JP2003197926A - 半導体素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体素子およびその製造方法Info
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Abstract
半導体素子およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板12上にTi層およびPd層
を順に形成する。次いで、熱処理により、Ti層を介し
て半導体基板12の表面領域にPdを拡散させ、Pdシ
リサイドからなる第1金属層19を形成する。このとき
同時に、半導体基板12からのSiの拡散により、Ti
層はシリサイド化される。次いで、Ti層上にAl層を
形成し、熱処理を施す。これにより、Ti層とAl層と
の界面に、TiとAlとSiとからなる第4の金属層2
2が形成される。このようにして、Pdシリサイドから
なる第1金属層19と、Tiシリサイドからなる第2金
属層20と、TiとAlとSiとからなる第4金属層2
2と、Alからなる第3金属層21と、から構成された
ショットキバリア電極13を形成する。
Description
電極を備えた半導体素子およびその製造方法に関する。
接合を用いるショットキバリアダイオードが広く使用さ
れている。ショットキバリアダイオードは、半導体基板
と、半導体基板の一面上に開口を有して形成されたシリ
コン系絶縁膜と、開口を介して半導体基板の一面に電気
的に接続されたアノード電極(ショットキバリア電極)
と、半導体基板の他面上に設けられて半導体基板にオー
ミック接触するカソード電極と、を備える。
面との界面に所定のバリアハイトを有するショットキ障
壁を形成する。ショットキ障壁のバリアハイトは、ショ
ットキバリア電極を構成する金属膜の材料によってその
大きさが決定される。従って、ショットキバリア電極を
構成する金属材料は、所望するバリアハイトの大きさに
応じて適宜選択される。
ットキ障壁を形成するため、例えば、パラジウム(P
d)等のシリコン系絶縁膜との密着性が低い材料を用い
る場合がある。このような場合、図4に示すような、シ
ョットキバリア電極を複数の金属膜から構成する構造が
採用される。
00のショットキバリア電極101は、絶縁膜102の
コンタクト開口103内で半導体基板104に接する薄
膜の金属膜(バリア金属膜105)と、バリア金属膜1
05の表面を含む半導体基板104の一面上に形成され
た金属膜(オーバーオキサイド膜106)と、オーバー
オキサイド膜106上に形成された金属膜(電極金属膜
107)と、から構成される。
膜106は、絶縁膜102(シリコン酸化膜)と密着性
が高い金属、例えば、チタン(Ti)から構成される。
また、電極金属膜107は、ワイヤボンディング等が良
好に行える金属、例えば、アルミニウム(Al)から構
成される。オーバーオキサイド膜106は、金属である
Alとの密着性も高く、これにより、ショットキバリア
電極101全体として、絶縁膜に対する高い密着性が得
られる。
ショットキバリア電極を備えた半導体素子に400℃程
度の熱処理を施すと、例えばTiからなるオーバーオキ
サイド膜106と、例えばAlからなる電極金属膜10
7との間に、Al3Tiのような金属間化合物が形成さ
れる。このような金属間化合物の生成は、2つの金属膜
同士の密着性を低下させ、素子の信頼性を低下させる。
このように、従来の、積層構造のショットキバリア電極
を備えた半導体素子には、熱処理により、金属層間の密
着性が低下し、素子の信頼性が低下するおそれがある、
という問題があった。
いショットキバリア電極を備えた半導体素子およびその
製造方法を提供することを目的とする。また、本発明
は、金属層間の良好な密着性が得られる、信頼性の高い
ショットキバリア電極を備えた半導体素子およびその製
造方法を提供することを目的とする。
め、本発明の第1の観点に係る半導体素子は、シリコン
を含む半導体基板の一面と接触するように設けられ、前
記半導体基板の一面との間にショットキ障壁を形成する
ショットキバリア電極を備えた半導体素子であって、前
記半導体基板上に、開口を有して形成されたシリコン系
絶縁膜と、前記半導体基板の表面領域に形成され、第1
の金属を含む第1の金属層と、前記第1の金属層と前記
開口を介して接するように前記絶縁膜上に形成され、第
2の金属のシリサイドを含む第2の金属層と、前記第2
の金属層上に形成され、第3の金属を含み、外部電極に
接続される第3の金属層と、前記第2の金属層と、前記
第3の金属層と、の界面に形成され、前記第2の金属
と、前記第3の金属と、シリコンと、を含む第4の金属
層と、を備えることを特徴とする。
金属層(シリサイド)と第3の金属層との界面に、第2
の金属と、第3の金属と、シリコンと、を含む第4の金
属層を形成している。このような、第2の金属および第
3の金属の他にシリコンを含む第4の金属層を設けるこ
とにより、第2の金属層と第3の金属層との間に金属間
化合物が形成されることを防ぐことができる。2層間の
密着性を低下させる金属間化合物の発生を防ぐことによ
り、金属層間の密着性の高い、信頼性の高い半導体素子
が得られる。
えば、チタンから構成される。また、前記第3の金属
は、例えば、アルミニウムから構成される。
観点に係る半導体素子の製造方法は、シリコンを含む半
導体基板の一面と接触するように設けられ、前記半導体
基板の一面との間にショットキ障壁を形成するショット
キバリア電極を備えた半導体素子の製造方法であって、
前記半導体基板の一面上に、開口を有するシリコン系絶
縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に、第1の金属を
含む第1の金属層と、第2の金属を含む第2の金属層
と、を順に形成する工程と、前記第2の金属層に含まれ
る前記第2の金属を、前記第1の金属層を介して前記半
導体基板の表面領域に熱拡散させ、前記開口を介して前
記第1の金属層と接し、前記第2の金属のシリサイドを
含む第3の金属層を形成するとともに、前記半導体基板
に含まれるシリコンを前記第1の金属層へ熱拡散させる
工程と、熱処理後の前記半導体基板の一面上に、外部電
極に接続される、第3の金属を含む第4の金属層を形成
する工程と、熱処理により、前記第1の金属層と前記第
4の金属層との間に、前記第1の金属と、前記第3の金
属と、シリコンと、を含む第5の金属層を形成する熱処
理工程と、を備える、ことを特徴とする。
素子においては、第1の金属層(シリサイド)と第4の
金属層との界面に、第1の金属と、第3の金属と、シリ
コンと、を含む第5の金属層を形成している。このよう
な、第1の金属および第3の金属の他にシリコンを含む
第5の金属層を設けることにより、第1の金属層と第4
の金属層との間に金属間化合物が形成されることを防ぐ
ことができる。2層間の密着性を低下させる金属間化合
物の発生を防ぐことにより、金属層間の密着性の高い、
信頼性の高い半導体素子が得られる。
体素子について、以下図面を参照して説明する。本実施
の形態では、本発明をショットキバリアダイオードに適
用した例について説明する。
11の断面図を示す。図1に示すように、半導体素子1
1は、半導体基板12と、半導体基板12の一面に設け
られ、アノード電極を構成するショットキバリア電極1
3と、半導体基板12の他面に設けられたカソード電極
14と、を備える。
コン単結晶基板から構成され、半導体基板12の一面を
構成する相対的に不純物濃度の低いN型の第1半導体領
域15と、半導体基板12の他面を構成する相対的に不
純物濃度の高いN型の第2半導体領域16と、から構成
されている。ここで、第2半導体領域16は、シリコン
単結晶基板から構成される第1半導体領域15上に、エ
ピタキシャル成長により形成しても良い。
形成されている。絶縁膜17はシリコン系膜から構成さ
れ、例えば、熱酸化等によって形成されたシリコン酸化
膜から構成される。絶縁膜17は、半導体基板12の略
中央に、その内側に第1半導体領域15が露出するよう
に形成されたコンタクト開口18を有する。
19と、第2金属層20と、第3金属層21と、第4金
属層22と、から構成される。
リサイドを主成分として構成されている。第1金属層1
9は、コンタクト開口18内に露出する第1半導体領域
15上に接触するように形成されている。第1金属層1
9は、後述するように、シリコン半導体基板12(第1
半導体領域15)の表面領域へのPdの熱拡散によって
形成される。
的に接続され、半導体基板12表面との界面にショット
キ障壁を形成するバリア金属層として機能する。ショッ
トキ障壁のバリアハイトは、第1金属層19の厚さを調
製することにより、所望の大きさとされる。第1金属層
19は、例えば、20μm程度の厚さで設けられてい
る。このように、第1金属層19は極薄の膜であり、パ
ラジウムシリサイドを含む「拡散領域」ともよべるもの
である。
イドを主成分として構成されている。第2金属層20
は、絶縁膜17の表面およびコンタクト開口18内の第
1金属層19の表面を含む、半導体基板12の一面上に
設けられている。第2金属層20はコンタクト開口18
を介して第1金属層19に接触し、電気的に接続されて
いる。
る第1金属層19のシリコン系絶縁膜17との低い密着
性を補完するために設けられている。Tiを含む第2金
属層20は、金属膜およびシリコン系膜と密着性が高
い。第2金属層20は、第1金属層19の表面と、少な
くとも第1金属層19の周囲の絶縁膜の表面と、を被覆
し、双方に高い密着性で密着する。
体基板12に含まれるシリコン(Si)のTi層への熱
拡散によって形成される。ここで、熱拡散は、第2金属
層20のシリサイド化が、絶縁膜17上のTi層におい
ても可能な程度で行われる。
形成)は、上述した第1金属層19の形成(Pdシリサ
イドの形成)と同一の熱処理(熱拡散)工程で行われ
る。具体的には、熱処理は、半導体基板12の一面上に
形成されたTi層上にPd層を積層した後に行われる。
このとき、PdはTi層を通過して半導体基板12に向
かい、一方、半導体基板12のSiがTi層へと向か
う。このようにして、Ti層におけるシリサイドの形成
(第2金属層20の形成)と、半導体基板12の表面領
域におけるPdシリサイド領域の形成(第1金属層19
の形成)と、が同時に進行する。ここで、熱処理後、第
2金属層20はPdをほとんど含んでいない。
れている。第3金属層21は、第2金属層20上に真空
蒸着等により形成される。第3金属層21は、第1金属
層19および第2金属層20を介して半導体基板12に
電気的に接続される。
ン系絶縁膜17との密着性は高いものの、ワイヤボンデ
ィングに適する材料ではない。第3金属層21は、これ
を補完するために設けられ、ワイヤボンディングに適し
た材料(アルミニウム)から形成されている。第3金属
層21の表面には、ワイヤボンディング等により端子等
が接続される。ここで、Tiシリサイドとして形成され
る第2金属層20は、通常のTi層よりも、シリコン系
膜に対する高い密着性を有する。
3金属層21と、の界面に形成されている。第4金属層
22は、Tiと、Siと、Alと、を主成分とする合
金、例えば、Ti7Si12Al5から構成されてい
る。
金属層20を構成するTiシリサイド層と、これに積層
され、第3金属層21を構成するAl層と、を熱処理す
ることによって形成される。このため、第2金属層20
と第4金属層22との境界、および、第3金属層21と
第4金属層22との境界は、明確なものではなく、例え
ば、所定の検出手法によって検出可能な量のTi、Si
およびAlがそれぞれ含有される金属層として定義され
る。このような定義によれば、第2〜第4金属層20〜
22は、例えば、100nm、1μm、50nm程度の
厚さでそれぞれ形成される。
金属層21との界面の、ほぼ全体に存在するように形成
され、第4金属層22は、第2金属層20と第3金属層
21との間の密着性を高く維持するために設けられてい
る。但し、第4金属層22の内、絶縁膜17の上面部分
のSi含有量は、第1金属層19の上面部分のSi含有
量に比べて低くなっている。
とが接する状態でショットキバリア電極21を形成する
と、400℃程度に加熱した場合に、第2金属層20と
第3金属層21との間にAl3Ti等の金属間化合物が
形成される。このような金属間化合物の生成は、2つの
金属層間の密着性を低下させ、半導体素子11の信頼性
を低下させる。
層22が第2金属層20と第3金属層21との間に存在
することにより、このような金属間化合物の発生は防が
れ、2つの金属層間の密着性は高く維持される。従っ
て、熱処理にも安定な、信頼性の高い半導体素子11が
得られる。
パラジウムおよび銀を順次積層して構成される。カソー
ド電極14は、第2半導体領域16上に真空蒸着等によ
り形成される。カソード電極14は、端子等にはんだ付
けされる。
造方法について、図2(a)〜(d)、図3(e)〜
(g)を参照して説明する。
型半導体領域15と、他面に相対的に不純物濃度の高い
N型半導体領域16と、を備えた半導体基板12を用意
する。次いで、熱酸化等によって半導体基板12の他面
にシリコン酸化膜からなる絶縁膜17を形成する。絶縁
膜17は、例えば、1μm程度の厚さで形成される。さ
らに、絶縁膜17をパターニングして、図2(a)に示
すように、コンタクト開口18を形成する。
着等により、絶縁膜17を含む半導体基板12の他面上
にTi層23を形成する。Ti層23は、例えば、50
nm〜500nmの厚さで形成する。次に、図2(c)
に示すように、Ti層23上にPd層24を真空蒸着等
により形成する。Pd層24は、例えば、1000nm
程度の厚さで設けられる。
積層された半導体基板12に、例えば、600℃程度の
温度で、例えば、40分程度の時間、熱処理を施す。こ
のとき、Ti層23上のPd層24から、PdがTi層
23を通って半導体基板12の表面領域まで拡散する。
Pdは、半導体基板12の表面領域のシリコン(Si)
と反応し、これにより、コンタクト開口18内の、Ti
層23と半導体基板12表面との間にPdシリサイド層
(第1金属層19)が形成される。また、これと同時
に、半導体基板12中のSiがTi層23中に拡散し、
Ti層23はTiシリサイド層に変化する。なお、絶縁
膜17の端部の幅は、Ti層23がその端部においても
シリサイド化されるように、十分に小さく設定されてい
る。但し、絶縁膜17上のTiシリサイド層20では、
Pdシリサイド層19上のTiシリサイド層20に比べ
て、シリサイド化の程度が低い。
が半導体基板12側に拡散し、Ti層23上のPd層2
4が実質的に残存しないように行われる。熱処理の結
果、図2(d)に示すように、Pd層24は実質的に消
失し、半導体基板12の他面上に、Pdシリサイド層1
9と、Tiシリサイド層23と、が積層された状態が得
られる。なお、熱処理後に、Tiシリサイド層23上
に、Pd層24が残存していてもよい。
リサイド層23の上にAl層25を真空蒸着等により形
成する。Al層25は、例えば、1μm程度の厚さで設
けられる。さらに、この半導体基板12に400℃以上
の温度での熱処理を施す。これにより、図3(f)に示
すように、第2金属層20(Tiシリサイド層23)と
第3金属層21(Al層25)との間に、TiとSiと
Alとを主成分として構成される合金層(第4の金属層
22)が形成される。ここで、熱処理は、合金層が、T
iシリサイド層23とAl層25との界面のほぼ全体に
わたって形成され、例えば、50μm程度の厚さで形成
されるような条件で行われる。
第1金属層19と、Tiシリサイドを含む第2金属層2
0と、Alを含む第3金属層21と、が積層され、第2
金属層20と第3金属層21との間に、TiとSiとA
lとを含む第4金属層22が設けられたショットキバリ
ア電極13が形成される。
ば、Ti、Ni、Pd、Agを順次真空蒸着等により積
層して形成する。これにより、カソード電極14が形成
される。なお、カソード電極14の形成はショットキバ
リア電極13の形成の前に行っても良い。以上で、製造
工程は終了し、図3(g)に示す半導体素子11が形成
される。
ば、複数の金属層が積層されたショットキバリア電極を
備えた半導体素子において、密着層としてのTiシリサ
イド層(第2金属層20)と、外部接続層としてのAl
層(第3金属層21)と、の間に、TiとSiとAlと
を主成分とする合金層22を形成している。
の間に、Siを含む金属層を形成することにより、熱処
理時にTiシリサイド層とAl層との間にAl3Ti等
の、2層間の密着性を低下させる金属間化合物が形成さ
れることは防がれる。このため、上記のような複数の金
属層が積層されたショットキバリア電極13に熱処理が
施された場合においても、金属層間の高い密着性が維持
され、信頼性の高い半導体素子11の製造が可能とな
る。
々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能
な上記実施の形態の変形態様について、説明する。
体領域によって構成される、いわゆるガードリングを設
けてもよい。これにより、逆方向電圧の印加時にPN接
合から形成される空乏層により、高い逆方向耐圧が得ら
れる。
金属層19)は、Pdを含む、Pdシリサイドとして構
成されるものとした。しかし、バリア金属層を構成する
金属材料は、これに限らず、白金、ニッケル、コバルト
等の他の金属材料であってもよい。
iシリサイドから構成され、第3金属層21はAlから
構成され、結果として、第4金属層22はTiとSiと
Alとから構成されるものとした。しかし、これに限ら
ず、本発明は、積層された場合にその界面に金属化合物
が形成されやすい、いかなる金属の組み合わせにも適用
することができる。例えば、第2金属層20を、バナジ
ウム、クロム、モリブデン、タンタル、タングステン等
のシリサイドから構成し、これに合わせて、第3金属層
21をAl、銅、ニッケル等から選択するようにしても
よい。
2金属層20を介したTiの熱拡散により形成されたT
iシリサイドから構成するものとした。しかし、第1の
金属層19を形成し、その後、第2金属層20および第
3金属層21を形成するようにしてもよい。また、この
場合、第1金属層19は、金属シリサイドから構成せ
ず、金属膜(例えば、Pd膜)として構成してもよい。
用いる構成とした。しかし、これに限らず、P形の半導
体基板を用いる構成であってもよい。さらに、炭化シリ
コンや、シリコンを含有するゲルマニウム等の他の半導
体基板を用いることができる。
ットキバリアダイオードに適用した例を示した。しか
し、上記例に限らず、電界効果トランジスタ等の素子
や、LSI(大規模集積回路)やイメージセンサの構成
素子等として基板上にショットキバリアダイオードを形
成する場合に本発明を適用できることはいうまでもな
い。
簡便かつ信頼性の高い、ショットキバリア電極を備えた
半導体素子およびその製造方法が提供される。
構成を示す図である。
る。
る。
ある。
Claims (4)
- 【請求項1】シリコンを含む半導体基板の一面と接触す
るように設けられ、前記半導体基板の一面との間にショ
ットキ障壁を形成するショットキバリア電極を備えた半
導体素子であって、 前記半導体基板上に、開口を有して形成されたシリコン
系絶縁膜と、 前記半導体基板の表面領域に形成され、第1の金属を含
む第1の金属層と、 前記第1の金属層と前記開口を介して接するように前記
絶縁膜上に形成され、第2の金属のシリサイドを含む第
2の金属層と、 前記第2の金属層上に形成され、第3の金属を含み、外
部電極に接続される第3の金属層と、 前記第2の金属層と、前記第3の金属層と、の界面に形
成され、前記第2の金属と、前記第3の金属と、シリコ
ンと、を含む第4の金属層と、 を備えることを特徴とする半導体素子。 - 【請求項2】前記第2の金属はチタンから構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。 - 【請求項3】前記第3の金属はアルミニウムから構成さ
れる、ことを特徴とする請求項1または2に記載の半導
体素子。 - 【請求項4】シリコンを含む半導体基板の一面と接触す
るように設けられ、前記半導体基板の一面との間にショ
ットキ障壁を形成するショットキバリア電極を備えた半
導体素子の製造方法であって、 前記半導体基板の一面上に、開口を有するシリコン系絶
縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜上に、第1の金属を含む第1の金属層と、第
2の金属を含む第2の金属層と、を順に形成する工程
と、 前記第2の金属層に含まれる前記第2の金属を、前記第
1の金属層を介して前記半導体基板の表面領域に熱拡散
させ、前記開口を介して前記第1の金属層と接し、前記
第2の金属のシリサイドを含む第3の金属層を形成する
とともに、前記半導体基板に含まれるシリコンを前記第
1の金属層へ熱拡散させる工程と、 熱処理後の前記半導体基板の一面上に、外部電極に接続
される、第3の金属を含む第4の金属層を形成する工程
と、 熱処理により、前記第1の金属層と前記第4の金属層と
の間に、前記第1の金属と、前記第3の金属と、シリコ
ンと、を含む第5の金属層を形成する熱処理工程と、 を備える、ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
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CN115799065A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-03-14 | 扬州国宇电子有限公司 | 一种TiSi势垒的制备方法 |
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- 2001-12-28 JP JP2001400315A patent/JP3823826B2/ja not_active Expired - Fee Related
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