされる種々の素子を相互に接続するためのゲ
ート電極および材料の両方として多結晶またはアモルフ
ァス・シリコンを使用する。多結晶シリコンには、導電
性を決定する不純物が多量に添加されてこの材料の導電
性を増加させ、これによって回路の速度を増加させ、個
々のトランジスタの相互コンダクタンスを増加させ、ま
たは回路の性能を改善する。しかし、不純物を多量に添
加された薄いシリコン層は、なおかなりの抵抗を有し、
最適の回路速度を達成するにはれを抑えなければならな
い。薄いシリコン層の抵抗は、シリコン上にケイ化物層
を形成することによって受入れ可能な水準まで低下させ
ることができる。半導体基板との接触点にケイ化物層が
あると、基板領域と相互接続手段との間の接触抵抗をま
た改善することができる。しかし、シリコンの薄層上に
ケイ化物層を設けると、重要な素子のパラメータに受入
れることのできないシフトが発生する。このことを理解
するには、シリコン・ゲートMOSトランジスタのしき
い電圧は、シリコン・ゲート電極内の不純物添加の水準
によって決まることに留意しなければならないが、この
理由は、この不純物の添加水準によって、ゲート電極と
その下にある基板との間の作業機能(work fun
ction)が決定されるからである。PチャンネルM
OSトランジスタのゲート電極にはP型添加物を添加
し、Nチャンネル・トランジスタのゲート電極にはN型
添加物を添加するのが一般的である。Nチャンネルおよ
びPチャンネル・トランジスタのゲート電極は、これら
のゲー卜電極が作られている同じ薄いシリコン層のパタ
ーン化された部分によってしばしば共に接続される。異
なった素子のゲート電極の間のこの相互接続部は、意図
した回路の機能を実行するための素子の通常の相互接続
部である。添加不純物の拡散は、ケイ化されたシリコン
層内で非常に加速される。その結果、添加不純物はケイ
化シリコン層を通って急速に拡散し、これによって、P
チャンネル・トランジスタのゲート電極が急速に移動す
るN型添加不純物を添加され、Nチャンネル・トランジ
スタの場合には逆の現象が発生するという有害な結果が
もたらされる。これによって、例えばPチヤンネル・ト
ランジスタのしきい電圧が受入れることのできない高い
値に充電される。
【0003】したがって、シリコン・ゲート電極と相互
接続部の抵抗を引き下げ、しきい電圧の望ましくないシ
フトを発生させることなく、ソースおよびドレイン領域
にケイ化接触部を設ける方法が必要である。
【0004】
【課題を解決するための手段】素子およびこの素子を製
造する方法が開示され、ここでソースおよびドレイン領
域上に金属シリカ物を形成する前に、導電性の障壁層が
シリコン・ゲート電極上に形成される。本発明の1実施
例によれば、CMOS素子が提供され、この素子は金属
ケイ化物と接触する第1ソースおよびドレイン領域を有
する第1PチャンネルMOSトランジスタと窒化チタン
層を有する第1シリコン・ゲート電極を有する。この素
子は、更に第2NチャンネルMOSトランジスタを有
し、このトランジスタは、また金属ケイ化物と接触する
ソースおよびドレイン領域と窒化チタン層を有する第2
シリコン・ゲート電極を有する。窒化チタンの上部層を
有するシリコン層を含む相互接続手段が設けられて、第
1および第2ゲート電極を結合する。
【0005】
【実施例】第1図は、本発明によるCMOS集積回路の
一部10の断面図である。この集積回路の部分10は、
NチャンネルMOSトランジスタ12とPチャンネルM
OSトランジスタ14を有する。実際の集積回路は、所
望の回路機能を達成するため、正しく相互に接続された
このような多くの素子を有している。Nチャンネル・ト
ランジスタ12は、単結晶シリコン基板のP型表面領域
16に形成される。P型表面領域16にはN型ソースお
よびドレイン領域18が形成され、これらの領域はチャ
ンネル領域20によって分離されている。上部に位置す
るチャンネル領域20は、ゲート絶縁物22とシリコン
・ゲー卜電極24である。ゲート電極24は、多結晶シ
リコンまたはアモルファス・シリコンであるが、この説
明目的のため以下では多結晶シリコン・ゲート電極とす
る。本発明によれば、上部に位置するゲート電極24
は、窒化チタン層のような導電性障壁層26の層26で
ある。更に、本発明によれば、ソースおよびドレイン領
域18には金属ケイ化物28が接触し、この金属ケイ化
物28は側壁スペーサ30によってゲート電極24から
間隔をあけて設けられている。同様に、PチャンネルM
OSトランジスタ14はN型表面領域32に形成され、
チャンネル領域36によって分離されたP型ソースおよ
びドレイン領域34を有する。上部に位置するチャンネ
ル領域36はゲート絶縁物38とシリコン・ゲート電極
40である。本発明によれば、ゲート電極40の上部に
は窒化チタン層のような導電性障壁層42が重なってい
る。更に、本発明によれば、ソースおよびドレイン領域
34には金属ケイ化物44が接触し、この金属ケイ化物
44は側壁スペーサ46によってゲート電極40から間
隔をあけて設けられている
【0006】第2図は、12および14のような2つの
素子が回路の機能を実行するための1部としてどの様に
して相互に接続されているかを概略的に示す平面図であ
る。図に示すように、NチャンネルMOSトランジスタ
12は、素子12のゲート電極24を素子14のゲー卜
電極40に結合する相互接続部48によってPチャンネ
ルMOSトランジスタ14に結合されている。この実施
例の場合、素子12は点線50によって境界を設けたP
型ウェル(well)領域16に形成される。本発明は
したがってPウェル構造を示すが、本発明はNウェル構
造またはツイン・ウェル構造にも同様に適応することが
できる。素子12のゲート電極24には、N型不純物が
多量に添加され、ゲート電極42はP型不純物が多量に
添加される。本発明によれば、ゲート電極24と40お
よび相互接続部48は窒化チタンのような導電性障壁材
料の層によってカバーされる。ゲート電極24のいずれ
かの側は、N型ソースおよびドレイン領域18であり、
ゲー卜電極40のいずれかの側は、P型ソースおよびド
レイン領域34である。ゲート電極および相互接続部の
抵抗は、窒化チタンまたはその他の導電性障壁材料によ
って、不純物を添加された多結晶シリコン単独によって
達成できるよりも低い値に引き下げられる。
【0007】第3図ないし第6図は、本発明の1実施例
による製造段階を示す断面図である。図示の工程の段階
において、トランジスタ12のようなNチャンネルMO
Sトランジスタの一部が形成される。PチャンネルMO
Sトランジスタを形成するのにまた必要な別の段階も参
照するが、これらの別の段階の詳細な説明と図示は、本
発明による工程を理解する場合に必要ではない。
【0008】第3図に示すように、CMOS集積回路の
NチャンネルMOSトランジスタ部分を形成する工程は
P型表面領域16を有するシリコン基板によって開始さ
れる。上部に位置する基板16はゲート絶縁物52の層
であり、これは10ないし30ナノメートルの厚さを有
する熱成長シリコン二酸化物の層であることが望まし
い。上部に位置するゲート絶縁物32は、不純物を添加
しない多結晶シリコン54の層と導電性障壁材料56の
層である。多結晶シリコン層54は、化学的蒸着法によ
って200ないし400ナノメートルの厚さに堆積され
ることが望ましい。障壁材料56は窒化チタンであるこ
とが望ましく、この窒化チタンは反応性スパッタリング
または化学的蒸着法によって多結晶シリコン層54の上
部表面に設けられる。以下で窒化シリコンと称するこの
障壁材料56は、約30ないし200ナノメートルの厚
さを有する。
【0009】第4図に示すように、この工程は引き続き
多結晶シリコン層54と窒化チタン層56のパターン化
を行って多結晶シリコンのゲート電極24を形成し、こ
のゲート電極24の上部には窒化チタン障壁層26が形
成される。層54と56のパターン化は、従来のフォト
グラフイーとエッチングによって行われる。同時に、ゲ
ート電極24とその上に形成される窒化シリコン層26
のパターン化が行われ、この回路を実行するのに使用さ
れるその他の素子のゲート電極と多結晶シリコンの相互
接続線もまたパターン化される。したがって、この回路
の機能を形成するPチャンネル・トランジスタおよびN
チャンネル・トランジスタのゲート電極はその上部に窒
化チタンの障壁層の形成される不純物を添加していない
多結晶シリコンによって形成される。更に、多結晶シリ
コンと窒化チタンの同じ層は、回路上の素子の多くを相
互接続するために使用される。
【0010】ソースおよびドレイン領域18が、次にゲ
ート電極24と窒化チタン層26を添加物のマスクとし
て使用してN型添加物を基板に選択的に導入することに
よってP型表面領域16に形成される。
【0011】これらの添加物は、イオン注入の間、回路
のPチャンネルMOSトランジスタをマスクするために
フォトレジストを使用し、N型導電性を決定するイオン
をイオン注入することによって導入されることが望まし
い。したがって、N型添加物は、NチャンネルMOSト
ランジスタのソースおよびドレイン領域に対してのみ導
入される。別の段階(図示せず)で、P型添加不純物が
同様に選択的な方法で基板に導入され、製造中のPチャ
ンネルMOSトランジスタのソースおよびドレイン領域
を形成する。これらのP型不純物をPチャンネル・ソー
スおよびドレイン領域に導入している間、Nチャンネル
・トランジスタは、例えばNチャンネル・トランジスタ
にフォトレジストのパターン化された層を重ねることに
よってこれの導入から保護される。
【0012】第3図ないし第6図に示す実施例は、LD
D MOS構造を示し、ここで少量の不純物を添加され
たドレイン領域がゲート電極と自己整合し、引き続いて
より多くの不純物を添加したドレイン領域がゲート電極
から離れた位置に設けられる。図示していないがこれら
の素子は、オプションとして少量の不純物を添加された
ドレイン構造を設けることなく形成することが可能であ
り、したがって、ソースおよびドレイン領域18は、N
型不純物を多量に添加される。多くの場合、LDD構造
はNチャンネル素子上のみに使用され、これに付随する
Pチャンネル素子は1つの多量の不純物を添加したドレ
イン領域によって形成される。このようなドレイン構造
の選択は、ソースおよびドレイン領域の正確な構造が本
発明自身によって限定されていないので、本発明内で容
易に考案することができる。
【0013】第5図に示すように、この工程は、引き続
いてゲート電極の端部に側壁スペーサ30を形成する。
これらの側壁スペーサは、低温酸化物(LTO)のよう
な材料または窒化シリコン等のようなその他の材料から
形成される。スペーサを形成する材料は、ゲー卜電極構
造上に堆積され、引き続き例えば反応性イオン・エッチ
ングによって異方性にエッチングされ、窒化チタンの障
壁層を露出させる。異方性エッチングまたはその後に行
われる等方性エッチングによって側壁スベーサ30の保
護していない誘電体層52の部分が除去される。誘電体
層のこの部分を除去することによって、ゲート電極24
から間隔をあけて設けられたソースおよびドレイン領域
の一部が露出される。22の符号で示す誘電体層52の
残りの部分は素子のゲート絶縁分を形成する。
【0014】側壁スペーサを所定の場所に形成すると、
コバルトまたはその他のケイ化物形成金属の層が構造上
に堆積されてコバルト・ケイ化物28またはその他の金
属ケイ化物の層を形成し、ここでこのケイ化物形成検金
属はシリコンと接触する。したがって、ケイ化物はソー
スおよびドレイン領域18の露出部分および関連するP
チャンネル・トランジスタのソースおよびドレイン領域
上に形成される。このケイ化物は窒化チタン上には形成
されず、またLTOスペーサまたは構造内に存在するフ
ィールド絶縁部のようなその他の誘電材料上にも形成さ
れない。未反応コバルトは、金属エッチング剤内でのエ
ッチングによって窒化チタンの表面および反応の発生し
なかったその他の領域から除去され、この金属エッチン
グ剤はまたこの窒化チタンまたはケイ化物を腐蝕しな
い。例えば、未反応コバルトは、75重量パーセントの
リン酸、2パーセントの硝酸、10パーセントの酢酸お
よびこれらの残りの部分に水を含むエッチング溶液内で
エッチングすることによって構造から除去される。この
側壁スペーサ30によって、ゲート電極とこれに関連す
るソースまたはドレイン領域との間でブリッジが発生す
ることまたはこれらの間で電気的接続が発生することが
防止される。
【0015】この製造工程の部分は、高い濃度のN型導
電性決定添加不純物を選択的にNチャンネル素子に添加
することによって完了する。ヒ素イオンまたはリン・イ
オンがゲート電極24とケイ化物領域28に注入され、
この回路のPチヤンネル・トランジスタはパターン化さ
れたフォトレジスト層によって保護されることが望まし
い。N型イオンの注入は矢印58によって示す。N型イ
オンは、窒化チタンの上部層を浸透するのに十分なエネ
ルギーでイオンを注入することによって、シリコン・ゲ
ート電極に導入される。N型イオンが同時にコバルト・
ケイ化物内にまたはこれを介してに注入される。これに
続いて行われる添加不純物の熱による再分配によって、
高濃度のN型添加不純物はケイ化物から上部に位置する
P型表面領域16に拡散され、コバルト・ケイ化物とゲ
ート電極24から間隔をあけて設けられたソースおよび
ドレイン領域の露出部分との間に抵抗の低い接点を形成
する。同様の不純物を添加する段階において、P型導電
性を決定する不純物が集積回路のPチャンネル・トラン
ジスタに導入され、一方Nチャンネル・トランジスタは
パターン化されたフォトレジストの層のような上部に位
置するマスクを設けることによって、これの導入から保
護される。
【0016】この素子は、ここで絶縁物の上部保護層、
別の相互接続層等を設けることによって、従来の方法で
完成される。この完成された素子は、高導電性のゲート
電極と高導電性の相互接続材料を有し、これらの各々は
不純物を添加した多結晶シリコの層と導電性障壁材料の
上部層によって構成される。各素子のソースおよびドレ
イン領域は金属ケイ化物によってケイ化され、この金属
ケイ化物によって低い接触抵抗を有する高導電性素子領
域が設けられる。相互接続部はケイ化されず、したがっ
て、添加不純物の拡散がケイ化された多結晶シリコンを
介して加速されるという問題が回避される。
【0017】上述した本発明の実施例において、シリコ
ン・ゲート電極は、導電性障壁材料の上部層を介して添
加物を導入することによって、不純物を添加される。こ
のことは、障壁層が十分薄くて添加不純物の十分な量が
障壁層を介して通過し、下部にあるシリコン層に対して
十分に不純物を添加することが必要である。しかし、も
し上部障壁層が薄過ぎれば、その層の抵抗が増加し、ゲ
ート電極の抵抗を削減するかまたは最少にすることと線
を相互に接続することとの目標で妥協が行われる。本発
明の他の実施例(図示せず)によれば、この問題は、窒
化チタンの上部に位置する層を堆積する前に、N型また
はP型の導電性を決定するイオンによってイオン注入を
行い、多結晶シリコン54の層に選択的に不純物を添加
することによつて解決することができる。例えば、Nチ
ャンネル・トランジスタのイオン注入の期間中Pチャン
ネル・トランジスタをフォトレジストでマスクし、Pチ
ャンネル・トランジスタのイオン注入の期間中Nチャン
ネル・トランジスタをフォトレジストでマスクすること
によって、NチャンネルおよびPチャンネル・トランジ
スタ領域の多結晶シリコンは、別々に不純物を添加され
る。多結晶シリコンに対する選択的な不純物の添加に続
いて、窒化チタンまたはその他の障壁材料が多結晶シリ
コン層の上部を覆うように加えられ、この工程は上述し
たように進行される。
【0018】本発明の更に他の実施例では、多結晶シリ
コン導電体の抵抗は窒化チタンの層の下にチタン・ケイ
化物を導入することによって引き下げられる。このチタ
ン・ケイ化物層はゲート電極の抵抗を低下させ、窒化チ
タンはチタン・ケイ化物とコバルトまたはその他のケイ
化物形成金属の層との間の相互反応を防止する。チタン
・ケイ化物の層は、不純物を添加していない多結晶シリ
コン層の上部を覆うように約20ナノメータの厚さを有
するチタン層を堆積することによって形成することがで
きる。これに続いて、窒素または窒素を含有する周辺部
を熱によって急速にアニールを行い、チタンをこのチタ
ンが多結晶シリコンと接触するチタン・ケイ化物に変換
すると共にこのチタンの上部表面をチタン窒化物に変換
する。上記の第4図ないし第6図に示す段階を次に実行
する。
【0019】当業者は本発明の精神から逸脱することな
く変形と変化を行うことができことを認識する。例え
ば、導電性障壁層として窒化チタン以外の他の材料を導
電性障壁層として使用することができる。この障壁層
は、所望の導電性を得るために十分に導電し、その後に
行われる処理に耐えることができ、ケイ化物形成金属と
両立し、未反応のケイ化物形成金属を除去するのに使用
されるエッチング剤に対して抵抗性のある材料から選択
しなければならない。更に、タングステン、タングステ
ン・ケイ化物、タンタル・ケイ化物等の他の材料を窒化
チタン層上に形成し、多結晶シリコン層の相互接続部の
抵抗を更に低下させることができる。プラチナまたはパ
ラジュウムのような他の金属をまた使用してケイ化物を
形成することが可能であり、これによってケイ化物形成
金属を設けることが選択された導電性障壁材料と両立す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるCMOS素子の一部の断面図であ
る。
【図2】本発明による相互に結合されたCMOS素子の
概略平面図である。
【図3】本発明の1実施例による工程段階の断面図を示
す。
【図4】本発明の1実施例による工程段階の断面図を示
す。
【図5】本発明の1実施例による工程段階の断面図を示
す。
【図6】本発明の1実施例による工程段階の断面図を示
す。
【符号の説明】
10 CMOS集積回路の一部 12 NチャンネルMOSトランジスタ 14 PチャンネルMOSトランジスタ 16 P型表面領域(ウェル領域) 18 N型ソースおよびドレイン領域 20、36 チャンネル領域 22、38 ゲート絶縁部 24、40 ゲート電極 26、42 導電性障壁層 28 金属ケイカ物 30、46 側壁スペーサ 32 N型表面領域 34 P型ドレインおよびソース領域 44 金属ケイ化物 48 相互接続部 52 誘電体層 54 多結晶シリコン層 56 障壁材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 9054−4M H01L 27/08 321 F (72)発明者 ヤング・リム アメリ力合衆国テキサス州オースチン、パ レード・リッジ5626

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属シリカ物の接触する第1ソース及び
    ドレイン領域と導電性障壁材料の層を含む第1シリコン
    ・ゲード電極を有する第1PMOSトランジスタ;金属
    シリカ物の接触する第2ソース及びドレイン領域と導電
    性障壁材料の層を含む第2シリコン・ゲード電極を有す
    る第2NMOSトランジスタ;およびシリコンおよび導
    電性障壁材料の層によって構成され前記第1及び第2シ
    リコン・ゲート電極を結合する手段;によって構成され
    ることを特徴とするCMOS素子。
  2. 【請求項2】 その上に窒化シリコンの層が形成される
    第1P型多結晶シリコン・ゲート電極と前記第1ゲート
    電極の反対側に形成される第1ソースおよびドレイン領
    域を有する第1PMOSトランジスタであって、前記第
    1ソースおよびドレイン領域が前記第1ゲート電極と整
    合され、これに対して金属ケイ化物が接触している前記
    第1PMOSトランジスタ;その上に窒化シリコンの層
    が形成される第2N型多層シリコン・ゲート電極と前記
    第2N型多結晶ゲー卜・シリコン電極の反対側に形成さ
    れる第2ソースおよびドレイン領域を有する第2NMO
    Sトランジスタであって、前記第2ソースおよびドレイ
    ン領域が前記第2N型多結晶シリコン・ゲート電極と整
    合された少量の不純物を添加したN型領域と前記N型多
    結晶シリコン・ゲート電極から間隔をあけて設けた多量
    の不純物を添加したN型領域を有し、前記多量の不純物
    を添加したN型領域には金属ケイカ物が接触している前
    記第2NMOSトランジスタ;および前記第1P型多結
    晶シリコン・ゲート電極と前記第2N型多層シリコン・
    ゲート電極とを結合するための窒化シリコンを上部に設
    けた多結晶シリコンによって構成される手段;によって
    構成されることを特徴とするCMOS素子。
  3. 【請求項3】 第1N型表面領域と第2P型表面領域を
    有し、その上にゲート絶縁物を形成するシリコン基板を
    設ける段階;前記ゲート絶縁物の上に位置するシリコン
    層を堆積する段階;前記シリコン層の上に位置する導電
    性障壁材料の層を形成する段階;前記導電性障壁材料の
    層と前記シリコン層にパターンを形成し、前記第1表面
    領域の上に位置する第1ゲート電極、前記第2表面領域
    の上に位置する第2ゲート電極、および前記第1および
    第2ゲート電極を相互に接続する手段を形成する段階;
    前記第1ゲート電極と前記第1表面領域の部分に選択的
    にP型の導電性を決める不純物を添加してPチャンネル
    ・トランジスタの不純物を添加したソースおよびドレイ
    ン領域とゲート電極を形成する段階;前記第2ゲート電
    極と前記第2表面領域の部分に選択的にN型の導電性を
    決める不純物を添加してNチャンネル・トランジスタの
    不純物を添加したソースおよびドレイン領域とゲート電
    極を形成する段階;および前記NチャンネルおよびPチ
    ャンネルトランジスタの前記ソースおよびドレイン領域
    の不純物を添加した部分にコバルトシリカ物を形成する
    段階;によって構成されることを特徴とするCMOS素
    子の製造方法。
JP2418207A 1989-12-27 1990-12-26 Cmos素子と工程 Pending JPH05343632A (ja)

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US45764989A 1989-12-27 1989-12-27
US457,649 1989-12-27

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6693001B2 (en) 1997-03-14 2004-02-17 Renesas Technology Corporation Process for producing semiconductor integrated circuit device
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