JP2774407B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造方
法に関し、特にフィールド素子分離酸化膜下にn+高濃
度導電層を有する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の製造プロセスにおい
ては、選択酸化法(LOCOS)によって形成されるフィ
ールド素子分離酸化膜(以下、LOCOS酸化膜と略称
する)を図4に示すようにして形成している。先ず、図
4(a)に示すように、シリコン基板1に不純物イオンを
注入してp型領域2およびn型領域3を形成した後、熱
酸化によって表面に酸化膜4を形成する。
【0003】さらに、選択酸化の際のマスクとなるSi
N膜を堆積してホトレジスト6によってパターンニング
した後に、ドライエッチングを施してSiN膜マスク5
を得る。こうして得られたSiN膜マスク5をエッチン
グマスクとして選択酸化を実施するのであるが、そのま
ま選択酸化した場合には、p型領域2の不純物であるボ
ロン原子(B)がSiO2(LOCOS酸化膜)/Si(シリコ
ン基板)系の偏析係数が小さいためにLOCOS酸化膜
側に移動して、LOCOS酸化膜下におけるシリコン基
板1の不純物濃度が低下してしまう。
【0004】そこで、上述のようなシリコン基板1の不
純物濃度の低下を防止するために、図4(b)に示すよう
に、ホトレジスト7によってp型領域をパターンニング
窓開けしてB+イオンによるイオン注入を行った後、上
記ホトレジスト7を除去して選択酸化を実施するのであ
る。こうして、図4(c)に示すようなLOCOS酸化膜
9が形成される。この場合には、予めp型領域2におけ
る素子分離領域にB+イオンが補充されているので、L
OCOS酸化膜9形成時における選択酸化によるシリコ
ン基板1の不純物濃度低下が防止されるのである。
【0005】現在、上記LOCOS酸化膜の他の形成方
法として、オフセット−LOCOS法(以下、OSEL
Oと略称する)やフィールド部のシリコンをエッチング
して選択酸化を行う埋込LOCOS法が報告されている
が、いずれも基本的には図4に示す工程の改良法であ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記L
OCOS酸化膜の形成方法には、LOCOS酸化膜下に
配線として使用するためのn型不純物の高濃度層を部分
的に作る場合には次のような問題点がある。すなわち、
上記LOCOS酸化膜の形成方法として上記OSELO
を用いる場合や、上述した通常のLOCOS法の欠点で
あるバーズビークの伸びを低減させるために選択酸化マ
スクであるSiN膜5のサイドウォールに同じSiNを用
いる場合や、シリコン基板1をエッチングしてLOCO
S酸化膜を形成する埋込LOCOS法を用いる場合にお
いては、シリコン基板1の表面に形成されるSiN膜5
の下地としての酸化膜4を図5(a)に示すようにエッチ
ングする必要がある。
【0007】こうして、上記酸化膜4をエッチングした
後に、図5(b)に示すように、ホトレジスト7によって
配線領域をパターンニング窓開けした後にAs+イオンに
よるイオン注入を行ってAsの高濃度埋込配線層11を
形成する。その後、図5(c)に示すように、ホトレジス
ト13によってp型領域2をパターンニング窓開けし
て、B+イオンによるイオン注入を行う。そして、上記
ホトレジスト13を除去して選択酸化を実施し、図5
(d)に示すようなLOCOS酸化膜9が形成されるので
ある。
【0008】その場合における選択酸化の際に、上記A
s高濃度埋込配線層11からAs原子がアウトディフュー
ズしてp型領域2にオートドープされて、p型領域2に
Asオートドープ層12が形成される。その結果、LO
COS酸化膜9下のp型領域2は1017cm-3のAs濃度
を有するn型層に反転してしまうのである。したがっ
て、上述のように基板上の酸化膜をエッチングするよう
なLOCOS酸化膜形成とn型不純物高濃度配線層形成
とを組み合わせたプロセスによって形成された半導体装
置においては、p型領域2内に形成されたn型の接合層
は隣接するn型領域3との接合耐圧が無く、p型領域2
とn型領域3との分離が確実に行えないという問題があ
る。
【0009】一方、例えば、相補型金属酸化膜半導体
(以下、CMOSと略称する)トランジスタにおけるn型
領域において、ソース領域あるいはドレイン領域である
+領域とn型領域との接合におけるジャンクションリ
ーク電流(以下、単にp+領域におけるジャンクション
リーク電流と言う)を低減させるためにLOCOS酸化
膜下の不純物濃度を上げる場合には、ホトレジストパタ
ーンニング工程とn型イオン注入工程との2工程を経な
ければならず、半導体装置の製造工程が複雑になるとい
う問題がある。
【0010】そこで、この発明の目的は、フィールド素
子分離酸化膜下にn+高濃度導電層を形成するに際し
て、p型領域とn型領域との接合におけるジャンクショ
ンリーク電流が低く、且つn型領域に後の工程において
形成されるp+領域におけるジャンクションリーク電流
の低減を図ることができる半導体装置の製造方法を提供
することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の半導体装置の製造方法は、フィールド素
子分離酸化膜下にn+高濃度導電層を有する半導体装置
の製造方法であって、基板におけるp型領域およびn型
領域上にSiN膜によってフィールド素子分離領域をパ
ターンニング窓開けする工程と、上記n型領域に第1の
ホトレジストによって導電領域をパターンニング窓開け
した後にn+を注入して上記n+高濃度導電層を形成する
工程と、上記第1のホトレジストを除去し、第2のホト
レジストによって上記p型領域をパターンニング窓開け
した後にp+を注入してp+高濃度層を形成する工程と、
全面にスピン・オン・ガラス法によって保護膜を形成した
後にエッチバックを施してp型領域における基板表面上
に上記保護膜のマスクを形成し、その後上記第2のホト
レジストを除去する工程と、選択酸化法によって上記基
板上におけるフィールド素子分離領域に上記フィールド
素子分離酸化膜を形成する工程を備えたことを特徴とし
ている。
【0012】
【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。上述のようなAs高濃度埋込配線層はイオン
注入によって基板の結晶性が破壊されているために、ア
ニール無しで酸化を行えば比較的As原子のアウトディ
フューズを防止できると考えられる。ところが、イオン
注入直後の酸化は、Asがクラスタを形成してリーク電
流の発生源となることや、結晶欠陥に誘発された異常酸
化が生じて、極めて問題が多い。したがって、注入後に
はN2雰囲気下でのアニールが必要になるのである。
【0013】そこで、本実施例においては、寧ろ上記ア
ニール時におけるAs原子のアウトディフューズとオー
トドープとを積極的に利用して、n型領域におけるLO
COS酸化膜下の不純物濃度を上げるのである。こうし
て、後にCMOS等を形成する際にn型領域に形成され
るp+領域におけるジャンクションリーク電流の低減化
を図るのである。
【0014】その際に、p型領域へのAs原子のオート
ドープが問題となる。そこで、本実施例においては、以
下のようなプロセスによって、n型領域のみのLOCO
S酸化膜下にAs原子をオートドープするのである。
【0015】図1および図2は、本実施例に係る半導体
装置の製造過程における断面図である。以下、図1およ
び図2に従って本実施例における半導体装置の製造方法
について詳細に説明する。先ず、通常の方法によって、
シリコン基板21に不純物イオンを注入してpウェル2
2およびnウェル23から成るツインウェルを形成す
る。
【0016】こうして、ツインウェルが形成されたシリ
コン基板21上に熱酸化によって20nmの厚さでSiO2
酸化膜24を形成し、さらに膜厚200nmのSiN膜2
5および膜厚100nmのノンドープド・シリケート・ガラ
ス膜(以下、NSG膜と略称する)26を順次化学蒸着法
(CVD法)によって堆積する。そうした後、膜厚1.1
μmのホトレジスト27によって素子分離領域をパター
ンニング窓開けした後、図1(a)に示すように、ドライ
エッチャーでNSG膜26/SiN膜25/SiO2酸化膜
24の3層膜のエッチングを実施する。
【0017】続いて、上記ホトレジスト27を除去した
後、図1(b)に示すように、Asの埋込配線層を形成する
ために、膜厚1.1μmのホトレジスト28によって配線
領域をパターンニング窓開けする。そして、80keV,
1×1015cm-2でAs+イオンをイオン注入して高濃度A
s注入層29を形成する。
【0018】次に、上記ホトレジスト28を除去した
後、図1(c)に示すように、再び膜厚1.1μmのホトレ
ジスト30によってpウェル22のみを窓開けパターン
ニングし、選択酸化時におけるp型フィールド部の反転
防止のために、50keV,4.5×1013cm-2でB+イオ
ンをイオン注入してB+注入層31を形成する。次に、
上記ホトレジスト30の上からスピン・オン・ガラス法に
よって形成される保護膜(以下、SOG膜と略称する)の
原液を塗布し、120℃〜130℃でベーキングして1
〜2μm程度のSOG膜32を形成する。この場合、ベ
ーキング温度は高い方がSOG原液中のシラノールSi
(OH)4からSiO2への反応が促進されるが、ホトレジ
スト30の耐熱性から温度の上限は130℃が適当であ
る。
【0019】そして、ドライエッチャーによってSOG
膜32をエッチバックし、図2(e)に示すように、pウ
ェル22上におけるシリコン基板21表面に厚み20〜
50nmのSOGマスク32を残す。この場合、上記SO
G膜32は全面に均一に分散して塗布されるが、段差の
大きい谷間を有するpウェル22ではホトレジスト30
上よりもSOG膜厚が厚くなっている。したがって、一
様にSOG膜32をエッチバックしても、pウェル22
上にSOGマスク32が残るのである。
【0020】また、pウェル22におけるSiN選択酸
化マスクとnウェル23上のホトレジスト30との間の
距離が大きいようなパターン形状の場合には、pウェル
22上のSOG膜厚はnウェル23におけるホトレジス
ト30上のSOG膜厚に比較してそれ程厚くはならな
い。その場合には、SOG膜塗布/SOG膜エッチバッ
ク/SOG膜塗布(すなわち、SOG膜2度塗布)によっ
て、pウェル22上のSOG膜厚をホトレジスト30上
のSOG膜厚よりも厚くすればよい。
【0021】こうして塗布されたSOG膜32を上述の
ようにエッチバックする際には、20nm〜50nm程度の
残膜になるようにオーバーエッチングを行う必要があ
る。その理由は、上記pウェル22に残ったSOGマス
ク32の膜厚が必要以上に厚い場合には、後の選択酸化
時においてSOG膜32中の酸素の拡散長が長くなっ
て、pウェル22におけるLOCOS酸化膜の膜厚がn
ウェル23におけるLOCOS酸化膜の膜厚よりも薄く
なってしまうためである。
【0022】次に、図2(f)に示すように、O2プラズマ
によってホトレジスト30をアッシングする。そして、
2雰囲気中での800℃,30分アニール→950℃,
30分アニール→H2/O2系ガス雰囲気中での1050
℃パイロジェニック酸化の一連の工程によって一挙に熱
処理を実施して、図2(g)に示すように膜厚が600nm
のLOCOS酸化膜33を形成する。
【0023】その際の上記アニール時において、高濃度
As+注入層29の注入欠陥がウェハ内部から表面に向か
ってエピタキシャル成長して結晶欠陥が回復する際に、
かなりの量のAs原子がウェハ外部にアウトディフュー
ズする。そして、このアウトディフューズしたAs原子
のうちの一部は、剥き出しになっているnウェル23に
おける活性なSi表面に吸着する。そして、この吸着し
たAs原子が熱によってSi内部に拡散してオートドープ
が起こるのである。
【0024】そうした後、上記パイロジェニック酸化時
に至り、高濃度As+注入層29からのアウトデヒューズ
は停止する。そして、シリコン基板21におけるnウェ
ル23のSiが酸化されてSiO2(LOCOS酸化膜)/
Si(シリコン基板)系が生ずる。この場合、As原子は
SiO2/Si系での偏析係数が大きいために、Si系にお
ける表面As濃度は成長するLOCOS酸化膜厚に比例
して大きくなる。このように、選択酸化時における高濃
度As+注入層29からのAs原子のアウトディフューズ/
オートドープによって、nウェル23におけるLOCO
S酸化膜33下のAs濃度が大きくなるのである。
【0025】上述のように、選択酸化時におけるAs原
子のアウトディフューズ/オートドープによってnウェ
ル23におけるLOCOS酸化膜33下にAsオートド
ープ34を形成するのであるが、その際にpウェル22
においてはSOG膜32が表面をマスキングしているの
で、As原子のオートドープは防止されることになる。
【0026】最後に、図2(h)に示すように、HF系の
ウエットエッチャントでNSG膜26およびSOGマス
ク32を除去する。こうして、上記LOCOS酸化膜3
3下におけるpウェル22にはp型の不純物濃度の高い
素子分離膜が形成される一方、nウェル23にはn型の
不純物濃度の高い素子分離膜が形成されるのである。以
後、通常のプロセスによってCMOSトランジスタ等の
半導体装置が形成される。その結果得られる半導体装置
は、上記pウェル22とnウェル23との接合における
ジャンクションリーク電流が低く、pウェル22とnウ
ェル23とは確実に分離されているのである。
【0027】上述の、HF系ウエットエッチャントによ
るNSG膜26およびSOGマスク32の除去に際して
は、NSG膜26およびSOG膜32のエッチレートが
LOCOS酸化膜33に比べて大きいため、実際にはL
OCOS酸化膜33におけるp型領域/n型領域境界に
生ずる段差は、その後のデバイス特性に影響を与えるこ
とはないのである。
【0028】図3は、本実施例によって形成された図2
(h)に示すような半導体基板に対して通常のCMOS製
造による熱処理プロセスを経過させた後に、nウェル2
3にオートドープされているAs原子の濃度を測定した
結果である。図3から、nウェル23にオートドープさ
れたAs原子の濃度はn型不純物としては充分な濃度を
有していることが立証される。したがって、本実施例に
よれば、nウェル23におけるLOCOS酸化膜33下
のn+濃度を高めて、後におけるCMOS形成時等にお
いてnウェル23に形成されるp+におけるジャンクシ
ョンリーク電流の低下を図ることができる。
【0029】この場合、上記後におけるCMOS形成時
等においてnウェル23に形成されるp+領域における
接合耐圧は逆に低下するが、デバイスの集積度向上に伴
って電源電圧が低下しているためにそれ程問題にはなら
ないのである。
【0030】このように、本実施例においては、nウェ
ル23におけるLOCOS酸化膜33下に高濃度As+
入層29によって埋込配線を形成するに際して、シリコ
ン基板21にpウェル22およびnウェル23を形成し
た後、SiO2酸化膜24,SiN膜25およびNSG膜2
6からなる選択酸化マスクを形成する。次に、上記ホト
レジスト28によって配線領域をパターンニング窓開け
した後にAs+イオンをイオン注入して高濃度As+注入層
29を形成し、ホトレジスト30によってp型領域をパ
ターンニング窓開けしてB+イオンをイオン注入する。
【0031】そうした後、上記SOG膜32を形成して
エッチバックし、pウェル22上におけるシリコン基板
21表面にSOGマスク32を残す。そして、選択酸化
によってLOCOS酸化膜33を形成するのである。そ
うすると、上記選択酸化時において、高濃度As+注入層
29からAs原子がアウトディフューズしてnウェル2
3のLOCOS酸化膜33下にオートドープし、nウェ
ル23におけるLOCOS酸化膜33下にはn型の不純
物濃度の高い素子分離膜が形成される。一方、pウェル
22においてはSOGマスク32が表面をマスキングし
て、As原子のオートドープは防止される。その結果、
pウェル22におけるLOCOS酸化膜33下にはp型
不純物濃度の高い素子分離膜が形成されるのである。
【0032】したがって、本実施例によれば、上記LO
COS酸化膜33下に高濃度As+注入層29を有する半
導体装置を形成する際に、高濃度As+注入層29からp
ウェル22へのオートドープが防止されてpウェル22
とnウェル23との接合におけるジャンクションリーク
電流を低減でき、pウェル22とnウェル23とが確実
に分離される。
【0033】また、本実施例によれば、予めnウェル2
3下に、例えば埋込配線等としての高濃度As+注入層2
9を形成しておけば、選択酸化によるLOCOS酸化膜
33形成時に自動的にnウェル23におけるLOCOS
酸化膜33下のn+濃度を高めることができる。したが
って、後にCMOS等を形成する際にnウェル23に形
成されるp+領域におけるジャンクションリーク電流を
低減できるのである。すなわち、従来、nウェル23に
おけるLOCOS酸化膜33下の不純物濃度を上げる際
に必要としたホトレジストパターンニング工程とイオン
注入工程とを一挙に省略してプロセスの短縮化を図るこ
とができる。
【0034】上記実施例においては、上記LOCOS酸
化膜33下に形成するn+高濃度導電層をAs+イオン注
入によって形成しているが、As+イオンに限らずP+
オン注入やSb+イオン注入によって形成してもよい。ま
た、上記実施例においては、LOCOSによってフィー
ルド素子分離を行っているがOSELO等の他の素子分
離法によってフィールド素子分離を行っても何等差し支
えない。
【0035】また、上記実施例は、高濃度n型不純物導
電層形成工程以後にSOG膜を形成してエッチバックす
る工程を挿入するだけでよいので、LOCOS酸化膜下
に高濃度n型不純物導電層を形成する全てのプロセスに
容易に適応できる。
【0036】通常、複数のデバイスを基板上に形成する
際に、全てのデバイスに係る製造プロセスが同様に進行
するとは限らない。したがって、同一基板上において、
高濃度n型不純物導電層を有するようなあるデバイスに
対してLOCOS酸化膜形成の選択酸化を実施する際
に、他のデバイスに関しては既にゲート電極が形成され
ているような場合が生ずる。このような場合には、当該
デバイスにおける高濃度n型不純物導電層からアウトデ
ィフューズしたn型不純物が上記他のデバイスのゲート
電極にオートドープする懸念がある。ところが、シリサ
イドゲート電極が主流になっている今日においては、ゲ
ート電極へのn型不純物のオートドープの影響は余り問
題とはならないのである。
【0037】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体装置の製造方法は、フィールド素子分離酸化膜下に
+高濃度導電層を有する半導体装置を製造するに際し
て、n型領域に第1のホトレジストによって導電領域を
パターンニング窓開けしてn+注入によって上記n+高濃
度導電層を形成し、上記第1のホトレジストを除去した
後、第2のホトレジストによってp型領域をパターンニ
ング窓開けしてp+注入によってp+高濃度層を形成し、
全面にSOG膜を形成してエッチバックを施すことによ
って上記p型領域における基板表面にSOGマスクを形
成した後に選択酸化法によって上記フィールド素子分離
酸化膜を形成するようにしたので、選択酸化の際におけ
る上記n+高濃度導電層のn+の上記n型領域へのオート
ドープによって、上記n型領域におけるフィールド素子
分離酸化膜下のn+濃度を高めることができる。したが
って、後の工程でのCMOS形成時等において、上記n
型領域に形成されるp+領域におけるジャンクションリ
ーク電流の低下を図ることができる。
【0038】また、この発明によれば、上記選択酸化の
際における上記n+高濃度導電層のn+の上記p型領域へ
のオートドープを上記SOGマスクによって防止するこ
とができる。その結果、上記フィールド素子分離酸化膜
下における上記p型領域にはp型の不純物濃度の高い素
子分離膜が形成されることになり、上記フィールド素子
分離酸化膜下にn型の不純物濃度の高い素子分離膜が形
成されている上記n型領域との接合におけるジャンクシ
ョンリーク電流を低減できる。したがって、上記p型領
域とn型領域とを確実に分離でき、消費電力の少ない半
導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の半導体装置の製造方法に係る各製造
過程における断面図である。
【図2】図1に続く製造過程における断面図である。
【図3】図1および図2に示す製造方法によって形成さ
れた半導体基板のnウェルにおけるAs濃度を示す図で
ある。
【図4】通常のLOCOS酸化膜の形成方法に係る各製
造過程における断面図である。
【図5】従来のLOCOS酸化膜の形成方法によってL
OCOS酸化膜下に高濃度不純物配線層を形成する場合
における各製造工程における断面図である。
【符号の説明】
21…シリコン基板、 22…pウェ
ル、23…nウェル、 24…SiO2酸化膜、25…
SiN膜、 26…NSG膜、29
…高濃度As+注入層、 31…B+注入層、
32…SOG膜(SOGマスク)、 33…LOC
OS酸化膜、34…Asオートドープ層。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フィールド素子分離酸化膜下にn+高濃
    度導電層を有する半導体装置の製造方法であって、 基板におけるp型領域およびn型領域上にSiN膜によ
    ってフィールド素子分離領域をパターンニング窓開けす
    る工程と、 上記n型領域に第1のホトレジストによって導電領域を
    パターンニング窓開けした後、n+を注入して上記n+
    濃度導電層を形成する工程と、 上記第1のホトレジストを除去し、第2のホトレジスト
    によって上記p型領域をパターンニング窓開けした後に
    +を注入してp+高濃度層を形成する工程と、 全面にスピン・オン・ガラス法によって保護膜を形成した
    後にエッチバックを施してp型領域における基板表面上
    に上記保護膜のマスクを形成し、その後上記第2のホト
    レジストを除去する工程と、 選択酸化法によって上記基板上におけるフィールド素子
    分離領域に上記フィールド素子分離酸化膜を形成する工
    程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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