JPH11330378A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH11330378A
JPH11330378A JP10155196A JP15519698A JPH11330378A JP H11330378 A JPH11330378 A JP H11330378A JP 10155196 A JP10155196 A JP 10155196A JP 15519698 A JP15519698 A JP 15519698A JP H11330378 A JPH11330378 A JP H11330378A
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electrode
capacitor
ohmic
electrodes
semiconductor device
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JP10155196A
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Yasushi Yokoi
靖 横井
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10D1/68Capacitors having no potential barriers
    • H10D1/692Electrodes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/01Manufacture or treatment
    • H10D84/0123Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs
    • H10D84/0126Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs the components including insulated gates, e.g. IGFETs
    • H10D84/0144Manufacturing their gate insulating layers
    • HELECTRICITY
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    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/80Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs
    • H10D84/811Combinations of field-effect devices and one or more diodes, capacitors or resistors

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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来は、キャパシタの上層電極及び下層電極
は、他の素子の電極とは関係なく作成されていたので、
半導体装置の製造工程が複雑となっていた。本発明で
は、キャパシタの電極の一方をオーミック電極と同時に
形成する。 【解決手段】 GaAs基板1のFET領域に設けられ
た活性層2の両端部(コンタクト層4)などの上にオー
ミック電極(ソース電極、ドレイン電極)8を形成する
際、キャパシタ形成領域にもオーミック電極と同一の金
属材料(AuGe/Ni/Au)を堆積させて下層電極
24を形成する。下層電極24の上に、SiNx膜25
を形成し、その上に上層電極24を重ねてMIMキャパ
シタ28を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関す
る。特に、半導体装置にキャパシタを形成するための技
術に関する。
【0002】
【従来の技術】FET(電界効果トランジスタ)、半導
体抵抗素子及びMIM(Metal-Insulator-Metal)キャ
パシタを有する従来の半導体装置の構造及び製造方法を
図1(a)〜(d)及び図2(e)〜(h)により説明
する。まず、イオン注入法により、半絶縁性GaAs基
板1の表層にSiをドープし、熱処理により活性化して
活性層(n型領域)2及び半導体抵抗層(n型領域)3
を形成する。さらに、活性層2及び半導体抵抗層3の各
両端部領域にSiを高濃度にドープし、熱処理により活
性化してコンタクト層(n+領域)4,5を形成する
[図1(a)]。
【0003】活性層2、半導体抵抗層3及びコンタクト
層4,5を形成し終えると、GaAs基板1の全面にS
iNx膜6を形成し[図1(b)]、FETのオーミッ
ク電極やショットキー電極及び半導体抵抗素子のオーミ
ック電極を形成しようとする領域において、SiNx膜
6をフォトリソグラフィやエッチング工程により選択的
に除去して開口7を設ける[図1(c)]。ついで、フ
ォトリソグラフィ、蒸着、リフトオフ等の工程を用いる
ことにより、各コンタクト層4,5にAuGe/Ni系
のオーミック電極8,9を形成し、オーミック電極8,
9に熱処理を施した後、活性層2の上にショットキー電
極10を設ける[図1(d)]。これによって、GaA
s基板1の表面には、FET11及び半導体抵抗素子
(注入抵抗)12が作り込まれる。
【0004】この後、GaAs基板1の全面にフォトレ
ジスト13を塗布し、フォトリソグラフィによりキャパ
シタの下面電極形成領域を開口し、この上からTi/P
t/Auからなる電極材料14を順次蒸着させる[図2
(e)]。ついで、フォトレジスト13を剥離すること
によりリフトオフで、SiNx膜6上にTi/Pt/A
uからなる下層電極15を形成する[図2(f)]。つ
いで、下層電極15の上から、GaAs基板1全体をS
iNx膜16で覆い、SiNx膜16には、下層電極15
に配線するための開口17をあける[図2(g)]。つ
ぎに、フォトリソグラフィ、蒸着、リフトオフ等の工程
を用いることにより、キャパシタ領域において、SiN
x膜16の上にTi/Au又はTi/Pt/Auからな
る上層電極18を形成する[図2(h)]。これによっ
て、GaAs基板1上には、SiNx膜(誘電体層)1
6を介して上層電極18と下層電極15を対向させたM
IMキャパシタ19が作製される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】半導体基板上に形成さ
れる電界効果トランジスタ(FET)、ヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタ(HBT)、ダイオード(ショット
キーバリアダイオード)、半導体抵抗(エピ抵抗、注入
抵抗)等に用いられているオーミック電極は、半導体
(活性層)とオーミック接触をとることを目的としてい
るが、それにはオーミック電極を一部半導体内部ヘ拡散
させるアロイングと呼ばれる合金化熱処理を必要とす
る。この合金化熱処理のため、オーミック電極は、その
表面粗さ(モフォロジー)が熱処理なしのものよりも大
きくなり、耐圧等に影響する恐れがあるので、通常の配
線には不向きであると考えられていた。特に、オーミッ
ク電極は、半導体とオーミック接合させるのが目的であ
るから、絶縁膜上に形成するようなことはなかった。
【0006】また、キャパシタの上層電極、下層電極と
も絶縁膜上に形成されるため、耐圧等が必要とされるキ
ャパシタの上層電極及び下層電極としては、オーミック
電極と同一の金属材料を用いることはなく、オーミック
電極とは別な金属材料(例えば、Ti/AuやTi/P
t/Au)によって形成されていた。
【0007】この結果、従来の半導体装置にあっては、
キャパシタの上層電極及び下層電極はいずれも、FET
やダイオード等の素子とは別な金属材料を用いて、別な
工程によって製作されており、半導体装置の製造工程を
複雑にし、電気的特性の信頼性にも影響を及ぼしてい
た。
【0008】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、キャパシタの上層電極
又は下層電極をオーミック電極と同一の金属材料で形成
することにより、半導体装置の製造工程を簡略化し、電
気的特性の信頼性を向上させることにある。
【0009】
【発明の開示】本発明による半導体装置は、誘電体層を
介して一対の電極を対向させたキャパシタと、当該キャ
パシタ以外の素子とを半導体基板に形成した半導体装置
において、前記キャパシタ以外の素子のオーミック電極
と、前記キャパシタのいずれか一方の電極とを同一の金
属材料によって形成したことを特徴としている。
【0010】本発明にあっては、キャパシタのいずれか
一方の電極をオーミック電極と同一の金属材料によって
形成しているので、キャパシタの電極のうち一方の電極
をオーミック電極と同一工程により同時に形成すること
ができ、電極形成プロセスにおいて管理すべきプロセス
パラメータ(フォトリソグラフィ条件、蒸着条件等)も
減らすことができる。従って、本発明によれば、FET
等の素子とキャパシタの電極形成に必要なプロセス数や
管理パラメータを減らすことができ、半導体装置の製造
工程を簡略化することができ、製造コストを削減でき
る。また、製造プロセスを簡略化し、管理パラメータを
減らすことにより、半導体装置の電気的特性のバラツキ
を小さくし、電気的特性の信頼性向上も図ることができ
る。
【0011】ここで、オーミック電極と同一金属材料に
よって形成されるキャパシタの電極は、半導体基板の上
方に形成された絶縁膜の上面に形成するのが好ましい
が、半導体基板上に直接に形成してもよい。
【0012】本発明の発明者が実験に基づいて得た知見
では、オーミック電極を絶縁膜(例えば、SiNx膜、
SiO2膜、SiON膜など)の上に形成すれば、合金
化熱処理後でもその表面粗さはほとんど変化しなかっ
た。むしろ、オーミック電極と絶縁膜との密着性は、熱
処理することにより、熱処理する前より向上することも
分かった。
【0013】従って、絶縁膜上にキャパシタの電極を形
成することにより、当該電極にオーミック電極と同一金
属材料を用いても、熱処理による表面粗さの劣化がない
平滑な電極を得ることができ、耐圧等のキャパシタ特性
の信頼性を十分に高めることができる。
【0014】また、絶縁膜上でなく、半導体基板上にオ
ーミック電極と同一金属材料からなる下層電極を形成
し、そのキャパシタ特性を調べたところ、従来のMIM
キャパシタと差異のない特性が得られた。特に、従来、
表面粗さの違いが表れると考えられていた耐圧において
も、全く差異がなかった。
【0015】また、同一金属材料によって形成されてい
るオーミック電極とキャパシタの電極とは、350℃以
上450℃以下の温度で熱処理するのが望ましい。これ
は、通常オーミック電極の熱処理に用いられている温度
条件であるから、オーミック電極に対する従来の温度条
件を変更したり、複雑にしたりすることがないことを意
味する。
【0016】また、オーミック電極と同一材料によって
形成されるキャパシタの電極は、少なくともAu、Ge
及びNiを含むものを用いることができ、特別なオーミ
ック電極用の金属材料も必要としない。
【0017】
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)FET、半導
体抵抗素子及びMIMキャパシタを有する本発明の一実
施形態による半導体装置の構造及び製造方法を図3
(a)〜(d)及び図4(e)〜(h)により説明す
る。まず、イオン注入法により、半絶縁性GaAs基板
1の表層にSiをドープし、熱処理により活性化して活
性層(n型領域)2及び半導体抵抗層(n型領域)3を
形成する。さらに、活性層2及び半導体抵抗層3の各両
端部領域にSiを高濃度にドープし、熱処理により活性
化してコンタクト層(n+領域)4,5を形成する[図
3(a)]。
【0018】ついで、GaAs基板1の表面全体にSi
Nx膜6を形成し[図3(b)]、FET、半導体抵抗
素子及びキャパシタを形成しようとする領域において、
SiNx膜6をフォトリソグラフィやエッチング工程に
より選択的に除去して開口7を設ける[図3(c)]。
【0019】この後、GaAs基板1の表面にフォトレ
ジスト21を塗布し、フォトリソグラフィ法によりフォ
トレジスト21にFETのオーミック電極(ソース電
極、ドレイン電極)、半導体抵抗素子のオーミック電極
(端子電極)及びキャパシタの下層電極を形成しようと
する領域を除去して開口部22を設け、この上からオー
ミック電極用の金属材料23を蒸着させる[図3
(d)]。オーミック電極用の金属材料23は、AuG
e(100nm厚)、Ni(30nm厚)、Au(10
0nm厚)を順次積層する。ついで、フォトレジスト2
1をエッチング除去すると、リフトオフによりFETの
オーミック電極8、半導体抵抗素子のオーミック電極9
及びキャパシタの下層電極24が形成される。次に、N
2雰囲気中において400℃、5分の熱処理を行って各
オーミック電極8,9と下層電極24をGaAs基板1
にオーミック接合させる[図4(e)]。こうして、G
aAs基板1上には、半導体抵抗素子12が作製され
る。
【0020】また、このとき同時に、キャパシタの下層
電極24とFETのオーミック電極8や半導体抵抗素子
12のオーミック電極9との間の配線も、オーミック電
極8,9等と同一の金属材料を用いて同時に作製する。
なお、半導体基板上にヘテロ接合バイポーラトランジス
タ(HBT)やダイオードも形成する場合には、HBT
のオーミック電極(エミッタ電極、コレクタ電極)やダ
イオードのオーミック電極(アノード電極)もこの工程
で同時に作製することができる。
【0021】つぎに、FET領域の活性層2の上にショ
ットキー電極(ゲート電極)10を形成する[図4
(f)]。これによってGaAs基板1上には、FET
11が作製される。
【0022】ついで、GaAs基板1全体をSiNx膜
25で覆い、SiNx膜25に下層電極配線用の開口2
6をあける[図4(g)]。さらに、SiNx膜25の
上には、フォトリソグラフィ、電極材料(Ti、Ptお
よびAu)の蒸着及びリフトオフの工程を経て、下層電
極24と対向させるようにして、Ti/Pt/Auから
なる上層電極27を形成する[図2(g)]。これによ
ってGaAs基板1上には、上層電極27と下層電極2
4との間にSiNx膜(誘電体層)25を挟んだ構造の
MIMキャパシタ28が作製される。
【0023】オーミック電極は熱処理によってその表面
粗さが大きくなるので、オーミック電極と同一の金属材
料を用いてキャパシタの電極を作製すると、耐圧等の劣
化が生じ、そのためキャパシタには用いることができな
いと、従来より考えられていた。しかし、上記のよう
に、オーミック電極8,9と同一金属材料を用いてキャ
パシタ28の下層電極24を形成しても、オーミック電
極8,9とは別な金属材料を用いて上層電極及び下層電
極を形成したキャパシタと同様、良好なキャパシタ特性
を得ることができた。
【0024】上記のように、このような構造の半導体装
置によれば、FET11や半導体抵抗素子12の各オー
ミック電極8,9とキャパシタ28の下層電極24を同
一材料で、しかも同時に形成できるので、フォトリソグ
ラフィ条件や電極金属の蒸着条件などを管理するプロセ
スパラメータを減らすことができ、半導体装置作製のた
めの電極作製プロセスを1工程減らすことができる。ま
た、FETや抵抗等の素子とキャパシタの下層電極を接
続する配線も、オーミック電極と同一金属材料によって
同時に形成できるので、別途配線パターンを用いて複雑
な配線を作製するプロセスを必要としない。従って、半
導体装置の製造プロセスを簡略化でき、製造コストを安
価にできる。また、工程数の削減により、特性のバラツ
キも小さくでき、電気的特性の信頼性向上も図ることが
できる。
【0025】(第2の実施形態)つぎに、本発明の別な
実施形態による半導体装置の構造及び製造方法を図5
(a)〜(d)及び図6(e)〜(h)により説明す
る。まず、イオン注入法により、半絶縁性GaAs基板
1の表層にSiをドープし、熱処理により活性化して活
性層2及び半導体抵抗層3を形成する。さらに、活性層
2及び半導体抵抗層3の各両端部領域にSiを高濃度に
ドープし、熱処理により活性化してコンタクト層4,5
を形成する[図5(a)]。
【0026】ついで、GaAs基板1の表面全体にSi
Nx膜6を形成し[図5(b)]、FET及び半導体抵
抗素子を形成しようとする領域において、SiNx膜6
をフォトリソグラフィやエッチング工程により選択的に
除去して開口7を設ける[図5(c)]。
【0027】この後、GaAs基板1の表面にフォトレ
ジスト21を塗布し、FETのオーミック電極(ソース
電極、ドレイン電極)、半導体抵抗素子のオーミック電
極(端子電極)及びキャパシタの下層電極を形成しよう
とする領域で、フォトリソグラフィ法によりフォトレジ
スト21に開口22をあけ、この上からオーミック電極
用の金属材料23を蒸着させる[図5(d)]。オーミ
ック電極用の金属材料23は、AuGe(100nm
厚)、Ni(30nm厚)、Au(100nm厚)を順
次積層する。ついで、フォトレジスト21をエッチング
除去すると、リフトオフによりFETのオーミック電極
8、半導体抵抗素子のオーミック電極9及びキャパシタ
の下層電極24が同時に形成される。次に、N2雰囲気
中において400℃、5分の熱処理を行ってオーミック
電極8,9をGaAs基板1上にオーミック接合させる
[図6(e)]。こうして、GaAs基板1上には、半
導体抵抗素子12が作製され、SiNx膜6の上にキャ
パシタの下層電極24が形成される。このとき同時に、
キャパシタの下層電極24とFETのオーミック電極8
や半導体抵抗素子12のオーミック電極9との間の配線
も、オーミック電極8,9等と同一の金属材料を用いて
同時に作製する。
【0028】つぎに、FET領域の活性層2の上にショ
ットキー電極(ゲート電極)10を形成する[図6
(f)]。これによってGaAs基板1上には、FET
11が作製される。
【0029】ついで、GaAs基板1全体をSiNx膜
25で覆い、SiNx膜25に配線用の開口26をあけ
る[図6(g)]。さらに、SiNx膜25の上には、
フォトリソグラフィ、電極材料(Ti、PtおよびA
u)の蒸着及びリフトオフの工程を経て、下層電極24
と対向させるようにして、Ti/Pt/Auからなる上
層電極27を形成する[図6(h)]。これによってG
aAs基板1上には、上層電極27と下層電極24との
間にSiNx膜25を挟んだ構造のMIMキャパシタ2
8が作製される。
【0030】GaAs基板1上に形成されたオーミック
電極は合金化のための熱処理によってその表面粗さが大
きくなるが、SiNx膜の上にオーミック電極と同一の
金属材料を形成した場合には、熱処理しても表面粗さが
劣化することなく熱処理前と差異のない良好なモフォロ
ジーを保つことができる。従って、オーミック電極8,
9と同一金属材料を用いて下層電極24を形成しても、
耐圧等のキャパシタ特性の信頼性を充分に高めることが
できる。しかも、SiNx膜6の上に下層電極24を形
成すれば、合金化のための熱処理によって下層電極24
(AuGe/Ni/Au)とSiNx膜6との密着性を
向上させることができる。さらに、このような構造で
も、オーミック電極8,9とキャパシタ28の下層電極
24を同時に作製できるので、製造を簡単にでき、製造
コストを安価にできる。
【0031】(第3の実施形態)つぎに、本発明のさら
に別な実施形態による半導体装置の構造及び製造方法を
図7(a)〜(e)により説明する。まず、イオン注入
法により、半絶縁性GaAs基板1の表層にSiをドー
プし、熱処理により活性化して活性層2及び半導体抵抗
層3を形成する。さらに、活性層2及び半導体抵抗層3
の各両端部領域とキャパシタ形成領域にSiを高濃度に
ドープし、熱処理により活性化してコンタクト層4,5
とキャパシタの下層電極(n+領域)31を形成する
[図7(a)]。
【0032】ついで、GaAs基板1の表面全体にSi
Nx膜6を形成し[図7(b)]、FETや半導体抵抗
素子等を形成しようとする領域において、SiNx膜6
をフォトリソグラフィやエッチング工程により選択的に
除去して開口7を設ける[図7(c)]。このとき同時
に、下層電極31の一部を露出させるための開口32も
SiNx膜6にあける。
【0033】この後、GaAs基板1の表面にフォトレ
ジスト(図示せず)を塗布し、フォトリソグラフィ法に
よりフォトレジストにFETのオーミック電極(ソース
電極、ドレイン電極)、半導体抵抗素子のオーミック電
極(端子電極)、下層電極31のオーミック電極(端子
電極)およびキャパシタの上層電極を形成するため各領
域を開口し、この上からオーミック電極用の金属材料を
蒸着させる。オーミック電極用の金属材料は、AuGe
(100nm厚)、Ni(30nm厚)、Au(100
nm厚)を順次積層する。ついで、フォトレジストをエ
ッチング除去すると、リフトオフによりFETのオーミ
ック電極8、半導体抵抗素子のオーミック電極9、下層
電極31のオーミック電極33およびキャパシタの上層
電極34が形成される。次に、N2雰囲気中において4
00℃、5分の熱処理を行ってオーミック電極8,9,
33をGaAs基板1にオーミック接合させる[図7
(d)]。こうして、SiNx膜6の上に上層電極34
を形成され、GaAs基板1上には、半導体抵抗素子1
2とキャパシタ35が作製される。このとき同時に、キ
ャパシタ35の上層電極34や下層電極31のオーミッ
ク電極33とFETのオーミック電極8や半導体抵抗素
子12のオーミック電極9との間の配線も、オーミック
電極8,9,33等と同一の金属材料を用いて同時に作
製する。
【0034】つぎに、FET領域の活性層2の上にショ
ットキー電極(ゲート電極)10を形成する[図7
(e)]。これによってGaAs基板1上には、FET
11が作製される。
【0035】この場合にも、キャパシタ35の上層電極
34はオーミック電極8,9,33と同一工程により作
製されるので、半導体装置の製造工程を簡略化し、製造
コストを安価にすることができる。また、上層電極34
をSiNx膜6の上に形成することにより、合金化熱処
理しても表面粗さが劣化することなく熱処理前と差異の
ない良好なモフォロジーを保つことができ、耐圧等のキ
ャパシタ特性の信頼性を充分に高めることができる。し
かも、SiNx膜6の上に上層電極34を形成すれば、
合金化のための熱処理によって上層電極34(AuGe
/Ni/Au)とSiNx膜6との密着性を向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は、従来例による半導体装置の
構造及び製造方法を説明する概略断面図である。
【図2】(e)〜(h)は同上の続図である。
【図3】(a)〜(d)は本発明の一実施形態による半
導体装置の構造及び製造方法を説明する概略断面図であ
る。
【図4】(e)〜(h)は同上の続図である。
【図5】(a)〜(d)は本発明の別な実施形態による
半導体装置の構造及び製造方法を説明する概略断面図で
ある。
【図6】(e)〜(h)は同上の続図である。
【図7】(a)〜(e)は本発明のさらに別な実施形態
による半導体装置の構造及び製造方法を説明する概略断
面図である。
【符号の説明】
1 半絶縁性GaAs基板 6 SiNx層 8,9 オーミック電極 11 FET 12 半導体抵抗素子 24 キャパシタの下層電極 25 SiNx膜 27 キャパシタの上層電極 28 MIMキャパシタ 31 キャパシタの下層電極 34 キャパシタの上層電極 35 キャパシタ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体層を介して一対の電極を対向させ
    たキャパシタと、当該キャパシタ以外の素子とを半導体
    基板に形成した半導体装置において、 前記キャパシタ以外の素子のオーミック電極と、前記キ
    ャパシタのいずれか一方の電極とを同一の金属材料によ
    って形成したことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 オーミック電極と同一材料で形成された
    前記電極は、半導体基板の上方に成膜された絶縁膜の上
    面に形成されていることを特徴とする、請求項1に記載
    の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記オーミック電極と前記キャパシタの
    いずれか一方の電極とを同一の金属材料によって同時に
    形成し、350℃以上450℃以下の温度で熱処理した
    ことを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 オーミック電極と同一材料で形成された
    前記電極は、少なくともAu、Ge及びNiを含むもの
    であることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装
    置。
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