JPH1117024A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH1117024A JPH1117024A JP9168791A JP16879197A JPH1117024A JP H1117024 A JPH1117024 A JP H1117024A JP 9168791 A JP9168791 A JP 9168791A JP 16879197 A JP16879197 A JP 16879197A JP H1117024 A JPH1117024 A JP H1117024A
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- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ゲート電極形成時のエッチング加工おいて、一
方のトランジスタのゲート絶縁膜上にゲート電極を構成
する材料のエッチング残渣が生じたり、あるいはゲート
絶縁膜が破壊されたりする不具合を低減可能で、エッチ
ング加工時のプロセスマージンを拡大することが可能な
半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】n型ゲート電極を有するNMOSおよびp
型ゲート電極を有するPMOSトランジスタを同一基板
に有する半導体装置の製造方法であって、ゲート絶縁層
2を介して半導体基板3上に形成されたゲート電極層4
のエッチング加工によって除去される各除去領域4b
に、各除去領域4bの不純物組成を相互に等しくまたは
近似させるように不純物をイオン注入法によって導入
し、その後に当該除去領域4bをエッチング加工して除
去し、所定パターンのゲート電極4aを形成する。
方のトランジスタのゲート絶縁膜上にゲート電極を構成
する材料のエッチング残渣が生じたり、あるいはゲート
絶縁膜が破壊されたりする不具合を低減可能で、エッチ
ング加工時のプロセスマージンを拡大することが可能な
半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】n型ゲート電極を有するNMOSおよびp
型ゲート電極を有するPMOSトランジスタを同一基板
に有する半導体装置の製造方法であって、ゲート絶縁層
2を介して半導体基板3上に形成されたゲート電極層4
のエッチング加工によって除去される各除去領域4b
に、各除去領域4bの不純物組成を相互に等しくまたは
近似させるように不純物をイオン注入法によって導入
し、その後に当該除去領域4bをエッチング加工して除
去し、所定パターンのゲート電極4aを形成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CMOS(Comple
mentary MOS)等の同一基板に異なる導電型の絶縁ゲート
型電界効果トランジスタを有する半導体装置の製造方法
に関する。
mentary MOS)等の同一基板に異なる導電型の絶縁ゲート
型電界効果トランジスタを有する半導体装置の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置における素子寸法の微細化の
時流に伴い、理想的なゲート電極を得る加工プロセスは
難しいものになってきている。その原因として、ゲート
長の短縮化に伴うリソグラフィー技術の困難さに加え
て、ゲート電極のエッチングプロセス自体もまたいくつ
かの課題を抱えていることが挙げられる。
時流に伴い、理想的なゲート電極を得る加工プロセスは
難しいものになってきている。その原因として、ゲート
長の短縮化に伴うリソグラフィー技術の困難さに加え
て、ゲート電極のエッチングプロセス自体もまたいくつ
かの課題を抱えていることが挙げられる。
【0003】例えば、nチャネルMOSトランジスタ
(以下、NMOSという)およびpチャネルMOSトラ
ンジスタ(以下、PMOSという)が混在した半導体装
置の場合、ゲート電極の低抵抗化およびしきい値電圧制
御性能の観点から、NMOSのゲート電極に対してはn
型不純物、PMOSのゲート電極に対してはp型不純物
をイオン注入する場合がある。図12は、エッチング加
工によりゲート電極を形成する際の様子を示す説明図で
あって、図12(a)はNMOSの場合であり、図12
(b)はPMOSの場合である。図12において、半導
体基板103上にはゲート絶縁膜102を介して例えば
ポリシリコンからなるゲート電極層105が形成され
る。このゲート電極層105の形成後、上記したよう
に、NMOSに対してはn型不純物、PMOSに対して
はp型不純物がイオン注入される。各不純物のイオン注
入が完了すると、ゲート電極層105には、所定のゲー
ト電極パターンからなるレジスト106が形成され、こ
のレジスト106をマスクとしてゲート電極層105の
除去領域105aをエッチング加工して除去する。
(以下、NMOSという)およびpチャネルMOSトラ
ンジスタ(以下、PMOSという)が混在した半導体装
置の場合、ゲート電極の低抵抗化およびしきい値電圧制
御性能の観点から、NMOSのゲート電極に対してはn
型不純物、PMOSのゲート電極に対してはp型不純物
をイオン注入する場合がある。図12は、エッチング加
工によりゲート電極を形成する際の様子を示す説明図で
あって、図12(a)はNMOSの場合であり、図12
(b)はPMOSの場合である。図12において、半導
体基板103上にはゲート絶縁膜102を介して例えば
ポリシリコンからなるゲート電極層105が形成され
る。このゲート電極層105の形成後、上記したよう
に、NMOSに対してはn型不純物、PMOSに対して
はp型不純物がイオン注入される。各不純物のイオン注
入が完了すると、ゲート電極層105には、所定のゲー
ト電極パターンからなるレジスト106が形成され、こ
のレジスト106をマスクとしてゲート電極層105の
除去領域105aをエッチング加工して除去する。
【0004】このとき、エッチング加工により除去すべ
き除去領域105aに注入された不純物の種類は、NM
OSのゲート電極層105とPMOSのゲート電極層1
05とでは異なるため、エッチング速度が互いに異なる
ことになる。
き除去領域105aに注入された不純物の種類は、NM
OSのゲート電極層105とPMOSのゲート電極層1
05とでは異なるため、エッチング速度が互いに異なる
ことになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このため、一方のゲー
ト電極におけるエッチング速度から見積もったエッチン
グ時間によってエッチング加工を行うと、他方のゲート
電極においては、当該他方のゲート電極層105のエッ
チング速度が一方よりも遅い場合にはエッチング残渣が
生じたり、逆に速い場合にはゲート絶縁膜102が破壊
する等の問題が起こりやすく、プロセスマージンが極め
て狭いものになっている。特に、ゲート絶縁膜102の
破壊は、ゲート絶縁膜102が薄くなるにしたがって起
こりやすく、微細化が進むにしたがってシビアになるこ
とが予測される。
ト電極におけるエッチング速度から見積もったエッチン
グ時間によってエッチング加工を行うと、他方のゲート
電極においては、当該他方のゲート電極層105のエッ
チング速度が一方よりも遅い場合にはエッチング残渣が
生じたり、逆に速い場合にはゲート絶縁膜102が破壊
する等の問題が起こりやすく、プロセスマージンが極め
て狭いものになっている。特に、ゲート絶縁膜102の
破壊は、ゲート絶縁膜102が薄くなるにしたがって起
こりやすく、微細化が進むにしたがってシビアになるこ
とが予測される。
【0006】本発明は、上記したようなゲート電極形成
時のエッチング加工おいて、一方のトランジスタのゲー
ト絶縁膜上にゲート電極を構成する材料のエッチング残
渣が生じたり、あるいはゲート絶縁膜が破壊されたりす
る不具合を低減可能で、エッチング加工時のプロセスマ
ージンを拡大することが可能な半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。
時のエッチング加工おいて、一方のトランジスタのゲー
ト絶縁膜上にゲート電極を構成する材料のエッチング残
渣が生じたり、あるいはゲート絶縁膜が破壊されたりす
る不具合を低減可能で、エッチング加工時のプロセスマ
ージンを拡大することが可能な半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、互いに異なる導電型の絶縁ゲート型電界
効果トランジスタを同一基板に有し、かつ当該トランジ
スタの導電型と同じ導電型の不純物がゲート電極に導入
された半導体装置の製造方法であって、ゲート絶縁層を
介して半導体基板上に形成されたゲート電極層のエッチ
ング加工によって除去される各除去領域に、当該各除去
領域の不純物組成を相互に等しくまたは近似させるよう
に不純物をイオン注入法によって導入し、その後に当該
除去領域をエッチング加工して除去し、所定パターンの
ゲート電極を形成する。
の製造方法は、互いに異なる導電型の絶縁ゲート型電界
効果トランジスタを同一基板に有し、かつ当該トランジ
スタの導電型と同じ導電型の不純物がゲート電極に導入
された半導体装置の製造方法であって、ゲート絶縁層を
介して半導体基板上に形成されたゲート電極層のエッチ
ング加工によって除去される各除去領域に、当該各除去
領域の不純物組成を相互に等しくまたは近似させるよう
に不純物をイオン注入法によって導入し、その後に当該
除去領域をエッチング加工して除去し、所定パターンの
ゲート電極を形成する。
【0008】本発明では、ゲート電極層のエッチング加
工によって除去される除去領域に不純物をイオン注入法
によって導入し、ゲート絶縁層の各除去領域の不純物組
成を相互に等しくまたは近似させることによって、各除
去領域の相互のエッチング速度が等しくまたは近接する
ことになる。この結果、互いに異なる導電型の絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタの各々のゲート電極をエッチ
ング加工によって形成する際に、双方のゲート電極層の
エッチング速度が等しくまたは近接し、いずれか一方の
ゲート絶縁膜上にゲート電極を構成する材料のエッチン
グ残渣が生じたり、あるいはいずれか一方のゲート絶縁
膜が破壊されたりする不具合が解消される。
工によって除去される除去領域に不純物をイオン注入法
によって導入し、ゲート絶縁層の各除去領域の不純物組
成を相互に等しくまたは近似させることによって、各除
去領域の相互のエッチング速度が等しくまたは近接する
ことになる。この結果、互いに異なる導電型の絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタの各々のゲート電極をエッチ
ング加工によって形成する際に、双方のゲート電極層の
エッチング速度が等しくまたは近接し、いずれか一方の
ゲート絶縁膜上にゲート電極を構成する材料のエッチン
グ残渣が生じたり、あるいはいずれか一方のゲート絶縁
膜が破壊されたりする不具合が解消される。
【0009】本発明に係る半導体装置の製造方法は、前
記第1のイオン注入工程において、前記ゲート電極層の
n型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタの形成領域に
はn型の不純物を導入し、p型の絶縁ゲート型電界効果
トランジスタの形成領域にはp型の不純物を導入し、前
記第2のイオン注入工程においては、前記ゲート電極層
のすべての除去領域に前記第1のイオン注入工程で用い
たp型不純物およびn型不純物の双方を導入する。これ
により、ゲート電極層の各除去領域の不純物組成は同一
にはならないが、不純物組成が近似することになる。
記第1のイオン注入工程において、前記ゲート電極層の
n型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタの形成領域に
はn型の不純物を導入し、p型の絶縁ゲート型電界効果
トランジスタの形成領域にはp型の不純物を導入し、前
記第2のイオン注入工程においては、前記ゲート電極層
のすべての除去領域に前記第1のイオン注入工程で用い
たp型不純物およびn型不純物の双方を導入する。これ
により、ゲート電極層の各除去領域の不純物組成は同一
にはならないが、不純物組成が近似することになる。
【0010】前記第1のイオン注入工程において、前記
ゲート電極層のn型の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タの形成領域にはn型の不純物を導入し、p型の絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタの形成領域にはp型の不純
物を導入し、前記第2のイオン注入工程においては、前
記ゲート電極層のすべての除去領域にp型不純物および
n型不純物のいずれか一方を導入することも可能であ
る。この場合に、前記第1のイオン注入工程における不
純物のドーズ量よりも前記第2の不純物のイオン注入工
程のドーズ量を大きくして、除去領域における不純物の
濃度を十分に大きくすれば、各除去領域におけるエッチ
ング速度に大きく寄与する不純物組成が相互に近似し、
各除去領域におけるエッチング速度を同等にすることが
できる。
ゲート電極層のn型の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タの形成領域にはn型の不純物を導入し、p型の絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタの形成領域にはp型の不純
物を導入し、前記第2のイオン注入工程においては、前
記ゲート電極層のすべての除去領域にp型不純物および
n型不純物のいずれか一方を導入することも可能であ
る。この場合に、前記第1のイオン注入工程における不
純物のドーズ量よりも前記第2の不純物のイオン注入工
程のドーズ量を大きくして、除去領域における不純物の
濃度を十分に大きくすれば、各除去領域におけるエッチ
ング速度に大きく寄与する不純物組成が相互に近似し、
各除去領域におけるエッチング速度を同等にすることが
できる。
【0011】前記第2のイオン注入工程においては、前
記第1のイオン注入工程において用いた不純物とは異な
る種類の不純物を前記ゲート電極層の除去領域に導入す
ることも可能である。この場合、第1イオン注入工程に
おいて、p型不純物にボロン、n型不純物に砒素を用
い、第2イオン注入工程において、不純物として燐を十
分量用いれば、十分量の燐はこれに比較して少量の砒素
およびボロンよりもエッチング速度の支配力が大きいた
め、各除去領域におけるエッチング速度を同等にするこ
とができる。
記第1のイオン注入工程において用いた不純物とは異な
る種類の不純物を前記ゲート電極層の除去領域に導入す
ることも可能である。この場合、第1イオン注入工程に
おいて、p型不純物にボロン、n型不純物に砒素を用
い、第2イオン注入工程において、不純物として燐を十
分量用いれば、十分量の燐はこれに比較して少量の砒素
およびボロンよりもエッチング速度の支配力が大きいた
め、各除去領域におけるエッチング速度を同等にするこ
とができる。
【0012】本発明に係る半導体装置の製造方法は、前
記第1のイオン注入工程において、前記ゲート電極層の
p型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ形成領域にp
型不純物を導入し、n型の絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタ形成領域にn型不純物を導入し、前記第2のイオ
ン注入工程においては、前記ゲート電極層のp型の絶縁
ゲート型電界効果トランジスタ形成領域の除去領域に前
記第1のイオン注入工程で用いたn型不純物を同じドー
ズ量で導入し、n型の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ形成領域の前記除去領域に前記第1のイオン注入工程
で用いたp型不純物を同じドーズ量でイオン注入する。
記第1のイオン注入工程において、前記ゲート電極層の
p型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ形成領域にp
型不純物を導入し、n型の絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタ形成領域にn型不純物を導入し、前記第2のイオ
ン注入工程においては、前記ゲート電極層のp型の絶縁
ゲート型電界効果トランジスタ形成領域の除去領域に前
記第1のイオン注入工程で用いたn型不純物を同じドー
ズ量で導入し、n型の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ形成領域の前記除去領域に前記第1のイオン注入工程
で用いたp型不純物を同じドーズ量でイオン注入する。
【0013】これにより、PMOSおよびNMOSのゲ
ート電極層の各除去領域の不純物組成を同一にすること
ができ、各除去領域のエッチング速度を同一とすること
ができる。
ート電極層の各除去領域の不純物組成を同一にすること
ができ、各除去領域のエッチング速度を同一とすること
ができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。第1実施形態 図1〜図6は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置
の製造工程を示す説明図である。また、本実施形態は、
本発明の具体的な適用例として、いわゆるDual Gate 構
造のCMOS型の半導体装置の場合について説明する。前工程 まず、シリコンウェハ等の半導体基板3を準備し、半導
体基板3にnチャネルを有するMOSトランジスタ(以
下、NMOSという)及びpチャネルを有するMOSト
ランジスタ(以下、PMOSという)の能動領域とし
て、ウェルを形成し、半導体基板3の各トランジスタ領
域境界部分に、厚い酸化膜からなる素子分離領域を形成
し、各トランジスタ領域間を分離する。
て図面を参照して詳細に説明する。第1実施形態 図1〜図6は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置
の製造工程を示す説明図である。また、本実施形態は、
本発明の具体的な適用例として、いわゆるDual Gate 構
造のCMOS型の半導体装置の場合について説明する。前工程 まず、シリコンウェハ等の半導体基板3を準備し、半導
体基板3にnチャネルを有するMOSトランジスタ(以
下、NMOSという)及びpチャネルを有するMOSト
ランジスタ(以下、PMOSという)の能動領域とし
て、ウェルを形成し、半導体基板3の各トランジスタ領
域境界部分に、厚い酸化膜からなる素子分離領域を形成
し、各トランジスタ領域間を分離する。
【0015】ゲート絶縁膜およびゲート電極層形成工程 次いで、図1に示すように、上記の半導体基板3上に、
ゲート絶縁膜2を形成する。ゲート絶縁膜2は、例え
ば、SiO2 を熱酸化法によって半導体基板3上に形成
する。次いで、ゲート絶縁膜2上には、例えばポリシリ
コンからなるゲート電極層4をCVD法によって形成す
る。
ゲート絶縁膜2を形成する。ゲート絶縁膜2は、例え
ば、SiO2 を熱酸化法によって半導体基板3上に形成
する。次いで、ゲート絶縁膜2上には、例えばポリシリ
コンからなるゲート電極層4をCVD法によって形成す
る。
【0016】第1イオン注入工程 次いで、ゲート電極層4のNMOSの形成領域にはn型
不純物をイオン注入し、PMOSの形成領域にはp型不
純物をイオン注入する。ゲート電極層4のNMOSの形
成領域へのn型不純物の打ち込みは、図2に示すよう
に、PMOSの形成領域をレジスト5によってマスキン
グした状態で行う。例えば、イオン種として砒素イオン
(As+ )を用い、エネルギ;10〜40KeV,ドー
ズ量;1×1015〜1×1016/cm2 で打ち込む。こ
れにより、ゲート電極層4のNMOSの形成領域の導電
化は行われる。
不純物をイオン注入し、PMOSの形成領域にはp型不
純物をイオン注入する。ゲート電極層4のNMOSの形
成領域へのn型不純物の打ち込みは、図2に示すよう
に、PMOSの形成領域をレジスト5によってマスキン
グした状態で行う。例えば、イオン種として砒素イオン
(As+ )を用い、エネルギ;10〜40KeV,ドー
ズ量;1×1015〜1×1016/cm2 で打ち込む。こ
れにより、ゲート電極層4のNMOSの形成領域の導電
化は行われる。
【0017】一方、ゲート電極層4のPMOSの形成領
域へのp型不純物の打ち込みは、図3に示すように、図
2に示した工程を経たNMOSの形成領域をレジスト6
によってマスキングした状態で行う。例えば、イオン種
としてフッ化ホウ素イオン(BF2 + )を用い、エネル
ギ;10〜40KeV,ドーズ量;1×1015〜1×1
016/cm2 で打ち込む。これにより、ゲート電極層4
のPMOSの形成領域の導電化は行われる。
域へのp型不純物の打ち込みは、図3に示すように、図
2に示した工程を経たNMOSの形成領域をレジスト6
によってマスキングした状態で行う。例えば、イオン種
としてフッ化ホウ素イオン(BF2 + )を用い、エネル
ギ;10〜40KeV,ドーズ量;1×1015〜1×1
016/cm2 で打ち込む。これにより、ゲート電極層4
のPMOSの形成領域の導電化は行われる。
【0018】マスク層形成工程 次いで、ゲート電極層4上にゲート電極パターンからな
るゲート電極形成用のマスク層8を形成する。マスク層
8は、フォトリソグラフィ法を用いて、図4に示すよう
に、ゲート電極パターンからなるレジストをNMOSお
よびPMOS形成領域の双方に形成する。
るゲート電極形成用のマスク層8を形成する。マスク層
8は、フォトリソグラフィ法を用いて、図4に示すよう
に、ゲート電極パターンからなるレジストをNMOSお
よびPMOS形成領域の双方に形成する。
【0019】第2イオン注入工程 次いで、上記のマスク層8をマスクとして、ゲート電極
層4の全面に向けて不純物を再度イオン注入する。打ち
込む不純物には、上記した第1イオン注入工程において
用いた不純物を用いる。すなわち、イオン種としてAs
+ およびBF2 + の両方を用い、各イオン種を順次打ち
込む。このとき、As+ およびBF2 + のドーズ量を、
第1イオン注入工程におけるドーズ量の例えば数倍程度
の十分大きなドーズ量とする。As+ およびBF2 + を
打ち込むことにより、図5に示すように、ゲート電極層
4のマスク層8によってマスクされていない除去領域4
bには、n型不純物およびP型不純物が混在して導入さ
れた状態となる。このゲート電極層4の除去領域4bに
おけるn型およびp型不純物の組成は、NMOS形成領
域とPMOS形成領域では厳密には異なるが、As+ お
よびBF2 + のドーズ量を、第1イオン注入工程におけ
るドーズ量よりも十分大きなドーズ量としているため、
両者の組成は近似したものとなる。本実施形態では、ゲ
ート電極層4の除去領域4bにおける不純物組成が、N
MOS形成領域とPMOS形成領域で全く同一である必
要はなく、NMOS形成領域とPMOS形成領域の除去
領域4bのその後のエッチング加工の際のエッチング速
度が略等しくなる程度あればよい。
層4の全面に向けて不純物を再度イオン注入する。打ち
込む不純物には、上記した第1イオン注入工程において
用いた不純物を用いる。すなわち、イオン種としてAs
+ およびBF2 + の両方を用い、各イオン種を順次打ち
込む。このとき、As+ およびBF2 + のドーズ量を、
第1イオン注入工程におけるドーズ量の例えば数倍程度
の十分大きなドーズ量とする。As+ およびBF2 + を
打ち込むことにより、図5に示すように、ゲート電極層
4のマスク層8によってマスクされていない除去領域4
bには、n型不純物およびP型不純物が混在して導入さ
れた状態となる。このゲート電極層4の除去領域4bに
おけるn型およびp型不純物の組成は、NMOS形成領
域とPMOS形成領域では厳密には異なるが、As+ お
よびBF2 + のドーズ量を、第1イオン注入工程におけ
るドーズ量よりも十分大きなドーズ量としているため、
両者の組成は近似したものとなる。本実施形態では、ゲ
ート電極層4の除去領域4bにおける不純物組成が、N
MOS形成領域とPMOS形成領域で全く同一である必
要はなく、NMOS形成領域とPMOS形成領域の除去
領域4bのその後のエッチング加工の際のエッチング速
度が略等しくなる程度あればよい。
【0020】エッチング工程 次いで、上記のマスク層8をマスクとしてゲート電極層
4の除去領域4bをエッチング加工してゲート電極を形
成する。ゲート電極層4をマスク層8をマスクとしてエ
ッチングすると、NMOS形成領域とPMOS形成領域
の除去領域4bのエッチング速度は、両者の不純物の組
成が近似しているため、略等しくなり、両者の除去領域
4bのエッチングに要する時間は略等しくなる。このた
め、NMOS形成領域とPMOS形成領域の除去領域4
bのエッチングを同時に開始した場合、一方のゲート絶
縁膜2上にエッチング残渣が生じたり、ゲート絶縁膜2
が破壊されにくくなり、プロセスマージンが拡大するこ
とになる。エッチングを所定の時間行うと、図6に示す
ように、n型およびp型のゲート電極4aがNMOSと
PMOSとの双方に形成される。
4の除去領域4bをエッチング加工してゲート電極を形
成する。ゲート電極層4をマスク層8をマスクとしてエ
ッチングすると、NMOS形成領域とPMOS形成領域
の除去領域4bのエッチング速度は、両者の不純物の組
成が近似しているため、略等しくなり、両者の除去領域
4bのエッチングに要する時間は略等しくなる。このた
め、NMOS形成領域とPMOS形成領域の除去領域4
bのエッチングを同時に開始した場合、一方のゲート絶
縁膜2上にエッチング残渣が生じたり、ゲート絶縁膜2
が破壊されにくくなり、プロセスマージンが拡大するこ
とになる。エッチングを所定の時間行うと、図6に示す
ように、n型およびp型のゲート電極4aがNMOSと
PMOSとの双方に形成される。
【0021】後続工程 NMOSおよびPMOSのゲート電極4aの形成が完了
すると、その後は通常の製造工程にしたがって、半導体
基板3のゲート電極4aの両側にソース・ドレイン領域
を形成し、ソース電極およびドレイン電極を取り付け等
の工程を経て半導体装置が完成する。
すると、その後は通常の製造工程にしたがって、半導体
基板3のゲート電極4aの両側にソース・ドレイン領域
を形成し、ソース電極およびドレイン電極を取り付け等
の工程を経て半導体装置が完成する。
【0022】以上のように本実施形態に係る半導体装置
の製造方法によれば、NMOSおよびPMOSのそれぞ
れのゲート電極4aをエッチングによって形成する際
に、ゲート電極層4の除去領域4bの不純物組成がNM
OS形成領域とPMOS形成領域で近似しているため、
エッチング工程における除去領域4bのエッチング速度
をNMOS形成領域とPMOS形成領域とで略等しくす
ることができる。このため、ゲート絶縁膜2上にゲート
電極を構成する材料のエッチング残渣が生じたり、ある
いはゲート絶縁膜2が破壊されたりする不具合を低減す
ることができ、エッチング加工時のプロセスマージンを
拡大することが可能である。また、本実施形態では、第
2イオン注入工程において、ゲート電極を形成するため
のマスク層8を利用してゲート電極層4の除去領域4b
への選択的な不純物の導入を行うため、フォトリソグラ
フィを再度行う必要はなく、従来の製造工程にイオン注
入のみを行う第2イオン注入工程を追加するのみでプロ
セスマージンの拡大を図ることができる。
の製造方法によれば、NMOSおよびPMOSのそれぞ
れのゲート電極4aをエッチングによって形成する際
に、ゲート電極層4の除去領域4bの不純物組成がNM
OS形成領域とPMOS形成領域で近似しているため、
エッチング工程における除去領域4bのエッチング速度
をNMOS形成領域とPMOS形成領域とで略等しくす
ることができる。このため、ゲート絶縁膜2上にゲート
電極を構成する材料のエッチング残渣が生じたり、ある
いはゲート絶縁膜2が破壊されたりする不具合を低減す
ることができ、エッチング加工時のプロセスマージンを
拡大することが可能である。また、本実施形態では、第
2イオン注入工程において、ゲート電極を形成するため
のマスク層8を利用してゲート電極層4の除去領域4b
への選択的な不純物の導入を行うため、フォトリソグラ
フィを再度行う必要はなく、従来の製造工程にイオン注
入のみを行う第2イオン注入工程を追加するのみでプロ
セスマージンの拡大を図ることができる。
【0023】第2実施形態 図7および図8は、本発明の第2の実施形態に係る半導
体装置の製造方法の要部を示す断面図である。第2の実
施形態に係る半導体装置の製造方法は、第1の実施形態
の半導体装置の製造方法のマスク層形成工程までは同一
の工程である。本実施形態では、第2イオン注入工程に
おいて、ゲート電極層4上にゲート電極パターンからな
るゲート電極形成用のマスク層8を形成した状態で、ゲ
ート電極層4の全面に向けて燐イオン(P+ )を上記の
As+ およびBF2 + のドープ量よりも多く(例えば、
数倍程度)打ち込む。これにより、図8に示すように、
ゲート電極層4の除去領域4bは、NMOS側ではAs
+ とP+ からなるn型のみの不純物組成となり、PMO
S側ではBF2 + およびP+ からなるn型およびp型が
混在した状態となり、同時にNMOS形成領域およびP
MOS形成領域の双方における除去領域4bの不純物組
成はP+ が大部分を占めることになり、両者の不純物組
成は近似したものとなる。。
体装置の製造方法の要部を示す断面図である。第2の実
施形態に係る半導体装置の製造方法は、第1の実施形態
の半導体装置の製造方法のマスク層形成工程までは同一
の工程である。本実施形態では、第2イオン注入工程に
おいて、ゲート電極層4上にゲート電極パターンからな
るゲート電極形成用のマスク層8を形成した状態で、ゲ
ート電極層4の全面に向けて燐イオン(P+ )を上記の
As+ およびBF2 + のドープ量よりも多く(例えば、
数倍程度)打ち込む。これにより、図8に示すように、
ゲート電極層4の除去領域4bは、NMOS側ではAs
+ とP+ からなるn型のみの不純物組成となり、PMO
S側ではBF2 + およびP+ からなるn型およびp型が
混在した状態となり、同時にNMOS形成領域およびP
MOS形成領域の双方における除去領域4bの不純物組
成はP+ が大部分を占めることになり、両者の不純物組
成は近似したものとなる。。
【0024】したがって、NMOS形成領域およびPM
OS形成領域の双方における除去領域4bのエッチング
速度は、十分量のP+ によって支配的となるため、両者
のエッチング速度は略等しくなる。これにより、上記し
た第1実施形態の場合と同様の効果が奏されることにな
る。
OS形成領域の双方における除去領域4bのエッチング
速度は、十分量のP+ によって支配的となるため、両者
のエッチング速度は略等しくなる。これにより、上記し
た第1実施形態の場合と同様の効果が奏されることにな
る。
【0025】なお、本実施形態では、P+ を打ち込む場
合について説明したが、本発明はこれに限定されるわけ
ではなく、第1イオン注入工程において導入するp型お
よびn型不純物よりも、ゲート電極層4のエッチング速
度に対する支配力が大きい不純物であればよい。
合について説明したが、本発明はこれに限定されるわけ
ではなく、第1イオン注入工程において導入するp型お
よびn型不純物よりも、ゲート電極層4のエッチング速
度に対する支配力が大きい不純物であればよい。
【0026】第3実施形態 図9〜図11は、本発明の第3の実施形態に係る半導体
装置の製造方法の要部を示す断面図である。本発明の第
3の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第1実施
形態と第1イオン注入工程までは全く同じである。上記
第1および第2の実施形態では、マスク層8をフォトレ
ジストによって形成したが、本発明の第3の実施形態に
係る半導体装置の製造方法では、マスク層8を、例えば
SiO2 等の無機材料から形成する。このマスク層8
は、エッチングによりゲート電極を形成する際にマスク
として機能するとともに、ゲート電極の両側に形成され
るサイドウォールスペーサのためのオフセット酸化膜と
して機能する。
装置の製造方法の要部を示す断面図である。本発明の第
3の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第1実施
形態と第1イオン注入工程までは全く同じである。上記
第1および第2の実施形態では、マスク層8をフォトレ
ジストによって形成したが、本発明の第3の実施形態に
係る半導体装置の製造方法では、マスク層8を、例えば
SiO2 等の無機材料から形成する。このマスク層8
は、エッチングによりゲート電極を形成する際にマスク
として機能するとともに、ゲート電極の両側に形成され
るサイドウォールスペーサのためのオフセット酸化膜と
して機能する。
【0027】図9に示すように、NMOS形成領域およ
びPMOS形成領域上にSiO2 からなるマスク層18
を形成する。マスク層18はゲート電極のパターンに形
成されているが、この形成は、例えばCVD法によって
SiO2 膜18をゲート電極層4上に形成し、このSi
O2膜18上にリソグラフィによってレジストパターン
を形成したのち、SiO2 膜18をゲート電極パターン
にエッチングする。
びPMOS形成領域上にSiO2 からなるマスク層18
を形成する。マスク層18はゲート電極のパターンに形
成されているが、この形成は、例えばCVD法によって
SiO2 膜18をゲート電極層4上に形成し、このSi
O2膜18上にリソグラフィによってレジストパターン
を形成したのち、SiO2 膜18をゲート電極パターン
にエッチングする。
【0028】そして、図9に示すように、PMOS形成
領域にリソグラフィによってフォトレジストを形成し、
これをマスクとして全面にBF2 + をイオン注入する。
このときのイオン注入条件は、エネルギおよびドーズ量
ともに、第1イオン注入工程の場合と同じにする。これ
によって、図9に示すように、NMOS形成領域のゲー
ト電極層4の除去領域4bには、n型およびp型の不純
物が混在することになる。
領域にリソグラフィによってフォトレジストを形成し、
これをマスクとして全面にBF2 + をイオン注入する。
このときのイオン注入条件は、エネルギおよびドーズ量
ともに、第1イオン注入工程の場合と同じにする。これ
によって、図9に示すように、NMOS形成領域のゲー
ト電極層4の除去領域4bには、n型およびp型の不純
物が混在することになる。
【0029】次いで、図10に示すように、NMOS形
成領域にリソグラフィによってフォトレジストを形成
し、これをマスクとして全面にAs+ をイオン注入す
る。このときのイオン注入条件も、エネルギおよびドー
ズ量ともに、第1イオン注入工程の場合と同じにする。
これによって、図10に示すように、PMOS形成領域
のゲート電極層4の除去領域4bには、n型およびp型
の不純物が混在することになり、かつPMOS形成領域
およびNMOS形成領域それぞれのゲート電極層4の除
去領域4bの不純物組成は同一になる。
成領域にリソグラフィによってフォトレジストを形成
し、これをマスクとして全面にAs+ をイオン注入す
る。このときのイオン注入条件も、エネルギおよびドー
ズ量ともに、第1イオン注入工程の場合と同じにする。
これによって、図10に示すように、PMOS形成領域
のゲート電極層4の除去領域4bには、n型およびp型
の不純物が混在することになり、かつPMOS形成領域
およびNMOS形成領域それぞれのゲート電極層4の除
去領域4bの不純物組成は同一になる。
【0030】PMOS形成領域およびNMOS形成領域
それぞれのゲート電極層4の除去領域4bの不純物組成
が同一の状態で、当該除去領域4bをエッチング加工す
ると、エッチング速度を最も理想的な状態とすることが
できる。すなわち、上記第1および第2実施形態と比較
して、PMOS形成領域およびNMOS形成領域でのゲ
ート電極層4のエッチング速度が一層均一化される。な
お、ゲート電極層4のエッチングが完了した後、所定の
工程を経てサイドウォールスペーサ22を形成した状態
を図11に示す。
それぞれのゲート電極層4の除去領域4bの不純物組成
が同一の状態で、当該除去領域4bをエッチング加工す
ると、エッチング速度を最も理想的な状態とすることが
できる。すなわち、上記第1および第2実施形態と比較
して、PMOS形成領域およびNMOS形成領域でのゲ
ート電極層4のエッチング速度が一層均一化される。な
お、ゲート電極層4のエッチングが完了した後、所定の
工程を経てサイドウォールスペーサ22を形成した状態
を図11に示す。
【0031】以上のように、マスク層8をフォトレジス
トで形成した場合には、マスク層8をパターニングした
状態でNMOS形成領域およびPMOS形成領域に不純
物をうち分けるためのレジストをさらに重ねてパターニ
ングし、イオン注入およびエッチングすることは難しい
が、本実施形態では、マスク層8が例えばSiO2 等の
無機材料から形成されているため、これが可能となり、
PMOS形成領域およびNMOS形成領域でのゲート電
極層4のエッチング速度をより一層均一化することがで
きる。
トで形成した場合には、マスク層8をパターニングした
状態でNMOS形成領域およびPMOS形成領域に不純
物をうち分けるためのレジストをさらに重ねてパターニ
ングし、イオン注入およびエッチングすることは難しい
が、本実施形態では、マスク層8が例えばSiO2 等の
無機材料から形成されているため、これが可能となり、
PMOS形成領域およびNMOS形成領域でのゲート電
極層4のエッチング速度をより一層均一化することがで
きる。
【0032】第4実施形態 上記第1および第2の実施形態では、ゲート電極層4の
NMOSの形成領域およびPMOSの形成領域に、それ
ぞれn型不純物およびp型不純物をイオン注入した後、
ゲート電極層4を所定のゲート電極パターンにエッチン
グし、その後に、半導体基板3にソース・ドレイン領域
を形成する場合について説明した。しかしながら、ゲー
ト電極層4のPMOSの形成領域に、既にボロン(B)
が打ち込まれていると、ソース・ドレイン領域を形成す
るまでに、Bがゲート絶縁膜2を突き抜けてしまうおそ
れがある。
NMOSの形成領域およびPMOSの形成領域に、それ
ぞれn型不純物およびp型不純物をイオン注入した後、
ゲート電極層4を所定のゲート電極パターンにエッチン
グし、その後に、半導体基板3にソース・ドレイン領域
を形成する場合について説明した。しかしながら、ゲー
ト電極層4のPMOSの形成領域に、既にボロン(B)
が打ち込まれていると、ソース・ドレイン領域を形成す
るまでに、Bがゲート絶縁膜2を突き抜けてしまうおそ
れがある。
【0033】このため、本実施形態では、上記した第1
イオン注入工程において、ゲート電極層4にn型の不純
物である砒素(As)のみを打ち込む。すなわち、第1
イオン注入工程においては、ゲート電極層4のNMOS
の形成領域にのみ不純物を打ち込み、ソース・ドレイン
領域を形成する際にPMOSのゲート電極に一括してB
をイオン注入する。これにより、第1イオン注入工程に
おいてゲート電極層4にBが導入されていないために、
ソース・ドレイン領域を形成するまでにBの突き抜けが
発生するのを防止することができる。
イオン注入工程において、ゲート電極層4にn型の不純
物である砒素(As)のみを打ち込む。すなわち、第1
イオン注入工程においては、ゲート電極層4のNMOS
の形成領域にのみ不純物を打ち込み、ソース・ドレイン
領域を形成する際にPMOSのゲート電極に一括してB
をイオン注入する。これにより、第1イオン注入工程に
おいてゲート電極層4にBが導入されていないために、
ソース・ドレイン領域を形成するまでにBの突き抜けが
発生するのを防止することができる。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、それぞれ異なるエッチ
ングレートをもつNMOSおよびPMOSのゲート電極
のエッチング加工を容易にすることができ、プロセスマ
ージンを拡大することができる。また、本発明によれ
ば、従来の製造工程に第1のイオン注入工程を1回追加
するのみでプロセスマージンを拡大することができ、リ
ソグラフィを利用しないため、工程数の増加を最小限に
抑えることができる。
ングレートをもつNMOSおよびPMOSのゲート電極
のエッチング加工を容易にすることができ、プロセスマ
ージンを拡大することができる。また、本発明によれ
ば、従来の製造工程に第1のイオン注入工程を1回追加
するのみでプロセスマージンを拡大することができ、リ
ソグラフィを利用しないため、工程数の増加を最小限に
抑えることができる。
【図1】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造
工程を示す説明図である。
工程を示す説明図である。
【図2】図1に続く本発明の第1実施形態に係る半導体
装置の製造工程を示す説明図である。
装置の製造工程を示す説明図である。
【図3】図2に続く本発明の第1実施形態に係る半導体
装置の製造工程を示す説明図である。
装置の製造工程を示す説明図である。
【図4】図3に続く本発明の第1実施形態に係る半導体
装置の製造工程を示す説明図である。
装置の製造工程を示す説明図である。
【図5】図4に続く本発明の第1実施形態に係る半導体
装置の製造工程を示す説明図である。
装置の製造工程を示す説明図である。
【図6】図5に続く本発明の第1実施形態に係る半導体
装置の製造工程を示す説明図である。
装置の製造工程を示す説明図である。
【図7】本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造
工程を示す説明図である。
工程を示す説明図である。
【図8】図7に続く本発明の第2実施形態に係る半導体
装置の製造工程を示す説明図である。
装置の製造工程を示す説明図である。
【図9】本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造
工程を示す説明図である。
工程を示す説明図である。
【図10】図9に続く本発明の第3実施形態に係る半導
体装置の製造工程を示す説明図である。
体装置の製造工程を示す説明図である。
【図11】図10に続く本発明の第3実施形態に係る半
導体装置の製造工程を示す説明図である。
導体装置の製造工程を示す説明図である。
【図12】従来のNMOSおよびPMOSを有する半導
体装置の製造方法の一例を示す説明図である。
体装置の製造方法の一例を示す説明図である。
2…ゲート絶縁膜、3…半導体基板、4…ゲート電極
層、4a…ゲート電極形成領域、4b…除去領域、5,
6…レジスト、8…レジスト。
層、4a…ゲート電極形成領域、4b…除去領域、5,
6…レジスト、8…レジスト。
Claims (12)
- 【請求項1】互いに異なる導電型の絶縁ゲート型電界効
果トランジスタを同一基板に有し、かつ当該トランジス
タの導電型と同じ導電型の不純物がゲート電極に導入さ
れた半導体装置の製造方法であって、 ゲート絶縁層を介して半導体基板上に形成されたゲート
電極層のエッチング加工によって除去される各除去領域
に、当該各除去領域の不純物組成を相互に等しくまたは
近似させるように不純物をイオン注入法によって導入
し、 その後に当該除去領域をエッチング加工して除去し、所
定パターンのゲート電極を形成する半導体装置の製造方
法。 - 【請求項2】半導体基板上にゲート絶縁膜を形成するゲ
ート絶縁膜形成工程と、 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極層を形成するゲート電
極層形成工程と、 前記ゲート電極層のn型の絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタおよびp型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
を形成する各領域の少なくとも一方の領域に対応する導
電型の不純物をイオン注入法によって導入する第1のイ
オン注入工程と、 前記ゲート電極層上に所定のゲート電極パターンからな
るマスク層を形成するマスク層形成工程と、 前記マスク層をマスクとして、前記ゲート電極層の除去
領域に不純物を再度イオン注入法によって導入する第2
のイオン注入工程と、 前記マスク層をマスクとして前記ゲート電極層の除去領
域をエッチング加工してゲート電極を形成するエッチン
グ工程とを有する請求項1に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項3】前記第1のイオン注入工程において、前記
ゲート電極層のn型の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タの形成領域にはn型の不純物を導入し、p型の絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタの形成領域にはp型の不純
物を導入し、 前記第2のイオン注入工程においては、前記ゲート電極
層のすべての除去領域に前記第1のイオン注入工程にお
いて用いたp型不純物およびn型不純物の双方を導入す
る請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】前記第1のイオン注入工程において、前記
ゲート電極層のn型の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タの形成領域にはn型の不純物を導入し、p型の絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタの形成領域にはp型の不純
物を導入し、 前記第2のイオン注入工程においては、前記ゲート電極
層のすべての除去領域に前記第1のイオン注入工程にお
いて用いたp型不純物およびn型不純物のいずれか一方
を導入する請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】前記第1のイオン注入工程における不純物
のドーズ量よりも前記第2の不純物のイオン注入工程の
ドーズ量を大きくする請求項2に記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項6】前記第2のイオン注入工程においては、前
記第1のイオン注入工程において用いた不純物とは異な
る種類の不純物を前記ゲート電極層の除去領域に導入す
る請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】前記第2のイオン注入工程に用いる不純物
は、前記第1のイオン注入工程に用いた不純物よりも前
記ゲート電極層の除去領域のエッチング速度を支配する
不純物である請求項6に記載の半導体装置。 - 【請求項8】前記マスク層形成工程において、前記マス
ク層をフォトレジストによって形成する請求項2に記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】前記第1のイオン注入工程において、前記
ゲート電極層のp型の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ形成領域にp型不純物を導入し、n型の絶縁ゲート型
電界効果トランジスタ形成領域にn型不純物を導入し、
前記第2のイオン注入工程においては、前記ゲート電極
層のp型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ形成領域
の除去領域に前記第1のイオン注入工程で用いたn型不
純物を同じドーズ量で導入し、n型の絶縁ゲート型電界
効果トランジスタ形成領域の前記除去領域に前記第1の
イオン注入工程で用いたp型不純物を同じドーズ量でイ
オン注入する請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】前記マスク層形成工程では、前記マスク
層を無機材料で形成する請求項9に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項11】前記第1のイオン注入工程において、p
型不純物にボロン、n型不純物に砒素を用いる請求項2
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】前記第1のイオン注入工程において、p
型不純物にボロン、n型不純物に砒素を用い、前記第2
のイオン注入工程において、不純物として燐を用いる請
求項6に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9168791A JPH1117024A (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9168791A JPH1117024A (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1117024A true JPH1117024A (ja) | 1999-01-22 |
Family
ID=15874548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9168791A Pending JPH1117024A (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1117024A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6822291B2 (en) * | 2000-01-31 | 2004-11-23 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Optimized gate implants for reducing dopant effects during gate etching |
| US7611947B2 (en) | 2007-03-28 | 2009-11-03 | Elpida Memory, Inc. | Method of manufacturing semiconductor device |
| US8159034B2 (en) | 2007-07-23 | 2012-04-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having insulated gate field effect transistors and method of manufacturing the same |
| US8467048B2 (en) | 2007-05-02 | 2013-06-18 | Hitachi High-Technologies Corporation | Pattern defect inspection apparatus and method |
| CN107464746A (zh) * | 2016-06-06 | 2017-12-12 | 格罗方德半导体公司 | 用于半导体装置的阈值电压及井植入方法 |
-
1997
- 1997-06-25 JP JP9168791A patent/JPH1117024A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6822291B2 (en) * | 2000-01-31 | 2004-11-23 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Optimized gate implants for reducing dopant effects during gate etching |
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| CN107464746A (zh) * | 2016-06-06 | 2017-12-12 | 格罗方德半导体公司 | 用于半导体装置的阈值电压及井植入方法 |
| CN107464746B (zh) * | 2016-06-06 | 2020-10-13 | 格罗方德半导体公司 | 用于半导体装置的阈值电压及井植入方法 |
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