JPH0613556A - 集積構造及びその製造方法 - Google Patents

集積構造及びその製造方法

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JPH0613556A
JPH0613556A JP3304823A JP30482391A JPH0613556A JP H0613556 A JPH0613556 A JP H0613556A JP 3304823 A JP3304823 A JP 3304823A JP 30482391 A JP30482391 A JP 30482391A JP H0613556 A JPH0613556 A JP H0613556A
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プッゾーロ サント
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ザンブラーノ ラファエレ
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  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 エミッタスイッチング構成又はセミブリッジ
構成のバイポーラパワートランジスタとバイポーラ低電
圧トランジスタを同一半導体チップ内に集積することに
ある。 【構成】 非分離重畳形ではバイポーラパワートランジ
スタを第1エピタキシャル層内に、バイポーラ低電圧ト
ランジスタを第2エピタキシャル層内に設け、後者のト
ランジスタのコレクタ領域を前者のトランジスタのエミ
ッタ領域上に位置させ、前者のトランジスタが完全に埋
込まれた構造にする。非重畳分離形では、エピタキシャ
ル層内に2個の P+ 領域を設け、第1P + 領域はパワー
トランジスタのベースを構成すると共にこのトランジス
タの N+ エミッタ領域を取り囲み、第2 P+ 領域は低電
圧トランジスタのコレクタ、エミッタ及びベースを構成
する領域を取り囲み、チップ前面で低電圧トランジスタ
のコレクタ接点とパワートランジスタのエミッタ接点と
の間を接続した構造にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はエミッタスイッチング回
路構成又はセミブリッジ回路構成のバイポーラパワート
ランジスタ及び低電圧トランジスタの集積構造及びその
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】エミッタスイッチング回路構成はMOS
型又はバイポーラ型の低電圧トランジスタにより高電圧
パワートランジスタ、代表的にはバイポーラトランジス
タのエミッタ電流を遮断する回路構成である。
【0003】これまでこの回路構成は、MOS型の低電
圧トランジスタを用いる場合には、半導体材料の同一チ
ップ内に集積した素子により構成されているが、バイポ
ーラ型の低電圧トランジスタを用いる場合には個別素子
を用いて構成されていた。MOS型の低電圧トランジス
タを用いたエミッタスイッチング回路構成の集積構造の
一例が欧州特許出願第0,322,041 号に開示されている。
【0004】個別素子から成るアナログ回路に対する集
積回路の一般的な利点に加えて、集積形態のエミッタス
イッチング回路構成は ・逆二次降服現像(E S /B)の発生確率に対するバイポ
ーラパワートランジスタの強度を高めること、・低電圧
トランジスタの速度性能と被動トランジスタの電圧及び
電流処理能力とを組み合わせること、・リニア論理回路
により低電圧トランジスタのベースで回路構成を直接駆
動することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上述し
た利点を有するエミッタスイッチング回路構成又はセミ
ブリッジ回路構成のバイポーラパワートランジスタ及び
低電圧バイポーラトランジスタの集積構造を提供するこ
とにある。本発明は上述した欧州特許出願に開示された
MOS型の低電圧トランジスタを用いる集積構造と比較
してもっと簡単且つ経済的な製造方法で製造し得る上述
の集積構造を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の特徴は、
エミッタスイッチング回路構成又はセミブリッジ回路構
成のバイポーラパワートランジスタ(TP ) と低電圧バイ
ポーラトランジスタ(TS ) を半導体材料の同一チップ内
に集積して成る集積構造において、パワートランジスタ
(TP ) のコレクタを構成する第1導電型の半導体基板
(1,2)と、この基板(1, 2)内に設けられた、パワートラ
ンジスタ(TP ) のベースを構成する第2導電型(第1導
電型と反対導電型)の第1領域(3) と、この第1領域
(3) 内に設けられた、パワートランジスタ(TP ) のエミ
ッタを構成すると同時に低電圧トランジスタ(TS ) のコ
レクタを構成する第1 導電型の埋込領域(4) と、チップ
の全表面上に成長した第1導電型のエピタキシャル層
(5) と、このエピタキシャル層(5) 内を前記領域(3) に
接触するまで延在して低電圧トランジスタ(TS ) のコレ
クタ領域(5) を取り囲むように形成された第2導電型の
領域(8) と、コレクタ領域(5) の一部分内に設けられ
た、低電圧トランジスタ(TS ) のベース領域を構成する
第2導電型の領域(6) と、この領域(6) 内に設けられ
た、低電圧トランジスタ(TS ) のエミッタ領域を構成す
る第1導電型の領域(7) と、チップの前面上に設けられ
た、低電圧トランジスタ(TS ) のエミッタ電極(E)、そ
のベース電極(B´) 及びパワートランジスタ(TP ) のベ
ース電極(B) を構成する金属化層と、チップの全背面上
に設けられた、パワートランジスタ(TP ) のコレクタ電
極(C) を構成する金属化層と、を具えることを特徴とす
る(図8)。
【0007】本発明の第2の特徴は、エミッタスイッチ
ング回路構成又はセミブリッジ回路構成のバイポーラパ
ワートランジスタ(TP ) とバイポーラ低電圧トランジス
タ(TS ) を半導体材料の単一チップ内に集積して成る集
積構造において、パワートランジスタ(TP ) のコレクタ
を構成する第1導電型の半導体基板(21,22)と、この基
板(21, 22)内に設けられた、パワートランジスタ(TP )
のベースを構成する第2導電型(第1導電型と反対導電
型)の第1領域(23)と、前記基板(21, 22)内に設けられ
た、低電圧トランジスタ(TS ) の分離領域を構成する第
2導電型の第2領域(24)と、前記第1領域(23)内に設け
られた、パワートランジスタ(TP ) のエミッタを構成す
る第1導電型の領域(25)と、前記第2領域(24)内に設け
られた、低電圧トランジスタ(TS ) のコレクタを構成す
る第1導電型の埋込領域(26)と、チップの全表面上に成
長した第1導電型のエピタキシャル層(27)と、このエピ
タキシャル層(27)内をチップ表面から前記第2領域(24)
とその周縁に沿って接触するまで延在する第2導電型の
領域(28)と、この領域(28)により取り囲まれたエピタキ
シャル層(27)の部分内に設けられ、低電圧トランジスタ
(TS ) のベースを構成する第2導電型の領域(31)と、前
記エピタキシャル層(27)内をチップ表面から前記第1領
域(23)とその周縁に沿って接触するまで延在し、パワー
トランジスタ(TP ) のベースをチップ表面まで延長する
第2導電型の領域(29)と、この領域(29)により取り囲ま
れたエピタキシャル層(27)の部分内に設けられ、パワー
トランジスタ(TP ) のエミッタ領域(25)をチップ表面ま
で延長する第1導電型の領域(30)と、前記領域(28)によ
り取り囲まれたエピタキシャル層(27)の部分内に設けら
れ、低電圧トランジスタ(TS ) のコレクタ領域(26)をチ
ップ表面まで延長する第1導電型の領域(39)と、チップ
の上面上に設けられ、低電圧トランジスタ(TS ) のエミ
ッタ電極(E) 、そのベース電極(B´) 及びパワートラン
ジスタ(TP ) のベース電極(B) 、並びに低電圧トランジ
スタ(TS ) のコレクタ電極及びパワートランジスタのエ
ミッタ電極を構成する金属化層と、低電圧トランジスタ
(TS ) のコレクタ金属化層とパワートランジスタ(TP )
のエミッタ金属化層とを接続する金属トラック(38)と、
チップ背面上に設けられ、パワートランジスタ(TP ) の
コレクタ電極(C) を構成する金属化層(40)と、を具える
ことを特徴とする(図12) 。
【0008】
【実施例】図面を参照して本発明を実施例につき詳細に
説明する。図1は5端子型を意図した本発明集積回路の
等価回路図を示す。この回路はバイポーラパワートラン
ジスタ TP を具え、そのエミッタを低電圧バイポーラト
ランジスタ TS のコレクタに接続して成る。低電圧トラ
ンジスタ TS の埋込コレクタとパワートランジスタのエ
ミッタとの接続点のための電極 CP はエミッタスイッチ
ング回路構成に不必要であるが、セミブリッジ回路構成
の回路の動作のためには必要である。後者の場合にはト
ランジスタ TP 及び TS の導通状態に応じて電流がノー
ド CP に一方向に又は反対方向に流れ、これらトランジ
スタは大地への短絡を避けるために同時に導通し得な
い。
【0009】図8に示すように両トランジスタを互いに
分離せずに重畳したタイプの集積構造の製造方法を以下
に説明する。N+ 型のシリコン基板1上に N- 型の高抵
抗率の第1エピタキシャル層を成長させる(図2)。次
に、イオン注入及び拡散処理によりこのエピタキシャル
層2内に P+ 型領域3を形成する(図3)。次に、同様
の処理により N+ 領域4を設ける(図4)。次にN 型の
第2エピタキシャル層5を成長させる。次に、既知の酸
化、フォトマスク、注入及び拡散処理により、図6に示
すようにチップ表面9から領域3に達するまで延在する
P+ 領域8を形成する。
【0010】図7は次の工程を示し、熱酸化SiO2の表面
層18の成長後に、再び既知の技術を用いて、図1の等価
回路図に TS で示すnpn トランジスタのベース及びエミ
ッタをそれぞれ構成する P+ 領域6及び N+ 領域7を形
成する。図7において、トランジスタ TP のエミッタは
完全に埋込まれた N+ 領域4から成る。これにより低電
圧トランジスタのコレクタはパワートランジスタのエミ
ッタ4に直接接続される。
【0011】次に、金属化層10, 11, 13及び14を領域
6,7,8及び基板1とオーム接触するように形成して
図1の端子と同義の端子B ′, E,B及びCを構成す
る。
【0012】上述の製造方法により得られる最終構造は
図8Aに示すようになる。図8Aの構造をセミブリッジ
構成に用いる必要がある場合には、追加の端子CP から
パワートランジスタの埋込エミッタ領域4へとアクセス
し得る領域を集積する必要がある。この目的のためには
上述の製造方法を次のように変更する必要がある。図6
の構造を生ずる工程後に、既知のフォトマスク、イオン
注入及び拡散処理を用いてチップ表面から埋込領域4ま
で延在する N+ 垂下領域(図8Bの領域16) を設ける。
次に、 P+ 領域6及び図8aに7及び17で示す N+ 領域
の形成を実施する。領域17は垂下領域との接触を良くし
垂下領域の電気抵抗を低減するための高濃度領域であ
る。電極を設ける最終金属化工程後に図8Bに示す構造
が得られる。
【0013】上述の構造の種々の領域の、図7のA−A
線上の断面に沿う種々のドーパントの濃度分布(CO ) を
図9に示し、この図の横軸xはチップ表面からの距離を
示す。
【0014】両トランジスタを重畳せずに分離したタイ
プの集積構造の製造方法は以下の工程を必要とする。N
+ シリコン基板21上にパワートランジスタのコレクタを
構成するよう設計した抵抗率を有する N- エピタキシャ
ル層22を成長させる(図10) 。次に、このエピタキシャ
ル層内に、既知の堆積又はイオン注入及び拡散処理によ
り2個の P+領域23及び24を形成する。これら領域のう
ち第1の領域23はパワートランジスタのベースとして設
計し、第2の領域23は低電圧トランジスタの分離領域を
形成するように設計する。これら領域23及び24は同一の
拡散処理を用いて設け、同一の接合深さを有するように
する。これは、所定の動作電圧に対する完成装置の電流
搬送能力を最大にする効果を有する。
【0015】既知の酸化、フォトマスク、堆積又はイオ
ン注入及び拡散処理を用いて領域23内にパワートランジ
スタ TP のエミッタを構成する N+ 領域25を設けると同
時に、領域24内に低電圧トランジスタのコレクタとして
作用する同じく N+ 型の領域26を設ける(図11) 。
【0016】次に、N型エピタキシャル層27の成長に続
いて、低電圧トランジスタの分離のための P+ 型領域28
及びパワートランジスタのベース領域23の表面まで延在
する接続部を構成するための P+ 型領域29を設け、次に
パワートランジスタのエミッタ領域25の表面まで延在す
る接続部を構成するための N+ 型領域30及び低電圧トラ
ンジスタのコレクタの表面まで延在する接続部を構成す
るための N+ 型領域39を設ける。
【0017】次に、低電圧トランジスタのベースのため
の P+ 型領域31及びエミッタのための N+ 型領域32を形
成する。最後に金属化層33, 35, 36, 37及び40を下側の
半導体領域とオーム接触するように形成してトランジス
タ TS の分離領域の電極及び電極 B′,B,E及びCを
構成する。この金属化は低電圧トランジスタ TS のコレ
クタをパワートランジスタのエミッタに接続するトラッ
ク38も形成し( 図12) 、図1の回路構成の両トランジス
タの接続を達成する必要がある。
【0018】斯くして、最終エミッタスイッチング構造
はチップの上面上の3つの端子と背面上の第4の端子の
4端子を具えるものとする。金属化層38の追加の端子 C
P は、トランジスタ対 TP − TS をセミブリッジ動作で
使用する際に図1のトランジスタ TS のコレクタを外部
回路に接続するのに用いることができる。
【0019】重畳型及び非重畳型の両構造において、エ
ミッタスイッチング構造においてもトランジスタ TS
コレクタに存在する電圧を取り出し、そのベース電流を
制御してトランジスタ TS の完全な飽和を阻止し(飽和
防止回路)及び従ってそのスイッチングを高速化するた
めに端子 CP を必要とし得る点に注意されたい。
【0020】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、多くの変更、変形及び等価物の置換等を
加え得るものである。例えば、上述した基板(図2の1
及び図10の21) の特性と等価な特性を有する基板として
第1エピタキシャル層が成長されるものを採用する場合
には基板上の第1エピタキシャル成長は不用にすること
ができる。
【0021】更に、本発明をnpn トランジスタが設けら
れた構造について説明したが、本発明はpnp トランジス
タが設けられた構造にも適用することができ、この場合
にはP型基板から出発する。上述した製造方法は複数対
のバイポーラトランジスタTP 及び TS を同一チップに
同時に実現することができ、この集積構造は例えば直流
モータ又はステップモータの制御(この場合には2対で
十分である)及び3相交流モータの制御(この場合には
3対必要)のためのセミブリッジ構造に応用することが
できる。これらの場合には全てのトランジスタ TP を同
一の基板上に設け、チップ背面上に共通のコレクタ端子
を設けると共に、チップ前面上の各対の種々の電極を設
計に応じて互いに接続すると共に外部回路に接続するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の5端子型集積回路の等価回路図であ
る。
【図2】本発明の第1タイプの集積構造の製造工程を示
す図である。
【図3】本発明の第1タイプの集積構造の製造工程を示
す図である。
【図4】本発明の第1タイプの集積構造の製造工程を示
す図である。
【図5】本発明の第1タイプの集積構造の製造工程を示
す図である。
【図6】本発明の第1タイプの集積構造の製造工程を示
す図である。
【図7】本発明の第1タイプの集積構造の製造工程を示
す図である。
【図8】Aは図2−7に示す製造方法により得られる最
終構造を示す図であり、Bは埋設領域と接点 CP を付加
した図2−7に示す製造方法により得られる最終構造を
示す図である。
【図9】図7の構造の断面に沿う種々の領域の不純物の
濃度分布を示す図である。
【図10】本発明の第2タイプの集積構造の製造工程を
示す図である。
【図11】本発明の第2タイプの集積構造の製造工程を
示す図である。
【図12】図10−11に示す製造方法により得られる最終
構造を示す図である。
【符号の説明】
TP バイポーラパワートランジスタ TS バイポーラ低電圧トランジスタ 1 N+ 型基板 2 N- 型エピタキシャル層( TP のコレクタ) 3 P+ 型領域( TP のベース) 4 N+ 型埋込領域( TP のエミッタ/ TS のコレク
タ) 5 N型エピタキシャル層( TS のコレクタ) 6 P+ 型領域( TS のベース) 7 N+ 型領域( TS のエミッタ) 8 P+ 領域 10, 11, 13, 14, 15 金属化層 16 n+ 型埋設領域 21 N+ 型基板 22 N- 型エピタキシャル層( TP のコレクタ) 23 P+ 型領域( TP のベース) 24, 28 P+ 型領域(分離領域) 25 N+ 型領域( TP のエミッタ) 26 N+ 埋込領域( TS のコレクタ) 27 N型エピタキシャル層 29 P+ 型領域 30 N+ 型領域 31 P+ 型領域( TS のベース) 32 N+ 型領域( TS のエミッタ) 33, 35, 36, 37, 38, 40 金属化層 39 N+ 型埋設領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591063888 コンソルツィオ ペル ラ リセルカ ス ーラ マイクロエレクトロニカ ネル メ ッツォジオルノ CONSORZIO PER LA RI CERCA SULLA MICROEL ETTRONICA NEL MEZZO GIORNO イタリア国 カターニア 95121 カター ニアストラダーレ プリモソーレ 50 (72)発明者 サント プッゾーロ イタリア国 カターニア 95127 カター ニア ヴィア オリヴェット スカマッカ 99 (72)発明者 ラファエレ ザンブラーノ イタリア国 カターニア 95037 サン ジオヴァンニ ラ プンタ ヴィア デュ カ ダオスタ 43/ア (72)発明者 マリオ パパーロ イタリア国 カターニア 95037 サン ジオヴァンニ ラ プンタ ヴィア グラ ーシ 1

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エミッタスイッチング回路構成又はセミ
    ブリッジ回路構成のバイポーラパワートランジスタ
    (TP ) と低電圧バイポーラトランジスタ(TS ) を半導体
    材料の同一チップ内に集積して成る集積構造において、 パワートランジスタ(TP ) のコレクタを構成する第1導
    電型の半導体基板(1,2)と、 この基板(1, 2)内に設けられた、パワートランジスタ(T
    P ) のベースを構成する第2導電型(第1導電型と反対
    導電型)の第1領域(3) と、 この第1領域(3) 内に設けられた、パワートランジスタ
    (TP ) のエミッタを構成すると同時に低電圧トランジス
    タ(TS ) のコレクタを構成する第1 導電型の埋込領域
    (4) と、 チップの全表面上に成長した第1導電型のエピタキシャ
    ル層(5) と、 このエピタキシャル層(5) 内を前記領域(3) に接触する
    まで延在して低電圧トランジスタ(TS ) のコレクタ領域
    (5) を取り囲むように形成された第2導電型の領域(8)
    と、 コレクタ領域(5) の一部分内に設けられた、低電圧トラ
    ンジスタ(TS ) のベース領域を構成する第2導電型の領
    域(6) と、 この領域(6) 内に設けられた、低電圧トランジスタ
    (TS ) のエミッタ領域を構成する第1導電型の領域(7)
    と、 チップの前面上に設けられた、低電圧トランジスタ
    (TS ) のエミッタ電極(E)、そのベース電極(B´) 及び
    パワートランジスタ(TP ) のベース電極(B) を構成する
    金属化層と、 チップの全背面上に設けられた、パワートランジスタ(T
    P ) のコレクタ電極(C) を構成する金属化層と、 を具えることを特徴とする集積構造。
  2. 【請求項2】 基板(1, 2)はエピタキシャル層(2) を具
    え、この層内に前記領域(3) が設けられていることを特
    徴とする請求項1記載の集積構造。
  3. 【請求項3】 前記領域(5) 内に形成され、低電圧トラ
    ンジスタ(TS ) のコレクタ領域とパワートランジスタ(T
    P ) のエミッタ領域に共通の埋込領域(4) をチップ表面
    まで延長する少なくとも1個の第1導電型の埋設領域(1
    6 /17) と、 チップの前面上に設けられ、この埋設領域(16 /17) の
    接続電極(CP ) を構成する少なくとも1個の金属化層(1
    5)と、 を更に具えていることを特徴とする請求項1又は2記載
    の集積構造。
  4. 【請求項4】 前記埋設領域(16 /17) を前記埋込領域
    (4) の全周縁部に接続して低電圧トランジスタ(TS ) の
    ベース領域(6) を完全に取り囲むようにしたことを特徴
    とする請求項3記載の集積構造。
  5. 【請求項5】 前記埋設領域(16 /17) の表面に近い部
    分は高不純物濃度を有することを特徴とする請求項4記
    載の集積構造。
  6. 【請求項6】 エミッタスイッチング回路構成又はセミ
    ブリッジ回路構成のバイポーラパワートランジスタ
    (TP ) とバイポーラ低電圧トランジスタ(TS ) を半導体
    材料の単一チップ内に集積して成る集積構造において、 パワートランジスタ(TP ) のコレクタを構成する第1導
    電型の半導体基板(21,22)と、 この基板(21, 22)内に設けられた、パワートランジスタ
    (TP ) のベースを構成する第2導電型(第1導電型と反
    対導電型)の第1領域(23)と、 前記基板(21, 22)内に設けられた、低電圧トランジスタ
    (TS ) の分離領域を構成する第2導電型の第2領域(24)
    と、 前記第1領域(23)内に設けられた、パワートランジスタ
    (TP ) のエミッタを構成する第1導電型の領域(25)と、 前記第2領域(24)内に設けられた、低電圧トランジスタ
    (TS ) のコレクタを構成する第1導電型の埋込領域(26)
    と、 チップの全表面上に成長した第1導電型のエピタキシャ
    ル層(27)と、 このエピタキシャル層(27)内をチップ表面から前記第2
    領域(24)とその周縁に沿って接触するまで延在する第2
    導電型の領域(28)と、 この領域(28)により取り囲まれたエピタキシャル層(27)
    の部分内に設けられ、低電圧トランジスタ(TS ) のベー
    スを構成する第2導電型の領域(31)と、 前記エピタキシャル層(27)内をチップ表面から前記第1
    領域(23)とその周縁に沿って接触するまで延在し、パワ
    ートランジスタ(TP ) のベースをチップ表面まで延長す
    る第2導電型の領域(29)と、 この領域(29)により取り囲まれたエピタキシャル層(27)
    の部分内に設けられ、パワートランジスタ(TP ) のエミ
    ッタ領域(25)をチップ表面まで延長する第1導電型の領
    域(30)と、 前記領域(28)により取り囲まれたエピタキシャル層(27)
    の部分内に設けられ、低電圧トランジスタ(TS ) のコレ
    クタ領域(26)をチップ表面まで延長する第1導電型の領
    域(39)と、 チップの上面上に設けられ、低電圧トランジスタ(TS )
    のエミッタ電極(E) 、そのベース電極(B´) 及びパワー
    トランジスタ(TP ) のベース電極(B) 、並びに低電圧ト
    ランジスタ(TS ) のコレクタ電極及びパワートランジス
    タのエミッタ電極を構成する金属化層と、 低電圧トランジスタ(TS ) のコレクタ金属化層とパワー
    トランジスタ(TP ) のエミッタ金属化層とを接続する金
    属トラック(38)と、 チップ背面上に設けられ、パワートランジスタ(TP ) の
    コレクタ電極(C) を構成する金属化層(40)と、 を具えることを特徴とする集積構造。
  7. 【請求項7】 前記第1及び第2領域(23及び24) は同
    一の接合深さを有することを特徴とする請求項6 記載の
    集積構造。
  8. 【請求項8】 基板(21 /22) はエピタキシャル層(22)
    を具え、このエピタキシャル層内に前記第1及び第2領
    域(23 及び24) が設けられていることを特徴とする請求
    項6記載の集積構造。
  9. 【請求項9】 前記領域(39)を前記埋込領域(26)の全周
    縁部に接続して前記領域(31)を完全に取り囲むようにし
    たことを特徴とする請求項7記載の集積構造。
  10. 【請求項10】 図2〜8につき説明した製造工程を具
    えることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の集
    積構造の製造方法。
  11. 【請求項11】 図10〜12につき説明した製造工程を具
    えることを特徴とする請求項6〜9の何れかに記載の集
    積構造の製造方法。
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