JP3303545B2 - 半導体装置の製法 - Google Patents
半導体装置の製法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製法、特
に半導体集積回路を製造する場合に適用して好適な半導
体装置の製法に係わる。
に半導体集積回路を製造する場合に適用して好適な半導
体装置の製法に係わる。
【0002】
【従来の技術】半導体装置、特に半導体集積回路におい
て、絶縁層を介して下層配線と上層配線が積層された多
層配線構造をとる場合などにおいて、その上層配線の形
成面はできるだけ平坦な面とすることが、上層配線の段
切れ等を防止し、信頼性の高い半導体装置を構成する上
で望ましい。
て、絶縁層を介して下層配線と上層配線が積層された多
層配線構造をとる場合などにおいて、その上層配線の形
成面はできるだけ平坦な面とすることが、上層配線の段
切れ等を防止し、信頼性の高い半導体装置を構成する上
で望ましい。
【0003】そこで、このような半導体装置を製造する
場合、下層配線の形成後にその表面を平坦化するための
平坦化絶縁層例えばSOG(Spin on Glass)を堆積して
後、これをCF4 あるいはCHF3 などのふっ素系ガス
でその表面から全面的エッチングを行ういわゆるエッチ
バックを行ってその表面の平坦化を行い、その後この平
坦化された表面上に層間絶縁層を被着形成して、このよ
うにして表面が比較的平坦化された層間絶縁層上に上層
配線を形成し、この上層配線を予め層間絶縁層に形成さ
れたコンタクト窓を通じて下層配線の所定部にコンタク
トして多層配線構造を構成することが行われる。
場合、下層配線の形成後にその表面を平坦化するための
平坦化絶縁層例えばSOG(Spin on Glass)を堆積して
後、これをCF4 あるいはCHF3 などのふっ素系ガス
でその表面から全面的エッチングを行ういわゆるエッチ
バックを行ってその表面の平坦化を行い、その後この平
坦化された表面上に層間絶縁層を被着形成して、このよ
うにして表面が比較的平坦化された層間絶縁層上に上層
配線を形成し、この上層配線を予め層間絶縁層に形成さ
れたコンタクト窓を通じて下層配線の所定部にコンタク
トして多層配線構造を構成することが行われる。
【0004】ところがこの場合、その平坦化絶縁層に対
するエッチバックは、半導体基板の板面方向に関するエ
ッチングのばらつきを考慮して平坦化絶縁層の本来の厚
さのエッチングの30%程度多めのオーバーエッチング
を行う。このため、このオーバーエッチングによって下
層配線の一部が表面に露出する部分が生じ、この下層配
線がAl、あるいはこのAl上にフォトリソグラフィ工
程におけるハレーションの発生を回避するための反射防
止を行うTiN等が形成された金属配線である場合、こ
の金属配線層による下層配線を構成するAlあるいはT
iにエッチングガスのふっ素が吸着し、これら金属A
l, Tiのふっ化物を形成し、これを異物として残す。
するエッチバックは、半導体基板の板面方向に関するエ
ッチングのばらつきを考慮して平坦化絶縁層の本来の厚
さのエッチングの30%程度多めのオーバーエッチング
を行う。このため、このオーバーエッチングによって下
層配線の一部が表面に露出する部分が生じ、この下層配
線がAl、あるいはこのAl上にフォトリソグラフィ工
程におけるハレーションの発生を回避するための反射防
止を行うTiN等が形成された金属配線である場合、こ
の金属配線層による下層配線を構成するAlあるいはT
iにエッチングガスのふっ素が吸着し、これら金属A
l, Tiのふっ化物を形成し、これを異物として残す。
【0005】そして、このように残された異物は、最終
的に形成された半導体装置の特性を劣化させる等、不良
品の発生、信頼性の低下を惹き起こす。また、上述した
ように金属配線層にふっ素Fが吸着したまま後の洗浄工
程等における例えばH2 Oと接触すると、このふっ素F
とH2 Oとの反応で、ふっ酸(HF)を生成し、これが
金属配線層の例えばAl,Ti等を部分的に腐食し、配
線の断線、高抵抗化等の半導体装置の特性に影響を及ぼ
し、不良品の発生したがって歩留りの低下、特性劣化し
たがって信頼性の低下を来す。
的に形成された半導体装置の特性を劣化させる等、不良
品の発生、信頼性の低下を惹き起こす。また、上述した
ように金属配線層にふっ素Fが吸着したまま後の洗浄工
程等における例えばH2 Oと接触すると、このふっ素F
とH2 Oとの反応で、ふっ酸(HF)を生成し、これが
金属配線層の例えばAl,Ti等を部分的に腐食し、配
線の断線、高抵抗化等の半導体装置の特性に影響を及ぼ
し、不良品の発生したがって歩留りの低下、特性劣化し
たがって信頼性の低下を来す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うに金属配線の形成後に表面平坦化の絶縁層を形成し、
エッチバックを行う工程を伴う半導体装置の製法におい
て、上述したエッチバックに伴う下層の金属配線との反
応による異物の形成、腐食の発生を回避できるようにし
て、目的とする半導体装置を歩留り良く、高い信頼性を
もって形成することのできる半導体装置の製法を提供す
る。
うに金属配線の形成後に表面平坦化の絶縁層を形成し、
エッチバックを行う工程を伴う半導体装置の製法におい
て、上述したエッチバックに伴う下層の金属配線との反
応による異物の形成、腐食の発生を回避できるようにし
て、目的とする半導体装置を歩留り良く、高い信頼性を
もって形成することのできる半導体装置の製法を提供す
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
の製法は、半導体基板上に形成された金属配線層上に平
坦化絶縁層を被着形成する工程と、この平坦化絶縁層を
ふっ素ガスによりその表面側からエッチバックして表面
の平坦化を行うエッチング工程と、このエッチング工程
により露出した金属配線層上に吸着したふっ素あるいは
金属ふっ化物を、200℃〜500℃のアニールにより
除去するアニール処理工程とを有する。
の製法は、半導体基板上に形成された金属配線層上に平
坦化絶縁層を被着形成する工程と、この平坦化絶縁層を
ふっ素ガスによりその表面側からエッチバックして表面
の平坦化を行うエッチング工程と、このエッチング工程
により露出した金属配線層上に吸着したふっ素あるいは
金属ふっ化物を、200℃〜500℃のアニールにより
除去するアニール処理工程とを有する。
【0008】尚、ここに、半導体基板とはその全体が半
導体によって構成されるバルク型構成はもとより、例え
ば絶縁ないしは半絶縁基板上に半導体層が形成された構
成による基板をも含んで指称するものである。また、配
線とは電極をも含む場合をも指称するものである。
導体によって構成されるバルク型構成はもとより、例え
ば絶縁ないしは半絶縁基板上に半導体層が形成された構
成による基板をも含んで指称するものである。また、配
線とは電極をも含む場合をも指称するものである。
【0009】
【作用】上述の本発明製法においては、エッチバックの
工程の後に200℃以上500℃以下のアニールすなわ
ち加熱処理を行うものであるが、この加熱処理によって
エッチバックによって露呈した金属配線層に付着したエ
ッチバックに用いられたエッチングガスを消失できるの
で、異物の発生、金属配線層の腐食の原因を確実に排除
することができる。
工程の後に200℃以上500℃以下のアニールすなわ
ち加熱処理を行うものであるが、この加熱処理によって
エッチバックによって露呈した金属配線層に付着したエ
ッチバックに用いられたエッチングガスを消失できるの
で、異物の発生、金属配線層の腐食の原因を確実に排除
することができる。
【0010】
【実施例】本発明による半導体装置の製法の一実施例を
所定の工程での断面図を示す図1〜図5を参照して詳細
に説明する。この例では、LDD(Lightly Doped Drai
n)型のMIS−FET(絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ)を回路素子として有する半導体集積回路を構成す
る場合で、この例においては半導体基板1が例えばSi
基板よりなる。
所定の工程での断面図を示す図1〜図5を参照して詳細
に説明する。この例では、LDD(Lightly Doped Drai
n)型のMIS−FET(絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ)を回路素子として有する半導体集積回路を構成す
る場合で、この例においては半導体基板1が例えばSi
基板よりなる。
【0011】図1に示すように、半導体基板1すなわち
Si基板1の一主面の、回路素子間にいわゆる LOCOS
(Local Oxidation of Silicon)によって例えば厚さ4
00nmの素子間分離絶縁層4を形成する。そして、半
導体基板1の上述の一主面の素子間分離絶縁層4によっ
て囲まれた素子形成領域にゲート絶縁層5を表面熱酸化
等によって形成し、これの上に例えば厚さ300nmの
多結晶Si層によるゲート電極6を形成する。このゲー
ト電極6の形成は、例えば多結晶Si層を全面的にCV
D(化学的気相成長)法等によって形成し、その後これ
をフォトリソグラフィによって所定のパターンにパター
ニングすることによって形成し得る。
Si基板1の一主面の、回路素子間にいわゆる LOCOS
(Local Oxidation of Silicon)によって例えば厚さ4
00nmの素子間分離絶縁層4を形成する。そして、半
導体基板1の上述の一主面の素子間分離絶縁層4によっ
て囲まれた素子形成領域にゲート絶縁層5を表面熱酸化
等によって形成し、これの上に例えば厚さ300nmの
多結晶Si層によるゲート電極6を形成する。このゲー
ト電極6の形成は、例えば多結晶Si層を全面的にCV
D(化学的気相成長)法等によって形成し、その後これ
をフォトリソグラフィによって所定のパターンにパター
ニングすることによって形成し得る。
【0012】次に、このゲート電極6および素子間分離
絶縁層4をマスクとして不純物の例えばイオン注入を行
って低濃度のソースないしはドレイン領域(以下低濃度
のS/D領域という)7を形成する。
絶縁層4をマスクとして不純物の例えばイオン注入を行
って低濃度のソースないしはドレイン領域(以下低濃度
のS/D領域という)7を形成する。
【0013】この低濃度S/D領域7の形成の後に、ゲ
ート電極6の側面にサイドウオール8を形成する。この
サイドウオールの形成は、例えば全面的にSiO2 をC
VD法によって成膜し、その後半導体基板1の板面に対
して垂直方向にエッチング性を有する異方性エッチング
によってエッチバックを行ってゲート電極6側面に被着
形成された基板面と垂直方向の厚さが他部に比し大とさ
れた部分を残し他部をエッチングすることによって形成
する。
ート電極6の側面にサイドウオール8を形成する。この
サイドウオールの形成は、例えば全面的にSiO2 をC
VD法によって成膜し、その後半導体基板1の板面に対
して垂直方向にエッチング性を有する異方性エッチング
によってエッチバックを行ってゲート電極6側面に被着
形成された基板面と垂直方向の厚さが他部に比し大とさ
れた部分を残し他部をエッチングすることによって形成
する。
【0014】このサイドウオール8、ゲート絶縁層5お
よび素子間分離絶縁層4をマスクとして不純物の例えば
イオン注入を行って高濃度のソースないしはドレイン領
域(以下高濃度のS/D領域という)9を形成する。
よび素子間分離絶縁層4をマスクとして不純物の例えば
イオン注入を行って高濃度のソースないしはドレイン領
域(以下高濃度のS/D領域という)9を形成する。
【0015】その後、全面的に第1の層間絶縁層10を
例えば厚さ150nm程度にCVD法によって堆積し、
これの上に例えば厚さ350nm程度にボロンリンシリ
ケートガラスいわゆるBPSGによる絶縁層11を堆積
し、例えば下層配線をオーミックにコンタクトさせる部
分の例えば選択された高濃度のS/D領域9上にコンタ
クト窓12をフォトリソグラフィによって穿設する。
例えば厚さ150nm程度にCVD法によって堆積し、
これの上に例えば厚さ350nm程度にボロンリンシリ
ケートガラスいわゆるBPSGによる絶縁層11を堆積
し、例えば下層配線をオーミックにコンタクトさせる部
分の例えば選択された高濃度のS/D領域9上にコンタ
クト窓12をフォトリソグラフィによって穿設する。
【0016】その後、例えば900℃での加熱によるい
わゆるグラスフローを行ってガラス絶縁層11を軟化さ
せてコンタクト窓12の周縁の肩部をなだらかな丸みを
帯びた湾曲面とする。
わゆるグラスフローを行ってガラス絶縁層11を軟化さ
せてコンタクト窓12の周縁の肩部をなだらかな丸みを
帯びた湾曲面とする。
【0017】図2に示すように、このコンタクト窓12
内を通じてS/D領域9にオーミックにコンタクトして
例えばAlよりなるあるいはその表面にTiNを形成し
た下層配線となる金属配線層2を形成する。この金属配
線層2すなわち下層配線の形成は、AlあるいはAl上
にTiNを蒸着、スパッタリング等によって形成して後
にフォトリソグラフィによるパターニングによって形成
することができる。
内を通じてS/D領域9にオーミックにコンタクトして
例えばAlよりなるあるいはその表面にTiNを形成し
た下層配線となる金属配線層2を形成する。この金属配
線層2すなわち下層配線の形成は、AlあるいはAl上
にTiNを蒸着、スパッタリング等によって形成して後
にフォトリソグラフィによるパターニングによって形成
することができる。
【0018】図3に示すように、全面的に例えばプラス
マCVDによってSiOを100nm程度の厚さに堆積
した第2の層間絶縁層20を形成し、これの上に同様に
全面的に表面に凹凸を埋込む例えば500nm程度の厚
さにSOGによる平坦化絶縁層3を堆積させ平坦化す
る。
マCVDによってSiOを100nm程度の厚さに堆積
した第2の層間絶縁層20を形成し、これの上に同様に
全面的に表面に凹凸を埋込む例えば500nm程度の厚
さにSOGによる平坦化絶縁層3を堆積させ平坦化す
る。
【0019】図4に示すように、このSOGによる平坦
化絶縁層3を、その表面から例えばCF4 あるいはCH
F3 などのふっ素系ガスで全面エッチバックを行う。こ
のとき平坦性を充分得ることができるように、基板1の
基板面方向のエッチングレートのばらつきを考慮した3
0%程度のオーバーエッチングを行う。その結果、図4
に示されるように、下層配線すなわち金属配線層2の一
部が外部に露呈され、これにエッチバックに用いられた
エッチングガス中のふっ素が吸着される。
化絶縁層3を、その表面から例えばCF4 あるいはCH
F3 などのふっ素系ガスで全面エッチバックを行う。こ
のとき平坦性を充分得ることができるように、基板1の
基板面方向のエッチングレートのばらつきを考慮した3
0%程度のオーバーエッチングを行う。その結果、図4
に示されるように、下層配線すなわち金属配線層2の一
部が外部に露呈され、これにエッチバックに用いられた
エッチングガス中のふっ素が吸着される。
【0020】本発明製法においては、このエッチバック
後において、200℃〜500℃の範囲、例えば400
℃でのアニールを行う。このアニールはN2 、Arガス
等の不活性ガス雰囲気中で行う。このようにすると、金
属配線層2に吸着されていたふっ素は飛散され、消失す
る。
後において、200℃〜500℃の範囲、例えば400
℃でのアニールを行う。このアニールはN2 、Arガス
等の不活性ガス雰囲気中で行う。このようにすると、金
属配線層2に吸着されていたふっ素は飛散され、消失す
る。
【0021】このアニールにおいて、その加熱温度を2
00℃〜500℃の範囲に選定するのは、200℃未満
では、金属配線層2に吸着されているふっ素を完全に消
失させることが困難となり、500℃を超えると金属配
線層2の例えばAlに熱的影響、例えば変形、いわゆる
ヒロック(Hillock)等を生じることに因る。
00℃〜500℃の範囲に選定するのは、200℃未満
では、金属配線層2に吸着されているふっ素を完全に消
失させることが困難となり、500℃を超えると金属配
線層2の例えばAlに熱的影響、例えば変形、いわゆる
ヒロック(Hillock)等を生じることに因る。
【0022】このアニールの後に、図5に示すように、
表面の平坦化がなされた表面に全面的に例えばCVD法
によって形成したSiO2 による第3の層間絶縁層13
を形成し、上層配線とコンタクトさせる下層配線すなわ
ち金属配線層2と更に或る場合は同様の下層配線を構成
する多結晶Si等による例えばゲート電極等の下層配線
の所定部上にフォトリソグラフィによってコンタクト窓
14を穿設する。そして、このコンタクト窓14を通じ
て下層配線と直接的に、あるいはコンタクト窓14内に
埋込み形成した埋込み金属層を介してオーミックにコン
タクトさせて上層配線15を形成する。この上層配線1
5の形成は、例えばAlあるいはAl上に反射防止膜の
TiN膜を形成した金属膜を全面的に被着し、フォトリ
ソグラフィによって所定のパターンにパターン化するこ
とによって形成する。
表面の平坦化がなされた表面に全面的に例えばCVD法
によって形成したSiO2 による第3の層間絶縁層13
を形成し、上層配線とコンタクトさせる下層配線すなわ
ち金属配線層2と更に或る場合は同様の下層配線を構成
する多結晶Si等による例えばゲート電極等の下層配線
の所定部上にフォトリソグラフィによってコンタクト窓
14を穿設する。そして、このコンタクト窓14を通じ
て下層配線と直接的に、あるいはコンタクト窓14内に
埋込み形成した埋込み金属層を介してオーミックにコン
タクトさせて上層配線15を形成する。この上層配線1
5の形成は、例えばAlあるいはAl上に反射防止膜の
TiN膜を形成した金属膜を全面的に被着し、フォトリ
ソグラフィによって所定のパターンにパターン化するこ
とによって形成する。
【0023】このようにして、半導体基板1に回路素子
としての例えばMIS−FETが形成された、すなわち
ゲート絶縁層5を介してゲート電極6が形成され、これ
を挟んでその両側に低濃度S/D領域7と高濃度S/D
領域9によるソースないしはドレイン領域が形成された
MIS−FETが形成され、多層配線構造を有する目的
とする半導体装置が構成される。
としての例えばMIS−FETが形成された、すなわち
ゲート絶縁層5を介してゲート電極6が形成され、これ
を挟んでその両側に低濃度S/D領域7と高濃度S/D
領域9によるソースないしはドレイン領域が形成された
MIS−FETが形成され、多層配線構造を有する目的
とする半導体装置が構成される。
【0024】このような本発明製法によって得た半導体
装置は、冒頭に述べた異物の発生や、金属配線層2の腐
食の発生を確実に回避できた。これは、図4で説明した
表面平坦化絶縁層3に対するエッチバックの後に、アニ
ール処理を施してふっ素の飛散を行ったことにより、下
層配線を構成する金属配線層2がふっ素と反応して異物
を発生させたり、あるいはふっ酸による金属配線層の腐
食を効果的に回避できたものである。
装置は、冒頭に述べた異物の発生や、金属配線層2の腐
食の発生を確実に回避できた。これは、図4で説明した
表面平坦化絶縁層3に対するエッチバックの後に、アニ
ール処理を施してふっ素の飛散を行ったことにより、下
層配線を構成する金属配線層2がふっ素と反応して異物
を発生させたり、あるいはふっ酸による金属配線層の腐
食を効果的に回避できたものである。
【0025】因みに、本発明製法によらない、すなわち
上述の平坦化絶縁層3のエッチバック後のアニール処理
を施さない従来方法によるときは、図6に示すように平
坦化絶縁層3のエッチバックによって露出した金属配線
層2にふっ素と反応して異物21を発生したり、あるい
はふっ酸による金属配線層の腐食による欠陥22が発生
する。図6において、図4と対応する部分には同一符号
を付して重複説明を省略する。
上述の平坦化絶縁層3のエッチバック後のアニール処理
を施さない従来方法によるときは、図6に示すように平
坦化絶縁層3のエッチバックによって露出した金属配線
層2にふっ素と反応して異物21を発生したり、あるい
はふっ酸による金属配線層の腐食による欠陥22が発生
する。図6において、図4と対応する部分には同一符号
を付して重複説明を省略する。
【0026】尚、上述した例においては、MIS−FE
Tを回路素子とする集積回路を得る場合に本発明製法を
適用したものであるが、これに限らず他の各種半導体装
置の製造に本発明を適用することができる。
Tを回路素子とする集積回路を得る場合に本発明製法を
適用したものであるが、これに限らず他の各種半導体装
置の製造に本発明を適用することができる。
【0027】
【発明の効果】上述したように、本発明製法によれば、
Al等の金属配線層に生じる異物の発生、腐食の発生を
確実に回避できるので、安定して所望の特性を有し、不
良品の発生率が低く、歩留りの高い、信頼性の高い半導
体装置を得ることができる。
Al等の金属配線層に生じる異物の発生、腐食の発生を
確実に回避できるので、安定して所望の特性を有し、不
良品の発生率が低く、歩留りの高い、信頼性の高い半導
体装置を得ることができる。
【0028】そして、このように、平坦化絶縁層3のエ
ッチバックを行って金属配線層が露出することによる不
都合を回避できたことにより、このエッチバックは金属
配線層の露出を考慮することなく充分に行うことができ
るので、この平坦性を得るためのエッチバック等の制御
性の裕度いわゆるプロセスマージンを拡大することがで
きる。
ッチバックを行って金属配線層が露出することによる不
都合を回避できたことにより、このエッチバックは金属
配線層の露出を考慮することなく充分に行うことができ
るので、この平坦性を得るためのエッチバック等の制御
性の裕度いわゆるプロセスマージンを拡大することがで
きる。
【0029】また、本発明製法では、単にアニール工程
を一工程増加させるに過ぎないので本発明製法を適用す
ることによる複雑なプロセスの増加を招くことがなく、
これに伴うコスト高の将来を回避できるものである。
を一工程増加させるに過ぎないので本発明製法を適用す
ることによる複雑なプロセスの増加を招くことがなく、
これに伴うコスト高の将来を回避できるものである。
【0030】
【図1】本発明製法の一例の一工程における断面図であ
る。
る。
【図2】本発明製法の一例の一工程における断面図であ
る。
る。
【図3】本発明製法の一例の一工程における断面図であ
る。
る。
【図4】本発明製法の一例の一工程における断面図であ
る。
る。
【図5】本発明製法の一例の一工程における断面図であ
る。
る。
【図6】従来方法の説明に供する断面図である。
1 半導体基板 2 金属配線層 3 平坦化絶縁層 4 素子間分離絶縁層 5 ゲート絶縁層 6 ゲート電極 7,8 ソースないしはドレイン領域 10 第1の層間絶縁層 11 平坦化絶縁層 20 第2の層間絶縁層 13 第3の層間絶縁層 15 上層配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/321 H01L 21/3213 H01L 21/768
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体基板上に形成された金属配線層上
に平坦化絶縁層を被着形成する工程と、 該平坦化絶縁層をふっ素ガスによりその表面側からエッ
チバックして表面の平坦化を行うエッチング工程と、 前記エッチング工程により露出した前記金属配線層上に
吸着したふっ素あるいは金属ふっ化物を、200℃〜5
00℃のアニールにより除去するアニール処理工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19975994A JP3303545B2 (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 半導体装置の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19975994A JP3303545B2 (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 半導体装置の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864593A JPH0864593A (ja) | 1996-03-08 |
| JP3303545B2 true JP3303545B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=16413154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19975994A Expired - Fee Related JP3303545B2 (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 半導体装置の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3303545B2 (ja) |
-
1994
- 1994-08-24 JP JP19975994A patent/JP3303545B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0864593A (ja) | 1996-03-08 |
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