JP3264255B2 - 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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JP3264255B2 JP26974698A JP26974698A JP3264255B2 JP 3264255 B2 JP3264255 B2 JP 3264255B2 JP 26974698 A JP26974698 A JP 26974698A JP 26974698 A JP26974698 A JP 26974698A JP 3264255 B2 JP3264255 B2 JP 3264255B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はポリシリコン膜で
なる高抵抗値の抵抗素子を含む半導体集積回路装置の製
造方法に関し、特に高抵抗素子を負荷抵抗として回路構
成したSRAMを含む半導体装置のようにその抵抗素子
の抵抗値を変えることにより同一パターンで作られなが
ら異なる特性・用途とされるような半導体装置の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】集積度の高いSRAM(スタティックラ
ンダムアクセスメモリ)は高抵抗ポリシリコン負荷型が
主流になっている。このようなSRAMのメモリセル部
1を図2に示す回路図を参照して説明する。このメモリ
セル1は高抵抗ポリシリコン膜でなる抵抗素子R1とN
型MOSFETQ1とからなるインバータと同様な抵抗
素子R2とMOSFETQ2とからなるインバータとの2
個のインバータを互いに一方の出力を他方の入力に接続
したフリップフロップ回路2と、メモリセル外とのデー
タのやりとりのためのスイッチ用MOSFETQ3、Q4
とからなる。そしてスイッチ用MOSFETQ3は一方
のインバータの出力点3と一方のデータ線D1Lとを結
び、スイッチ用MOSFETQ4は他方のインバータの
出力点4と他方のデータ線D2Lとを結んでいる。そし
て両スイッチ用MOSFETQ3、Q4のゲートは同じワ
ード線WLに接続されている。なお符号Vccは電源線
を示す。
【0003】SRAMは上述したメモリセル1が多数の
ワード線WLと多数対のデータ線D1L、D2Lに対応し
て多数マトリックス状に設けられたものである。
【0004】このようなSRAMにおける抵抗素子
1、R2の抵抗値は待機時(スタンバイ時)の消費電流
の大きさを決定するので大きな抵抗値とされる。しかし
ながら大きすぎるとソフトエラーを生じやすくなるので
大きすぎても使用出来ない。即ち低消費電力と記憶の信
頼性は相反する要求となる。そこで用途により適当な値
に選ばれる。
【0005】このように抵抗素子R1、R2の抵抗値が異
なる半導体装置を作るに際してはマスクパターンとか、
成膜条件とかは共通として抵抗素子を形成するポリシリ
コン膜の比抵抗を調節して対応するのが効率的である。
【0006】次にこの半導体装置のメモリセル1の部分
の完成状態について説明する。図3はその平面図で抵抗
素子R1,R2形成前の状態を示す。図4は抵抗素子
1,R2を形成した状態を示す。図5は図3におけるA
−A線での断面図である。図5に示すように、例えばp
型Si基板(またはn型の表面にpウエルを形成したS
i基板)ような半導体基板101の表面にはSiO2
でなるフィールド酸化膜102がトレンチ内に選択的に
形成され、これによって素子間分離がなされている。さ
らに、フィールド酸化膜102の下方には、p+型のチ
ャンネルストッパが形成されているが図示を略す。上記
フィールド酸化膜102でかこまれた活性領域を図3に
は斜め破線(左下がり)によるハッチングで示すがそこ
にはSiO2でなるゲート酸化膜103が形成され、こ
のゲート酸化膜103およびフィールド酸化膜102の
上に例えばポリシリコンとWSiとの積層膜からなるワ
ード線WLおよびゲート電極Gが所定のパターンに形成
されている。また、上記活性領域にはワード線WLとフ
ィールド酸化膜102及びゲート電極Gをマスクとして
自己整合的に低濃度n型ソース・ドレイン領域104が
形成されている。また、ワード線WL、ゲートGの端面
にはSiO2でなる側壁105が形成され、上記活性領
域にはワード線WL、ゲート電極G、それらの側壁10
5およびフィールド酸化膜102をマスクとして自己整
合的に高濃度n型ソース・ドレイン領域106が形成さ
れている。こうしてMOSFETQ1,Q2,Q3、Q4
成り図5にはMOSFETQ1とQ3が表れている。そし
て、MOSFETQ1(Q2)のゲート電極Gの端部はフ
ィールド酸化膜102を越えて延びMOSFETQ
3(Q4)とMOSFETQ1(Q2)との共通のソース・
ドレイン領域106aまで達している。なお、図2によ
ればMOSFETQ3もMOSFETQ4も同じワード線
WLにつながるものであるが、図3にてはそれぞれ異な
るワード線WLにつながっている。しかしながら、これ
ら2本のワード線WLは図3外においてつながり、上層
に配されるAl配線にてなる1本のワード線(図示せ
ず)につながるものである。
【0007】それらを覆って第1の層間絶縁膜107が
形成され、その上にWSi等でなる接地ラインGNDが
設けられている。接地ラインGNDはMOSFET
1,Q2のソース領域にコンタクトホールC1を介して
つながっている等要所で半導体基板101の活性領域に
コンタクトすると共に、より上層の配線がより下層の部
分とコンタクトする場所を除いて全面的に設けられてい
るが、図3では図示省略している。その上に第2層間絶
縁膜108が設けられ、図2における接続点3,4の部
分に第2の層間絶縁膜108、第1の層間絶縁膜104
を貫通してコンタクトホールC2を設けている。このコ
ンタクトホールC2はMOSFETQ1(Q2)のゲート
電極Gの端部とMOSFETQ3(Q4)とMOSFET
1(Q2)との共通のソース・ドレイン領域106aと
を露出させている。(図3は以上の説明の部分を示
す。)
【0008】その上には図4に示すようにポリシリコン
膜で成る配線109が形成されている。配線109は高
濃度に不純物が導入された電源ラインVccの部分と、
一端がこの電源ラインVccにつながり他端がコンタク
トホールC2に延びる抵抗素子R1(R2)の部分と、高
濃度に不純物が導入されコンタクトホールC2を覆いM
OSFETQ1(Q2)のゲート電極Gの端部にコンタク
トすると共にMOSFETQ3(Q4)とMOSFETQ
1(Q2)との共通のソース・ドレイン領域106aにも
コンタクトして抵抗素子R1(R2)の他端を接続するコ
ンタクト部分109aとで成る。なお、この電源ライン
Vccは図4外において適当な間隔で半導体基板101
の活性領域にコンタクトされ、そこから上層に設けられ
たAl配線による電源ラインに接続するものである。そ
の上に第3の層間絶縁膜110が形成されている。そし
てMOSFETQ3(Q4)の他方のソース・ドレイン領
域106の表面を一部露出するように第3、第2、第1
の各層間絶縁膜を貫通してコンタクトホールC3が設け
られている。(図4は以上の説明を示す)
【0009】その上にTi−TiN積層膜で成るバリア
層111a、コンタクトホールC3内を埋めるWプラグ
111b、その上に形成したAl層111cをパターニ
ングした第1層Al配線111がデータ線D1L,D2
やその他として形成されている。その上に第4の層間絶
縁膜112が形成され、さらにその上に第2層Al配線
113が同様に下地にTi−TiN積層膜を有して形成
されている。そして最上層にカバー膜114が形成さ
れ、パッド(図示せず)の部分を開口している。
【0010】従来のこの種の半導体装置の製造方法を説
明する。工程の説明はメモリセル部1の部分に関する説
明を主としてその他の部分特有の工程に付いては説明を
略す。 (1)まず図6に示す中間加工体を準備する。ここまで
の工程を以下簡単に説明する。 (a)p型Si基板またはn型Si基板の表面に通常の
方法によりp型ウエル2を形成したような半導体基板1
01を用意する。 (b)その後例えば選択酸化法によりトレンチ内に下方
にp+型チャンネルストッパ(図示せず)を備えたフィ
ールド酸化膜102を形成してそれに囲まれた活性領域
(素子形成領域)を分離確定する。 (c)その後活性領域に例えば熱酸化によりゲート酸化
膜103形成する。 (d)その後ポリシリコン膜、WSi膜を形成してイオ
ン注入等により不純物を導入し、熱処理して低抵抗化
し、所定の形状にパターニングしてポリサイドでなるワ
ード線WLとゲート電極Gとする。 (e)その後フィールド酸化膜102、ワード線WL、
ゲート電極Gをマスクとしてイオン注入によりn型不純
物を低濃度に導入して熱処理して活性化してMOSFE
TQ1,Q2,Q3,Q4の低濃度ソース、ドレイン領域1
04を形成する。 (f)その後全面にCVDによりSiO2を形成し、異
方性エッチングしてワード線WL、ゲートGの端面に残
し側壁105とする。 (g)その後上記活性領域にワード線WL、ゲート電極
G、それらの側壁105およびフィールド酸化膜102
をマスクとして自己整合的に高濃度にn型不純物をイオ
ン注入により導入して熱処理して各MOSFETのソー
ス・ドレイン領域106を形成する。 (h)次に、CVDによりSiO2膜およびBPSG膜
を形成し熱処理により平坦化して第1の層間絶縁膜10
7とする。 (i)次に、第1の層間絶縁膜の所定部分にスルーホー
ルC1を形成してその上にWSi膜をスパッタで形成
し、それをパターニングして接地ラインGNDとする。 (j)その上にCVDによりSiO2を形成して第2層
間絶縁膜108とする。 (k)次に、図2における接続点3,4の部分を含む所
定個所に第2の層間絶縁膜108、第1の層間絶縁膜1
07を貫通するコンタクトホールを設ける。接続点3、
4のコンタクトホールC2はMOSFETQ1(Q2)の
ゲート電極Gの端部とMOSFETQ3(Q4)とMOS
FETQ1(Q2)との共通のソース・ドレイン領域10
6aの一部とを露出させるものである。以上により図6
に示す形状を得る。 (2)次に、層間絶縁膜108,107をマスクにイオ
ン注入してコンタクトホールの部分のみ半導体基板10
1にn型不純物を高濃度に導入し、コンタクトホールC
2が位置ずれ等して半導体基板101のp型領域に後の
工程で形成するポリシリコン配線109が接続するのを
防止して、CVDにより全面にポリシリコン膜を形成す
る。 (3)そのポリシリコン膜全面に抵抗素子R1,R2の抵
抗値に対応した濃度でイオン注入によりn型不純物例え
ばPを注入する。 (4)次に、フォトレジストをマスクにエッチングして
ポリシリコン膜をパターニングしてポリシリコン配線1
09とし、さらにフォトレジストをマスクに高濃度にn
型不純物例えばPを選択的に注入し、N2雰囲気850
℃30分の熱処理をおこなって電源ラインVccとコン
タクト部分109aとを形成すると共に抵抗素子R1
2の部分に注入された不純物を活性化する。 (5)次に、CVDによりSiO2を形成し、その上に
TEOSを用いたBPSGを厚く形成し、それを所定厚
み残すようにエッチバックして表面平坦化された第3の
層間絶縁膜110とする。 (6)次に、フォトレジストをマスクにウェットエッチ
とドライエッチを適用して第3、第2、第1の層間絶縁
膜を貫通するコンタクトホールC3を形成し、薄いSi
2膜を形成し、それら層間絶縁膜をマスクに薄いSi
2を貫通してn型不純物をイオン注入する。そして、
2雰囲気中で850℃10分間の熱処理を行ない導入
した不純物を活性化する。 (7)その上にスパッタによりTi−TiN積層膜で成
るバリア層111aを形成する。尚、上記の薄いSiO
2はスパッタの前処理で除去している。 (8)次にN2雰囲気で650℃10分間のアニール処
理を行こないバリア層を半導体基板101に良好にコン
タクトさせる。尚、このアニール条件は抵抗素子R1
2の抵抗値(工程(3)での不純物導入量)にかかわ
らず同じ条件で行なう。 (9)次にCVDによりコンタクトホールC3内を埋め
るようにブランケットW成長を行ない、エッチバックし
てコンタクトホールC3内のみ残しWプラグ111bと
する。その上にAl層111cを形成し、バリア層11
1aと共にパターニングして第1層Al配線111とす
る。 (10)次に、その上に第4の層間絶縁膜112を形成
し、第1層Al配線の所定場所に達するスルーホール
(図示せず)を形成し、さらにその上に下地にTi−T
iN積層膜その上にAl層を形成して所定の形状にパタ
ーニングして第2層Al配線113を形成し、そして最
上層にカバー膜114を形成し、パッド(図示せず)の
部分を開口して半導体装置は完成する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の製造方法では抵抗素子R1,R2の抵抗値をきめるのに
イオン注入のドーズ量を変えることで行なっているので
その後の工程が長く、必要とされる仕様が与えられて半
導体装置の完成までに時間が係る。そこでこの発明はよ
り後ろの工程で抵抗素子R1,R2の抵抗値の決定を行な
うようにした半導体装置の製造方法を提供する。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めにこの発明の方法は半導体基板上に下層の層間絶縁膜
を形成し、その上にポリシリコン膜を形成してそれに所
定量の不純物の導入とパターニングをして抵抗素子を形
成し、それを覆う上層の層間絶縁膜を形成し、その上に
高融点金属膜を形成し、アニール処理により前記高融点
金属膜を前記基板の活性領域(または前記ポリシリコン
膜)にコンタクトさせる半導体装置の製造方法におい
て、前記抵抗素子の抵抗値を異ならせて異なる特性とす
るのに前記ポリシリコン膜への不純物の導入量は同じと
し、前記アニール処理の温度を異ならせることを特徴と
する。上記の方法によれば抵抗素子を形成するポリシリ
コン膜に導入する不純物量は同じとし、後の工程のアニ
ール処理工程の条件を変えて抵抗値を決定するようにし
たので以後の工程が少なくなり、要求から完成(出荷)
までの所要時間を短くする。
【0013】
【発明の実施の形態】まず、この発明の基となる本発明
者による研究の結果を説明する。前記した従来の製造方
法に準じて半導体装置を製造した。但し、工程(3)で
のポリシリコン膜全面にイオン注入するn型不純物Pの
ドーズ量は2種類とした。そして、工程(8)でのアニ
ール処理は温度を振って行こなった。アニール時間はい
ずれも10分である。そして、完成した半導体装置の抵
抗素子の抵抗値を測定した。尚、この測定は図2に示す
実回路の抵抗素子R1,R2を直接測定したものではな
い。製品の品質確認の為に同じポリシリコン膜で作り込
まれ、測定用のパッドに接続しているモニタ用の抵抗素
子を測定した。図1はその結果を示すグラフである。横
軸はアニール処理の温度、縦軸は抵抗値を示す。(但
し、実回路の抵抗素子R1,R2の値に換算している。●
印はあるイオン注入量の場合で、○印はその1.5倍の
注入量の場合を示す。グラフに示すようにアニール温度
を上げて行くと抵抗値が大きくなり850℃のあたりを
ピークとしてそれ以上温度が高くなると抵抗値は小さく
なってくる。
【0014】このような現象の生ずる理由は定かではな
いが、850℃近傍の温度処理でポリシリコン中にアク
セプタが生じているのではないかと本発明者は考えてい
る。
【0015】そこで、この発明は上記の現象を利用して
ポリシリコン膜でなる抵抗素子の抵抗値をある幅の範囲
内ではあるが制御して異なる特性の半導体装置を製造す
るものである。
【0016】この発明の方法は半導体基板上に下層の層
間絶縁膜を形成し、その上にポリシリコン膜を形成して
それに所定量の不純物を導入してパターニングして抵抗
素子を形成し、それを覆う上層の層間絶縁膜を形成し、
前記上層と下層の層間絶縁膜を貫通して半導体基板表面
の活性領域へ(または上層の層間絶縁膜を貫通して前記
ポリシリコン膜)に達するコンタクトホールをエッチン
グ形成し、その上に高融点金属膜を形成し、アニール処
理により高融点金属のシリサイドを形成して前記高融点
金属膜を前記活性領域(または前記ポリシリコン膜)に
コンタクトさせる半導体装置の製造方法において実施で
きる。特に抵抗素子の抵抗値が大きい場合に有効であ
る。高融点金属膜は多くの場合その上にAl膜が配置さ
れ半導体基板とかポリシリコン膜とかにAlが合金化し
て入り込むのを防止するバリア層として用いられ、その
際アニール処理して界面をシリサイド化する場合にその
アニール温度条件を変えることで適用できる。高融点金
属としてはTi,W等種々公知の材料が用いられてい
る。
【0017】このような半導体装置において抵抗素子の
抵抗値を異ならせて異なる特性とすることが要求される
場合がある。典型的にはSRAMである。そのような場
合この発明を適用できる。即ちポリシリコン膜への不純
物の導入量は同じとして要求される抵抗値に応じてそれ
より後の工程として設定される前記アニール処理の温度
を選び処理を行なえば良い。このアニール処理の温度は
低い方は高融点金属膜の種類によって多少異なるがシリ
サイド化が出来目的を達する温度で良い高い方は850
℃である。それ以上では温度と抵抗値の関係がそれ以下
と逆になる。
【0018】
【実施例】先に説明した図1に示す実験をさらに詳細に
説明して実施例の説明とする。この半導体装置は構造と
しては図2、図3、図4に示す従来のものと同じである
ので説明は略す。
【0019】これらの半導体装置の製造方法を説明す
る。工程の説明は従来の製造方法の説明と同様にメモリ
セル部1の部分に関する説明を主としてその他の部分特
有の工程に付いては説明を略す。また図面も図2、図
3、図4、図5、図6を共用する。 (1)まず図6に示す中間加工体を準備するまでの工程
は従来と同じであるから説明を省略する。 (2)次に、層間絶縁膜108(下層の層間絶縁膜)を
マスクにイオン注入してコンタクトホールの部分のみ半
導体基板101にn型不純物を高濃度に導入し、コンタ
クトホールC2が位置ずれ等して半導体基板101のp
型領域に後の工程で形成するポリシリコン配線109が
接続するのを防止して、CVDにより全面にポリシリコ
ン膜を形成する工程も従来と同じで良い。 (3)そのポリシリコン膜全面に1群のウェーハにはn
型不純物例えばPを8.0*1013m/cm2イオン注
入する。このドーズ量は従来の製法では抵抗素子R1
2の最も高い抵抗値のものに対応したする(図1●印
に相当)。また他のウェーハ群には1.2*1014m/
cm2のイオン注入を行なう(図1○印に相当)。 (4)次に、フォトレジストをマスクにエッチングして
ポリシリコン膜をパターニングしてポリシリコン配線1
09とし、さらにフォトレジストをマスクに高濃度にn
型不純物例えばPを選択的に注入し、N2雰囲気850
℃30分の熱処理をおこなって電源ラインVccとコン
タクト部分109aとを形成すると共に抵抗素子R1
2の部分に注入された不純物を活性化する。(従来の
製造方法と同じ) (5)次に、CVDによりSiO2を形成し、その上に
TEOSを用いたBPSGを厚く形成し、それを所定厚
み残すようにエッチバックして表面平坦化された第3の
層間絶縁膜110(上層の層間絶縁膜)とする。(従来
の製造方法と同じ) (6)次に、フォトレジストをマスクにウェットエッチ
とドライエッチを適用して第3、第2、第1の層間絶縁
膜を貫通するコンタクトホールC3を形成し、薄いSi
2膜を形成し、それら層間絶縁膜をマスクに薄いSi
2を貫通してn型不純物をイオン注入する。そして、
N2雰囲気中で850℃10分間の熱処理を行ない導入
した不純物を活性化する。(従来の製造方法と同じ) (7)その上にスパッタにより高融点金属例えばTiと
例えばTiNの積層膜で成るバリア層111aを形成す
る。尚、上記の薄いSiO2はスパッタの前処理で除去
している。 (8)次にN2雰囲気で10分間温度を650℃,75
0℃,800℃,850℃,900℃1000℃に振っ
てのアニール処理を行こないバリア層111aの高融点
金属膜(この場合はTi膜)とSiを反応させシリサイ
ドとして半導体基板101に良好にコンタクトさせる。 (9)次のコンタクトホールC3内をWプラグ111b
で埋める工程以後は従来の製造方法とかわらないので説
明を略す。
【0020】この結果図1に示すような半導体装置が得
られ、例えばドーズ量1.2*1014atm/cm2
アニール温度650℃のものAは抵抗値の小さい規格品
に相当し、ドーズ量1.2*1014atm/cm2でア
ニール温度800℃のものBは抵抗値の中間規格品に相
当する。実施例によれば同じ設計で高抵抗負荷型のSR
AMの負荷抵抗の抵抗値の異なるものをアニール温度を
変えることにより作ることが出来る。
【0021】上記実施例はSRAMを例に説明したが、
他の回路においても高抵抗を含む回路でその抵抗値をか
える必要がある場合に適用できる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の製造方
法によればポリシリコン膜でなる抵抗素子の抵抗値をイ
オン注入量を変えることなく、その後の工程に設定され
るアニール工程の処理温度により変更できるのでそのよ
うな抵抗素子を含む半導体装置の仕様が示されてから出
荷までの時間が短くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明をの一実施例のアニール温度と抵抗
素子の抵抗値との関係を示すグラフ。
【図2】 この発明を適用する半導体装置の要部回路
図。
【図3】 その途中工程までの平面図。
【図4】 そのさらに工程の進んだ状態の平面図
【図5】 その縦断面図。
【図6】 それと同じ場所の途中工程を示す断面図。
【符号の説明】
101 半導体基板 108 第2層間絶縁膜(下層の層間絶縁膜) 109 ポリシリコン配線(ポリシリコン膜) R1,R2 抵抗素子 110 第3層間絶縁膜(上層の層間絶縁膜) 111a バリア層(Ti)(高融点金属膜)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8244 H01L 21/768 H01L 27/11

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に下層の層間絶縁膜を形成
    し、 その上にポリシリコン膜を形成してそれに所定量の不純
    物の導入とパターニングをして抵抗素子を形成し、 それを覆う上層の層間絶縁膜を形成し、 その上に高融点金属膜を形成し、 アニール処理により前記高融点金属膜を前記半導体基板
    の活性領域(または前記ポリシリコン膜)にコンタクト
    させる半導体装置の製造方法において、 前記抵抗素子の抵抗値を異ならせて異なる特性とするの
    に前記ポリシリコン膜への不純物の導入量は同じとし、
    前記アニール処理の温度を異ならせることを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記半導体装置がSRAM装置またはSR
    AMを含むものであり、そのSRAMは高抵抗負荷型で
    あって、前記抵抗素子はその負荷抵抗素子である請求項
    1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】前記高融点金属膜がTi膜である請求項1
    又は2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】前記アニール処理の温度が前記高融点金属
    膜が半導体基板又は前記ポリシリコン膜と反応してシリ
    サイド化しうる温度で850℃以下の範囲から選ばれる
    ことを特徴とする請求項1,2又は3に記載の半導体装
    置の製造方法。
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