JPS63255972A - 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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- JPS63255972A JPS63255972A JP62089773A JP8977387A JPS63255972A JP S63255972 A JPS63255972 A JP S63255972A JP 62089773 A JP62089773 A JP 62089773A JP 8977387 A JP8977387 A JP 8977387A JP S63255972 A JPS63255972 A JP S63255972A
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- JP
- Japan
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- film
- silicon film
- polycrystalline silicon
- phosphorus
- phosphorus concentration
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D64/661—Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes the conductor comprising a layer of silicon contacting the insulator, e.g. polysilicon having vertical doping variation
- H10D64/662—Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes the conductor comprising a layer of silicon contacting the insulator, e.g. polysilicon having vertical doping variation the conductor further comprising additional layers, e.g. multiple silicon layers having different crystal structures
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- Non-Volatile Memory (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (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
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、半導体装置の製造方法に関するもので、特に
多結晶シリコン膜を主成分とする電極又は電極配線とこ
れに積層される絶縁膜とを有する半導体装置の製造方法
に利用される。
多結晶シリコン膜を主成分とする電極又は電極配線とこ
れに積層される絶縁膜とを有する半導体装置の製造方法
に利用される。
(従来技術)
半導体基板主面の絶縁膜上に、多結晶シリコン膜を形成
し、更にその上に絶縁膜を形成した積層膜を電極又は電
極配線として利用する半導体装置は多い。 このような
半導体装置の1例として、EPROM(占き換え可能な
読み出し専用メモリ)をとりあげ、その製造方法につい
て図面を参照して以下説明する。 第2図は従来のヒP
ROMの模式的な断面図であり、第3図はその製造工程
途中の断面図である。 まずP−型シリコン基板1の表
面に、厚さ500スの第1の熱酸化膜2と島状の素子領
域を囲むフィールド酸化膜1aとを形成する。 次にそ
の上に厚さ1000大の第1の多結晶シリコン膜3を低
圧CVD法により形成する。
し、更にその上に絶縁膜を形成した積層膜を電極又は電
極配線として利用する半導体装置は多い。 このような
半導体装置の1例として、EPROM(占き換え可能な
読み出し専用メモリ)をとりあげ、その製造方法につい
て図面を参照して以下説明する。 第2図は従来のヒP
ROMの模式的な断面図であり、第3図はその製造工程
途中の断面図である。 まずP−型シリコン基板1の表
面に、厚さ500スの第1の熱酸化膜2と島状の素子領
域を囲むフィールド酸化膜1aとを形成する。 次にそ
の上に厚さ1000大の第1の多結晶シリコン膜3を低
圧CVD法により形成する。
次にこの多結晶シリコンIIw3にリンを熱拡散により
ドープした後、約1000℃において熱酸化を行い、厚
さ500人の第2の熱酸化1I14を形成する。 次に
全面にコントロールゲートとなる第2の多結晶シリコン
膜5を堆積する。(第3図参照)。 次に写真蝕刻法に
より第2の多結晶シリコンIt!、15、第2の熱酸化
膜4、第1の多結晶シリコン膜3及び第1の熱酸化膜2
を順次エツチングして、第2図に示づようにコントロー
ルゲート15、第2ゲート酸化膜14、フローティング
ゲート13及び第1ゲート酸化膜12を形成する。 次
にこれら積層膜をマスクとしてN型不純物をイオン注入
し、熱処理を行ってN+型トドレイン領域16びN++
ソース領域17を形成するとともに、積層膜外面に後酸
化膜18を形成する。 次に全面にパッシベーション摸
(例えばPSG膜)19を堆積した後、選択的にエツチ
ングしてコンタクトホールを開孔し、更に全面にAI
−3i 131を堆積した後、パクーニングしでドレイ
ン電極20及びソース電極21を形成して第2図に示す
F: P ROMセルを製造する。 前記E l) R
OMは、セルトランジスタのN+型トドレイン領域16
コントロールゲート15とに正の高電圧を加えてフロー
ティングゲート13に電子を注入し、占込みを行うデバ
イスである。 この注入電子は長期間にわたってフロー
ティングゲートに蓄積される必要がある。 しかしなが
ら何らかの偶発的な原因によって正の高電圧がコントロ
ールゲートに印加されると、フローティングゲートに蓄
積されていた注入電子は第2ゲート酸化膜14を経てコ
ントロールゲートに吸収され、知らぬ間に記憶が消去さ
れてしまうことがある。 これは発生頻度がたとえ希れ
であっても、EPROMにとっては致命的な欠陥である
。
ドープした後、約1000℃において熱酸化を行い、厚
さ500人の第2の熱酸化1I14を形成する。 次に
全面にコントロールゲートとなる第2の多結晶シリコン
膜5を堆積する。(第3図参照)。 次に写真蝕刻法に
より第2の多結晶シリコンIt!、15、第2の熱酸化
膜4、第1の多結晶シリコン膜3及び第1の熱酸化膜2
を順次エツチングして、第2図に示づようにコントロー
ルゲート15、第2ゲート酸化膜14、フローティング
ゲート13及び第1ゲート酸化膜12を形成する。 次
にこれら積層膜をマスクとしてN型不純物をイオン注入
し、熱処理を行ってN+型トドレイン領域16びN++
ソース領域17を形成するとともに、積層膜外面に後酸
化膜18を形成する。 次に全面にパッシベーション摸
(例えばPSG膜)19を堆積した後、選択的にエツチ
ングしてコンタクトホールを開孔し、更に全面にAI
−3i 131を堆積した後、パクーニングしでドレイ
ン電極20及びソース電極21を形成して第2図に示す
F: P ROMセルを製造する。 前記E l) R
OMは、セルトランジスタのN+型トドレイン領域16
コントロールゲート15とに正の高電圧を加えてフロー
ティングゲート13に電子を注入し、占込みを行うデバ
イスである。 この注入電子は長期間にわたってフロー
ティングゲートに蓄積される必要がある。 しかしなが
ら何らかの偶発的な原因によって正の高電圧がコントロ
ールゲートに印加されると、フローティングゲートに蓄
積されていた注入電子は第2ゲート酸化膜14を経てコ
ントロールゲートに吸収され、知らぬ間に記憶が消去さ
れてしまうことがある。 これは発生頻度がたとえ希れ
であっても、EPROMにとっては致命的な欠陥である
。
(発明が解決しようとする問題点)
本発明の目的は、多結晶シリコン膜に積層された薄い絶
縁膜の絶縁破壊耐圧を向上させる半導体装置の製造方法
を提供することにある。
縁膜の絶縁破壊耐圧を向上させる半導体装置の製造方法
を提供することにある。
[発明の構成]
(問題点を解決するための手段)
本発明は、半導体基数主面上の第1絶縁膜上にリンを含
まないかリン濃度5X 10” cm−3未満の非単結
晶シリコン膜を反応温度400℃ないし600℃で形成
し、この非単結晶シリコン膜形成に連続してリン濃度5
X 1020c+n−3以上の多結晶シリコン膜を形成
し、このリン濃度5X 10” CU”以上の多結晶シ
リコン膜形成に連続してリンを含まないかリンe a
sx 1o20cm−3未満の多結晶シリコン膜を形成
する第1のl F、1工程と、前記リンを含まないかリ
ンaIJi 5x 1020CIO−3未満の多結晶シ
リコン膜上に第2絶縁膜を形成する第2の積層工程とを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
まないかリン濃度5X 10” cm−3未満の非単結
晶シリコン膜を反応温度400℃ないし600℃で形成
し、この非単結晶シリコン膜形成に連続してリン濃度5
X 1020c+n−3以上の多結晶シリコン膜を形成
し、このリン濃度5X 10” CU”以上の多結晶シ
リコン膜形成に連続してリンを含まないかリンe a
sx 1o20cm−3未満の多結晶シリコン膜を形成
する第1のl F、1工程と、前記リンを含まないかリ
ンaIJi 5x 1020CIO−3未満の多結晶シ
リコン膜上に第2絶縁膜を形成する第2の積層工程とを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
(作用)
本発明の作用を第4図ないし第8図によって説明する。
第4図のように、第1の積層工程で、まず半導体基板の
第1絶縁膜上に反応温度400℃ないし600℃でシリ
コンを堆積させると、結晶化は殆ど進まず非単結晶シリ
コンMu(C膜)が形成され、引続き反応温度を従来技
術の場合と同程度の600℃ないし800℃に上げ多結
晶シリコン膜(B膜およびCFりを形成すると7、粒径
が例えば100ス以下の小さい緻密な第1の多結晶シリ
コン膜〈A膜+ B IIQ + C摸)が形成される
。 即ち、反応温度が従来技術と同程度であっても粒径
が100ス以下の多結晶シリコン膜が従来と同程度の所
要時間で形成される。 この粒径の小さい緻密な第1の
多結晶シリコン膜を電極又は電極配線として、第2の積
層]稈で第2絶縁膜を積層した場合の界面は凹凸も不純
物トラップも減少し高耐圧が得られる。
第1絶縁膜上に反応温度400℃ないし600℃でシリ
コンを堆積させると、結晶化は殆ど進まず非単結晶シリ
コンMu(C膜)が形成され、引続き反応温度を従来技
術の場合と同程度の600℃ないし800℃に上げ多結
晶シリコン膜(B膜およびCFりを形成すると7、粒径
が例えば100ス以下の小さい緻密な第1の多結晶シリ
コン膜〈A膜+ B IIQ + C摸)が形成される
。 即ち、反応温度が従来技術と同程度であっても粒径
が100ス以下の多結晶シリコン膜が従来と同程度の所
要時間で形成される。 この粒径の小さい緻密な第1の
多結晶シリコン膜を電極又は電極配線として、第2の積
層]稈で第2絶縁膜を積層した場合の界面は凹凸も不純
物トラップも減少し高耐圧が得られる。
次に従来法の熱拡散によって形成された第1多結晶シリ
コン膜のリン濃度は、第5図に示すように、電極又は電
極配線の第1絶縁膜に接するAll’!Jおよび第2絶
縁膜に接するC膜のリン濃度はB膜のそれよりも高い。
コン膜のリン濃度は、第5図に示すように、電極又は電
極配線の第1絶縁膜に接するAll’!Jおよび第2絶
縁膜に接するC膜のリン濃度はB膜のそれよりも高い。
それに対して本光明では、前記膜緻密性の改良と複合
させて、第6図に示すように、C膜及びA膜をいずれし
リンを含まないか中間B膜におけるよりもリン濃度を低
濃度にした層で構成したから、第1及び第2の絶縁膜の
耐圧が高くなる。 すなわち、A層のリン濃度に対する
第2ゲート耐圧は第7図に、また0層のリン濃度に対す
る第1ゲート耐圧は第8図に示したが、両図をみてわか
るように、いずれの場合にも、リン濃度が5 x 10
” cm−3未満であると、高い耐圧が維持されること
かわかる。
させて、第6図に示すように、C膜及びA膜をいずれし
リンを含まないか中間B膜におけるよりもリン濃度を低
濃度にした層で構成したから、第1及び第2の絶縁膜の
耐圧が高くなる。 すなわち、A層のリン濃度に対する
第2ゲート耐圧は第7図に、また0層のリン濃度に対す
る第1ゲート耐圧は第8図に示したが、両図をみてわか
るように、いずれの場合にも、リン濃度が5 x 10
” cm−3未満であると、高い耐圧が維持されること
かわかる。
さらに、リンを多結晶シリコン膜形成時に同時に拡散し
ているので、従来のように多結晶シリコン膜を形成後に
リンを拡散することがなく、工程の短縮となる。
ているので、従来のように多結晶シリコン膜を形成後に
リンを拡散することがなく、工程の短縮となる。
(実施例)
本発明の実施例として第1図に示すキャパシタの製造方
法について述べる。 まずシリコン基板51の表面にη
さ500Xの第1の絶縁膜(熱酸化膜)52を形成する
。 次に減圧CVD装置を用い、反応謁1i400℃〜
600℃でシランガス(3i Ha >を熱分解し非単
結晶シリコンM! (92111度ix +o20cr
3)を絶縁膜52上に少なくとも30ス厚堆積する。
反応温度600℃以下では絶縁膜52に吸着された3i
原イの結晶化は殆ど進行せず非単結晶シリコンIf!5
3が形成される。 絶縁膜52の表面は一様な面密度の
非単結晶シリコン膜53で被覆される必要があり、他方
堆積速度が小ざいので必曹以上に厚い膜を形成すると時
間がかかりすぎるので少なくとも30人厚程度とするこ
とが望ましい。 次に前記非単結晶シリコン膜53形成
工程に連続して、即ち基板を外気にさらすことなく、減
圧CVD法で反応温度を600℃〜800℃に上げ、非
単結晶シリコン膜53上にリン濁度IX 10” OU
”の多結晶シリコンII!54を厚さ約1000人積層
し、さらに連続で多結晶シリコン膜(リン濃度lx 1
0” cr’ > 55を500ス積肘する。
法について述べる。 まずシリコン基板51の表面にη
さ500Xの第1の絶縁膜(熱酸化膜)52を形成する
。 次に減圧CVD装置を用い、反応謁1i400℃〜
600℃でシランガス(3i Ha >を熱分解し非単
結晶シリコンM! (92111度ix +o20cr
3)を絶縁膜52上に少なくとも30ス厚堆積する。
反応温度600℃以下では絶縁膜52に吸着された3i
原イの結晶化は殆ど進行せず非単結晶シリコンIf!5
3が形成される。 絶縁膜52の表面は一様な面密度の
非単結晶シリコン膜53で被覆される必要があり、他方
堆積速度が小ざいので必曹以上に厚い膜を形成すると時
間がかかりすぎるので少なくとも30人厚程度とするこ
とが望ましい。 次に前記非単結晶シリコン膜53形成
工程に連続して、即ち基板を外気にさらすことなく、減
圧CVD法で反応温度を600℃〜800℃に上げ、非
単結晶シリコン膜53上にリン濁度IX 10” OU
”の多結晶シリコンII!54を厚さ約1000人積層
し、さらに連続で多結晶シリコン膜(リン濃度lx 1
0” cr’ > 55を500ス積肘する。
(便宜上この工程を第1の積層工程という) 次に約1
000℃において第1の多結晶シリコン膜55を熱酸化
し、厚さ500Xの第2の絶縁膜として熱酸化膜56を
形成する。(便宜上第2の積層工程という) 熱酸化膜
56はこのキャパシタの誘電体膜となる。 次に熱酸化
l!56の上に厚さ3500人、面抵抗20Ωの他の一
方のキャパシタ電極となる第2の多結晶シリコン膜57
を堆積する。 次に写真蝕刻法により積層膜をエツチン
グして第1図に示すキャパシタを製作する。 本発明に
よる前記製造方法により製作したキャパシタと従来の製
造方法により製作したキャパシタとの保持耐圧を比較測
定した。 第9図にその結果を示す。
000℃において第1の多結晶シリコン膜55を熱酸化
し、厚さ500Xの第2の絶縁膜として熱酸化膜56を
形成する。(便宜上第2の積層工程という) 熱酸化膜
56はこのキャパシタの誘電体膜となる。 次に熱酸化
l!56の上に厚さ3500人、面抵抗20Ωの他の一
方のキャパシタ電極となる第2の多結晶シリコン膜57
を堆積する。 次に写真蝕刻法により積層膜をエツチン
グして第1図に示すキャパシタを製作する。 本発明に
よる前記製造方法により製作したキャパシタと従来の製
造方法により製作したキャパシタとの保持耐圧を比較測
定した。 第9図にその結果を示す。
縦軸は第1の多結晶シリコン膜と第2の多結晶シリコン
膜との間に電圧を印加したときの熱酸化膜56の耐圧を
電界強度で示した値、横軸はリン濃度を表したものであ
る。 ○印は本発明、・印は従来のそれぞれの製造方法
による値で、交叉する垂直部分はそのバラツキを示す。
膜との間に電圧を印加したときの熱酸化膜56の耐圧を
電界強度で示した値、横軸はリン濃度を表したものであ
る。 ○印は本発明、・印は従来のそれぞれの製造方法
による値で、交叉する垂直部分はそのバラツキを示す。
この図より明らかなように本発明の製造方法により耐
圧は向上する。
圧は向上する。
前記実施例の第2の積層工程においては、第1の多結晶
シリコン膜55を熱酸化して絶縁III (シリコン酸
化II!J56)を積層したが、他の絶縁物を堆積して
も本発明の効果は得られる。 また本実施例はEPRO
Mのキャパシタについて述べたが、多結晶シリコンを主
成分とする電極又は電極配線と絶縁膜を介して他の導電
層と対向する構成要素を有するその他の半導体装置の製
造方法に対しても本発明は勿論適用できる。
シリコン膜55を熱酸化して絶縁III (シリコン酸
化II!J56)を積層したが、他の絶縁物を堆積して
も本発明の効果は得られる。 また本実施例はEPRO
Mのキャパシタについて述べたが、多結晶シリコンを主
成分とする電極又は電極配線と絶縁膜を介して他の導電
層と対向する構成要素を有するその他の半導体装置の製
造方法に対しても本発明は勿論適用できる。
[発明の効果]
本発明の製造方法においては、シリコン原子の吸着点が
高濃度に分布すると推定される非単結晶シリコン膜を下
地として多結晶シリコン膜(リン濃度5x 10” c
e−3以上)を堆積するため、その粒径は小さく例えば
100X以下となると共に緻密な膜となり、また従来の
ように多結晶シリコン膜を形成してからリンを拡散する
ことがなく、工程短縮につながる。 さらに絶縁膜を積
層してもその界面においては結晶の凹凸等電界集中を生
ずる局所も大幅に減少し、またリン濃度5X 1020
CIl−3以上の多結晶シリコン膜上に通常(リンを含
まないかリン濃度5 x 10” cra−”未満)の
多結晶シリコン膜を堆積しているので、絶縁膜を積台し
ても絶縁膜中へのリンの拡散が減少し、前記膜緻密性と
複合して耐圧を向上できる。
高濃度に分布すると推定される非単結晶シリコン膜を下
地として多結晶シリコン膜(リン濃度5x 10” c
e−3以上)を堆積するため、その粒径は小さく例えば
100X以下となると共に緻密な膜となり、また従来の
ように多結晶シリコン膜を形成してからリンを拡散する
ことがなく、工程短縮につながる。 さらに絶縁膜を積
層してもその界面においては結晶の凹凸等電界集中を生
ずる局所も大幅に減少し、またリン濃度5X 1020
CIl−3以上の多結晶シリコン膜上に通常(リンを含
まないかリン濃度5 x 10” cra−”未満)の
多結晶シリコン膜を堆積しているので、絶縁膜を積台し
ても絶縁膜中へのリンの拡散が減少し、前記膜緻密性と
複合して耐圧を向上できる。
第1図は本発明の製造方法により製作した平板電極を有
するキャパシタの断面図、第2図は従来の製造方法を説
明するためのE P ROMの断面図、第3図はこのE
PROMの製造工程における基板部分断面図、第4図な
いし第8図は本発明の詳細な説明する図、第9図は本発
明及び従来のそれぞれの製造方法によるキャパシタの耐
圧比較結果を示す図である。 51・・・半導体基板 52・・・第1絶縁躾、 53
・・・非単結晶シリコン膜(リン1度5X 1020C
I−’未満)、 54・・・多結晶シリコンIt!J(
リン濃度5X1020c「3以上)、 55・・・多結
晶シリコン!IU(リン濃度5X 10” cm−’未
満)、 56・・・第2絶縁膜、57・・・多結晶シリ
コン膜。 第1図 第3図 第4図 A膜すン濃度(cll−’ 1 第7図 第8図 すZ一度(cr3) 第9図
するキャパシタの断面図、第2図は従来の製造方法を説
明するためのE P ROMの断面図、第3図はこのE
PROMの製造工程における基板部分断面図、第4図な
いし第8図は本発明の詳細な説明する図、第9図は本発
明及び従来のそれぞれの製造方法によるキャパシタの耐
圧比較結果を示す図である。 51・・・半導体基板 52・・・第1絶縁躾、 53
・・・非単結晶シリコン膜(リン1度5X 1020C
I−’未満)、 54・・・多結晶シリコンIt!J(
リン濃度5X1020c「3以上)、 55・・・多結
晶シリコン!IU(リン濃度5X 10” cm−’未
満)、 56・・・第2絶縁膜、57・・・多結晶シリ
コン膜。 第1図 第3図 第4図 A膜すン濃度(cll−’ 1 第7図 第8図 すZ一度(cr3) 第9図
Claims (1)
- 1 半導体基板主面上の第1絶縁膜上にリンを含まない
かリン濃度5×10^2^0cm^−^3未満の非単結
晶シリコン膜を反応温度400℃ないし600℃で形成
し、この非単結晶シリコン膜形成に連続してリン濃度5
×10^2^0cm^−^3以上の多結晶シリコン膜を
形成し、このリン濃度5×10^2^0cm^−^3以
上の多結晶シリコン脱形成に連続してリンを含まないか
リン濃度5×10^2^0cm^−^3未満の多結晶シ
リコン膜を形成する第1の積層工程と、前記リンを含ま
ないかリン濃度5×10^2^0cm^−^3未満の多
結晶シリコン膜上に第2絶縁膜を形成する第2の積層工
程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62089773A JPS63255972A (ja) | 1987-04-14 | 1987-04-14 | 半導体装置の製造方法 |
| EP88105805A EP0287031B1 (en) | 1987-04-14 | 1988-04-12 | High breakdown voltage insulating film provided between polysilicon layers |
| DE3852903T DE3852903T2 (de) | 1987-04-14 | 1988-04-12 | Hohe Durchbruchspannung aufweisende isolierende Schicht, die zwischen Polysilizium-Schichten liegt. |
| KR1019880004263A KR910006592B1 (ko) | 1987-04-14 | 1988-04-14 | 반도체장치 및 그 제조방법 |
| US07/524,666 US5237196A (en) | 1987-04-14 | 1990-04-30 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62089773A JPS63255972A (ja) | 1987-04-14 | 1987-04-14 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63255972A true JPS63255972A (ja) | 1988-10-24 |
| JPH0581193B2 JPH0581193B2 (ja) | 1993-11-11 |
Family
ID=13979997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62089773A Granted JPS63255972A (ja) | 1987-04-14 | 1987-04-14 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0287031B1 (ja) |
| JP (1) | JPS63255972A (ja) |
| KR (1) | KR910006592B1 (ja) |
| DE (1) | DE3852903T2 (ja) |
Cited By (2)
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