JPH07326775A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH07326775A
JPH07326775A JP6141115A JP14111594A JPH07326775A JP H07326775 A JPH07326775 A JP H07326775A JP 6141115 A JP6141115 A JP 6141115A JP 14111594 A JP14111594 A JP 14111594A JP H07326775 A JPH07326775 A JP H07326775A
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conductive film
electrode
resistive
film
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Toru Suzuki
徹 鈴木
Kunio Sasahara
邦夫 笹原
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Sanken Electric Co Ltd
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Sanken Electric Co Ltd
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    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
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    • H10D64/115Resistive field plates, e.g. semi-insulating field plates
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
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    • H10D62/102Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H10D62/112Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for preventing surface leakage due to surface inversion layers, e.g. by using channel stoppers

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイオードの抵抗性フィールドプレートの抵
抗値の増大を図る。 【構成】 抵抗性フィールドプレートを構成するSIP
OSから成る抵抗性導電膜9を帯状高抵抗導電膜15a
〜15dの集まりで形成する。これにより、抵抗性導電
膜9の抵抗値の増大を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、抵抗性フィールドプレ
ートを有する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プレーナ型半導体装置では逆バイアスを
印加したとき、PN接合の周辺部分(わん曲部分)の耐
圧がPN接合の中央部分(平面部分)の耐圧に比べて低
いことが知られている。これはPN接合の周辺部分に電
界集中が生じ易いためであり、高耐圧化が困難な要因と
なっている。かかる問題を解決する手段として、特開昭
58−53860号公報等には抵抗性フィールドプレー
トを備えた高耐圧化構造が開示されている。この高耐圧
化構造を採用した高耐圧ダイオードは、図1に示すよう
に、N+ 型半導体領域1、N型半導体領域2、P型半導
体領域3及びN+型半導体領域4を備えた半導体基板5
と、半導体基板5の一方の主面に形成された絶縁膜6の
開口を通じてそれぞれP型半導体領域3及びN+ 型半導
体領域4に電気的に接続された第1及び第2の金属膜
(低抵抗導電膜)7、8と、第1及び第2の金属膜7、
8の間を橋渡しするように形成された高抵抗導電膜9
と、半導体基板5の他方の主面に形成された第3の金属
膜(低抵抗導電膜)10を有する。ここで、第1の金属
膜7はアノード電極であり、第3の金属膜10はカソー
ド電極である。また、N+ 型半導体領域1及びN型半導
体領域2はダイオードのカソード領域であり、N型半導
体領域2よりも抵抗率の低いP型半導体領域3はアノー
ド領域である。また、第2の金属膜8はEQR(等電位
リング)電極である。高抵抗導電膜9はシート抵抗が1
6 〜1014Ω/□程度のものである。この高抵抗導電
膜9は、第1の金属膜7と第2の金属膜8の間に位置す
る絶縁膜6の上面全体に形成されており、第1の金属膜
7を環状に包囲し、所謂抵抗性フィールドプレートとし
て機能してPN接合の周辺の耐圧向上に寄与する。
【0003】図1のダイオードにおいて、N型半導体領
域2とP型半導体領域3によって形成されるPN接合1
1が逆方向バイアス状態となるように、第1及び第3の
金属膜7、10間に電圧を印加すると、高抵抗導電膜9
にN+ 型半導体領域4との接続側(外周側)から第1の
金属膜7との接続側(内周側)に向って微少電流が流れ
る。このため、高抵抗導電膜9にはこの微少電流に基づ
く電圧降下によってN+ 型半導体領域4側から第1の金
属膜7側に向ってその電位が線形的(直線的)に減少す
る電位勾配が生じる。この結果、高抵抗導電膜9はその
電位が線形に変化したフィールドプレートとして機能
し、PN接合11に隣接して生成させる空乏層12を良
好に広げ、PN接合周辺部分の電界集中を緩和させ、耐
圧向上に寄与する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図1のダイ
オードでは、PN接合に逆方向バイアスを印加すると、
PN接合11を介して流れる漏れ電流と高抵抗導電膜9
を介して流れる漏れ電流とが生じる。この漏れ電流レベ
ルは極力小さいことが望ましい。このためには、高抵抗
導電膜9の抵抗値を増加して抵抗性フィールドプレート
を介して流れる漏れ電流を少しでも小さくする必要があ
る。高抵抗導電膜9の抵抗率及び長さを大きくし、膜厚
を小さくすれば、この抵抗値は大きくなる。しかし、高
抵抗導電膜9の抵抗率及び長さを増大させること及び膜
厚を減少させることにも限界がある。また、高抵抗導電
膜9が半導体材料を含む膜の場合には、この抵抗値は温
度上昇によって減少する。このため、室温環境下での使
用では漏れ電流の値が許容レベルであっても、高温環境
下の使用においては許容レベルを越えることがある。更
に、漏れ電流の増大が著しい場合には、熱暴走の虞れも
あり、抵抗性フィールドプレートの実用化を妨げる要因
となっていた。なお、上述のような問題はショットキバ
リア半導体装置においても生じる。
【0005】そこで、本発明の目的は、抵抗性フィール
ドプレートの抵抗値の増大を容易に達成することができ
る半導体装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、実質的に平坦な表面を有すると共に第1及
び第2の半導体領域を含み、前記第1の半導体領域は前
記表面に露出する部分を有すると共に第1の導電型を有
し、前記第2の半導体領域は前記表面を露出する部分を
有するように前記第1の半導体領域の中に島状に配置さ
れていると共に前記第1の導電型と反対の第2導電型を
有している半導体基体と、前記第2の半導体領域に直接
又は間接に接続された第1の電極と、前記第1の半導体
領域に直接又は間接に接続された第2の電極と、前記第
1の電極を囲むように前記半導体基体の表面上に形成さ
れた絶縁膜と、前記第2の半導体領域を囲む前記第1の
半導体領域の表面に対向するように前記絶縁膜上に配置
され、且つその内周側部分が前記第1の電極に接続さ
れ、その外周側部分が前記第1の半導体領域に接続され
ている抵抗性導電膜とを備えた半導体装置において、前
記抵抗性導電膜に孔が形成され、前記抵抗性導電膜が帯
状部分を有し、前記孔は前記第1及び第2の半導体領域
間のPN接合に少なくとも定格の逆バイアス電圧が印加
されている時に、前記孔に対向する前記第1の半導体領
域の部分にも空乏層を生じさせることができる大きさに
設定されていることを特徴とする半導体装置に係わるも
のである。なお、請求項2に示すようにショットキバリ
ア半導体装置を構成することもできる。
【0007】
【発明の作用及び効果】各請求項の発明においては、抵
抗性導電膜が帯状部分を有するので、従来の全面に形成
する場合に比べて抵抗値を大きくすることができる。即
ち、抵抗性導電膜の抵抗率又は膜厚又は長さに頼らない
で抵抗値の増大を図ることができる。抵抗性導電膜の孔
は、これに対向する半導体領域にも空乏層の横の広がり
の作用に基づいて空乏層を生じさせることができる範囲
の大きさに形成されているので、空乏層の連続性は確保
される。上述のように抵抗性導電膜の抵抗値を大きくす
ると、洩れ電流特性を低下させずに半導体装置の耐圧が
向上する。
【0008】
【第1の実施例】次に、本発明の第1の実施例に係わる
抵抗性フィールドプレートを備えた高耐圧プレーナ型ダ
イオードについて図2及び図3を参照して説明する。但
し、図2及び図3に示すように、本実施例のダイオード
は抵抗性フィールドプレート構造を除いて従来例を示す
図1のダイオードと同じであるので、同一部分について
は同一の符号を付してその説明を省略する。
【0009】本実施例のダイオードの抵抗性フィールド
プレートとしての高抵抗導電膜9は、内周環状部分13
と、外周環状部分14と、相互連結部分15とから構成
されている。高抵抗導電膜9の内周環状部分13は平面
的に見て第1の半導体領域としてのN型半導体領域2と
第2の半導体領域としてのP型半導体領域3の界面に形
成されるPN接合11の外縁を離間して包囲するように
環状に形成されている。PN接合11の外縁と内周環状
部分13との間隔はその全周にわたってほぼ一定に保た
れている。この内周環状部分13の下面は絶縁膜6を介
してN型半導体領域2と対向しており、上面の内縁側に
は第1の電極としての第1の金属膜7が接続されてい
る。第1の金属膜7は内周環状部分13の外縁までは達
していないが、PN接合11の外縁よりは外側に延在し
ており、この延在部分は周知の金属性フィールドプレー
トとして機能する。
【0010】高抵抗導電膜9の外周環状部分14は平面
的に見て半導体基板5の外縁に沿って環状に形成されて
いる。内周環状部分13の外縁と外周環状部分14の内
縁との間隔はその全辺にわたってほぼ一定に設定されて
いる。外周環状部分14の下面は絶縁膜6を介してN型
半導体領域2と対向しており、この上面の外縁側にはE
QRとしての第2の金属膜8が接続されている。従っ
て、外周環状部分14は第2の金属膜8を介してN+
半導体領域4に電気的に接続されている。なお、N型半
導体領域2とN+ 型半導体領域4とを合せて第1の半導
体領域とみなせば、外周環状部分14は第1の半導体領
域に接続されていることになる。
【0011】高抵抗導電膜9の相互連結部分15は図3
から明らかなように、内周環状部分13と外周環状部分
14との間に配置され、これ等を電気的に接続してい
る。この相互連結部分15は、一定間隔を有して互いに
離間配置された4本の渦巻状(スパイラル)の帯状高抵
抗導電膜15a、15b、15c、15dを有し、相互
間にスリット状の切欠部から成る孔16を有する。この
実施例では内周環状部分13及び外周環状部分14のそ
れぞれが四角形の平面パターンを有し、帯状部分として
の4本の帯状高抵抗導電膜15a〜15dは内周環状部
分13の互いに異なる4つの角部から外周環状部分14
の互いに異なる4つの角部に至るように360度の渦巻
状に配設されている。また、4本の帯状高抵抗導電膜1
5a〜15dのそれぞれの辺部は内周環状部分13の辺
部に対してそれぞれ同一の一定の角度θだけ傾くように
配置されている。従って、4本の帯状高抵抗導電膜15
a〜15dの長さは互いに等しい。また4本の帯状高抵
抗導電膜15a〜15dの幅Wは互いに等しく、またこ
れ等の相互間隔Sも等しい。相互間隔S即ち切欠部から
成る孔16の幅はこれに対向するN型半導体領域2の表
面にフィールドプレート効果で空乏層を生じさせること
ができるように極めて狭く設定されている。なお、フィ
ールドプレート効果を得るために、相互連結部分15の
各帯状高抵抗導電膜15a〜15dの下面は、絶縁膜6
を介してN型半導体領域2に対向している。
【0012】高抵抗導電膜9は、例えばSIPOS(Se
mi Insulating Pelystaline Silicon)と呼ばれてい
る酸素が添加された半絶縁性の多結晶シリコン膜から成
る。この高抵抗導電膜9の内周環状部分13、外周環状
部分14及び相互連結部分15を形成する時には、絶縁
膜6のほぼ全面上にシート抵抗が約1010Ω/□のSI
POSの薄膜を形成し、これを所定パターンにエッチン
グする。各部の寸法を次に例示すると、内周及び外周環
状部分13、14の幅はそれぞれ2μmである。相互連
結部分15の帯状高抵抗導電膜15a〜15dの幅Wは
5μm、これ等の合計長は16mm、角度θは0.32
度、間隔Sは10μmである。なお、孔16は、ダイオ
ードに少なくとも定格逆方向電圧(正常逆方向電圧)が
印加された時には、孔16に対向するN型半導体領域2
の表面領域も空乏層で埋められるような大きさに設定さ
れている。
【0013】このダイオードのPN接合11を逆方向に
バイアスするような電圧を第1の金属膜7と第3の金属
膜10との間に印加すると、従来例のダイオードと同様
にPN接合11から空乏層が拡がる。また、相互連結部
15の各高抵抗導電膜15a〜15dには外周環状部分
14から内周環状部分13に向って微少電流が流れ、基
板5の横方向にこれに基づく電位勾配が形成される。4
本の帯状高抵抗導電膜15a〜15dの抵抗値は等しい
から、4本の帯状高抵抗導電膜15a〜15dに流れる
微少電流は等しく、電位勾配も同じように形成される。
この結果、帯状高抵抗導電膜15a〜15dはその電位
が線形に変化したフィールドプレートとして機能し、P
N接合11から生成される空乏層を良好に広げ、PN接
合11の周辺部分の電界集中を緩和して耐圧を向上させ
る。
【0014】本実施例による抵抗性フィールドプレート
の効果は次の通りである。 (1) 抵抗性フィールドプレートが帯状の高抵抗導電
膜15a〜15dから成るので、その抵抗値を十分に大
きくすることができ、抵抗性フィールドプレートを介し
て流れる漏れ電流を減少することができる。結果とし
て、漏れ電流レベルの小さい高耐圧ダイオードが実現で
きる。 (2) 4本の第3の高抵抗導電膜15a〜15dの抵
抗値及び長さが等しく且つこれらが等間隔で平行して配
置されている。このため、PN接合11の外縁から等し
い距離にある線上において、第3の高抵抗導電膜15に
よる電界効果がN型半導体領域2の表面に対してほぼ均
一に作用する。このため、従来の抵抗性フィールドプレ
ートと同等の電界集中緩和効果が得られ、耐圧向上が十
分に得られる。 (3) 切欠部即ち孔16を設けて抵抗性フィールドプ
レートの高抵抗導電膜9の抵抗を増大させているので、
高抵抗導電膜9を薄くすること又は長さを増大すること
を伴なわないで、抵抗値の増大を図ることができる。こ
れにより、信頼性の低下を伴なわないで、又は大型化を
伴なわないで容易に高耐圧ダイオードを得ることができ
る。
【0015】
【第2の実施例】次に、図4〜図6を参照して本発明の
第2の実施例のダイオードを説明する。但し、図4〜図
6において、図1〜図3と実質的に同一の部分には同一
の符号を付してその説明を省略する。図4は第2の実施
例のダイオードにおける図3のダイオードの右上部分に
対応する部分のみを示す。即ち、ダイオードの表面のほ
ぼ1/4の部分のみを示す。図4で図示が省かれている
残りの3つの角部を含む3/4も図4と同様に形成され
ている。
【0016】第2の実施例のダイオードの基本構成は図
2及び図3のダイオードと同一であり、抵抗性導電膜9
のパターンのみが第1の実施例と相違している。即ち、
図4の抵抗性導電膜9は図3と同様に内周環状部分13
と外周環状部分14と相互連結部分15とを有するが、
相互連結部分15のパターンが図3と異なる。図4の相
互連結部分15は、内周環状部分13及び外周環状部分
14と同心状に配置された帯状の複数本(5本)の中間
環状部分21と、内周環状部分13と中間環状部分21
と外周環状部分14との間を橋渡しするように傾斜配置
された接続部分22とから成る。5本の中間環状部分2
1は等間隔に配置され、相互間に孔16が生じている。
接続部分22は図6のAC間及びBC間の長さが約45
0μmとなるように形成され、内周環状部分13と中間
環状部分21との間、中間環状部分21の相互間、及び
中間環状部分21と外周環状部分14との間を電気的に
接続している。帯状の中間環状部分21の幅W4 及び帯
状の接続部分22の幅W5はそれぞれ約5μmであり、
それぞれW6 で示されている内周環状部分13と中間環
状部分21との間隔、中間環状部分21の相互間隔、中
間環状部分21と外周環状部分14との間隔はそれぞれ
約10μmである。なお、第2の実施例の抵抗性導電膜
9も第1の実施例と同様にシート抵抗1010Ω/□のS
IPOS膜を形成し、これを所定パターンにエッチング
したものである。
【0017】第2の実施例は第1の実施例と同様の作用
効果を有する他に、中間環状部分21がP型半導体領域
3に対して同心的に配置されているので、P型半導体領
域3から同一距離の中間環状部分21上のすべての点の
電位が同一になる。これにより、フィールドプレート効
果が第1の実施例よりも均一に得られ、電界集中緩和効
果が一層良好になり、耐圧向上が安定的に得られる。
【0018】
【第3の実施例】次に、図7及び図8を参照して第3の
実施例のダイオードを説明する。但し、図7において図
1〜図6と実質的に同一の部分には同一の符号を付して
その説明を省略する。
【0019】第3の実施例のダイオードは、抵抗性導電
膜9のパターンを除いて第1の実施例のダイオードと同
一に構成されている。第3の実施例のダイオードの抵抗
性導電膜9は図7に示すように第1の金属膜7に接続さ
れた内周環状部分13と第2の金属膜8に接続された外
周環状部分14との間に多数のスリット状の孔16を有
し、この孔16のために生じた帯状部分30が相互連結
部分15として機能している。
【0020】図7では図示を簡略化するために孔16が
実際の数よりも少なく示されているが、実際には孔16
を第1及び第2の金属膜7、8間に11列設ける。図8
に示すように各孔16の大きさは長さ約50μm、幅5
μmである。また、孔16の長手方向の相互間隔は10
μmであり、孔16の長手方向に直交する方向の相互間
隔即ち抵抗性導電膜9の帯状部分30の幅は5μmであ
る。また、奇数番目の孔16の列と偶数番目の孔16の
列とが異なるパターンに形成されている。即ち、奇数番
目の列の孔16の中央に偶数番目の列の孔16の端が位
置するようにずれて孔16が配置されている。これによ
り、第1及び第2の金属膜7、8間の抵抗性導電膜9の
道のりが長くなり、抵抗値の増大効果が得られる。
【0021】第3の実施例においても抵抗性導電膜9が
網目状となるので、第1及び第2の実施例と同一の作用
効果を得ることができる。
【0022】
【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 図4の実施例の相互連結部分15の橋渡し状の
接続部分22の幅を図9に示すように、第1の金属膜7
から遠ざかるにつれて狭くして抵抗値を増大させてもよ
い。これにより、電位勾配は通常の線型一様の場合に比
べて、金属膜7側で緩やか、外側で急峻となり、電界集
中をより弱める形状の空乏層分布とすることができる。
よって線形電位分布の構造より高い耐圧を得ることがで
きる。 (2) 図10に示すようにSIPOSによる抵抗性導
電膜9の相互接続部分15と金属製等電位リング層31
とを混在させてもよい。また、図11に示すようにSI
POSによる抵抗性導電膜9の相互接続部分15の複数
の帯状部分から選択されたものの上に金属製等電位リン
グ層31を配置してもよい。これにより、抵抗性導電膜
9における電位の均一化が図られる。 (3) 抵抗性導電膜9のシ−ト抵抗を好ましくは10
6 〜1014Ω/□の範囲中で変化させることができる。
また抵抗性導電膜9をSIPOS以外の抵抗材料で形成
することができる。 (4) 内周環状部分13及び/又は外周環状部分14
を省くことができる。また第2の金属膜8を省いて抵抗
性導電膜9をN+ 型半導体領域4に接続することができ
る。 (5) 図2のP型半導体領域3を省き、図2の金属膜
7を図12に示すようにショットキ電極としてショット
キバリアダイオードを形成することができる。図5、図
7、図9、図10、図11の構成もショットキバリアダ
イオードに適用できる。 (6) P型半導体領域3、第1の金属膜7、内周及び
外周環状部分13、14等を平面形状円形にすることが
できる。 (7) トランジスタ、IC等にも本発明を適用でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の抵抗性フィールドプレートを有するダイ
オードを示す断面図である。
【図2】本発明の第1の実施例の抵抗性フィールドプレ
ートを有するダイオードを図3のA−A線で示す断面図
である。
【図3】第1の実施例のダイオードの平面図である。
【図4】第2の実施例のダイオードの一部を示す平面図
である。
【図5】図4のB−B線断面図である。
【図6】図4の抵抗性導電膜のパターンの一部を拡大し
て示す平面図である。
【図7】第3の実施例のダイオードの平面図である。
【図8】図7の抵抗性導電膜の一部を拡大して示す平面
図である。
【図9】変形例のダイオードの一部を示す平面図であ
る。
【図10】別の変形例のダイオードの一部を示す断面図
である。
【図11】更に別の変形例のダイオードの一部を示す断
面図である。
【図12】変形例のショットキバリアダイオードを示す
断面図である。
【符号の説明】
9 抵抗性導電膜 15 相互連結部分

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 実質的に平坦な表面を有すると共に第1
    及び第2の半導体領域を含み、前記第1の半導体領域は
    前記表面に露出する部分を有すると共に第1の導電型を
    有し、前記第2の半導体領域は前記表面に露出する部分
    を有するように前記第1の半導体領域の中に島状に配置
    されていると共に前記第1の導電型と反対の第2導電型
    を有している半導体基体と、 前記第2の半導体領域に直接又は間接に接続された第1
    の電極と、 前記第1の半導体領域に直接又は間接に接続された第2
    の電極と、 前記第1の電極を囲むように前記半導体基体の表面上に
    形成された絶縁膜と、 前記第2の半導体領域を囲む前記第1の半導体領域の表
    面に対向するように前記絶縁膜上に配置され、且つその
    内周側部分が前記第1の電極に接続され、その外周側部
    分が前記第1の半導体領域に接続されている抵抗性導電
    膜とを備えた半導体装置において、 前記抵抗性導電膜に孔が形成され、 前記抵抗性導電膜が帯状部分を有し、 前記孔は前記第1及び第2の半導体領域間のPN接合に
    少なくとも定格の逆バイアス電圧が印加されている時
    に、前記孔に対向する前記第1の半導体領域の部分にも
    空乏層を生じさせることができる大きさに設定されてい
    ることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 実質的に平坦な表面を有する半導体基体
    と、 前記半導体基体の前記表面上に形成され且つショットキ
    バリアを生じさせることができる材料から成る第1の電
    極と、 前記半導体基体にオーミック接合された第2の電極と、 前記第1の電極を囲むように前記半導体基体の表面上に
    形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜上に配置され、且つその内周側部分が前記第
    1の電極に接続され、その外周側部分が前記半導体基体
    に接続されている抵抗性導電膜とを備えた半導体装置に
    おいて、 前記抵抗性導電膜に孔が形成され、 前記抵抗性導電膜が帯状部分を有し、 前記孔は前記第1及び第2の電極間に少なくとも定格の
    逆バイアス電圧が印加されている時に、前記孔に対向す
    る前記半導体基体の部分にも空乏層を生じさせることが
    できる大きさに設定されていることを特徴とする半導体
    装置。
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