JPH04266031A - 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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- JPH04266031A JPH04266031A JP3026298A JP2629891A JPH04266031A JP H04266031 A JPH04266031 A JP H04266031A JP 3026298 A JP3026298 A JP 3026298A JP 2629891 A JP2629891 A JP 2629891A JP H04266031 A JPH04266031 A JP H04266031A
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- film
- oxide film
- metal silicide
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/01—Manufacture or treatment
- H10D84/02—Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies
- H10D84/03—Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies using Group IV technology, e.g. silicon technology or silicon-carbide [SiC] technology
- H10D84/038—Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies using Group IV technology, e.g. silicon technology or silicon-carbide [SiC] technology using silicon technology, e.g. SiGe
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属シリサイドを用い
た電極配線を持つ半導体装置の製造方法に関する。
た電極配線を持つ半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、集積回路等の各種半導体装置
の電極配線として多結晶シリコンが広く用いられている
。しかし、多結晶シリコンは不純物をドープしても、金
属配線に比べて抵抗が高い。したがって集積回路の高集
積化,高速化が進むにしたがって、電極配線での信号遅
延が問題になっている。特にMOS型集積回路では、通
常MOSトランジスタのゲート電極がそのまま第1層配
線として用いられるので、ここでの抵抗は素子の高速動
作の障害となる。多結晶シリコンに代る耐熱性の低抵抗
電極配線材料として、高融点金属のシリサイドが注目さ
れている。図3および図4は、ゲート電極配線にタング
ステン・シリサイド(WSix )膜を用いた従来のL
DD構造MOS型半導体装置の製造工程を示している。
の電極配線として多結晶シリコンが広く用いられている
。しかし、多結晶シリコンは不純物をドープしても、金
属配線に比べて抵抗が高い。したがって集積回路の高集
積化,高速化が進むにしたがって、電極配線での信号遅
延が問題になっている。特にMOS型集積回路では、通
常MOSトランジスタのゲート電極がそのまま第1層配
線として用いられるので、ここでの抵抗は素子の高速動
作の障害となる。多結晶シリコンに代る耐熱性の低抵抗
電極配線材料として、高融点金属のシリサイドが注目さ
れている。図3および図4は、ゲート電極配線にタング
ステン・シリサイド(WSix )膜を用いた従来のL
DD構造MOS型半導体装置の製造工程を示している。
【0003】図3(a) に示すように、シリコン基板
11に素子分離酸化膜12を形成した後、熱酸化によっ
て5〜20nm程度の薄いゲート酸化膜13を形成する
。次に図3(b) に示すように、CVD法によって1
00nm程度の多結晶シリコン膜14を堆積し、続いて
スパッタリングによって300nm程度のWSix 膜
15を形成する。 そして通常のフォトリソグラフィによってこれらのWS
ix 膜15と多結晶シリコン膜14をパターニングし
て、図3(c) に示すようにゲート電極配線16を形
成する。
11に素子分離酸化膜12を形成した後、熱酸化によっ
て5〜20nm程度の薄いゲート酸化膜13を形成する
。次に図3(b) に示すように、CVD法によって1
00nm程度の多結晶シリコン膜14を堆積し、続いて
スパッタリングによって300nm程度のWSix 膜
15を形成する。 そして通常のフォトリソグラフィによってこれらのWS
ix 膜15と多結晶シリコン膜14をパターニングし
て、図3(c) に示すようにゲート電極配線16を形
成する。
【0004】その後、ゲート電極をマスクとして不純物
のイオン注入を行って、図3(d) に示すように低濃
度の浅いソース,ドレイン拡散層18,19を形成する
。このとき、不純物活性化のためのイオン注入後の酸化
性雰囲気での熱処理によって、ゲート電極配線16の表
面には20〜30nmの後酸化膜17が形成される。ま
たこの熱処理工程で、当初アモルファス状態であったW
Six 膜15は結晶化され、WSi2 なる成分が多
くなる。
のイオン注入を行って、図3(d) に示すように低濃
度の浅いソース,ドレイン拡散層18,19を形成する
。このとき、不純物活性化のためのイオン注入後の酸化
性雰囲気での熱処理によって、ゲート電極配線16の表
面には20〜30nmの後酸化膜17が形成される。ま
たこの熱処理工程で、当初アモルファス状態であったW
Six 膜15は結晶化され、WSi2 なる成分が多
くなる。
【0005】その後、LDD構造を形成するために、C
VD法によってシリコン酸化膜20を堆積しこれをエッ
チングして、図4(a) に示すようにゲート電極側壁
に酸化膜20を残す。このとき、WSix 膜15の上
面は露出する。その後、ゲート電極16と酸化膜20を
マスクとして不純物のイオン注入を行って、高濃度のソ
ース,ドレイン拡散層を形成する。
VD法によってシリコン酸化膜20を堆積しこれをエッ
チングして、図4(a) に示すようにゲート電極側壁
に酸化膜20を残す。このとき、WSix 膜15の上
面は露出する。その後、ゲート電極16と酸化膜20を
マスクとして不純物のイオン注入を行って、高濃度のソ
ース,ドレイン拡散層を形成する。
【0006】この様な一連の工程に於いて、2回目の不
純物イオン注入工程に先立って、基板表面に薄く熱酸化
膜を形成する工程が入る。これは、CMOS構造の場合
には、pチャネル領域とnチャネル領域のイオン注入の
打ち分けを行うが、その際、マスクとして用いるフォト
レジストが基板に直接接触するのを防止する必要がある
こと、また後の不純物活性化の際の不純物の外方拡散を
防止する必要があること、等の理由による。ところが、
この不純物イオン注入工程に先立つ酸化熱処理工程で、
WSix 膜15が深く酸化され、図4(b) に示す
ように異常酸化膜30が形成される。この異常酸化膜3
0は、SiO2 とWO3 からなるもので、体積膨脹
は約2.7倍に達する。この異常酸化膜30によってゲ
ート電極配線の抵抗は大幅に増大し、またしばしば膜が
剥がれる、といった問題が生じる。
純物イオン注入工程に先立って、基板表面に薄く熱酸化
膜を形成する工程が入る。これは、CMOS構造の場合
には、pチャネル領域とnチャネル領域のイオン注入の
打ち分けを行うが、その際、マスクとして用いるフォト
レジストが基板に直接接触するのを防止する必要がある
こと、また後の不純物活性化の際の不純物の外方拡散を
防止する必要があること、等の理由による。ところが、
この不純物イオン注入工程に先立つ酸化熱処理工程で、
WSix 膜15が深く酸化され、図4(b) に示す
ように異常酸化膜30が形成される。この異常酸化膜3
0は、SiO2 とWO3 からなるもので、体積膨脹
は約2.7倍に達する。この異常酸化膜30によってゲ
ート電極配線の抵抗は大幅に増大し、またしばしば膜が
剥がれる、といった問題が生じる。
【0007】このWSix 膜の異常酸化は、図3(d
) に示す酸化膜17の形成工程では生じない。したが
ってこの異常酸化は、WSix が結晶化されているこ
とが前提となっている。本発明者等の検討によれば、こ
の現象は次のように理解される。WSix 膜がアモル
ファス状態では、酸化性雰囲気に晒したときに、WSi
x 中のSiが主として酸化されて良質の酸化膜(Si
O2)が形成され、これが表面を覆ってその後の酸化が
抑えられる。これに対して、WSix 膜が結晶化され
てWSi2 結晶粒が表面を覆っていると、酸化性雰囲
気に晒したとき酸化によるSiの消費に対してSiの供
給が不十分となり、Wが直接酸化される事態になるもの
と思われる。
) に示す酸化膜17の形成工程では生じない。したが
ってこの異常酸化は、WSix が結晶化されているこ
とが前提となっている。本発明者等の検討によれば、こ
の現象は次のように理解される。WSix 膜がアモル
ファス状態では、酸化性雰囲気に晒したときに、WSi
x 中のSiが主として酸化されて良質の酸化膜(Si
O2)が形成され、これが表面を覆ってその後の酸化が
抑えられる。これに対して、WSix 膜が結晶化され
てWSi2 結晶粒が表面を覆っていると、酸化性雰囲
気に晒したとき酸化によるSiの消費に対してSiの供
給が不十分となり、Wが直接酸化される事態になるもの
と思われる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
金属シリサイド膜電極配線を用いた半導体装置の製造方
法では、シリサイド膜が複数回の酸化熱処理工程の後に
異常酸化膜が形成され、電極配線の信頼性が確保できな
いという問題があった。本発明は、この様な点に鑑みな
されたもので、信頼性の高い金属シリサイド電極配線を
持つ半導体装置の製造方法を提供することを目的とする
。
金属シリサイド膜電極配線を用いた半導体装置の製造方
法では、シリサイド膜が複数回の酸化熱処理工程の後に
異常酸化膜が形成され、電極配線の信頼性が確保できな
いという問題があった。本発明は、この様な点に鑑みな
されたもので、信頼性の高い金属シリサイド電極配線を
持つ半導体装置の製造方法を提供することを目的とする
。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に金属シリサイド膜からなる電極配線を形成し、第1の
酸化熱処理により金属シリサイド膜表面に酸化膜を形成
した後、金属シリサイド膜表面の酸化膜を一旦除去し、
第2の酸化熱処理を行う場合に、第2の熱酸化処理に先
立って露出している金属シリサイド膜表面をシリコン膜
で覆い、第2の酸化熱処理ではこのシリコン膜を酸化膜
に変換するようにしたことを特徴としている。
に金属シリサイド膜からなる電極配線を形成し、第1の
酸化熱処理により金属シリサイド膜表面に酸化膜を形成
した後、金属シリサイド膜表面の酸化膜を一旦除去し、
第2の酸化熱処理を行う場合に、第2の熱酸化処理に先
立って露出している金属シリサイド膜表面をシリコン膜
で覆い、第2の酸化熱処理ではこのシリコン膜を酸化膜
に変換するようにしたことを特徴としている。
【0010】
【作用】本発明によれば、結晶化した金属シリサイド膜
表面がシリコン膜で覆われた状態で酸化熱処理が行われ
、良質のシリコン酸化膜が形成されて金属シリサイド膜
が保護される。すなわち金属シリサイド膜自身の酸化は
防止され、従来のような異常酸化による電極配線の抵抗
増大や剥がれが生じることはなくなる。とくにシリコン
膜としてアモルファス・シリコン膜を用いると、膜堆積
時に結晶粒界が形成されることがなく、酸化開始温度が
低くまた酸化速度も大きいことから、安定でバリア性の
高い酸化膜が形成されて金属シリサイド膜自身の異常酸
化が確実に防止される。
表面がシリコン膜で覆われた状態で酸化熱処理が行われ
、良質のシリコン酸化膜が形成されて金属シリサイド膜
が保護される。すなわち金属シリサイド膜自身の酸化は
防止され、従来のような異常酸化による電極配線の抵抗
増大や剥がれが生じることはなくなる。とくにシリコン
膜としてアモルファス・シリコン膜を用いると、膜堆積
時に結晶粒界が形成されることがなく、酸化開始温度が
低くまた酸化速度も大きいことから、安定でバリア性の
高い酸化膜が形成されて金属シリサイド膜自身の異常酸
化が確実に防止される。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明する
。図1(a) 〜(d) および図2(a) 〜(c)
は、本発明の一実施例に係るMOS型半導体装置の製
造工程を示す断面図である。
。図1(a) 〜(d) および図2(a) 〜(c)
は、本発明の一実施例に係るMOS型半導体装置の製
造工程を示す断面図である。
【0012】図1(a) に示すように、例えば比抵抗
6Ω・cmのp型シリコン基板11に、通常の工程にし
たがって素子分離酸化膜12を形成した後、熱酸化によ
って5〜20nmの薄いゲート酸化膜13を形成する。 次に図1(b) に示すように、LPCVD法によって
100nm程度の多結晶シリコン膜14を堆積する。堆
積した多結晶シリコン膜14には、As等の不純物を例
えば、ドーズ量1〜5×1015/cm2で注入する。 続いて、スパッタリングによって300nm程度のWS
ix膜15を形成する。このスパッタリングはたとえば
、WSi2.7 の合金ターゲットを用いた、Arガス
中でのDCマグネトロンスパッタによる。堆積後の膜は
X線回折によると非晶質であることが確認された。
6Ω・cmのp型シリコン基板11に、通常の工程にし
たがって素子分離酸化膜12を形成した後、熱酸化によ
って5〜20nmの薄いゲート酸化膜13を形成する。 次に図1(b) に示すように、LPCVD法によって
100nm程度の多結晶シリコン膜14を堆積する。堆
積した多結晶シリコン膜14には、As等の不純物を例
えば、ドーズ量1〜5×1015/cm2で注入する。 続いて、スパッタリングによって300nm程度のWS
ix膜15を形成する。このスパッタリングはたとえば
、WSi2.7 の合金ターゲットを用いた、Arガス
中でのDCマグネトロンスパッタによる。堆積後の膜は
X線回折によると非晶質であることが確認された。
【0013】そして通常のフォトリソグラフィと反応性
イオンエッチングによって、WSix 膜15と多結晶
シリコン14の積層膜をパターニングして、図1(c)
に示すようにゲート電極配線16を形成する。
イオンエッチングによって、WSix 膜15と多結晶
シリコン14の積層膜をパターニングして、図1(c)
に示すようにゲート電極配線16を形成する。
【0014】その後、例えばリンを加速電圧40keV
,ドーズ量5×1013/cm2 の条件でイオン注入
し、酸化熱処理によって、図1(d) に示すように低
濃度の浅いソース,ドレイン拡散層18,19を形成す
る。この酸化熱処理は例えば、900℃の乾燥酸素中で
行う。これにより、ゲート電極配線16の表面には10
〜30nmの後酸化膜17が形成される。またこの熱処
理工程で、WSix 膜15は正方晶の結晶(WSi2
)として結晶化される。
,ドーズ量5×1013/cm2 の条件でイオン注入
し、酸化熱処理によって、図1(d) に示すように低
濃度の浅いソース,ドレイン拡散層18,19を形成す
る。この酸化熱処理は例えば、900℃の乾燥酸素中で
行う。これにより、ゲート電極配線16の表面には10
〜30nmの後酸化膜17が形成される。またこの熱処
理工程で、WSix 膜15は正方晶の結晶(WSi2
)として結晶化される。
【0015】その後、LDD構造を形成するために、C
VD法によってシリコン酸化膜20を150nm程度堆
積し、これを反応性イオンエッチングによってエッチン
グして、図2(a) に示すようにゲート電極側壁に酸
化膜20を残す。このとき、WSix 膜15の上面は
露出する。
VD法によってシリコン酸化膜20を150nm程度堆
積し、これを反応性イオンエッチングによってエッチン
グして、図2(a) に示すようにゲート電極側壁に酸
化膜20を残す。このとき、WSix 膜15の上面は
露出する。
【0016】次いで、図2(b) に示すように、LP
CVD法によって約5nmのアモルファス・シリコン膜
21を堆積する。堆積条件は例えば、基板温度を550
℃に保ち、SiH4 ガスを100SCCM導入し、0
.5Torr〜1Torrの真空度で行なう。このとき
堆積速度は、約4nm/min である。
CVD法によって約5nmのアモルファス・シリコン膜
21を堆積する。堆積条件は例えば、基板温度を550
℃に保ち、SiH4 ガスを100SCCM導入し、0
.5Torr〜1Torrの真空度で行なう。このとき
堆積速度は、約4nm/min である。
【0017】その後、酸化熱処理によって、シリコン膜
21をすべて酸化して、図2(c) に示すようにWS
ix 膜表面には約15nmの後酸化膜24を形成する
。酸化膜20の側壁残しの工程でソース,ドレイン領域
の基板表面が露出している場合も、ここがシリコン膜2
1で覆われ、これが酸化膜に変換される。この酸化熱処
理の条件は例えば、乾燥酸素中で900℃,15分であ
る。そして最後にAs等をイオン注入し活性化熱処理を
行なって、高濃度のソース,ドレイン拡散層22,23
を形成する。Asのイオン注入条件は例えば、加速電圧
40keV,ドーズ量5×1015/cm2 とする。 この実施例によれば、WSix 膜の異常酸化が生じる
ことはなく、信頼性の高い電極配線が得られる。
21をすべて酸化して、図2(c) に示すようにWS
ix 膜表面には約15nmの後酸化膜24を形成する
。酸化膜20の側壁残しの工程でソース,ドレイン領域
の基板表面が露出している場合も、ここがシリコン膜2
1で覆われ、これが酸化膜に変換される。この酸化熱処
理の条件は例えば、乾燥酸素中で900℃,15分であ
る。そして最後にAs等をイオン注入し活性化熱処理を
行なって、高濃度のソース,ドレイン拡散層22,23
を形成する。Asのイオン注入条件は例えば、加速電圧
40keV,ドーズ量5×1015/cm2 とする。 この実施例によれば、WSix 膜の異常酸化が生じる
ことはなく、信頼性の高い電極配線が得られる。
【0018】本発明は上記実施例に限られるものではな
い。実施例では、LDD構造のMOS型半導体装置を製
造する場合を説明したが、金属シリサイド膜形成工程と
、それが結晶化された後に酸化処理工程が入る他のあら
ゆる半導体装置の製造に適用して同様の効果が得られる
。また実施例では、Wのシリサイドを用いたが、その他
、Ti ,Zr ,Hf ,V,Nb ,Ta ,Cr
,Mo ,Co ,Ni ,Rh ,Pd,Ir ,
Pt 等のシリサイドを用いて電極配線を形成する場合
も同様に本発明を適用することができる。
い。実施例では、LDD構造のMOS型半導体装置を製
造する場合を説明したが、金属シリサイド膜形成工程と
、それが結晶化された後に酸化処理工程が入る他のあら
ゆる半導体装置の製造に適用して同様の効果が得られる
。また実施例では、Wのシリサイドを用いたが、その他
、Ti ,Zr ,Hf ,V,Nb ,Ta ,Cr
,Mo ,Co ,Ni ,Rh ,Pd,Ir ,
Pt 等のシリサイドを用いて電極配線を形成する場合
も同様に本発明を適用することができる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、金
属シリサイドを電極配線に用いる場合に、結晶化した後
に露出した金属シリサイド膜表面をシリコン膜で覆って
酸化熱処理を行なうことによって、金属シリサイドの異
常酸化を防止して、信頼性の高い電極配線を持つ半導体
装置を製造することができる。
属シリサイドを電極配線に用いる場合に、結晶化した後
に露出した金属シリサイド膜表面をシリコン膜で覆って
酸化熱処理を行なうことによって、金属シリサイドの異
常酸化を防止して、信頼性の高い電極配線を持つ半導体
装置を製造することができる。
【図1】本発明の一実施例に係るMOS型半導体装置の
製造工程前半を示す断面図。
製造工程前半を示す断面図。
【図2】同実施例の製造工程後半を示す断面図。
【図3】従来例のMOS型半導体装置の製造工程前半を
示す断面図。
示す断面図。
【図4】同従来例の製造工程後半を示す断面図。
11…シリコン基板、12…素子分離酸化膜、13…ゲ
ート酸化膜、14…多結晶シリコン膜、15…WSix
膜、16…ゲート電極配線、17…熱酸化膜、18,
22…ソース拡散層、19,23…ドレイン拡散層、2
0…CVD酸化膜、21…アモルファス・シリコン膜、
24…熱酸化膜。
ート酸化膜、14…多結晶シリコン膜、15…WSix
膜、16…ゲート電極配線、17…熱酸化膜、18,
22…ソース拡散層、19,23…ドレイン拡散層、2
0…CVD酸化膜、21…アモルファス・シリコン膜、
24…熱酸化膜。
Claims (1)
- 【請求項1】半導体基板上に金属シリサイド膜からなる
電極配線を形成する工程と、第1の酸化熱処理により前
記金属シリサイド膜表面に酸化膜を形成する工程と、前
記金属シリサイド膜表面の酸化膜を除去する工程と、露
出した前記金属シリサイド膜表面にシリコン膜を堆積す
る工程と、第2の酸化熱処理により前記シリコン膜を酸
化膜に変換する工程と、を備えたことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3026298A JP2997554B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3026298A JP2997554B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04266031A true JPH04266031A (ja) | 1992-09-22 |
| JP2997554B2 JP2997554B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=12189432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3026298A Expired - Fee Related JP2997554B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2997554B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07283214A (ja) * | 1994-04-04 | 1995-10-27 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の製造方法 |
| US6017809A (en) * | 1996-12-11 | 2000-01-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing semiconductor device |
| WO2000057463A1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-09-28 | Tokyo Electron Limited | Heat treating method for thin film and forming method for thin film |
| JP2017022377A (ja) * | 2015-07-14 | 2017-01-26 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
-
1991
- 1991-02-20 JP JP3026298A patent/JP2997554B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
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| JPH07283214A (ja) * | 1994-04-04 | 1995-10-27 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の製造方法 |
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| WO2000057463A1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-09-28 | Tokyo Electron Limited | Heat treating method for thin film and forming method for thin film |
| US6448178B1 (en) | 1999-03-24 | 2002-09-10 | Tokyo Electron Limited | Heat treating method for thin film and forming method for thin film |
| JP2017022377A (ja) * | 2015-07-14 | 2017-01-26 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
| US10763373B2 (en) | 2015-07-14 | 2020-09-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US11393930B2 (en) | 2015-07-14 | 2022-07-19 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US12046683B2 (en) | 2015-07-14 | 2024-07-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US12389636B2 (en) | 2015-07-14 | 2025-08-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2997554B2 (ja) | 2000-01-11 |
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