JP3259537B2 - 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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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方
法、詳しくは電極配線を形成する方法に関する。
法、詳しくは電極配線を形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコン単結晶基板の上に形成されたI
C、LSIの電極配線形成に関してはその歴史が古く、
種々の問題を解決しながら今日に至っている。特にアル
ミニウム(Al)は高導電性、絶縁膜との良好な密着
性、シリコンに対する低抵抗オーミックコンタクトなど
の優れた特性のために、トランジスタの電極形成に用い
られた。その後、エレクトロマイグレーションを防止す
るためにシリコン(Si)、銅(Cu)を添加したアル
ミニウム−シリコン(Al−Si)、アルミニウム−銅
(Al−Cu)、アルミニウム−シリコン−銅(Al−
Si−Cu)などが用いられるようになってきた。
C、LSIの電極配線形成に関してはその歴史が古く、
種々の問題を解決しながら今日に至っている。特にアル
ミニウム(Al)は高導電性、絶縁膜との良好な密着
性、シリコンに対する低抵抗オーミックコンタクトなど
の優れた特性のために、トランジスタの電極形成に用い
られた。その後、エレクトロマイグレーションを防止す
るためにシリコン(Si)、銅(Cu)を添加したアル
ミニウム−シリコン(Al−Si)、アルミニウム−銅
(Al−Cu)、アルミニウム−シリコン−銅(Al−
Si−Cu)などが用いられるようになってきた。
【0003】また近年になって、アモルファスシリコン
膜または多結晶シリコン膜を用いた薄膜トランジスタを
大面積基板に形成する技術が開発され、この薄膜トラン
ジスタをスイッチング素子として画素電極を選択するア
クテイブマトリックス型液晶表示装置が実用化されてい
る。さらに、多結晶シリコン膜を用いた薄膜トランジス
タで駆動回路を構成し、スイッチング素子としての薄膜
トランジスタと同一基板上に形成した周辺回路内蔵の薄
膜トランジスタアレイを用いた液晶表示装置も実用化さ
れつつある。このような薄膜トランジスタにおける電極
配線として、IC、LSIに用いられているAl膜、A
l−Si膜、Al−Cu膜、Al−Si−Cu膜などが
使用されている。
膜または多結晶シリコン膜を用いた薄膜トランジスタを
大面積基板に形成する技術が開発され、この薄膜トラン
ジスタをスイッチング素子として画素電極を選択するア
クテイブマトリックス型液晶表示装置が実用化されてい
る。さらに、多結晶シリコン膜を用いた薄膜トランジス
タで駆動回路を構成し、スイッチング素子としての薄膜
トランジスタと同一基板上に形成した周辺回路内蔵の薄
膜トランジスタアレイを用いた液晶表示装置も実用化さ
れつつある。このような薄膜トランジスタにおける電極
配線として、IC、LSIに用いられているAl膜、A
l−Si膜、Al−Cu膜、Al−Si−Cu膜などが
使用されている。
【0004】以下従来の半導体装置の製造工程における
電極配線の形成方法について、絶縁基板上に形成された
薄膜トランジスタを例として説明する。
電極配線の形成方法について、絶縁基板上に形成された
薄膜トランジスタを例として説明する。
【0005】図2(a)〜(d)は薄膜トランジスタの
製造方法を説明する工程断面図である。
製造方法を説明する工程断面図である。
【0006】まず図2(a)に示すように、絶縁基板1
の上に多結晶シリコン膜からなる半導体領域2を選択的
に形成する。次に少なくとも半導体領域2を覆ってゲー
ト絶縁膜3を形成し、その上に多結晶シリコン膜からな
るゲート電極4を形成する。その状態で、ゲート電極4
をマスクとして半導体領域2にイオン注入を行い、ソー
ス領域2a、ドレイン領域2bを形成する。これらの上
を覆ってシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などから
なる層間絶縁膜5を形成する。次に図2(b)に示すよ
うに、層間絶縁膜5およびゲート絶縁膜3を貫通してそ
れぞれソース領域2aおよびドレイン領域2bに達する
開口6を形成する。次に図2(c)に示すように、全面
に導電膜としてAl−Si膜7を形成する。次に図2
(d)に示すように、Al−Si膜7を選択的にエッチ
ングして開口6を介してそれぞれソース領域2aおよび
ドレイン領域2bに達するソース電極配線7a、ドレイ
ン電極配線7bを形成する。
の上に多結晶シリコン膜からなる半導体領域2を選択的
に形成する。次に少なくとも半導体領域2を覆ってゲー
ト絶縁膜3を形成し、その上に多結晶シリコン膜からな
るゲート電極4を形成する。その状態で、ゲート電極4
をマスクとして半導体領域2にイオン注入を行い、ソー
ス領域2a、ドレイン領域2bを形成する。これらの上
を覆ってシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などから
なる層間絶縁膜5を形成する。次に図2(b)に示すよ
うに、層間絶縁膜5およびゲート絶縁膜3を貫通してそ
れぞれソース領域2aおよびドレイン領域2bに達する
開口6を形成する。次に図2(c)に示すように、全面
に導電膜としてAl−Si膜7を形成する。次に図2
(d)に示すように、Al−Si膜7を選択的にエッチ
ングして開口6を介してそれぞれソース領域2aおよび
ドレイン領域2bに達するソース電極配線7a、ドレイ
ン電極配線7bを形成する。
【0007】次に図2(c)に示した導電膜形成工程に
ついて、さらに詳しく説明する。図3(a)〜(c)は
従来の導電膜形成工程を説明するフローチャートであ
る。まず図2(b)に示すような開口6を設けた絶縁基
板1をスパッタリング装置内に設置し、図3(a)に示
す工程でスパッタリング室を7×10-5Pa程度に真空
引きする。次に図3(b)の工程で、絶縁基板1やスパ
ッタリング室内部のガス出しのために温度350℃で1
5分間程度加熱する。このとき、アウトガスにより一時
真空度が低下するが、再び真空度が回復して1×10-4
Pa程度になったところで、図3(c)に示す工程でA
l−Si膜をスパッタリングする。これら一連の工程が
終了すると、スパッタリング室内を窒素ガスでパージ
し、絶縁基板1を取り出す。
ついて、さらに詳しく説明する。図3(a)〜(c)は
従来の導電膜形成工程を説明するフローチャートであ
る。まず図2(b)に示すような開口6を設けた絶縁基
板1をスパッタリング装置内に設置し、図3(a)に示
す工程でスパッタリング室を7×10-5Pa程度に真空
引きする。次に図3(b)の工程で、絶縁基板1やスパ
ッタリング室内部のガス出しのために温度350℃で1
5分間程度加熱する。このとき、アウトガスにより一時
真空度が低下するが、再び真空度が回復して1×10-4
Pa程度になったところで、図3(c)に示す工程でA
l−Si膜をスパッタリングする。これら一連の工程が
終了すると、スパッタリング室内を窒素ガスでパージ
し、絶縁基板1を取り出す。
【0008】以上絶縁基板1上に薄膜トランジスタを形
成する場合について説明したが、その他の半導体装置た
とえばICやLSIに関しても装置、条件または細部は
異なるにしても基本的には同様の工程を経て電極配線が
形成されている。
成する場合について説明したが、その他の半導体装置た
とえばICやLSIに関しても装置、条件または細部は
異なるにしても基本的には同様の工程を経て電極配線が
形成されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来の構成では、アルミニウム膜またはアルミニウムを主
成分とするアルミニウム合金膜が使用されており、これ
らの膜で形成した電極配線中にシリコンノジュールが発
生し、配線抵抗が高くなったりエレクトロマイグレーシ
ョンによる断線が発生したりするという課題を有してい
た。
来の構成では、アルミニウム膜またはアルミニウムを主
成分とするアルミニウム合金膜が使用されており、これ
らの膜で形成した電極配線中にシリコンノジュールが発
生し、配線抵抗が高くなったりエレクトロマイグレーシ
ョンによる断線が発生したりするという課題を有してい
た。
【0010】図4は従来の導電膜形成工程におけるシリ
コンノジュールの発生を説明するための断面図であり、
図2(d)のドレイン領域2bの近傍を拡大したもので
ある。このように、ドレイン電極配線7bとドレイン領
域2bの界面ではアルミニウムとシリコンが直接接して
いるためにシリコンが過剰になり、シリコンノジュール
が発生するものと考えられている。また層間絶縁膜5の
上では、飛来するアルミニウム粒子のエネルギーが高い
ために界面で 4Al+3SiO2→2Al2O3+3Si の反応が生じ、シリコンが過剰になり、シリコンノジュ
ールが発生するものと考えられる。
コンノジュールの発生を説明するための断面図であり、
図2(d)のドレイン領域2bの近傍を拡大したもので
ある。このように、ドレイン電極配線7bとドレイン領
域2bの界面ではアルミニウムとシリコンが直接接して
いるためにシリコンが過剰になり、シリコンノジュール
が発生するものと考えられている。また層間絶縁膜5の
上では、飛来するアルミニウム粒子のエネルギーが高い
ために界面で 4Al+3SiO2→2Al2O3+3Si の反応が生じ、シリコンが過剰になり、シリコンノジュ
ールが発生するものと考えられる。
【0011】一方、スパッタリングされたAl−Si膜
中のシリコンの成分比を分析した結果が発表されている
(L. D. Martsough and D. R. Denison, Sorid State T
ech., Dec., p.66)。図5はそのアルミニウム膜中のシ
リコン分布を示す図であるが、シリコンとの界面および
表面でシリコンの成分が増大しており、これもシリコン
ノジュール発生の原因になっているものと考えられる。
中のシリコンの成分比を分析した結果が発表されている
(L. D. Martsough and D. R. Denison, Sorid State T
ech., Dec., p.66)。図5はそのアルミニウム膜中のシ
リコン分布を示す図であるが、シリコンとの界面および
表面でシリコンの成分が増大しており、これもシリコン
ノジュール発生の原因になっているものと考えられる。
【0012】本発明は上記の従来の課題を解決するもの
で、電極配線としてアルミニウム単独またはアルミニウ
ムを主成分とする合金からなる導電膜を用いてもシリコ
ンノジュールの発生を抑制できる半導体装置の製造方法
を提供することを目的とする。
で、電極配線としてアルミニウム単独またはアルミニウ
ムを主成分とする合金からなる導電膜を用いてもシリコ
ンノジュールの発生を抑制できる半導体装置の製造方法
を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子上の絶
縁膜に開口を形成した基板を金属薄膜形成装置内に設置
し、金属薄膜形成装置内を真空にした後、酸素ガスを導
入して内部の真空度を少し下げるとともに成膜を開始
し、一定時間後に再度真空度を上げて成膜し、アルミニ
ウム単独またはアルミニウムを主成分とする合金からな
る導電膜を形成する工程と、導電膜を選択的にエッチン
グして電極配線を形成する工程とを有する。
に本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子上の絶
縁膜に開口を形成した基板を金属薄膜形成装置内に設置
し、金属薄膜形成装置内を真空にした後、酸素ガスを導
入して内部の真空度を少し下げるとともに成膜を開始
し、一定時間後に再度真空度を上げて成膜し、アルミニ
ウム単独またはアルミニウムを主成分とする合金からな
る導電膜を形成する工程と、導電膜を選択的にエッチン
グして電極配線を形成する工程とを有する。
【0014】
【作用】この構成によって、最初に基板上に飛来するア
ルミニウム粒子は、酸素が充分に供給されているため
に、シリコンとの界面で酸素と結びつく。そのためにA
l−Si膜中にシリコンを取り込まなくなり、また層間
絶縁膜上に飛来するアルミニウム粒子も供給された酸素
と結合するため、層間絶縁膜を還元しなくなる。その結
果、Al−Si膜中のシリコンノジュールの発生が抑制
できる。
ルミニウム粒子は、酸素が充分に供給されているため
に、シリコンとの界面で酸素と結びつく。そのためにA
l−Si膜中にシリコンを取り込まなくなり、また層間
絶縁膜上に飛来するアルミニウム粒子も供給された酸素
と結合するため、層間絶縁膜を還元しなくなる。その結
果、Al−Si膜中のシリコンノジュールの発生が抑制
できる。
【0015】
【実施例】以下本発明の一実施例の半導体装置の製造方
法における電極配線の形成方法について、絶縁基板上に
形成された薄膜トランジスタを例として説明する。
法における電極配線の形成方法について、絶縁基板上に
形成された薄膜トランジスタを例として説明する。
【0016】図1は本発明の一実施例における導電膜形
成工程を説明するフローチャートである。本実施例は、
基本的には図2(a)〜(d)の工程断面図および図3
(a)〜(c)に示すフローチャートに示す従来例と同
じであるが、電極配線を形成するための導電膜を形成す
る工程が異なる。すなわち、図2(c)の工程で層間絶
縁膜5およびゲート絶縁膜3を貫通してそれぞれソース
領域2aおよびドレイン領域2bに達する開口6を形成
した後、スパッタリング装置内に絶縁基板1をセットす
るところまでは従来例と同じである。
成工程を説明するフローチャートである。本実施例は、
基本的には図2(a)〜(d)の工程断面図および図3
(a)〜(c)に示すフローチャートに示す従来例と同
じであるが、電極配線を形成するための導電膜を形成す
る工程が異なる。すなわち、図2(c)の工程で層間絶
縁膜5およびゲート絶縁膜3を貫通してそれぞれソース
領域2aおよびドレイン領域2bに達する開口6を形成
した後、スパッタリング装置内に絶縁基板1をセットす
るところまでは従来例と同じである。
【0017】次に図1(d)に示す工程でスパッタリン
グ室を7×10-5Pa程度に真空引きする。次に図1
(e)の工程で、絶縁基板1やスパッタリング室の内部
のガス出しのために350℃−15分程度加熱する。こ
のときアウトガスにより一時真空度が低下するが、再び
真空度が回復して1×10-4Pa程度になったところ
で、図1(f)に示す工程で、まず酸素を含有するガス
を導入してスパッタリング室内の真空度を7×10-4P
a程度にしてスパッタリングを開始し(スパッタ1)、
一定時間後に再度真空度を1×10-4Pa程度に上げて
スパッタリングし(スパッタ2)、アルミニウム単独ま
たはアルミニウムを主成分とする合金からなる導電膜を
形成する。これらの一連の工程が終了すると、図1
(g)に示す工程でスパッタリング室内を窒素ガスでパ
ージし、絶縁基板1を取り出す。
グ室を7×10-5Pa程度に真空引きする。次に図1
(e)の工程で、絶縁基板1やスパッタリング室の内部
のガス出しのために350℃−15分程度加熱する。こ
のときアウトガスにより一時真空度が低下するが、再び
真空度が回復して1×10-4Pa程度になったところ
で、図1(f)に示す工程で、まず酸素を含有するガス
を導入してスパッタリング室内の真空度を7×10-4P
a程度にしてスパッタリングを開始し(スパッタ1)、
一定時間後に再度真空度を1×10-4Pa程度に上げて
スパッタリングし(スパッタ2)、アルミニウム単独ま
たはアルミニウムを主成分とする合金からなる導電膜を
形成する。これらの一連の工程が終了すると、図1
(g)に示す工程でスパッタリング室内を窒素ガスでパ
ージし、絶縁基板1を取り出す。
【0018】以上のようにしてアルミニウムを主成分と
する合金からなる導電膜を形成した後、図2(d)に示
すように、通常のフォトリソ工程によりソース電極配線
7a、ドレイン電極配線7bを形成する。なお、薄膜ト
ランジスタの性能を回復向上させるために、導電膜を形
成した後または電極配線を形成した後に水素雰囲気中で
450℃程度の温度で熱処理される。このとき導電膜と
多結晶シリコン膜との界面のコンタクト状態も改善され
る。
する合金からなる導電膜を形成した後、図2(d)に示
すように、通常のフォトリソ工程によりソース電極配線
7a、ドレイン電極配線7bを形成する。なお、薄膜ト
ランジスタの性能を回復向上させるために、導電膜を形
成した後または電極配線を形成した後に水素雰囲気中で
450℃程度の温度で熱処理される。このとき導電膜と
多結晶シリコン膜との界面のコンタクト状態も改善され
る。
【0019】以上説明した本実施例では、図1(f)の
スパッタ1の工程でアルミニウムがシリコン酸化膜また
はシリコン窒化膜の絶縁膜6の上に飛来してきたとき、
余分の酸素が存在するためにその酸素とアルミニウムが
結合し、絶縁膜6中の酸素または窒素を奪うことがない
ため、シリコンが遊離せず、アルミニウムを主成分とす
る導電膜中のシリコンノジュールの発生を防止できる。
スパッタ1の工程でアルミニウムがシリコン酸化膜また
はシリコン窒化膜の絶縁膜6の上に飛来してきたとき、
余分の酸素が存在するためにその酸素とアルミニウムが
結合し、絶縁膜6中の酸素または窒素を奪うことがない
ため、シリコンが遊離せず、アルミニウムを主成分とす
る導電膜中のシリコンノジュールの発生を防止できる。
【0020】なお酸素の量が多すぎると厚い酸化アルミ
ニウム膜が形成され、コンタクト抵抗が高くなるので、
注意しなければならない。
ニウム膜が形成され、コンタクト抵抗が高くなるので、
注意しなければならない。
【0021】
【発明の効果】本発明は、半導体素子が形成された基板
の上に絶縁膜を形成する工程と、その半導体素子に達す
る開口を形成する工程と、その絶縁膜に開口を形成した
基板を金属薄膜形成装置内に設置し、金属薄膜形成装置
内を真空にした後、酸素を含有するガスを導入して内部
の真空度を少し下げるとともにスパッタリングを開始
し、一定時間後に再度真空度を上げてスパッタリング
し、アルミニウム単独またはアルミニウムを主成分とす
る合金からなる導電膜を形成する工程と、導電膜を選択
的にエッチングして電極配線を形成する工程とを有し、
アルミニウム単独またはアルミニウムを主成分とする合
金膜中のシリコンノジュールの発生を防止できる半導体
装置の製造方法を実現することができる。
の上に絶縁膜を形成する工程と、その半導体素子に達す
る開口を形成する工程と、その絶縁膜に開口を形成した
基板を金属薄膜形成装置内に設置し、金属薄膜形成装置
内を真空にした後、酸素を含有するガスを導入して内部
の真空度を少し下げるとともにスパッタリングを開始
し、一定時間後に再度真空度を上げてスパッタリング
し、アルミニウム単独またはアルミニウムを主成分とす
る合金からなる導電膜を形成する工程と、導電膜を選択
的にエッチングして電極配線を形成する工程とを有し、
アルミニウム単独またはアルミニウムを主成分とする合
金膜中のシリコンノジュールの発生を防止できる半導体
装置の製造方法を実現することができる。
【図1】(a)〜(g)は本発明の一実施例における半
導体装置の製造方法を説明するためのフローチャート
導体装置の製造方法を説明するためのフローチャート
【図2】(a)〜(d)は薄膜トランジスタの製造方法
を説明するための工程断面図
を説明するための工程断面図
【図3】(a)〜(c)は従来の半導体装置の製造方法
を説明するためのフローチャート
を説明するためのフローチャート
【図4】従来の導電膜形成工程におけるシリコンノジュ
ールの発生を説明するための断面図
ールの発生を説明するための断面図
【図5】シリコン基板上に形成されたシリコンを含有す
るアルミニウム膜中のシリコン成分比を示す図
るアルミニウム膜中のシリコン成分比を示す図
1 絶縁基板 2 半導体領域 2a ソース領域 2b ドレイン領域 3 ゲート絶縁膜 4 ゲート電極 5 層間絶縁膜 6 開口 7 Al−Si膜 7a ソース電極配線 7b ドレイン電極配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−140353(JP,A) 特開 平5−90193(JP,A) 特開 平3−288428(JP,A) 特開 平6−116723(JP,A) 特開 平4−61322(JP,A) 特開 平2−34918(JP,A) 特開 平5−259104(JP,A) 特開 平2−89320(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/285 H01L 21/285 301 H01L 21/3205 H01L 21/768
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体素子が形成された基板上にシリコ
ン酸化膜またはシリコン窒化膜の絶縁膜を形成する工程
と、前記絶縁膜に前記半導体素子に達する開口を形成す
る工程と、前記絶縁膜に開口を形成した基板を金属薄膜
形成装置内に設置し、前記金属薄膜形成装置内を真空に
した後、酸素を含有するガスを導入して内部の真空度を
少し下げるとともに膜形成を開始し、一定時間後に再度
真空度を上げて膜形成し、アルミニウム単独またはアル
ミニウムを主成分とする合金からなる導電膜を形成する
工程と、前記導電膜を選択的にエッチングして電極配線
を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 酸素を含有するガスを導入して内部の真
空度を少し下げて膜形成を開始する代わりに、膜形成を
開始した後に酸素を含有するガスを導入し、一定時間後
に再度真空度を上げることを特徴とする請求項1記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 半導体素子が透明絶縁基板上に形成され
た多結晶シリコン膜を用いた薄膜トランジスタで構成さ
れている請求項1または2記載の半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20344494A JP3259537B2 (ja) | 1994-08-29 | 1994-08-29 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20344494A JP3259537B2 (ja) | 1994-08-29 | 1994-08-29 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0869982A JPH0869982A (ja) | 1996-03-12 |
JP3259537B2 true JP3259537B2 (ja) | 2002-02-25 |
Family
ID=16474220
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20344494A Expired - Fee Related JP3259537B2 (ja) | 1994-08-29 | 1994-08-29 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3259537B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7736977B2 (en) | 1997-03-25 | 2010-06-15 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device and a method for manufacturing therefor |
-
1994
- 1994-08-29 JP JP20344494A patent/JP3259537B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7736977B2 (en) | 1997-03-25 | 2010-06-15 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device and a method for manufacturing therefor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0869982A (ja) | 1996-03-12 |
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