JP2000236088A - Mos transistor manufacture method - Google Patents

Mos transistor manufacture method

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JP2000236088A
JP2000236088A JP11034824A JP3482499A JP2000236088A JP 2000236088 A JP2000236088 A JP 2000236088A JP 11034824 A JP11034824 A JP 11034824A JP 3482499 A JP3482499 A JP 3482499A JP 2000236088 A JP2000236088 A JP 2000236088A
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JP
Japan
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oxide film
gate electrode
gate
gate oxide
film
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Shigeto Inoue
成人 井上
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a possibility of particle generation on a gate oxide film by heat processing in ammonium gas circumstance and heat processing in oxygen circumstance after machining of the gate oxide film and a gate electrode. SOLUTION: A gate oxide film 2 is formed on a P type semiconductor substrate 1 and a polycrystalline silicon film 3 to become a gate electrode 4 is piled thereon. The gate electrode 4 is formed by photolithography and etching of the polycrystalline silicon film 3 on the gate oxide film 2. Next a region 5 where nitrogen in the ammonia gate is defused is formed on the exposed gate oxide film 2 and in the gate oxide film 2 which is near both terminals under the gate electrode 4. Also the surface of the gate electrode 4 is oxidized by hear processing in the circumstance including oxygen. Next in case of an NMOS type, an N type element such as arsenic is implanted into the gate electrode 4 and into an N type source 7 and an N type drain 6 regions by ion infusion.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はMOS型トランジス
タを品質向上に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to improving the quality of a MOS transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOS型トランジスタにおいて、アンモ
ニア雰囲気に於いて熱処理しゲート酸化膜と半導体との
界面のホットキャリア特性を向上させる場合には、第2
図のように、拡散炉内にてゲート酸化膜形成後、ランプ
加熱装置を用いアンモニアガス雰囲気に於いて熱処理
し、その後ゲート電極膜を堆積し、フォトリソグラフィ
ーとエッチングによりゲート電極に加工してすることが
知られている。
2. Description of the Related Art In a MOS transistor, when heat treatment is performed in an ammonia atmosphere to improve hot carrier characteristics at an interface between a gate oxide film and a semiconductor, a second method is used.
As shown in the figure, after forming a gate oxide film in a diffusion furnace, heat treatment is performed in an ammonia gas atmosphere using a lamp heating device, and then a gate electrode film is deposited and processed into a gate electrode by photolithography and etching. It is known.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする問題点】一般にはMOS型ト
ランジスタの不良の原因となるゲート酸化膜上のパーテ
ィクルを最小限にとどめるためには、ゲート酸化膜形成
直後速やかにCVD装置にてゲート電極膜を堆積するの
が良い。ゲート酸化膜形成工程とゲート電極形成工程の
間に工程を挿入する場合、間に挿入された工程で付着し
たパーティクルは、RCA洗浄等、アンモニア液と過酸
化水素液を混合した洗浄である程度除去することができ
るが、これらの洗浄方法ではゲート酸化膜を削り取るな
ど、ゲート酸化膜にダメージを与えずにパーティクルを
除去することは出来ない。従来技術ではゲート酸化膜形
成後にランプ加熱装置内でアンモニア雰囲気の処理をし
なければならず、不良の原因となるゲート酸化膜上のパ
ーティクル発生を起こす可能性があった。
Generally, in order to minimize particles on a gate oxide film which cause a defect of a MOS transistor, a gate electrode film is formed by a CVD apparatus immediately after the gate oxide film is formed. Should be deposited. When a step is inserted between the gate oxide film forming step and the gate electrode forming step, particles adhering in the interposed step are removed to some extent by cleaning using a mixture of an ammonia solution and a hydrogen peroxide solution such as RCA cleaning. However, these cleaning methods cannot remove particles without damaging the gate oxide film, such as scraping the gate oxide film. In the related art, after forming the gate oxide film, it is necessary to perform the treatment in the ammonia atmosphere in the lamp heating device, and there is a possibility that particles may be generated on the gate oxide film which causes a defect.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明に於いてはゲート
電極加工後に、アンモニアガス雰囲気の熱処理、および
酸素雰囲気での熱処理を行った。これにより、ゲート酸
化膜形成工程とゲート電極膜堆積工程の間に工程が入ら
ないので、不良の原因となるゲート酸化膜上のパーティ
クル発生を起こす可能性が小さい。
In the present invention, a heat treatment in an ammonia gas atmosphere and a heat treatment in an oxygen atmosphere are performed after processing the gate electrode. As a result, since no step is inserted between the gate oxide film forming step and the gate electrode film depositing step, there is a small possibility of generating particles on the gate oxide film which cause a defect.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】(実施例1)第1図は本発明によ
る多結晶シリコンゲートのNMOS型トランジスタの工
程順の製造方法を示している。第1図(a)はP型シリ
コン基板1上に膜厚50から500オングストロームの
シリコンの熱酸化膜などのゲート酸化膜2を形成し、そ
の上にゲート電極となる多結晶シリコン膜3を熱CVD
法等で堆積した工程を示している。多結晶シリコン膜3
は2000から5000オングストロームの膜厚を有し
ている。多結晶シリコン膜3は窒素ガスに混合させたP
OCl3を用いた処理でN型不純物をドーピングしても
よいが、ゲート電極加工後のランプ加熱装置による熱工
程工程により結晶粒が大きくなってしまい、ゲート電極
の形状が凸凹になりトランジスタ特性に悪影響を及ぼす
ため、この工程では不純物ドーピングはしないほうが好
ましい。第1図(b)は該ゲート酸化膜上の多結晶シリ
コン膜3をフォトリソグラフィーとエッチングによっ
て、ゲート電極4を形成する工程を示している。第1図
(c)はアンモニアガスを含む雰囲気中で熱処理する工
程と、酸素を含む雰囲気中に於いて熱処理する工程を示
している。これらの熱処理工程は通常の拡散炉で行って
もよいが、半導体基板内の不純物拡散がより抑えられる
ランプ加熱装置による急速加熱のほうがより適してい
る。ランプ加熱をする場合には1000から1200℃
の範囲内がよい。アンモニアガスを含む雰囲気中で熱処
理することにより、露出したゲート酸化膜とゲート電極
4の下の両端近傍にあるゲート酸化膜中にもアンモニア
ガス中の窒素が拡散した領域5が形成される。また酸素
を含む雰囲気中での熱処理によってゲート電極の表面が
酸化される。この酸素を含む雰囲気中での熱処理も通常
の拡散炉で行ってもよいが、ランプ加熱装置による急加
熱のほうがより適している。第1図(d)はNMOSの
場合には砒素などN型の元素をイオン注入によってゲー
ト電極とトランジスタのソース及びドレイン領域に打ち
込んだところを示している。PMOSの場合にはBF2な
どP型のの元素をイオン注入によってゲート電極とトラ
ンジスタのソース及びドレイン領域に打ち込めば良い。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a method of manufacturing a polycrystalline silicon gate NMOS transistor according to the present invention in the order of steps. FIG. 1A shows that a gate oxide film 2 such as a silicon thermal oxide film having a film thickness of 50 to 500 Å is formed on a P-type silicon substrate 1 and a polycrystalline silicon film 3 serving as a gate electrode is thermally formed thereon. CVD
This shows a process deposited by a method or the like. Polycrystalline silicon film 3
Has a thickness of 2000 to 5000 angstroms. The polycrystalline silicon film 3 is made of P mixed with nitrogen gas.
An N-type impurity may be doped by treatment using OCl 3, but a crystal step becomes large due to a heat process step using a lamp heating device after gate electrode processing, and the shape of the gate electrode becomes uneven, which adversely affects transistor characteristics. In this step, it is preferable not to dope impurities. FIG. 1 (b) shows a process of forming a gate electrode 4 by photolithography and etching of the polycrystalline silicon film 3 on the gate oxide film. FIG. 1 (c) shows a heat treatment step in an atmosphere containing ammonia gas and a heat treatment step in an atmosphere containing oxygen. Although these heat treatment steps may be performed in a normal diffusion furnace, rapid heating by a lamp heating device that can further suppress impurity diffusion in the semiconductor substrate is more suitable. 1000 to 1200 ° C for lamp heating
It is better within the range. By performing the heat treatment in an atmosphere containing an ammonia gas, a region 5 in which nitrogen in the ammonia gas is diffused is also formed in the exposed gate oxide film and the gate oxide film near both ends under the gate electrode 4. Further, the surface of the gate electrode is oxidized by the heat treatment in an atmosphere containing oxygen. The heat treatment in an atmosphere containing oxygen may be performed in a normal diffusion furnace, but rapid heating by a lamp heating device is more suitable. FIG. 1D shows a case where an N-type element such as arsenic is implanted into the gate electrode and the source and drain regions of the transistor by ion implantation in the case of NMOS. In the case of a PMOS, a P-type element such as BF2 may be implanted into the gate electrode and the source and drain regions of the transistor by ion implantation.

【0006】(実施例2)第3図は本発明によるゲート
電極が多結晶シリコンとシリサイド膜の積層構造から成
るポリサイドゲートのNMOS型トランジスタの工程順
の製造方法を示している。第3図(a)はP型シリコン
基板1上に膜厚50から500オングストロームのゲー
ト酸化膜2を形成し、その上に多結晶シリコン膜3を形
成し、その上にWSix、TiSixなどのシリサイド
膜8を形成した工程を示している。
(Embodiment 2) FIG. 3 shows a method of manufacturing a polycide gate NMOS transistor according to the present invention in which a gate electrode has a laminated structure of polycrystalline silicon and a silicide film. FIG. 3 (a) shows a gate oxide film 2 having a thickness of 50 to 500 angstroms formed on a P-type silicon substrate 1, a polycrystalline silicon film 3 formed thereon, and a silicide such as WSix or TiSix formed thereon. This shows a step of forming the film 8.

【0007】多結晶シリコン膜3は1000から300
0オングストロームの膜厚を有しており、シリサイド膜
8は1000から3000オングストロームの膜厚を有
している。多結晶シリコン膜3はこの後の熱工程工程に
より結晶粒が大きくなってしまい、ゲート電極4の形状
が悪くなるため、この工程では不純物ドーピングはしな
いほうが好ましい。第3図(b)はゲート酸化膜上の多
結晶シリコン膜3とシリサイド膜8をフォトリソグラフ
ィーとエッチングによって、ゲート電極4を形成する工
程を示している。第3図(c)はアンモニアガスを含む
雰囲気中で熱処理する工程と、酸素を含む雰囲気中に於
いて熱処理する工程を示している。これらの熱処理工程
は通常の拡散炉で行ってもよいが、ランプ加熱による急
加熱のほうがより適している。ランプ加熱をする場合に
はシリサイド膜の結晶安定化と応力緩和のため700℃
位に一旦加熱後、1000から1200℃の範囲内のに
加熱しゲート酸化膜中にアンモニアを拡散させるのがよ
い。アンモニアガスを含む雰囲気中で熱処理することに
よりゲート電極4の下の両端近傍のゲート酸化膜中にア
ンモニアガス中の窒素が拡散した領域5が形成される。
また酸素を含む雰囲気中での熱処理によってゲート電極
4のうち酸化されやすい多結晶シリコン膜の露出してい
るところのみが酸化される。この酸素を含む雰囲気中で
の熱処理も通常の拡散炉で行ってもよいが、ランプ加熱
による急加熱のほうがより適している。第3図(d)は
NMOSの場合には砒素(As)などN型の元素をイオン
注入によって多結晶シリコンとシリサイドから成るゲー
ト電極とトランジスタのソース及びドレイン領域に打ち
込んだところを示している。PMOSの場合にはBF2な
どP型のの元素をイオン注入によってゲート電極とトラ
ンジスタのソース及びドレイン領域に打ち込めば良い。 (実施例3)第4図はEEPROMに本発明を適用した
ところを示している。EEPROMは薄い酸化膜の領域
を有するゲート酸化膜9を介して半導体基板より浮遊ゲ
ート10に電子を蓄積、浮遊ゲートより半導体基板に電
子を引き抜きくことの2状態を制御ゲート11に現れる
トランジスタのしきい値により記憶する。一般には単結
晶である半導体基板とゲート酸化膜の界面に比べ、多結
晶である浮遊ゲート電極とゲート酸化膜の界面は劣化が
著しい。よってEEPROMの書き換え回数は結晶であ
る浮遊ゲート電極とゲート酸化膜の界面の劣化特性によ
って決まる。本発明においては浮遊ゲート電極形成後に
アンモニア処理するので、浮遊ゲート電極とゲート酸化
膜の界面の特性も向上する。EEPROMやFlash
EEPROMのように積極的にゲート酸化膜に電流を流
すデバイスの場合には、従来技術であるゲート電極形成
前のアンモニア処理を併用するとより効果がある。
The polycrystalline silicon film 3 has a thickness of 1000 to 300.
The thickness is 0 Å, and the silicide film 8 has a thickness of 1000 to 3000 Å. Since the crystal grains of the polycrystalline silicon film 3 become large in the subsequent heat treatment step and the shape of the gate electrode 4 deteriorates, it is preferable not to dope impurities in this step. FIG. 3B shows a step of forming a gate electrode 4 by photolithography and etching of the polycrystalline silicon film 3 and the silicide film 8 on the gate oxide film. FIG. 3 (c) shows a heat treatment step in an atmosphere containing ammonia gas and a heat treatment step in an atmosphere containing oxygen. These heat treatment steps may be performed in a usual diffusion furnace, but rapid heating by lamp heating is more suitable. In case of lamp heating, 700 ° C. for crystal stabilization and stress relaxation of silicide film
After heating once, it is preferable to diffuse the ammonia into the gate oxide film by heating to a temperature in the range of 1000 to 1200 ° C. By performing the heat treatment in an atmosphere containing an ammonia gas, a region 5 in which nitrogen in the ammonia gas is diffused is formed in the gate oxide film near both ends under the gate electrode 4.
In addition, only the exposed portions of the gate electrode 4 where the polycrystalline silicon film is easily oxidized are oxidized by the heat treatment in an atmosphere containing oxygen. This heat treatment in an atmosphere containing oxygen may be performed in a normal diffusion furnace, but rapid heating by lamp heating is more suitable. FIG. 3 (d) shows that in the case of NMOS, an N-type element such as arsenic (As) is implanted into the gate electrode made of polycrystalline silicon and silicide and the source and drain regions of the transistor by ion implantation. In the case of a PMOS, a P-type element such as BF2 may be implanted into the gate electrode and the source and drain regions of the transistor by ion implantation. (Embodiment 3) FIG. 4 shows the case where the present invention is applied to an EEPROM. The EEPROM has two states, ie, the state in which electrons are accumulated in the floating gate 10 from the semiconductor substrate and the state in which electrons are extracted from the floating gate to the semiconductor substrate through the gate oxide film 9 having a thin oxide film region. Store by threshold. Generally, the interface between the polycrystalline floating gate electrode and the gate oxide film is significantly deteriorated compared to the interface between the semiconductor substrate and the gate oxide film which are single crystals. Therefore, the number of times of rewriting of the EEPROM is determined by the deterioration characteristic of the interface between the floating gate electrode which is a crystal and the gate oxide film. In the present invention, since the ammonia treatment is performed after the formation of the floating gate electrode, the characteristics of the interface between the floating gate electrode and the gate oxide film are also improved. EEPROM and Flash
In the case of a device such as an EEPROM in which a current is positively applied to the gate oxide film, it is more effective to use the conventional ammonia treatment before forming the gate electrode.

【0008】[0008]

【発明の効果】MOSトランジスタがホットキャリアに
よって劣化する場合には、ドレイン電極近傍の半導体基
板とゲート酸化膜の界面近くの酸化膜中にホットキャリ
アが捕獲されること及び界面に捕獲準位が発生すること
よりMOSトランジスタのしきい値の上昇や駆動能力の
低下を引き起こす。 本発明のように形成されたMOS
型トランジスタは、従来技術のようにゲート酸化膜全面
がアンモニアガスに晒されるのではないが、上述したよ
うにホットキャリアによるMOSトランジスタの劣化箇
所であるドレイン電極近傍はアンモニアガス雰囲気中の
熱処理によりゲート酸化膜と半導体基板の界面近くのゲ
ート酸化膜及び界面の特性が向上しているのでホットキ
ャリアによる劣化を小さくできる。またゲート酸化膜形
成後からゲート電極作成まで工程な無いためにパーティ
クルによる品質劣化を最小限にすることができる。また
EEPROM、FlashEEPROMのように浮遊ゲ
ート電極の電荷の蓄積、及び放出をするデバイスではゲ
ート電極形成後にアンモニアガス雰囲気に晒されるため
に、ゲート酸化膜と半導体基板の界面だけではなく、ゲ
ート酸化膜とゲート電極界面の特性も向上し、書き換え
回数が向上する。
When a MOS transistor is deteriorated by hot carriers, hot carriers are trapped in an oxide film near an interface between a semiconductor substrate near a drain electrode and a gate oxide film, and a trap level is generated at the interface. This causes an increase in the threshold value of the MOS transistor and a decrease in the driving capability. MOS formed as in the present invention
In the type transistor, the entire surface of the gate oxide film is not exposed to ammonia gas as in the prior art. However, as described above, the vicinity of the drain electrode, which is a deteriorated portion of the MOS transistor due to hot carriers, is subjected to heat treatment in an ammonia gas atmosphere. Since the characteristics of the gate oxide film and the interface near the interface between the oxide film and the semiconductor substrate are improved, deterioration due to hot carriers can be reduced. In addition, since there is no process from the formation of the gate oxide film to the formation of the gate electrode, quality deterioration due to particles can be minimized. Also, devices such as EEPROMs and Flash EEPROMs that accumulate and release charges from the floating gate electrode are exposed to an ammonia gas atmosphere after the formation of the gate electrode, so that not only the interface between the gate oxide film and the semiconductor substrate but also the gate oxide film The characteristics of the gate electrode interface are also improved, and the number of times of rewriting is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による多結晶シリコンゲートのNMOS
型トランジスタの工程順の製造方法を示す図である。
FIG. 1 shows a polysilicon gate NMOS according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a method of manufacturing a type transistor in the order of steps.

【図2】従来技術のトランジスタを示す図である。FIG. 2 illustrates a prior art transistor.

【図3】本発明による多結晶シリコンとシリサイド膜の
積層構造から成るポリサイドゲートのNMOS型トラン
ジスタの工程順の製造方法を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a method of manufacturing a polycide gate NMOS transistor having a laminated structure of a polycrystalline silicon and a silicide film according to the present invention in the order of steps.

【図4】本発明をEEPROMに適用した場合の断面図
である。
FIG. 4 is a cross-sectional view when the present invention is applied to an EEPROM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 P型半導体基板 2 ゲート酸化膜 3 多結晶シリコン膜 4 ゲート電極 5 窒素が拡散した領域 6 N型ドレイン 7 N型ソース 8 シリサイド膜 9 薄い酸化膜の領域を有するゲート酸化膜 10 浮遊ゲート電極 11 制御ゲート電極 Reference Signs List 1 P-type semiconductor substrate 2 Gate oxide film 3 Polycrystalline silicon film 4 Gate electrode 5 Region in which nitrogen is diffused 6 N-type drain 7 N-type source 8 Silicide film 9 Gate oxide film having thin oxide film region 10 Floating gate electrode 11 Control gate electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 MOS型トランジスタの製造方法におい
て、 ゲート酸化膜を形成する工程と、 該ゲート酸化膜上にゲート電極膜を堆積する工程と、 フォトリソグラフィーとエッチングにより該ゲート電極
膜を加工しゲート電極とする工程と、 アンモニアガス雰囲気に於いて熱処理する工程と、 酸素雰囲気に於いて熱処理する工程と、 イオン注入によりソース、ドレイン、ゲート電極に不純
物ドーピングを行う工程からなるMOS型トランジスタ
の製造方法。
In a method for manufacturing a MOS transistor, a step of forming a gate oxide film, a step of depositing a gate electrode film on the gate oxide film, and processing the gate electrode film by photolithography and etching to form a gate. A method of manufacturing a MOS transistor, comprising: a step of forming an electrode; a step of heat-treating in an ammonia gas atmosphere; a step of heat-treating in an oxygen atmosphere; and a step of doping impurities into source, drain and gate electrodes by ion implantation. .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005191145A (en) * 2003-12-24 2005-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005191145A (en) * 2003-12-24 2005-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method

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