JP3493863B2 - 半導体装置とその製法 - Google Patents
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Description
体装置とその製法に関し、特に表面保護膜(パッシベー
ション膜)の下地膜として水素シルセスキオキサン樹脂
膜をセラミック状にした酸化シリコン膜を用いることに
より半導体チップの表面の保護性能を向上させると共に
ボンディング孔形成工程での歩留りを向上させるように
したものである。
程としては、図9,10に関して次に述べるものが知ら
れている。
成される複数のチップ領域のうちの1つのチップ領域C
Pの角部近傍領域を示すもので、SBは、方形状のチッ
プ領域CPを取囲むスクライブ領域の一部を示す。S
1 ,S2 等のスクライブ線に沿って基板10をスクライ
ビングすることにより複数のチップ領域は、個々のLS
Iチップに分離される。図10は、図9のX−X’線に
対応する断面を示すもので、図9の配線形成状態から表
面保護膜形成、ボンディング孔形成等の工程を経て基板
10をLSIチップに分離した状態を示す。便宜上、L
を領域CP及びSB間の境界とする。
成するシリコンを選択酸化するなどしてフィールド絶縁
膜12が形成されると共に、絶縁膜12の素子孔(図示
せず)にはトランジスタ等の回路素子が形成されてい
る。
リコン上にシリサイドを積層したもの)等の1層目の配
線層が形成されており、14は、これらの配線層のうち
の1つの配線層である。
スタ等の回路素子及び14等の1層目の配線層を覆って
BPSG(ボロン・リン・ケイ酸ガラス)等の層間絶縁
膜16が形成される。絶縁膜16には、14等の1層目
の配線層との接続を可能にする接続孔と、スクライブ領
域SBを露呈するスクライブ孔とが周知のホトリソグラ
フィ及び選択エッチング処理により形成される。
その被着層を周知のホトリソグラフィ及び選択エッチン
グ処理によりパターニングすることにより絶縁膜16の
上に18,20a〜20c,22A等の2層目の配線層
と22等の端子電極層(ボンディングパッド)とが形成
される。14等の1層目の配線層及び18,20a〜2
0c等の2層目の配線層により前述したトランジスタ等
の回路素子を相互接続することによりチップ領域CP内
の回路が構成される。一例として、端子電極層22は、
配線層22A,14,18を介してチップ領域CP内の
回路に接続される。
c,22A等の2層目の配線層及び22等の端子電極層
を覆ってCVD(ケミカル・ベーパー・デポジション)
法によりPSG(リン・ケイ酸ガラス)又は酸化シリコ
ン等の絶縁膜24が形成される。そして、絶縁膜24の
上には、プラズマCVD法により窒化シリコン膜26が
表面保護膜として形成される。
には、周知のホトリソグラフィ及び選択的ドライエッチ
ング処理により22等の端子電極層に対応する26a等
のボンディング孔とスクライブ領域SBを露呈するスク
ライブ孔とが形成される。この後、図9に示すS1 ,S
2 等のスクライブ線に沿って基板10をスクライビング
することにより図10に示すようなLSIチップが得ら
れる。
ドフレームのアイランド部に固着された後、22等の端
子電極層とリードフレームのインナーリード部との間に
28等のボンディングワイヤが張設される。この後、樹
脂封止等が行なわれる。
水素シルセスキオキサン樹脂膜を熱処理してセラミック
状にした酸化シリコン膜を表面保護膜として用いるもの
が知られている(例えば、特開平6−181204号公
報参照)。
述したボンディング孔形成工程における問題点を図11
〜13について説明する。図11〜13は、図9のY−
Y’線に対応する断面を示すもので、図11は、図10
について前述したようにして絶縁膜24及び窒化シリコ
ン膜26を形成した状態を示す。この場合、20a−2
0b間、20b−20c間等の配線間隔が狭いため、窒
化シリコン膜26がオーバーハング形状となり、配線間
にボイドV1 ,V2 が生ずる。
上にホトリソグラフィ処理によりボンディング孔26a
対応の孔を有するレジスト層30を形成する。この場
合、基板上面に流動性のレジストを回転塗布する時にボ
イドV1 ,V2 からの脱ガスによりレジスト層30に不
所望のピンホール30bが形成される。
をマスクとする選択的ドライエッチング処理により絶縁
膜24及び窒化シリコン膜26の積層にボンディング孔
26aを形成する。このとき、膜24,26の積層に
は、ピンホール30bに対応して不所望の孔26bが形
成される。この後、レジスト層30を除去する。
bが形成されると、配線層20bが被覆不良となり、信
頼性の低下を招く。
26を形成した後、封止樹脂の応力を緩和するなどの目
的で窒化シリコン膜26を覆ってポリイミド樹脂を塗布
することがある。この場合にも、ボイドV1 ,V2 から
の脱ガスによりポリイミド樹脂膜に30bのようなピン
ホールが形成される。
ミド樹脂膜、窒化シリコン膜26及び絶縁膜24の積層
を選択的にドライエッチングしてボンディング孔を形成
すると、レジスト層の厚さが薄い場合は、ポリイミド樹
脂膜のピンホールを介して窒化シリコン膜26等がエッ
チングされ、薄くなることがある。この結果、配線層が
被覆不良となり、信頼性の低下を招く。
膜24として有機SOG(スピン・オン・ガラス)膜を
用いて窒化シリコン膜26の下地を平坦化することが考
えられる。しかし、このようにした場合には、次の
(イ)〜(ハ)のような問題点がある。
めのドライエッチング工程において、有機SOG膜に含
まれていた炭素や水素によりポリマーが生成される。ポ
リマーは、エッチングの進行を妨げたり、22等の端子
電極層の上面に付着して導通不良を招いたりする。
浸入阻止能力が低い)ため、26a等のボンディング孔
の形成後樹脂等で封止が行なわれるまでの間に有機SO
Gからなる絶縁膜24を介して水分が浸入し、トランジ
スタ特性の劣化や配線腐食を招く。
表面保護膜との密着性が良好でなく、温度サイクル等に
より両者の界面で剥離が生ずることがある。
保護性能を向上させることにあり、更にはボンディング
孔形成工程での歩留りを向上させることにある。
置は、回路素子を内蔵し、表面が層間絶縁膜で覆われた
半導体チップであって、前記層間絶縁膜の上には前記回
路素子につながる配線層及び端子電極層が形成されたも
のと、前記層間絶縁膜の上に前記配線層及び前記端子電
極層を覆って形成され、水素シルセスキオキサン樹脂膜
をセラミック状にした酸化シリコン膜と、前記酸化シリ
コン膜を覆って形成された表面保護膜とを備え、前記酸
化シリコン膜と前記表面保護膜とを含む積層に前記端子
電極層に対応するボンディング孔を形成したものであ
る。
酸化シリコン膜の透水性が低く、しかもセラミック状の
酸化シリコン膜と窒化シリコン等の表面保護膜との密着
性が良好であるため、水分浸入や界面剥離を防止するこ
とができ、チップ表面の保護性能が向上する。
は、半導体基板の表面を覆う層間絶縁膜の上に配線層及
び端子電極層を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上に
前記配線層及び前記端子電極層を覆って水素シルセスキ
オキサン樹脂膜を平坦状に形成する工程と、 前記水素シ
ルセスキオキサン樹脂膜に不活性ガス雰囲気中で熱処理
を施すことにより該樹脂膜をプレセラミック状の酸化シ
リコン膜にする工程と、 前記酸化シリコン膜を覆って気
相堆積法により表面保護膜を形成する工程であって、前
記表面保護膜としては、前記酸化シリコン膜を覆った状
態で前記酸化シリコン膜をセラミック化する際に微小突
起の発生を防止しうる膜を形成する工程と、 前記酸化シ
リコン膜を前記表面保護膜で覆った状態で前記酸化シリ
コン膜に酸化性雰囲気中で熱処理を施すことにより前記
酸化シリコン膜をセラミック状の酸化シリコン膜にする
工程と、 前記セラミック状の酸化シリコン膜と前記表面
保護膜とを含む積層に選択エッチング処理により前記端
子電極層に対応するボンディング孔を形成する工程とを
含むものである。また、この発明に係る第2の半導体装
置の製法は、 半導体基板の表面を覆う層間絶縁膜の上に
配線層及び端子電極層を形成する工程と、 前記層間絶縁
膜の上に前記配線層及び前記端子電極層を覆って水素シ
ルセスキオキサン樹脂膜を平坦状に形成する工程と、 前
記水素シルセスキオキサン樹脂膜に不活性ガス雰囲気中
で熱処理を施すことにより該樹脂膜をプレセラミック状
の酸化シリコン膜にする工程と、 前記酸化シリコン膜に
酸化性雰囲気中で熱処理を施すことにより前記酸化シリ
コン膜をセラミック状の酸化シリコン膜にする工程と、
前記セラミック状の酸化シリコン膜の微小突起を反映し
ない絶縁膜で前記セラミック状の酸化シリコン膜を覆う
工程と、 前記微小突起を反映しない絶縁膜を覆って気相
堆積法により表面保護膜を形成 する工程と、 前記セラミ
ック状の酸化シリコン膜と前記微小突起を反映しない絶
縁膜と前記表面保護膜とを含む積層に選択エッチング処
理により前記端子電極層に対応するボンディング孔を形
成する工程とを含むものである。
の製法によれば、表面保護膜の下地膜として水素シルセ
スキオキサン樹脂膜をセラミック状にした酸化シリコン
膜を用いて平坦化を図るようにしたので、表面保護膜に
ボイドが形成されず、ボンディング孔形成時に配線層が
被覆不良になるのを防止できる。また、ボンディング孔
形成時にセラミック状の酸化シリコン層をドライエッチ
ングしてもポリマーが生成されないからエッチングがス
ムーズに進行し、端子電極層の表面が導通不良になるの
を防止できる。従って、ボンディング孔形成工程での歩
留りが向上する。その上、プレセラミック状の酸化シリ
コン膜を微小突起防止可能な表面保護膜で覆った状態で
該酸化シリコン膜をセラミック状の酸化シリコン膜にし
たり、セラミック状の酸化シリコン膜をその微小突起を
反映しない絶縁膜で覆った後該絶縁膜に重ねて表面保護
膜を形成したりするので、表面保護膜には微小突起対応
の凸部が形成されず、表面保護膜の水分阻止能力の低下
を防止できる。
体装置の製法を示すもので、いずれの図も図9のX−
X’線に対応する断面を示す。図1〜5にそれぞれ対応
する工程(1)〜(5)を順次に説明する。
10の表面に図10に関して前述したと同様にフィール
ド絶縁膜12と、14等の1層目の配線層と、層間絶縁
膜16と、18,20a〜20c,22A等の2層目の
配線層と、22等の端子電極層とを形成する。CP及び
SBは、それぞれチップ領域及びスクライブ領域であ
り、Lは、領域CP及びSBの境界である。チップ領域
CP内には、図10に関して前述したと同様にトランジ
スタ等の回路素子を1層目及び2層目の配線層で接続す
ることにより集積回路が形成されている。
0c,22A等の2層目の配線層及び22等の端子電極
層を覆って水素シルセスキオキサン樹脂膜をセラミック
状にした酸化シリコン膜32を形成する。このために
は、まず、水素シルセスキオキサン樹脂をMIBK(メ
チル・イソブチル・ケトン)で溶解した溶液を回転塗布
法により基板上面に塗布して平坦状に樹脂膜を形成す
る。そして、樹脂膜に不活性ガス雰囲気中で熱処理を施
すことにより樹脂膜をプレセラミック状の酸化シリコン
膜にする。プレセラミック状の酸化シリコンは、セラミ
ック状の酸化シリコンの前駆体であり、セラミック状の
酸化シリコンよりも架橋が進行しておらず、しかも有機
溶剤に対して不溶なものである。この後、プレセラミッ
ク状の酸化シリコン膜に酸化性雰囲気(例えばO2 ガス
を含むか又はO2 ガス及び不活性ガスを含むもの)中で
熱処理を施すことによりプレセラミック状の酸化シリコ
ン膜をセラミック状の酸化シリコン膜32にする。この
ような方法によれば、1μm程度の厚い酸化シリコン膜
をクラックなしに形成できる。酸化シリコン膜32とし
ては、300〜600nm(例えば500nm)の厚さ
のものを形成すればよい。
の上にプラズマCVD法により窒化シリコン膜34を表
面保護膜として形成する。一例として、次のような条件
で500nmの厚さに窒化シリコン膜34を形成した。
るため、窒化シリコン膜34にはボイドが生じない。図
6は、図9のY−Y’線に対応する断面を示すもので、
配線層20a〜20cが密集していても、窒化シリコン
膜34にはボイドが形成されない。
トリソグラフィ処理によりボンディング孔及びスクライ
ブ孔に対応する孔を有するレジスト層36を形成する。
的ドライエッチング処理により酸化シリコン膜32及び
窒化シリコン膜34の積層にボンディング孔34aとス
クライブ領域SBを露呈するスクライブ孔とを形成す
る。そして、レジスト層36を除去する。
にして基板10のスクライビングを行なうと、図5に示
すようなLSIチップが得られる。図5のLSIチップ
には、前述したと同様にしてボンディングワイヤ38を
ボンディングしたり、樹脂封止を施したりすることがで
きる。
6を形成する前に窒化シリコン膜34の表面にポリイミ
ド樹脂膜を塗布等により形成してもよい。
いので、レジスト層36やポリイミド樹脂膜にはピンホ
ールが形成されない。また、ボンディング孔34aを形
成するためのドライエッチング工程では、ポリマーが生
成されない。さらに、酸化シリコン膜32は、透水性が
低いのでボンディング孔34aを開口しても水分浸入が
促進されることがなく、しかも窒化シリコン膜34との
密着性が良好であるため界面剥離が生じない。
工程においてプレセラミック状の酸化シリコン膜をセラ
ミック状の酸化シリコン膜32にする際に図6に示すよ
うに酸化シリコン膜32の表面に0.1μm程度の微小
突起32pが形成されることがある。そして、酸化シリ
コン膜32の上に前述したように窒化シリコン膜34を
形成すると、微小突起32pを忠実に反映して凸部34
pが形成される。凸部34pは、膜質が疎であるため、
窒化シリコン膜34の水分阻止能力が低下する。
合には、凸部34pが形成されないようにする必要があ
る。このための1つの方法を図2,3について説明す
る。
板上面に水素シルセスキオキサン樹脂膜を平坦状に形成
した後、プレセラミック化のための熱処理を行なう。す
なわち、不活性ガス雰囲気中で150℃以上350℃未
満の温度で1〜60分間加熱する。例えば、ホットプレ
ートを用いてN2 ガス雰囲気中で150℃×1分間+2
00℃×1分間+300℃×1分間加熱する。加熱温度
は、水素シルセスキオキサン樹脂の流動性を保ち且つ微
小突起の発生を確実に抑制するために300℃以下とす
るのが好ましい。このような熱処理の結果として、基板
上面には、プレセラミック状の酸化シリコン膜32が形
成される。
の酸化シリコン膜32の上に前述したと同様にしてプラ
ズマCVD法により500nmの厚さの窒化シリコン膜
34を形成する。そして、窒化シリコン膜34で酸化シ
リコン膜32を覆った状態でセラミック化のための熱処
理を行なう。すなわち、酸化性雰囲気中にて350〜5
00℃で5〜120分間加熱する。例えば、O2 ガスと
N2 ガスの混合ガス雰囲気中にて400℃で60分間加
熱する。この結果、酸化シリコン膜32は、プレセラミ
ック状からセラミック状となる。
32が窒化シリコン膜34で覆われるため、図6で示し
たような微小突起32pが発生する余地がなくなり、凸
部34pが形成されない。
くすための他の方法を説明する。
20a〜20cを覆って前述したと同様にして水素シル
セスキオキサン樹脂膜を平坦状に形成してプレセラミッ
ク化及びセラミック化のための熱処理を行なうことによ
りセラミック状の酸化シリコン膜32を形成する。この
とき、微小突起32pが形成されることがある。
2を覆って段差被覆性の良い方法でPSG膜33を形成
する。一例として、常圧CVD法により次の条件で15
0nmの厚さのPSG膜33を形成した。
sccm)+N2 O(5000sccm)+N2 (27
30sccm) この結果、PSG膜33は、微小突起32pを反映しな
い状態で形成される。
法でBPSG膜を形成したり、TEOS(Tetra
Ethyl Ortho Silicate)とO2 を
原料とする常圧CVD法で酸化シリコン膜を形成した
り、回転塗布法で無機SOG膜を形成したりしてもよ
く、PSG膜33と同様の効果が得られる。
述したと同様にプラズマCVD法により350nmの厚
さの窒化シリコン膜34を形成する。PSG膜33の表
面に微小突起32pが反映されていないので、窒化シリ
コン膜34には、凸部34pが形成されない。この後、
図4,5に対応する工程では、レジスト層36をマスク
とする選択的ドライエッチング処理により酸化シリコン
膜32、PSG膜33及び窒化シリコン膜34の積層に
ボンディング孔34aとスクライブ領域SBを露呈する
スクライブ孔とを形成する。そして、レジスト層36を
除去する。
として窒化シリコン膜34を用いたが、窒化シリコン膜
34の代りに、プラズマCVD法で形成した酸化シリコ
ン膜を用いたり、スパッタ法で形成した酸化シリコン膜
を用いたりしてもよい。
形成する場合、成膜条件は、一例として次のようにする
ことができる。
00sccm)+N2 (2800sccm) 反応室内圧力:2.2Torr また、スパッタ法により酸化シリコン膜を形成する場
合、成膜条件は、一例として次のようにすることができ
る。
保護膜の下地膜として水素シルセスキオキサン樹脂膜を
セラミック状にした酸化シリコン膜を用いたので、半導
体チップの表面の保護性能が向上すると共にボンディン
グ孔形成工程での歩留りが向上する効果が得られるもの
であり、具体的には、次の(a)〜(d)のような効果
が得られる。
透水性が低いので水分浸入を防止できると共に、表面保
護膜との密着性が良好であるので界面剥離が生じない。
樹脂膜を回転塗布するなどして平坦化しているので、こ
の後に形成される表面保護膜にボイドが生じない。
エッチング工程では、ポリマーが生成されない。
いことで水分阻止能力の低下を防止することができる。
線形成工程を示す基板断面図である。
示す基板断面図である。
示す基板断面図である。
基板断面図である。
基板断面図である。
ン膜形成工程を示す配線部の断面図である。
線部の断面図である。
示す配線部の断面図である。
る。
図であって、窒化シリコン膜形成工程を示すものであ
る。
示す断面図である。
示す断面図である。
20a〜20c,22A:配線層、22:端子電極層、
32:酸化シリコン膜、33:PSG膜、34:窒化シ
リコン膜、36:レジスト層、38:ボンディングワイ
ヤ、CP:チップ領域、SB:スクライブ領域。
Claims (3)
- 【請求項1】回路素子を内蔵し、表面が層間絶縁膜で覆
われた半導体チップであって、前記層間絶縁膜の上には
前記回路素子につながる配線層及び端子電極層が形成さ
れたものと、 前記層間絶縁膜の上に前記配線層及び前記端子電極層を
覆って形成され、水素シルセスキオキサン樹脂膜をセラ
ミック状にした酸化シリコン膜と、 前記酸化シリコン膜を覆って形成された表面保護膜とを
備え、前記酸化シリコン膜と前記表面保護膜とを含む積
層に前記端子電極層に対応するボンディング孔を形成し
た半導体装置。 - 【請求項2】半導体基板の表面を覆う層間絶縁膜の上に
配線層及び端子電極層を形成する工程と、 前記層間絶縁膜の上に前記配線層及び前記端子電極層を
覆って水素シルセスキオキサン樹脂膜を平坦状に形成す
る工程と、 前記水素シルセスキオキサン樹脂膜に不活性ガス雰囲気
中で熱処理を施すことにより該樹脂膜をプレセラミック
状の酸化シリコン膜にする工程と、 前記酸化シリコン膜を覆って気相堆積法により表面保護
膜を形成する工程であって、前記表面保護膜としては、
前記酸化シリコン膜を覆った状態で前記酸化シリコン膜
をセラミック化する際に微小突起の発生を防止しうる膜
を形成する工程と、 前記酸化シリコン膜を前記表面保護膜で覆った状態で前
記酸化シリコン膜に酸化性雰囲気中で熱処理を施すこと
により前記酸化シリコン膜をセラミック状の酸化シリコ
ン膜にする工程と、 前記セラミック状の酸化シリコン膜と前記表面保護膜と
を含む積層に選択エッチング処理により前記端子電極層
に対応するボンディング孔を形成する工程と を含む半導
体装置の製法。 - 【請求項3】半導体基板の表面を覆う層間絶縁膜の上に
配線層及び端子電極層を形成する工程と、 前記層間絶縁膜の上に前記配線層及び前記端子電極層を
覆って水素シルセスキオキサン樹脂膜を平坦状に形成す
る工程と、 前記水素シルセスキオキサン樹脂膜に不活性ガス雰囲気
中で熱処理を施すことにより該樹脂膜をプレセラミック
状の酸化シリコン膜にする工程と、 前記酸化シリコン膜に酸化性雰囲気中で熱処理を施すこ
とにより前記酸化シリコン膜をセラミック状の酸化シリ
コン膜にする工程と、 前記セラミック状の酸化シリコン膜の微小突起を反映し
ない絶縁膜で前記セラミック状の酸化シリコン膜を覆う
工程と、 前記微小突起を反映しない絶縁膜を覆って気相堆積法に
より表面保護膜を形成する工程と、 前記セラミック状の酸化シリコン膜と前記微小突起を反
映しない絶縁膜と前記表面保護膜とを含む積層に選択エ
ッチング処理により前記端子電極層に対応するボンディ
ング孔を形成する工程と を含む半導体装置の製法。
Priority Applications (1)
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JP34685295A JP3493863B2 (ja) | 1995-11-24 | 1995-12-13 | 半導体装置とその製法 |
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JP32973095 | 1995-11-24 | ||
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JPH09205142A JPH09205142A (ja) | 1997-08-05 |
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