JPS58119651A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPS58119651A
JPS58119651A JP172682A JP172682A JPS58119651A JP S58119651 A JPS58119651 A JP S58119651A JP 172682 A JP172682 A JP 172682A JP 172682 A JP172682 A JP 172682A JP S58119651 A JPS58119651 A JP S58119651A
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Takashi Morimoto
孝 森本
Susumu Muramoto
村本 進
Kohei Ebara
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体素子表面が平坦でかつ高密度導電配線
を有する半導体装置およびその製造方法・に・則するも
のである。
まず、従来技術の代表的な構成例を図面を用いて説明し
、その問題点を述べる。
第1図fa)〜(d)は従来のM OS トランジスタ
の製清方法の主要工程を説明するための断面図で、同1
ヌ1(d)は完成した主要部の構造を示している。図に
おいて、1はl\40Sトランジスタ、2は半導体基板
(p形単結晶Si基板)、6は素子間分離領域(1厚い
5i024 )、6′は厚さが連続的に変化するS i
 ()2膜、4は絶縁膜(ゲート酸化膜)、5はゲート
電極、6及び6′はソース及びドレイン用n導電形領域
(n+拡牧層)、7,9は導電材料で形成した配線(電
極)、8は絶縁膜、10シコンタクトホールである。素
子間分離領域6はMOSトランジスタ1を他のトランジ
スタと互いに電気的に絶縁するために設けられたもので
あり、通常用いられている素子間分離法である。この素
子間分離:+(t V (厚い5102模)3は耐酸化
膜をマスクに、S+基板20表面を選択的に熱酸化する
ことにより形成されるため、この素子間分離法は選択酸
化法と呼ばれる。
このような構造のMOS)ランジスタの製置はまず第1
図(a)に示すように、半導体主面に絶縁膜8を形成し
、次いで第1図(b)に示すように、所定使者にエツチ
ングによりコンタクトホール10を穿設する。次に絶縁
膜8の表面に導電材料1t911を形成して第1図(C
)に示す構造を得る。これにホトエツチングによってパ
ターンニングを施して配線(電極)7.9を形成して第
1図Td)のMOS)ランジスタ1を得る。
このように絶縁膜8の所定領域にエツチングを施してコ
ンタクトホール10が形成されるので、n+拡散層6.
6′の上にコンタクトホール10を介して配線7.9を
形成すると、配線7,9の膜厚が不均一になるとともに
、+VO8)ランジスタ1の表面には、ゲート電極5と
絶縁膜8の厚さに応じて凹凸が形成される。また、絶縁
膜8もゲート電極5の厚さ分だけ盛り上がった段部を有
するため、絶縁膜8上に形成された配線7,9のパター
ンニング精度が低下する。
その8川、このようなMOS)ランジスタ構造では、段
九部分で配線の断線や;妾触不良が発生しbく、抵抗値
もばらつき易い。また、計拡散層6.6′と配線7.9
との間で接触不良が発生し易い。四に、コンタクトホー
ル11Jの穿設工程では高い・−γ詩法め精度が要求さ
れ、半導体装置の製造歩留りがυ゛7い等の問題点があ
った。
第2図は従来のMOSダイナミックメモリセルの要部構
造を説明するための断面図である。図にオjいて、前出
のものと同一符号のものは同一または均等部分を示すも
のとする。6″はビット線用n+拡散層、12はワード
線用配線、13は例えば多。
結晶シリコンで形成したMOSキャパシタ用電極、14
は絶縁、莫である。
この構造のメモリセルの利点は、ワード線用のコンタク
トホール10の位置決めマージンが拡大できること、及
びワード線用配線(導電材料)12とM O’Sキャバ
ンタ用電極16の分離幅が位置合わせ精度によらず微細
化できることである。
しかし、このメモリセル構造は次のような欠点がある。
即ち、ワード線用配線12はゲート1々1ヒ模4の上に
直接に堆積されているとともに、MOSキャパシタ用電
極16の上にも絶縁膜14を介して堆積されているため
、ワード線用配線12の上にコンタクトホール10を介
して導電材料層(配線部)11を形成すると、メモリセ
ルの表面にはMOSキャパシタ用電極16と絶縁膜14
とワード線用配線12の厚さに応じた凹凸が形成され、
導電材料層11の膜厚が不均一になり断線が生じやすく
なっている。
本発明はこれらの問題点を解消するためになされたもの
で、配線、電極の表面が平坦な露出部を有し、かつ配線
や電極のバタン分離幅の微細化をはかることのできる半
導体装置を提供するものであり、その第1の目的はデバ
イス表面が平坦でかつ高密度配線された新規なLSIを
提供することにある。第2の目的は本発明装置を簡単に
実現できる製造方法を提供することにある。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するなお、説
明を簡明にするために、各部の材質や半導体の導電形を
規定して説明する′が、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、材質を変更した場合及び導電形や印加電圧の
極性を反対にした場合にも本発明が適用されることは勿
論である。
第6図fa)〜(f)は本発明に係る半導体装置の第1
の実施例の製造方法の主要工程γ、で説明するための断
面図で、同図(f)は完成したn−・−ヤネル電界効果
トランジスタの主要部の構造を示している。
第6図(f)に示した半導体装置は、従来技術で説明し
た第11q(d)の構造に対応すて)ものであり、p形
単結晶8i7)基板2の主面にゲー ト酸化膜4を介し
て導電材料(例えば多結晶シリコン)で形成したゲート
電極5を有するとともに、基板主面に形成されたソース
用n導電形領域乙の上に直接に堆積されて電気接点を形
成する導電材料で形成した配線7と、ドレイン用n導電
形領域6′の上に直接に堆積されて電気接点を形成する
導電材料で形成した配線9を設けたものである。このよ
うに構成したことにより、配線、電極の露出表面の平坦
化と、ゲート電極と配線路の分離幅の微細化が容易に達
成することができる。
次に第3図の図面の順番に対応させて、上記本発明の半
導体装置の製造方法を説明する。
famp形単結晶8iの基板2の主面からまず基板をM
oをマスクに選択的にエツチングし、エツチング深さく
例えば約1μm)に準じて5102膜をイオンビームス
パッタ法、ECR型プラズマ堆積法等により堆積した後
、MOマスクを溶解してリフトオフ法によりエツチング
のなされていない領域(Moマスク上)に堆積されたS
 i02嘆を除去することにより、素子間分離領域(厚
いS i02膜)3を形成する。次いで基板表面を熱酸
化して絶縁膜(8i02膜、ゲート酸化膜)4を形成し
、さらに多結晶Si層(第1の導電材料層となる)15
を形成する。この多結晶S1層15上に高融点金属Mo
を1スパツタ、蒸着法等で堆積し、ホトエツチングによ
ってゲート電極のパタン16を形成する。
(b):  バタン(Moのマスク)16で覆われてい
ない部分の多結晶Si層15と5i02嘆(ゲート酸化
膜)4をエツチングし、基板2の主面17をfpl出さ
せる。
(C):  上記Moのマスク16とエツチング工程で
残された部分を含む基板20表表面体に8i膜(第2の
導電材料層となる)18.18’をスパッタ法ECR型
プラズマ堆積法等の堆積法で堆積する。
本実施例ではECR型プラズマ堆積法を用いたが、その
理由は、この方法によるとプラズマの方向性を利用でき
、かつマスクとエツチング工程で残された部分の側壁に
付着するSi膜18′の膜質が堆積中に活性化されにく
いので不純物を含んだままの8i膜ができ、従って後の
エツチング工程での7字溝形成が容易に行なえるからで
ある。
(d):  上記Si膜の一部をエツチングする。本実
施例では、フン酸系のエツチング液を用い等方性工、チ
ングを行なった。Si膜18に比べて側壁に付着した8
i膜18′の方がエツチング速度が早いので、この工程
によりV字溝19が形成され、ゲート電極用の多結晶S
i層15と配線用8i膜18とが分離する。
fe):  Moのマスク16をH2804/H2O2
混合液呻で溶解しリフトオンする。Mo膜は上記混合液
中で70μm/min程度のサイドエツチングがあるた
め、大面積でも容易にリフトオフができる。この工程に
より多結晶Si層15(ゲート電極5)と81膜18(
配線7.9)の露出表面は平坦な平面を有する構造が得
られる。この上からイオン注入技術を用いて8iにn形
導電性を持たせる元素を注入せしめて、多結晶Si層1
5と8i膜18をn形導電性を有する導電材料層とする
と同時に基板2の主面でV字溝19で分離されている領
域をn導電″形領域6,6′とする。
(f) :  700〜1100℃程度の温度範囲でプ
ロセス上最適な温度を選択して熱処理を行なうと、8i
膜18・にドープされた元素はSi基板2の主面に拡散
してソース用n導電形領域6Eドレイン用1n導電形領
域6′が形成される。それと同時にSi膜18(配線7
,9)とSi基板2のn導電影領域6.6′の電気接点
が良好になる。
次いでゲート電極5及び配線7,9を有する基板表面全
体に絶縁膜(Si02膜)20を熱分解法、;スパッタ
法又はECR,型プラズマ堆積法で堆積する。この時7
字溝19はS’i02膜20に上20埋められて、5i
02膜200表面は7字溝のない平坦な構造が帰られる
以上の工程によって、nチャネル電界効果トランジスタ
の主要部が構成される。
なお、本実施例ではゲート電極のパタン16にMoを用
いたが、Moの代りにW、 Ti 、 Zr 、 Nb
等の高融点金属、あるいはこれらの高融点金属に酸素や
窒素を含んだものを用いてもよい。高融点金属を用いる
理由は、リフトオフの歩留りが100%でなくて高融点
金属の残りが生じても、その後の例えば拡散工程等の熱
処理時に汚染源とはならな(βので、高温処理が可能に
なるからである。勿論、高融点金属の代りにホトレジス
トを用いてリフトオフな行なうことも可能であるが、こ
の場合には歩留り的にも完全なリフトオフ技術が要求さ
れる・。
第4図(a)〜(k)は本発明に係る半導体装置の第2
の実施例の製造方法を工程順に示した断面図で、同図(
k)は完成した1トランジスタ型メモリセルの主要部の
構造を示している。
第4図(k)に示した半導体装置は、従来技術で説明し
た第2図の構造に対応するもので、p形半導体の基板2
の主面に絶縁膜(ゲート酸化膜)4を介して、導電材料
で形成したワード線用配線(電極)12とMOSキャパ
シタ用電極13を有するとともに、基板主面に形成され
たn導電形領截6の上に直接に堆積された導電材料で電
気接点を形成するビット線用配線(電極)21を設けた
ものである。
図から分かる″ように、各電極、配線の露出表面の平坦
化と分離の微細化が達成されている。
次に第4図の図面の順番に対応させて、上記本発明の半
導体装置の製造方法を説明する。
(a):  単結晶Siの基板2の主面に素子間分離領
域(厚い5i02膜)3.絶縁膜(SiO2膜、ゲート
酸化膜)4及び多結晶81層(第1の導電材料層となる
)15を形成する。この多結晶Si層15上に高融点金
属Moでキャパシタ用電極13形成用のパタン16を設
ける。
11〕璽 パタン(MOのマスク)16で覆われていな
い、・ilt分の多結晶Si層15をエツチングし、S
iO2功(ゲート酸化膜)4の表面を露出させる。
(C):  上記、\40のマスク16とエツチング工
程で残された部分をきむ基板20表表面体に8i膜(第
2の(導電材料層となる)18.18’をスパッタ法。
1・: CH,t(qプラズマ堆積法等の堆積法で堆積
する。
(d)、  上記S1膜の一部を等方性エツチングする
と、Si膜18に比べて側壁に付着したSi膜18″の
方がエツチング速度がi卑いので、V字溝19か形成さ
れ、多結晶Si層15とSI)摸18とが分離寸ろ。
(,2)   小の7スク16をl−12804/H2
O2混合液中で(容解しリフトオフする。リフトオフ後
は7字4〃lづ9により側・豪が互に分離され露出表面
がほぼ゛IC11−平而内にある多結晶81層15と8
i膜18が冴ら十tろ。ここまでの工程は第1の実施例
〔第6図(,4)〜(e)〕で説明したのとほとんど同
じである。
(「)   ワード線用配線(電極)12を形成するた
めの\10のパターン(マスク) 16’を設ケる。
(g):  Moのマスク16′で覆われていない部分
の8i膜18と5i02i1粱4をエツチングし、基板
2の主面17を露出させる。この工程は第5国電)と同
一工程である。
(h):  表面全体にSi +漢18″、 18″’
  を堆積する。この工程は第6図(C)と同一工程で
ある。
(1)二  上記Si膜の一部を等方性エツチングしで
V字溝19′を形成し、ビット線用配線(電極)21を
ワード線用配線(電極)12と分離して形成する。この
工程は第6図(d)と同一工程である。
(j):  リフトオフ工程によりMOのマスク16′
とその上に堆積したSi膜18″を取り除く。次いでイ
オン注入を行なって各配線(電極)にn形導電性をもた
せると同時にV字溝19.19’部分の基板2中にn導
七形領・或6,6′を形成する1、この工程は第3図(
e)と同一工程である。
(k):  各・配線(電極)を有する基板表向全体に
5i02膜(絶縁膜)20をB CR,県プラズマ堆積
法等で堆積し、7字4p 19 +  19’を埋めて
平坦な表面を有する構造を得る。その後、不活性ガス中
で例えは900〜1100℃の熱肌理を行なう。このF
ノ冒!駅11!に、LF)Si i莫18″(ビット線
用配線21)(・こトープされた元素は基板2の主面に
拡散し、n導市形須1・々6を形成し、かつピント線用
配線(電囃)21とn導電影領域6の電気接点が良好に
なる。この工程は第6図ff)の工程に対応するもので
ある。
以−ヒの−[桿によって、1トランジスタ型メモリセル
の主支部が構成される。
第5 :<I (al〜(f)は本発明に係る半導体装
置の第3の<4例(npn形バイポーラトランジスタの
主要部)の製造方法を工程順に示した断面図、第6図は
第51ンlに示した本発明の工程を含んで構成されたn
 p n 形バイポーラトランジスタの断面図である。
まず、第61イ]を用いて構造の説明をする。図におい
て、22はBをドープしたS1膜(導電材料)で形成し
たベース電極、26はAs又はPをドープしたSi・1
貞(導電材料)で形成したエミッタ電極、24はベース
用耐導電形領戟、25はエミッタ用n ’−41j’、
形・領域、26はベース用p導電形領域、27はAs又
はPをドープした5iid(導電材料)で形、成したコ
レクタ電極、28はコレクタ月」n導電形・領域、29
.30はコレクタ用n1導市形P頁誠である。
このバイポーラトランジスタは、図から分か乙ように、
平坦な主面を有する半導体基板の上に直接に導電材料で
形成したベース電極22.エミッタ電極26及びコレク
タ電極27を堆積しているので、これら電極の露出面の
平坦化が得られ、かつ7字419.19″の形成により
各電極′川の分離幅の微11B化が容易に達成できると
いう特徴?有している。また、ベースコンタクトがエミ
ッタに充分近づけて形成できるので、トランジスタの占
有面積を小さくでき、ベースの直列抵抗が小さくなる。
また、酸化物分離によってエミッタとベースの周囲を酸
化物で囲んでいるので、ベース−コレクタ間容置が小さ
くなる。
次に、第5図を用い図面(a)・〜(r)の順番に4応
させて、上記本発男のバイポーラトランジスタの主要部
の製、貴方法を説明する。
(a):  単結晶S1基板の表面に素子間分離領域(
厚い5102膜)3とp導電影領域26を選択的に形成
し、この上にBをドープした多結晶Si層15′を減圧
CV D法等により堆積する。
(b)、  この多結晶Si層15′上に高融点のMo
からなるベース電極形成用のバタン16″をホトエツチ
ング技術によって形成する。次いでMoのマスクで覆わ
れていない多結晶Si層15′をエツチングし、p導電
形領域26の表面を露出させる。
(C):  −ヒ記エノテング工程で残された部分を含
む基板上の全面をP又はAsをドープしたSi膜1f 
、18NDIをスパッタ法、ECR型プラズマ堆積法等
の堆積法で堆積する。
(d)、  等方性エツチングを行ないV字溝19を形
成し、エミッタ電極用Si膜18″″  とベース電極
用多結晶81層15′とを分離する。
(e) :  H2804/H2O2混合液又ね100
℃程度のH2O2液中でリフトオンする。リフトオフ後
、不活性ガス中での熱処理により、多結晶Si層15′
中のBとS1膜I BLLIJ中のP又はAsをp導電
影領域26中に拡散せしめ、ベース用p+導電形碩域2
4とエミッタ用n+導電形領域25を形成する。
この工程により、エミッタ電極25とベース電極22の
露出側面は互いにV字溝19により分離し露出表面は同
一平面内に形成された構造が得られる。
(f):  この上にECR型プラズマ堆積法等により
、V字溝19を5i02膜(絶縁膜;多層配線を行なう
場合には眉間絶縁膜となる)20で埋めかつ平坦な表面
を有する構造を得る。
以上の工程によりバイポーラトランジスタの主要部が構
成される。
第7図は本発明に係る半導体装置の第4の実施例(電極
及び配線の構成例)を示すもので、同図(a)は平面図
、(b)ば(a)のA −A’線における断面図である
この半導体装置は平坦な半導体基板2の主面上もしくは
半導体基板上に設けた絶縁膜上に直接に堆積された導電
材料で形成した複数の電極、配線31と絶縁性物質で形
成した絶縁体層32を有し−に紀電極、配線31と絶縁
体層62の露出表面が同一平面に形成され、複数の電極
、配線61がV字傳19ならびに絶縁体層32によって
それぞれ絶縁され、かつ任意の電極形状又は配線形状に
容易にパターンニング可能な構造を有している。この構
造の製造方法は前述した実施例1〜3における工程に準
じて行なえばよいので説明を省略する。
なお、上記電極、配線を形成する導電材料としては、半
導体にn導電形もしくはp導電形不純物をき有させたも
の以外に高融点金属、多結晶シリコン、高融点金属シリ
サイド等も使用することができる。
以上説明したように、本発明の半導体装置は表面段差が
無いため1、その上に形成される絶縁膜の被覆形状や配
線の断線が改善されるため、半導体装置の製造歩留りが
向上する利点があるばかりでなく、配線や電極の相互間
の分離幅を充分微細化でき、高密度導電配線も容易に達
成できるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は従来のMoSトランジスタの製
造方法の主要工程を説明するための断面図、第2図は従
来のMOSダイナミックメモリセルの要部構造を説明す
るための断面図、第6図(a)〜(f)、第4図(a)
〜(k)及び第5図(a)〜げ)はそれぞれ本発明に係
る半導体装置の実施例の製造方法の主要工程を説明する
ための断面図、第6図は本発明の製造方法で構成された
バイポーラトランジスタの断面図、第7図は本発明に係
る半導体装置の実施例の構造を示すもので(a)は平面
図、(b)は(a)のA −A’線における断面図であ
る。 1・・・Mo8)ランジスタ 2・・・半導体基板 6
・・・素子間分離領域(厚いS 第02膜)  4・・
・絶縁膜(Si02膜、ゲート酸化膜)  5・・・ゲ
ート電極6、6’、 6″・・・n導電影領域(n+拡
散層)7.9・・・配線(電極) 8・・・絶縁膜 1
0・・・コンタクトホール 11・・・導電材料層 1
2・・・ワード線用配線(電極) 13・・・MOSキ
ャパシタ用電極14・・・絶縁膜 15.15’・・・
多結晶Si層 16゜16’、 16”・・・バタン(
Moのマスク)  17・・・基板の主面 18.18
’、 1.8”、 18”’、 18”、 1B””’
・・・Si膜 19.19’、 19″・・・7字溝 
20・・・絶縁4 (5i()2膜)  21・・・ビ
ット線用配線(電極)22・・・ベース電極 23・・
・エミッタ電極 24・・・ベース用耐導電形領域 2
5・・・エミッタ用n+導市形領域 26・・・ベース
用p導電形領域 27・・・コレクタ電極 28・・・
コレクタ用n導電形領域29.30・・・コレクタ用n
+導電形領域  61・・・雷雨、配線 32・・・絶
縁体層 特許出願人 日本電信電話公社 代理人弁理士 中村純之助 第1 凶 il 図 上 第3図 6 1F4図 才4図 才5図 才5図 )F6図 1−7図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板の主面上もしくは半導体基板上に設け
    た絶縁膜上に、同種の導電材料又は異種の導電材料で形
    成した複数の配線、電極のうちの少なくとも一方を備え
    、該具備された複数の配線。 電極のうちそれぞれ隣りあう部分の側壁がエツチングに
    より形成された7字溝によって互いに分離゛され、かつ
    上記具備された複数の配線、電極の露出表面がほぼ同一
    面上にあることを特徴とする半導体装置。
  2. (2)上記導電材料のうちの少なくとも1つの導電材料
    は、半導体にn導電形もしくはp導電形不純物を含有さ
    せたものである特許請求の範囲第1項記載の半導体装置
  3. (3)上記導電材料のうちの少なくとも1つの導電材料
    は、高融点金属、多結晶シリコン又は高融点金属シリサ
    イドのいずれかである特許請求の範囲第1項記載の半導
    体装置。
  4. (4)半導体基板の主面上もしくは半導体基板上に設け
    た絶縁膜上に、第1の導電材料1−を形成する工程と、
    高融点金属又はレジストをマスクに上記第1の導電材料
    層又は第1の導電材料層と絶縁膜をエツチングする工程
    と、上記マスクとエツチング工程で残された部分を含む
    半導体基板の表面全体に第2の導電材料層を形成する工
    程と、上記第2の導電材料層の一部をエツチングして上
    記第1及び第2の導電材料層間に7字溝を形成し両導電
    材料層を分離する工程と、上記マスクを溶解し該マスク
    上の第2の導電材料層を除去する工程とを含むことを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  5. (5)上記第2の導電材料層を形成する工程においてE
    CR,型プラズマ堆積法を用いることを特徴とする特許
    請求の範囲第4項記載の半導体装置の製造方法。
JP172682A 1982-01-11 1982-01-11 半導体装置およびその製造方法 Granted JPS58119651A (ja)

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