JP3373480B2 - 読出専用メモリの製造方法及びウエハの保管方法 - Google Patents
読出専用メモリの製造方法及びウエハの保管方法Info
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Description
ad Only Memory)等の読出専用メモリの製造方法に関す
るものである。
工程で製造されていた。 (1) 工程a P型のシリコン基板1の表面に、絶縁用の酸化膜を形成
する。 (2) 工程b 酸化膜の表面全体にポリシリコン膜を形成し、このポリ
シリコン膜に不純物を拡散して導電性を与え、ゲート電
極層を形成する。
し、メモリセルである絶縁ゲート型トランジスタ(以
下、単に「MOS」という)のゲート電極を形成する。 (4) 工程d ゲート電極が形成されたシリコン基板1の表面に、イオ
ン注入マスク用の酸化膜を形成する。
入する。次に、熱処理を行うことにより、酸化膜中に注
入された燐イオンをシリコン基板へ拡散させ、MOSの
ソース電極またはドレイン電極に対応するソース・ドレ
イン拡散層を形成する。 (6) 工程f 気相成長法により、400℃程度でシリコン基板の酸化
膜上に、層間絶縁膜を形成する。
OMのデータに基づいた書き込み用のメモリパターンの
露光・現像によってレジストパターンを作る。レジスト
パターンを介してイオン注入を行う。これにより、書き
込み対象となったメモリセルのゲート電極の下側にイオ
ンが注入され、ROM書込層が形成される。 (8) 工程h レジストパターンを除去し、ゲート電極層やソース・ド
レイン拡散層に対するアルミニウム等の金属配線を形成
する。その後の、表面保護用のパッシベーション膜の形
成、ウエハ状態での検査、チップの切断、ケースへのマ
ウント、外部端子への接続、及び封止等の工程は、一般
の半導体装置と同様である。
マスクROMの製造方法には、次のような課題があっ
た。マスクROMでは、前記工程gに示すように、製造
中のウエハ処理において、メモリの内容をイオン注入で
書き込む処理が必要である。従って、メモリ内容が決定
してから一連の製造工程を開始する必要があり、完成ま
でに一定の期間が必要であった。
の期間を短縮するために、前記工程a〜工程fを行った
状態でウエハを保管すると、保管時間が長く(例えば、
6か月以上)なった場合、層間絶縁膜に水分が吸着して
絶縁が劣化するという課題があった。本発明は、前記従
来技術が持っていた課題を解決し、製造過程のウエハ状
態で長期保存が可能な、読出専用メモリの製造方法を提
供するものである。
に、本発明の内の請求項1〜6に係る発明は、読出専用
メモリの製造方法を次のような工程で行うようにしてい
る。
の複数の絶縁ゲート型トランジスタによるメモリセルを
シリコン基板上に形成する第1の工程を行い、続いて、
前記複数の絶縁ゲート型トランジスタを覆うように前記
シリコン基板上に絶縁膜を形成する第2の工程を行う。
記絶縁膜中に含まれる水分を離脱させるために、600
℃から800℃の温度で熱処理を施す第3の工程を行
う。そして、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート領
域にイオンを注入することにより、前記メモリセルに前
記読み出し専用データを書き込む第4の工程を行う。
用データを記憶するための複数の絶縁ゲート型トランジ
スタによるメモリセルをシリコン基板上に形成し、前記
メモリセルの表面に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜中に含
まれる水分を離脱させるために600℃から800℃の
温度で熱処理を施した後、前記読み出し専用データを書
き込むまで、前記シリコン基板を保管するようにしてい
る。
明の第1の実施形態を示すマスクROMの製造工程図で
ある。以下、この図1に従って、マスクROMの製造方
法を説明する。 (1) 工程1 P型のシリコン基板1の表面を、常圧(1気圧)下で、
20〜30分間、850〜900℃の酸素ガスで酸化
し、表面全体に厚さ0.01〜0.02μmの酸化膜2
を形成する。
により、酸化膜2の表面全体に、厚さ0.3〜0.4μ
mのポリシリコン膜を形成する。更に、このポリシリコ
ン膜に導電性を与えるため、800℃程度に加熱した燐
等の不純物を含むガスを用いて、不純物拡散を行う。こ
れにより、酸化膜2の表面全体に、不純物濃度5×10
24原子/m2 程度の燐を導入し、導電性のあるゲート電
極層3が形成される。
る。即ち、ゲート電極層3の表面にホトレジスト膜を塗
布し、ゲート電極パターンの露光・現像によってホトレ
ジスト膜パターンを作り、これをエッチング用マスクと
して、ゲート電極層3をエッチングする。これにより、
ゲート電極層3のパターニングが行われ、このパターニ
ングによって残った部分が、メモリセルであるMOSの
ゲート電極3aとなる。
常圧下で60分程度、850〜900℃の酸素ガスで酸
化し、厚さ0,02μm程度のイオン注入マスク用の酸
化膜4を形成する。 (5) 工程5 酸化膜4に、燐イオン又はヒ素イオンを30keV〜5
0keV程度のエネルギで加速して注入する。そして、
酸化膜4に燐イオン又はヒ素が注入されたシリコン基板
1を、常圧下で800℃以上の窒素ガスにより、30分
以上熱処理を行い、この燐イオン又はヒ素をシリコン基
板1へ拡散させる。これにより、メモリセルのソース電
極またはドレイン電極に対応するN型のソース・ドレイ
ン拡散層5が形成される。
り、400℃程度でシリコン基板1の酸化膜4の上に厚
さ0.3μm程度の酸化膜を形成する。更に、この形成
した酸化膜の上に、オゾンとTEOSガスを用いた常圧
気相成長法により、400℃程度で厚さ0.5μm程度
の酸化膜を形成する。これにより、合計の厚さが0.8
μm程度の層間絶縁膜6が形成される。 (7) 工程7 層間絶縁膜6が形成されたシリコン基板1を、常圧の窒
素ガス雰囲気中で、赤外線ランプ等で温度725℃、6
0秒の高速加熱処理(RTA処理)を行う。これによ
り、内部に含まれた水分が離脱し、熱処理済みの層間絶
縁膜6Aが形成される。
のROMのデータに基づいた書き込み用のメモリパター
ンの露光・現像によってレジストパターン7を作る。こ
のレジストパターン7は、イオン注入を行うべきメモリ
セルのゲート電極3aに対応する箇所のみが開口された
パターンである。 (9) 工程9 レジストパターン7を介して、シリコン基板1に燐イオ
ンを1MeV程度のエネルギで加速して注入する。これ
により、書き込み対象となったメモリセルのゲート電極
3aの下側に燐イオンが注入され、ROM書込層8が形
成される。
って、層間絶縁膜6Aにゲート電極層3やソース・ドレ
イン拡散層5に達する第1のホール6xを形成する。但
し、図1に示した断面には、ソース・ドレイン拡散層5
に対するホール6xのみが示されている。 (11) 工程11 層間絶縁膜6Aの表面及びホール6xの内面に、第1の
バリアメタル9を形成し、このバリアメタル9の内部及
び表面に、アルミにウム等の配線用の金属を蒸着する。
更に、ホトリソグラフィ法で、表面の金属膜をバリアメ
タル9と共にパターニングし、所定の配線パターンを残
すことにより、第1の金属配線10を形成する。
形成する。 (13) 工程13 ホトリソグラフィ法によって、絶縁膜11に金属配線1
0に達する第2のホール11xを形成する。 (14) 工程14 絶縁膜11の表面及びホール11xの内面に、第2のバ
リアメタル12を形成し、このバリアメタル12の内部
及び表面に、アルミニウム等の配線用の金属を蒸着す
る。更に、ホトリソグラフィ法で表面の金属膜をバリア
メタル12と共にパターニングし、所定の配線パターン
を残すことにより、第2の金属配線13を形成する。
ーション膜14を形成する。その後の、ウエハ状態での
検査、チップの切断、ケースへのマウント、外部端子へ
の接続、及び封止等の工程は、一般の半導体装置と同様
である。このようにして製造されたマスクROMでは、
工程8でイオン注入が行われたメモリセルの閾値電圧が
偏倚してオン状態に設定され、イオン注入の行われてい
ないメモリセルはオフ状態に設定される。そして、読み
出しの対象となるメモリセルのゲート電極3aに選択信
号を与え、ソース・ドレイン間の導通状態を検出するこ
とにより、データの読み出しができるようになってい
る。
示す図である。この図2は、工程6によって層間絶縁膜
6が形成されたシリコン基板1Aと、工程7でRTA処
理が施されたシリコン基板1Bを試料として、TDS
(Thermal Detector Spectroscope)分析を行った結果で
ある。横軸は、加熱温度を示し、縦軸は、その加熱温度
の時に層間絶縁膜6,6Aから離脱した水分の質量を示
している。図2中の破線はRTA処理前のシリコン基板
1Aの特性であり、実線はRTA処理後のシリコン基板
1Bの特性である。この図2から、600〜700℃に
加熱することにより、多量の水分が離脱することが分か
る。
クROMの製造工程では、工程6で層間絶縁膜6を形成
した後、工程7でRTA処理を施し、この層間絶縁膜6
の水分を除去するようにしている。このため、工程7の
RTA処理後、水分の吸着による劣化が少なく、ウエハ
状態で長期間保存することができるという利点がある。
更に、工程11〜工程14によって、2層の金属配線1
0,13を形成しているので、配線抵抗が減少してメモ
リの読み出し遅延時間が短くなるという利点がある。
の実施形態を示すマスクROMの製造工程図であり、図
1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されてい
る。以下、この図3に従って、マスクROMの製造方法
を説明する。 (1) 工程21 図1中の工程1〜工程6と同様の処理により、P型のシ
リコン基板1上に、酸化膜2、ゲート電極3a、酸化膜
4、ソース・ドレイン拡散層5、及び層間絶縁膜6を順
次形成する。
ち、層間絶縁膜6にゲート電極層3やソース・ドレイン
拡散層5に達する第1のホール6xを形成する。次に、
層間絶縁膜6の表面及びホール6xの内面に第1のバリ
アメタル9を形成し、このバリアメタル9にタングステ
ン等の高融点金属を蒸着する。そして、バリアメタル9
と高融点金属膜をパターニングして第1の金属配線10
を形成する。更に、金属配線10と層間絶縁膜6の表面
に、絶縁膜11を形成する。
絶縁膜6及び絶縁膜11が形成されたシリコン基板1
を、常圧の窒素ガス雰囲気中で、赤外線ランプ等で温度
725℃、60秒の高速加熱処理を行う。これにより熱
処理済みの層間絶縁膜6Aが形成される。
込処理を行う。即ち、絶縁膜11の表面にホトレジスト
膜を塗布し、目的のROMのデータに基づいた書き込み
用のメモリパターンの露光・現像によってレジストパタ
ーン7を作る。そして、レジストパターン7を介して、
シリコン基板1に燐イオンを注入する。これにより、書
き込み対象となったメモリセルのゲート電極3aの下側
のシリコン基板1に、燐イオンが注入されてROM書込
層8が形成される。
ち、絶縁膜11に金属配線10に達する第2のホール1
1xを形成する。次に、絶縁膜11の表面及びホール1
1xの内面に第2のバリアメタル12を形成し、このバ
リアメタル12にアルミニウム等の配線用金属を蒸着す
る。そして、バリアメタル11と配線用金属膜をパター
ニングして第2の金属配線13を形成する。更に、絶縁
膜11及び金属配線13の表面に保護用のパッシベーシ
ョン膜14を形成する。その後の、ウエハ状態での検
査、チップの切断、ケースへのマウント、外部端子への
接続、及び封止等の工程は、一般の半導体装置と同様で
ある。
クROMの製造工程では、工程22で層間絶縁膜6を形
成した後、工程23でRTA処理を施し、この層間絶縁
膜6の水分を除去するようにしている。このため、工程
23のRTA処理後、水分の吸着による劣化が少なく、
ウエハ状態で長期間保存することができるという利点が
ある。更に、工程22では1層目の金属配線10を形成
しているので、工程24でROMの書き込みを行った後
の工程25の処理が少なくなり、メモリ内容の決定から
製品完成までの期間を短縮することができる。
の実施形態を示すマスクROMの製造工程図であり、図
1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されてい
る。以下、この図4に従って、マスクROMの製造方法
を説明する。 (1) 工程31 まず、図1中の工程1〜工程6と同様の処理により、P
型のシリコン基板1上に、酸化膜2、ゲート電極3a、
酸化膜4、ソース・ドレイン拡散層5、及び層間絶縁膜
6を順次形成する。次に、図1中の工程10〜工程12
と同様の処理により、ゲート電極層3やソース・ドレイ
ン拡散層5に対して、タングステン等の高融点金属によ
る第1の金属配線10を形成する。更に、金属配線10
と層間絶縁膜6の表面に、絶縁膜11を形成する。
を形成し、ホール11x及び絶縁膜11の表面に第2の
バリアメタル12を形成する。
処理を行う。 (5) 工程35 レジストパターン7を除去し、バリアメタル12の内部
にアルミニウム等の配線用金属を蒸着し、これをパター
ニングして第2の金属配線13を形成する。更に、絶縁
膜11及び金属配線13の表面に保護用のパッシベーシ
ョン膜14を形成する。その後の、ウエハ状態での検
査、チップの切断、ケースへのマウント、外部端子への
接続、及び封止等の工程は、一般の半導体装置と同様で
ある。
クROMの製造工程では、工程31で層間絶縁膜6を形
成した後、工程32でRTA処理を施し、この層間絶縁
膜6の水分を除去するようにしている。このため、工程
33のバリアメタル12の形成後、水分の吸着による劣
化が少なく、ウエハ状態で長期間保存することができる
という利点がある。更に、工程31で1層目の金属配線
10を形成し、工程33で2層目のバリアメタル12を
形成しているので、工程35の処理内容が少なくなり、
メモリ内容の決定から製品完成までの期間を、更に短縮
することができる。
の実施形態を示すマスクROMの製造工程図であり、図
1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されてい
る。以下、この図5に従って、マスクROMの製造方法
を説明する。 (1) 工程41 まず、図1中の工程1〜工程6と同様の処理により、P
型のシリコン基板1上に、酸化膜2、ゲート電極3a、
酸化膜4、ソース・ドレイン拡散層5、及び層間絶縁膜
6を順次形成する。次に、図1中の工程10〜工程12
と同様の処理により、ゲート電極層3やソース・ドレイ
ン拡散層5に対して、タングステン等の高融点金属によ
る第1の金属配線10を形成する。更に、金属配線10
と層間絶縁膜6の表面に、絶縁膜11を形成する。
ち、絶縁膜11に金属配線10に達する第2のホール1
1xを形成する。次に、絶縁膜11の表面及びホール1
1xの内面に、第2のバリアメタル12を形成し、この
バリアメタル12の内部及び表面に、アルミニウム等の
配線用の金属を蒸着する。更に、表面の金属膜をバリア
メタル12と共にパターニングし、所定の配線パターン
を残すことにより、第2の金属配線13を形成する。
処理を行う。 (5) 工程45 レジストパターン7を除去し、絶縁膜11及び金属配線
13の表面に保護用のパッシベーション膜14を形成す
る。その後の、ウエハ状態での検査、チップの切断、ケ
ースへのマウント、外部端子への接続、及び封止等の工
程は、一般の半導体装置と同様である。
クROMの製造工程では、工程41で層間絶縁膜6を形
成した後、工程42でRTA処理を施し、この層間絶縁
膜6の水分を除去するようにしている。このため、工程
43で2層の金属配線10,13の形成後、水分の吸着
による劣化が少なく、ウエハ状態で長期間保存すること
ができるという利点がある。更に、工程43で2層目の
金属配線13を形成しているので、工程45の処理内容
が少なくなり、メモリ内容の決定から製品完成までの期
間を、更に短縮することができる。
の実施形態を示すマスクROMの製造工程図であり、図
1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されてい
る。以下、この図6に従って、マスクROMの製造方法
を説明する。 (1) 工程51 図1中の工程1〜工程6と同様の処理により、P型のシ
リコン基板1上に、酸化膜2、ゲート電極3a、酸化膜
4、ソース・ドレイン拡散層5、及び層間絶縁膜6を順
次形成する。
散層5に達するホール6xを形成し、層間絶縁膜6Aの
表面及びホール6xの内面に、バリアメタル9を形成す
る。 (4) 工程54 図1中の工程8及び工程9と同様のROMデータの書込
処理を行う。
び内部に、アルミニウム等の配線用の金属を蒸着し、表
面の金属膜をバリアメタル9と共にパターニングして金
属配線10を形成する。 (6) 工程56 層間絶縁膜6A及び金属配線10の表面に保護用のパッ
シベーション膜14を形成する。その後の、ウエハ状態
での検査、チップの切断、ケースへのマウント、外部端
子への接続、及び封止等の工程は、一般の半導体装置と
同様である。
クROMの製造工程では、工程51で層間絶縁膜6を形
成した後、工程52でRTA処理を施し、この層間絶縁
膜6の水分を除去するようにしている。このため、工程
53のバリアメタル9の形成後、水分の吸着による劣化
が少なく、ウエハ状態で長期間保存することができると
いう利点がある。更に、工程53でROMデータの書き
込み前にバリアメタル9を形成しているので、ROMデ
ータの書き込み後の工程55及び工程56の処理内容が
少なくなり、メモリ内容の決定から製品完成までの期間
を短縮することができる。
の実施形態を示すマスクROMの製造工程図であり、図
1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されてい
る。以下、この図7に従って、マスクROMの製造方法
を説明する。 (1) 工程61 図1中の工程1〜工程6と同様の処理により、P型のシ
リコン基板1上に、酸化膜2、ゲート電極3a、酸化膜
4、ソース・ドレイン拡散層5、及び層間絶縁膜6を順
次形成する。
ート電極層3やソース・ドレイン拡散層5に対して、ア
ルミニウム等の金属による金属配線10を形成する。
処理を行う。 (5) 工程65 レジストパターン7を除去し、層間絶縁膜6A及び金属
配線10の表面に保護用のパッシベーション膜14を形
成する。その後の、ウエハ状態での検査、チップの切
断、ケースへのマウント、外部端子への接続、及び封止
等の工程は、一般の半導体装置と同様である。
クROMの製造工程では、工程61で層間絶縁膜6を形
成した後、工程62でRTA処理を施し、この層間絶縁
膜6の水分を除去するようにしている。このため、工程
63の金属配線10の形成後、水分の吸着による劣化が
少なく、ウエハ状態で長期間保存することができるとい
う利点がある。更に、工程64におけるROMの書き込
み処理の前に金属配線10を形成しているので、ROM
データの書き込み後の工程65の処理内容が少なくな
り、メモリ内容の決定から製品完成までの期間を短縮す
ることができる。
ず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例
えば、次の(a)〜(i)のようなものがある。 (a) 図1中の工程2では、ポリシリコン膜に不純物
を拡散してゲート電極層3を形成しているが、ポリサイ
ドによるゲート電極層を形成するようにしても良い。そ
の場合、減圧気相成長法により厚さ0.15μm程度の
ポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜に、不純
物濃度5×1024原子/m2 程度の燐を不純物拡散によ
って導入する。そして、高融点金属であるタングステン
等とシリコンの化合物を、ポリシリコン膜の表面に厚さ
0.1μm程度蒸着し、導電性のあるゲート電極層を形
成する。ポリサイドはポリシリコンよりも導電性が良い
ので、ゲート幅を短くすること可能になる。また、ポリ
サイドにタングステン等の高融点金属を用いているの
で、工程7におけるRTA処理によって影響を受けるこ
とがない。
ン膜に不純物を拡散してゲート電極層3を形成している
が、タングステン等の高融点金属を用いてゲート電極層
を形成するようにしても良い。その場合、気相成長法に
より厚さ0.1μm程度のタングステン膜を形成する。
タングステン等はポリシリコンよりも導電性が良いの
で、ゲート幅を短くすること可能であり、かつ工程7に
おけるRTA処理によって影響を受けることがない。
13を有するマスクROMの製造方法を説明したが、金
属配線は1層のみでも良い。その場合、工程12〜工程
14を省略し、工程17において層間絶縁膜6A及び金
属配線10の表面にパッシベーション膜14を形成す
る。これにより、配線の抵抗が若干増加してメモリの読
み出し遅延時間が増加する場合もあるが、製造工程が簡
素化できる。 (d) 図Iの工程9では燐イオンを注入することでR
OM書込層8の形成を説明したが、ボロンイオンを50
0keV程度の加速エネルギーで注入しても可能であ
る。この場合、メモリセルの閾値電圧が2種類になりこ
の閾値電圧の違いを検出することにより、データの読み
出しが出来るようになっている。
電極3aは、ポリシリコンの他、ポリサイドや高融点金
属を用いることができる。 (f) 図4の工程32のRTA処理は、工程33にお
けるホール11xの形成後、またはバリアメタル12の
形成後に行うようにしても良い。 (g) 図5の工程42のRTA処理は、工程43にお
けるホール11xの形成後、またはバリアメタル12の
形成後に行うようにしても良い。
工程53におけるホール6xの形成後、またはバリアメ
タル9の形成後に行うようにしても良い。 (i) 図7の工程62のRTA処理は、工程63にお
けるホール6x、バリアメタル9、または金属配線10
の形成後に行うようにしても良い。
の発明によれば、メモリセルの表面に形成された絶縁膜
中に含まれる水分を離脱させるために、600℃から8
00℃の温度で熱処理を施すようにしている。これによ
り、絶縁膜中に含まれる水分を効果的に離脱させること
ができ、製造過程のウエハをデータ書込処理前に長時間
保存することができる。
シリコン基板に600℃から800℃の温度で熱処理を
施して、この絶縁膜中に含まれる水分を離脱させた後、
データを書き込むまで保管するようにしているので、大
気中で長期間保管しても絶縁が劣化するおそれがないと
いう効果がある。
製造工程図である。
る。
製造工程図である。
製造工程図である。
製造工程図である。
製造工程図である。
製造工程図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 読み出し専用データを記憶するための複
数の絶縁ゲート型トランジスタによるメモリセルをシリ
コン基板上に形成する第1の工程と、 前記メモリセルを覆うように前記シリコン基板上に絶縁
膜を形成する第2の工程と、 前記シリコン基板上に形成された前記絶縁膜中に含まれ
る水分を離脱させるために、600℃から800℃の温
度で熱処理を施す第3の工程と、 前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート領域にイオンを
注入することにより、前記メモリセルに前記読み出し専
用データを書き込む第4の工程とを、 順次行うことを特徴とする読出専用メモリの製造方法。 - 【請求項2】 前記第3の工程において、前記絶縁膜に
対する熱処理を60秒以下の時間で行うことを特徴とす
る請求項1記載の読出専用メモリの製造方法。 - 【請求項3】 前記第3の工程において、前記絶縁膜に
対する熱処理を不活性ガス雰囲気中で行うことを特徴と
する請求項1または2記載の読出専用メモリの製造方
法。 - 【請求項4】 前記第2の工程において、前記絶縁膜の
形成を600℃以下の常圧気相成長法で行うことを特徴
とする請求項1、2または3記載の読出専用メモリの製
造方法。 - 【請求項5】 前記第1の工程において、前記絶縁ゲー
ト型トランジスタのゲート電極を、前記熱処理の温度よ
りも高い融点を有する材料で形成することを特徴とする
請求項1乃至4のいずれかに記載した読出専用メモリの
製造方法。 - 【請求項6】 前記第2の工程の後、該第2の工程で形
成された前記絶縁膜の上に、前記熱処理の温度よりも高
い融点を有する金属材料を用いて前記絶縁ゲート型トラ
ンジスタに接続する配線パターンを形成し、その後、前
記第3の工程を行うことを特徴とする請求項1乃至5の
いずれかに記載した読出専用メモリの製造方法。 - 【請求項7】 読み出し専用データを記憶するための複
数の絶縁ゲート型トランジスタによるメモリセルをシリ
コン基板上に形成し、前記メモリセルの表面 に絶縁膜を
形成し、前記絶縁膜中に含まれる水分を離脱させるため
に600℃から800℃の温度で熱処理を施した後、前
記読み出し専用データを書き込むまで前記シリコン基板
を保管することを特徴とするウエハの保管方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000086595A JP3373480B2 (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 読出専用メモリの製造方法及びウエハの保管方法 |
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