JPH0851205A - 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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- JPH0851205A JPH0851205A JP20795694A JP20795694A JPH0851205A JP H0851205 A JPH0851205 A JP H0851205A JP 20795694 A JP20795694 A JP 20795694A JP 20795694 A JP20795694 A JP 20795694A JP H0851205 A JPH0851205 A JP H0851205A
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- gate insulating
- channel
- semiconductor device
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 チャネル領域の基板表面に浅く急峻なプロフ
ァイルをもつP型拡散層を形成し、かつそのP型拡散層
の不純物濃度の変化を抑える。 【構成】 ゲート絶縁膜14は、ウエット酸化法でシリ
コン酸化膜を形成した後、N2O雰囲気中1050℃で
ランプアニール処理を施して窒化処理したものである。
そのゲート絶縁膜14を通してボロンを5KeVで1.
8×1012/cm2注入して表面P-層13を形成する。
このボロン注入はゲート絶縁膜14中に注入飛程を設定
して行なった。
ァイルをもつP型拡散層を形成し、かつそのP型拡散層
の不純物濃度の変化を抑える。 【構成】 ゲート絶縁膜14は、ウエット酸化法でシリ
コン酸化膜を形成した後、N2O雰囲気中1050℃で
ランプアニール処理を施して窒化処理したものである。
そのゲート絶縁膜14を通してボロンを5KeVで1.
8×1012/cm2注入して表面P-層13を形成する。
このボロン注入はゲート絶縁膜14中に注入飛程を設定
して行なった。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路装置にお
けるMOSFET素子を製造する方法に関するものであ
る。
けるMOSFET素子を製造する方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】N型ポリシリコンゲート電極を有するP
チャネル型MOSFET(以下、PMOSFETとい
う)には、埋込みチャネル構造が採用されている。また
CMOS半導体装置では、PMOSFETとNチャネル
MOSFET(以下、NMOSFETという)にはゲー
ト電極として共通にN型ポリシリコンが使用され、PM
OSFETは埋込みチャネル構造となっている。しか
し、サブハーフミクロン以下と称されるような微細なゲ
ート長では、埋込みチャネル構造でパンチスルーを抑制
するのは容易ではない。
チャネル型MOSFET(以下、PMOSFETとい
う)には、埋込みチャネル構造が採用されている。また
CMOS半導体装置では、PMOSFETとNチャネル
MOSFET(以下、NMOSFETという)にはゲー
ト電極として共通にN型ポリシリコンが使用され、PM
OSFETは埋込みチャネル構造となっている。しか
し、サブハーフミクロン以下と称されるような微細なゲ
ート長では、埋込みチャネル構造でパンチスルーを抑制
するのは容易ではない。
【0003】埋込みチャネル構造のPMOSFETで
は、しきい値電圧を調整するためにチャネル表面に低濃
度のP型拡散層(P-層)が形成されているが、微細な
ゲート長のPMOSFETでパンチスルーを抑制する方
法としてその表面P-層の厚さを薄くするのが有効であ
ることが知られている。そのP-層の厚さを薄くしてパ
ンチスルーを抑制するためには、その電気的に活性な表
面P-層の厚さが0.05μm以下というような浅くて急
峻な接合を形成する必要がある。
は、しきい値電圧を調整するためにチャネル表面に低濃
度のP型拡散層(P-層)が形成されているが、微細な
ゲート長のPMOSFETでパンチスルーを抑制する方
法としてその表面P-層の厚さを薄くするのが有効であ
ることが知られている。そのP-層の厚さを薄くしてパ
ンチスルーを抑制するためには、その電気的に活性な表
面P-層の厚さが0.05μm以下というような浅くて急
峻な接合を形成する必要がある。
【0004】チャネル表面にそのような浅く急峻なP-
層を形成する方法の1つとして、ゲート絶縁膜としての
ゲート酸化膜を形成した後に、ゲート酸化膜を通してチ
ャネル領域の基板表面にP型不純物をイオン注入する方
法が報告されている(IEEE Transactions on Electron
Devices, Vol. 40, No. 1, pp. 207-213 (1993)参照)。
層を形成する方法の1つとして、ゲート絶縁膜としての
ゲート酸化膜を形成した後に、ゲート酸化膜を通してチ
ャネル領域の基板表面にP型不純物をイオン注入する方
法が報告されている(IEEE Transactions on Electron
Devices, Vol. 40, No. 1, pp. 207-213 (1993)参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ゲート酸化膜を通して
チャネル領域の基板表面にボロンなどのP型不純物を注
入した場合、注入されたP型不純物がその後の工程の熱
プロセスによってゲート酸化膜中に吸い出され、チャネ
ル領域の基板表面のP-層の不純物濃度が低下するとい
う問題が生じる。その結果、表面P-層の浅さや急峻差
が損なわれ、パンチスルーの抑制にも限界が生じる。
チャネル領域の基板表面にボロンなどのP型不純物を注
入した場合、注入されたP型不純物がその後の工程の熱
プロセスによってゲート酸化膜中に吸い出され、チャネ
ル領域の基板表面のP-層の不純物濃度が低下するとい
う問題が生じる。その結果、表面P-層の浅さや急峻差
が損なわれ、パンチスルーの抑制にも限界が生じる。
【0006】また、表面チャネル構造のNMOSFET
ではそのしきい値電圧を調整するためにチャネル領域の
基板表面にP型不純物を導入するが、その場合も、チャ
ネル表面のP型不純物がゲート酸化膜中に吸い出されて
不純物濃度が低下するため、しきい値電圧変動の要因に
なる。本発明は、チャネル領域の基板表面に浅く急峻な
プロファイルをもつP型拡散層を形成し、かつそのP型
拡散層の不純物濃度の変化を抑える方法を提供すること
を目的とするものである。
ではそのしきい値電圧を調整するためにチャネル領域の
基板表面にP型不純物を導入するが、その場合も、チャ
ネル表面のP型不純物がゲート酸化膜中に吸い出されて
不純物濃度が低下するため、しきい値電圧変動の要因に
なる。本発明は、チャネル領域の基板表面に浅く急峻な
プロファイルをもつP型拡散層を形成し、かつそのP型
拡散層の不純物濃度の変化を抑える方法を提供すること
を目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴はゲート絶
縁膜として窒化膜あるいは窒化処理した酸化膜を用いる
点と、そのゲート絶縁膜を形成した後の工程において、
チャネル領域にそのゲート絶縁膜を通して不純物をイオ
ン注入する点にある。これにより、基板表面層に浅く急
峻なプロファイルのP型拡散層を形成するとともに、チ
ャネル領域のP型不純物がゲート絶縁膜中へ吸い出され
るのを抑制する。
縁膜として窒化膜あるいは窒化処理した酸化膜を用いる
点と、そのゲート絶縁膜を形成した後の工程において、
チャネル領域にそのゲート絶縁膜を通して不純物をイオ
ン注入する点にある。これにより、基板表面層に浅く急
峻なプロファイルのP型拡散層を形成するとともに、チ
ャネル領域のP型不純物がゲート絶縁膜中へ吸い出され
るのを抑制する。
【0008】本発明を埋込みチャネル構造のPMOSF
ETに適用する場合には、チャネル表面のP-層のP型
不純物導入プロセスに適用する。また、本発明を表面チ
ャネル構造のNMOSFETに適用する際は、チャネル
へのP型不純物導入プロセスに適用する。ゲート絶縁膜
は基板との界面が1原子%程度に窒化されていればよ
く、必ずしもゲート絶縁膜全体が窒化膜である必要はな
く、窒化処理された酸化膜であっても本発明の目的を十
分に達することができる。
ETに適用する場合には、チャネル表面のP-層のP型
不純物導入プロセスに適用する。また、本発明を表面チ
ャネル構造のNMOSFETに適用する際は、チャネル
へのP型不純物導入プロセスに適用する。ゲート絶縁膜
は基板との界面が1原子%程度に窒化されていればよ
く、必ずしもゲート絶縁膜全体が窒化膜である必要はな
く、窒化処理された酸化膜であっても本発明の目的を十
分に達することができる。
【0009】ゲート絶縁膜としてシリコン窒化膜を用い
る場合は熱CVD法により形成することができる。ま
た、ゲート絶縁膜として窒化処理した酸化膜を用いる場
合は、例えばシリコン酸化膜を形成した後、NH3やN2
Oガス雰囲気中で熱処理すれば窒化処理を施すことがで
きる。このような窒化膜又は窒化処理した酸化膜を形成
した後、チャネル領域にP型不純物を導入すれば、従来
のようにゲート絶縁膜が酸化膜である場合のゲート絶縁
膜中へのP型不純物吸出しを抑制することができる。
る場合は熱CVD法により形成することができる。ま
た、ゲート絶縁膜として窒化処理した酸化膜を用いる場
合は、例えばシリコン酸化膜を形成した後、NH3やN2
Oガス雰囲気中で熱処理すれば窒化処理を施すことがで
きる。このような窒化膜又は窒化処理した酸化膜を形成
した後、チャネル領域にP型不純物を導入すれば、従来
のようにゲート絶縁膜が酸化膜である場合のゲート絶縁
膜中へのP型不純物吸出しを抑制することができる。
【0010】以上の構成を埋込みチャネル構造PMOS
FETのチャネル表面P-層のP型不純物導入プロセス
に適用した場合、そのP-層の厚さが0.05μm程度以
下というような浅く急峻な接合を形成することができ、
サブハーフミクロン以下の微細PMOSFETのパンチ
スルー抑制効果を改善することができる。そして、P型
不純物注入方法としてイオン注入を用いた場合、P型不
純物の注入飛程(濃度ピーク)を必ずしもチャネル表面
に設定する必要はなく、ゲート絶縁膜内に設定して不純
物プロファイルのテール部でチャネル表面P-層を形成
することもできる。このようにすれば、ゲート絶縁膜に
もP型不純物が存在してゲート絶縁膜中へのP型不純物
吸出しをいっそう抑制することができるようになり、よ
り浅く急峻な接合を形成できるようになる。また、表面
チャネル構造NMOSFETに適用する場合も、同様
に、チャネル領域のP型不純物プロファイルの変動要因
の1つが解消できるため、デバイス特性の安定化に効果
がある。
FETのチャネル表面P-層のP型不純物導入プロセス
に適用した場合、そのP-層の厚さが0.05μm程度以
下というような浅く急峻な接合を形成することができ、
サブハーフミクロン以下の微細PMOSFETのパンチ
スルー抑制効果を改善することができる。そして、P型
不純物注入方法としてイオン注入を用いた場合、P型不
純物の注入飛程(濃度ピーク)を必ずしもチャネル表面
に設定する必要はなく、ゲート絶縁膜内に設定して不純
物プロファイルのテール部でチャネル表面P-層を形成
することもできる。このようにすれば、ゲート絶縁膜に
もP型不純物が存在してゲート絶縁膜中へのP型不純物
吸出しをいっそう抑制することができるようになり、よ
り浅く急峻な接合を形成できるようになる。また、表面
チャネル構造NMOSFETに適用する場合も、同様
に、チャネル領域のP型不純物プロファイルの変動要因
の1つが解消できるため、デバイス特性の安定化に効果
がある。
【0011】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。
【0012】(実施例1) (100)シリコン基板に試料Aと試料Bとして2種類
の絶縁膜を形成した。試料Aの絶縁膜は920℃ウエッ
ト酸化法で70Åのシリコン酸化膜を形成した後、N2
O雰囲気中1050℃で60秒間のランプアニール処理
を施してシリコン酸化膜を窒化処理した。その後さらに
N2雰囲気中で920℃で10分間熱処理したものであ
る。形成された絶縁膜の膜厚は90Åであり、窒素原子
はSIMS(二次イオン質量分析)による分析結果から
絶縁膜とシリコン基板の界面に1原子%程度存在してい
ることが分かった。試料Bの絶縁膜は920℃ウエット
酸化法で90Åのシリコン酸化膜を形成した後、N2雰
囲気中で920℃で10分間熱処理したものである。こ
の熱処理ではシリコン酸化膜は窒化されない。最終的な
酸化膜の膜厚は90Åである。
の絶縁膜を形成した。試料Aの絶縁膜は920℃ウエッ
ト酸化法で70Åのシリコン酸化膜を形成した後、N2
O雰囲気中1050℃で60秒間のランプアニール処理
を施してシリコン酸化膜を窒化処理した。その後さらに
N2雰囲気中で920℃で10分間熱処理したものであ
る。形成された絶縁膜の膜厚は90Åであり、窒素原子
はSIMS(二次イオン質量分析)による分析結果から
絶縁膜とシリコン基板の界面に1原子%程度存在してい
ることが分かった。試料Bの絶縁膜は920℃ウエット
酸化法で90Åのシリコン酸化膜を形成した後、N2雰
囲気中で920℃で10分間熱処理したものである。こ
の熱処理ではシリコン酸化膜は窒化されない。最終的な
酸化膜の膜厚は90Åである。
【0013】これらの試料A,Bに対してシリコン基板
中に注入飛程を設定してボロンを15KeVで3.4×
1012原子/cm2注入し、窒素雰囲気中で900℃、
60分間熱処理し、ボロン原子の深さ方向のプロファイ
ルをSIMS分析により調べた。試料AのSIMS分析
による表面P-層のプロファイルは図2のようになる。
中に注入飛程を設定してボロンを15KeVで3.4×
1012原子/cm2注入し、窒素雰囲気中で900℃、
60分間熱処理し、ボロン原子の深さ方向のプロファイ
ルをSIMS分析により調べた。試料AのSIMS分析
による表面P-層のプロファイルは図2のようになる。
【0014】試料A,Bによるシリコン基板中でのボロ
ン原子ピーク濃度を比較した結果、試料Bでは1.5×
1017/cm3であったのに対し、本発明による試料A
では1.9×1017/cm3であった。このように、本発
明による試料Aの方がボロン原子ピーク濃度が高く、絶
縁膜中への吸出しが抑えられていることが分かる。
ン原子ピーク濃度を比較した結果、試料Bでは1.5×
1017/cm3であったのに対し、本発明による試料A
では1.9×1017/cm3であった。このように、本発
明による試料Aの方がボロン原子ピーク濃度が高く、絶
縁膜中への吸出しが抑えられていることが分かる。
【0015】(実施例2)実施例1と同じA,B2種類
の絶縁膜をゲート絶縁膜とする埋込みチャネル構造のP
MOSFETを作成した。その構造は図1に示されるも
のである。図1において、シリコン基板上にNウエル1
0及びLOCOS法によりフィールド酸化膜11を形成
する。Nウエル10のN型不純物濃度は1.5×1017
/cm3である。そしてゲート絶縁膜14を形成する
が、ゲート絶縁膜14は実施例1で示した絶縁膜A,B
のいずれかであり、絶縁膜Aを形成した本発明によるM
OSFETをデバイスAとし、絶縁膜Bを形成したMO
SFETをデバイスBとする。そのゲート絶縁膜14を
形成した後、ボロンを5KeVで1.8×1012/cm2
注入して表面P-層13を形成した。このボロン注入は
ゲート絶縁膜14中に注入飛程を設定して行なった。表
面P-層13の厚さYjは約400Åである。
の絶縁膜をゲート絶縁膜とする埋込みチャネル構造のP
MOSFETを作成した。その構造は図1に示されるも
のである。図1において、シリコン基板上にNウエル1
0及びLOCOS法によりフィールド酸化膜11を形成
する。Nウエル10のN型不純物濃度は1.5×1017
/cm3である。そしてゲート絶縁膜14を形成する
が、ゲート絶縁膜14は実施例1で示した絶縁膜A,B
のいずれかであり、絶縁膜Aを形成した本発明によるM
OSFETをデバイスAとし、絶縁膜Bを形成したMO
SFETをデバイスBとする。そのゲート絶縁膜14を
形成した後、ボロンを5KeVで1.8×1012/cm2
注入して表面P-層13を形成した。このボロン注入は
ゲート絶縁膜14中に注入飛程を設定して行なった。表
面P-層13の厚さYjは約400Åである。
【0016】その後、LPCVD法(580℃)でリン
ドープしたポリシリコン膜を堆積させ、リソグラフィー
とエッチングによってゲート電極15の形状に加工し、
ゲート電極15の周辺を850℃で酸化した。そして、
LPCVD法(800℃)による酸化膜の堆積とエッチ
バックによりサイドウォール16を形成し、ソース/ド
レインとなるP+領域17を形成するためにBF2イオン
を30KeVで3×1015原子/cm2イオン注入し
た。層間絶縁膜を形成した後、850℃でリフローと注
入イオンの活性化を行なわせ、コンタクトホールをあけ
て配線を形成した。
ドープしたポリシリコン膜を堆積させ、リソグラフィー
とエッチングによってゲート電極15の形状に加工し、
ゲート電極15の周辺を850℃で酸化した。そして、
LPCVD法(800℃)による酸化膜の堆積とエッチ
バックによりサイドウォール16を形成し、ソース/ド
レインとなるP+領域17を形成するためにBF2イオン
を30KeVで3×1015原子/cm2イオン注入し
た。層間絶縁膜を形成した後、850℃でリフローと注
入イオンの活性化を行なわせ、コンタクトホールをあけ
て配線を形成した。
【0017】以上のプロセスでゲート長が0.3μmの
PMOSFETのデバイスA,Bを作成し、その特性を
比較した。その結果、SファクターはデバイスAでは8
5mV/decade、デバイスBでは97mV/decadeであ
った。Sファクターはドレイン電流を1桁増加させるた
めに必要なゲート電圧変化量であり、ここではドレイン
電圧Vdが3.3Vのときの測定値である。また、オフ
リーク値はデバイスAでは0.1pA/μm、デバイス
Bでは0.5pA/μmであった。この結果から、本発
明によるデバイスAの方がSファクターが小さく、オフ
リークが低く抑えられており、本発明がパンチスルー抑
制の効果をもつことが明らかになった。
PMOSFETのデバイスA,Bを作成し、その特性を
比較した。その結果、SファクターはデバイスAでは8
5mV/decade、デバイスBでは97mV/decadeであ
った。Sファクターはドレイン電流を1桁増加させるた
めに必要なゲート電圧変化量であり、ここではドレイン
電圧Vdが3.3Vのときの測定値である。また、オフ
リーク値はデバイスAでは0.1pA/μm、デバイス
Bでは0.5pA/μmであった。この結果から、本発
明によるデバイスAの方がSファクターが小さく、オフ
リークが低く抑えられており、本発明がパンチスルー抑
制の効果をもつことが明らかになった。
【0018】
【発明の効果】本発明によりゲート絶縁膜として窒化膜
又は窒化処理した酸化膜を用い、そのゲート絶縁膜を通
してチャネル領域の基板表面部にP型不純物をイオン注
入すれば、チャネル表面のP型不純物がゲート絶縁膜中
へ吸い出されることによる濃度変化を抑えることができ
る。その結果、本発明をサブハーフミクロン以下という
ような微細なPMOSFETのチャネル表面のP-層形
成プロセスに適用した場合には、パンチスルー抑制効果
を改善することができる。また、本発明を表面チャネル
構造のNMOSFETのチャネルP型不純物導入プロセ
スに適用した場合には、その特性変動を抑えることがで
きる。
又は窒化処理した酸化膜を用い、そのゲート絶縁膜を通
してチャネル領域の基板表面部にP型不純物をイオン注
入すれば、チャネル表面のP型不純物がゲート絶縁膜中
へ吸い出されることによる濃度変化を抑えることができ
る。その結果、本発明をサブハーフミクロン以下という
ような微細なPMOSFETのチャネル表面のP-層形
成プロセスに適用した場合には、パンチスルー抑制効果
を改善することができる。また、本発明を表面チャネル
構造のNMOSFETのチャネルP型不純物導入プロセ
スに適用した場合には、その特性変動を抑えることがで
きる。
【図1】一実施例が適用される表面チャネル構造のPM
OSFETを示す断面図である。
OSFETを示す断面図である。
【図2】一実施例における表面P-層のプロファイルを
示す図である。
示す図である。
12 ディープチャネルドープ層 13 表面P-層 14 ゲート絶縁膜 15 ゲート電極 17 ソース/ドレインのP+層
Claims (4)
- 【請求項1】 MOSFETを製造する方法において、
半導体基板表面にゲート絶縁膜として窒化膜又は窒化処
理した酸化膜を形成し、その後の工程においてチャネル
領域の基板表面部に前記ゲート絶縁膜を通してP型不純
物をイオン注入することを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項2】 製造されるMOSFETが埋込みチャネ
ル構造のPチャネル型MOSFETであり、ゲート絶縁
膜を通してイオン注入されるP型不純物はチャネル表面
のしきい値電圧調整用の低濃度P型拡散層を形成するた
めのものである請求項1に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項3】 製造されるMOSFETが表面チャネル
構造のNチャネル型MOSFETであり、ゲート絶縁膜
を通してイオン注入されるP型不純物はチャネル表面の
しきい値電圧調整用のP型拡散層を形成するためのもの
である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 ゲート絶縁膜を通して行なわれるP型不
純物のイオン注入の注入飛程の中心がそのゲート絶縁膜
中にあるようにイオン注入エネルギーが設定されている
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20795694A JPH0851205A (ja) | 1994-08-08 | 1994-08-08 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20795694A JPH0851205A (ja) | 1994-08-08 | 1994-08-08 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0851205A true JPH0851205A (ja) | 1996-02-20 |
Family
ID=16548323
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20795694A Pending JPH0851205A (ja) | 1994-08-08 | 1994-08-08 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0851205A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002009282A (ja) * | 2000-04-19 | 2002-01-11 | Seiko Instruments Inc | 半導体装置の製造方法 |
US7474172B2 (en) | 2002-11-08 | 2009-01-06 | Andrew Corporation | Capacitively coupled variable power divider |
US7799690B2 (en) | 1997-03-05 | 2010-09-21 | Renesas Electronics Corporation | Method for fabricating semiconductor integrated circuit device |
JP2019145537A (ja) * | 2018-02-15 | 2019-08-29 | 富士電機株式会社 | 半導体集積回路の製造方法 |
-
1994
- 1994-08-08 JP JP20795694A patent/JPH0851205A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7799690B2 (en) | 1997-03-05 | 2010-09-21 | Renesas Electronics Corporation | Method for fabricating semiconductor integrated circuit device |
JP2002009282A (ja) * | 2000-04-19 | 2002-01-11 | Seiko Instruments Inc | 半導体装置の製造方法 |
US7474172B2 (en) | 2002-11-08 | 2009-01-06 | Andrew Corporation | Capacitively coupled variable power divider |
JP2019145537A (ja) * | 2018-02-15 | 2019-08-29 | 富士電機株式会社 | 半導体集積回路の製造方法 |
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