JP3653813B2 - シミュレーション方法 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、MIS型トランジスタにおけるゲート長に対するしきい値電圧を所定のパラメータに基づいて計算するシミュレーション方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の開発においては、所定の条件で製造した場合の半導体装置が所望の電気的特性を発揮できるか否かのチェックや、製造条件を変えた場合の特性変化を求める場合などに、実際に半導体装置の試作を行わずに擬似的な計算によって所定の特性を得るシミュレーションが多く用いられている。近年では、半導体装置の微細化、多様化が進み、ますますシミュレーションに対する要求が厳しくなってきている。
【0003】
このような状況の中、MIS型トランジスタではゲート長を短くして半導体装置の微細化を図ったり、ゲート長を変えることで所定のしきい値電圧を得るようにすることが考えられており、この場合にもシミュレーションを用いたゲート長に対するしきい値電圧の計算を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このMIS型トランジスタのゲート長を短くしていくと一般的にはしきい値電圧が低くなることが知られているが、しきい値電圧が一旦高くなりその後低くなっていくといういわゆる逆短チャネル効果を示すことが分かってきた。
【0005】
ところが、従来のシミュレーション方法では、ゲート長に関係なく一定のパラメータを使用していることから、このようないわゆる逆短チャネル効果をシミュレーション結果に反映することができない。
【0006】
また、点欠陥モデルを組み込んでシミュレーションを行ったり、ゲート長方向に沿った界面電荷に偏りを持たせてシミュレーションを行うことも考えらるが、前者では多大な計算時間を要するとともに、逆短チャネル効果が実測と合うような不純物濃度分布のチューニングを行い点欠陥モデルに与えるのが困難であり、また後者では逆短チャネル効果が実測と合うような界面電荷分布を求めるのが困難である。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたシミュレーション方法である。すなわち、本発明は、MIS型トランジスタにおける所定のパラメータを入力してゲート長に対するしきい値電圧を算出するシミュレーション方法であり、予め、MIS型トランジスタの所定のゲート長に対するしきい値電圧の実測値を求めておくとともに、この実測値を求めた際におけるパラメータでのゲート長に対するしきい値電圧の計算値を求めておき、次いで、ゲート長に対するしきい値電圧の実測値と計算値との差(dVth)を算出し、この差(dVth)を前記MIS型トランジスタにおける基板とゲート電極との仕事関数差(WFU)に加算し、所望のパラメータを入力する際に該パラメータの一つとして前記差(dVth)を加算した仕事関数差(WFU)を用い、MIS型トランジスタのゲート長に対するしきい値電圧の計算を行う。
【0008】
また、ゲート長に対するしきい値電圧の実測値と計算値との差に応じてMIS型トランジスタにおける絶縁膜と基板との間の界面電荷を設定し、これを所望のパラメータの中に取り込んで計算を行うシミュレーション方法でもある。
【0009】
このようなシミュレーション方法では、ゲート長を短くしていった場合のいわゆる逆短チャネル効果の生じる部分で、しきい値電圧の計算値と実測値との差を予め求めておき、この差をゲート長に応じた基板とゲート電極との仕事関数差や界面電荷に反映しているため、所望のパラメータを入力してシミュレーションを行う場合には、このパラメータの中に設定した仕事関数差や界面電荷を取り込むことで、計算の段階で実測値を考慮したパラメータを使用することになり、シミュレーション結果においていわゆる逆短チャネル効果を正確に表現できるようになる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のシミュレーション方法における実施の形態を図に基づいて説明する。図1は本発明のシミュレーション方法における実施形態を説明するフローチャートである。本実施形態におけるシミュレーション方法では、所定のパラメータを入力してMIS型トランジスタのゲート長(L)に対するしきい値電圧(Vth)を計算する方法であり、トランジスタの製造条件や特性チェックを行うために用いられる。
【0011】
このシミュレーション方法では、特にMIS型トランジスタのゲート長を短くした場合のいわゆる逆短チャネル効果を正確に表現できる点に特徴がある。このため、図1の2点鎖線で囲まれているステップでは、ゲート長(L)としきい値電圧(Vth)との関係の実測値とシミュレーションによる計算値との差を求めておき、これをデータベースとして後のシミュレーションに反映させている。
【0012】
以下、順に説明する。先ず、ステップS1においては、特定のMIS型トランジスタにおけるドレイン電流とゲート電圧との関係の実測を取り込む。この特性測定では、何種類かのゲート長(L)を用意し、各ゲート長(L)でのドレイン電流とゲート電圧との関係を測定し、各ゲート長(L)に対するしきい値電圧(Vthmea )を各々求める。なお、この実測値であるしきい値電圧(Vthmea )には、ゲート長(L)を短くした際のいわゆる逆短チャネル効果が現れているものとする。
【0013】
次のステップS2では、先に実測を行った場合のプロセス条件に基づくパラメータにより、このMIS型トランジスタのゲート長(L)に対するしきい値電圧(Vthsim )のシミュレーション計算を行う。この場合のシミュレーション計算は、一般的なモデルを用いたシミュレーションであり、特にゲート長(L)を短くした際のいわゆる逆短チャネル効果は現れていない。
【0014】
次に、ステップS3に示すように、ゲート長(L)毎に実測値と計算値とのしきい値電圧(Vth)の差(dVth)を求める。すなわち、実測値であるしきい値電圧(Vthmea )から計算値であるしきい値電圧(Vthsim )を差し引いてゲート長(L)毎のdVthを求める。
【0015】
図2は、このdVthを説明する図である。図2(a)では、図1のステップS1で求めたゲート長(L)に対するしきい値電圧の実測値(Vthmea )が実線で示され、図1のステップS2で求めたゲート長(L)に対するしきい値電圧の計算値(Vthsim )が破線で示されている。また、図2(b)は、ゲート長(L)を短くした際のいわゆる逆短チャネル効果の現れている部分の拡大図である。
【0016】
この場合、例えばゲート長がL1でのしきい値電圧の実測値と計算値との差dVth(L1)を求め、ゲート長がL2でのしきい値電圧の実測値と計算値との差dVth(L2)を求め、ゲート長がL3でのしきい値電圧の実測値と計算値との差dVth(L3)を求める。なお、dVthの計算を行うゲート長の間隔や数は適宜設定するものとする。
【0017】
次いで、図1のステップS4に示すように、先のステップS3で計算したdVthとゲート長(L)との関係表または関数を作成してデータベースとして格納しておく。以上説明したステップS1〜S4までが後に行う所望のパラメータでのシミュレーションに対して、いわゆる逆短チャネル効果を反映させるためのデータ取り込みである。
【0018】
次のステップS5〜S11においては、取り込んだデータを用いて実際に所望のパラメータを入力した状態でのシミュレーションとなる。ステップS5においては、後のシミュレーションでのパラメータの一つであるMIS型トランジスタの基板とゲート電極との仕事関数差(WFU)に対して、先のステップS1〜S4までに算出したdVthを加算する処理を行う。これにより、ゲート長(L)に対応した基板とゲート電極との仕事関数差(WFU)が設定されることになる。
【0019】
次に、ステップS6では、シミュレーションを行いたい所望のプロセス条件を検討して、この際のシミュレーションに用いるパラメータの設定を行う。例えば、このパラメータとしては、MIS型トランジスタの基板の不純物濃度、ソース・ドレイン拡散層の不純物濃度、ソース・ドレイン接合の位置、ゲート長(L)、ゲート幅、ゲート絶縁膜の厚さ、ゲート絶縁膜と基板との間の界面電荷、チャネル内のキャリアの移動度、ゲート電極の仕事関数、基板の仕事関数、基板のフェルミ準位等である。
【0020】
このパラメータの設定では、シミュレーションを行いたいMIS型トランジスタを対象とした値の入力を行うが、ゲート電極と基板との仕事関数差を先に設定したdVthとなるように設定する。
【0021】
次に、ステップS7として、入力したパラメータに基づいてMIS型トランジスタのゲート長(L)に対するしきい値電圧(Vth)のシミュレーション計算を行う。この計算では、先に入力したパラメータにおけるゲート電極と基板との仕事関数差として実測値と計算値との差(dVth)が考慮されているため、通常のシミュレーション計算を行うだけで、その結果に(dVth)が反映されるようになる。
【0022】
すなわち、このシミュレーション計算の結果には、いわゆる逆短チャネル効果の現れる部分で計算値と実測値との差を埋めるようなdVthが考慮されていることになる。このため、通常のシミュレーション計算を行っても、その計算結果にはいわゆる逆短チャネル効果が正確に表現されるようになる。
【0023】
図3は実測とシミュレーション結果との比較図である。この図では、本実施形態のシミュレーション方法により得たMIS型トランジスタのゲート長(L)としきい値電圧(Vth)との関係が図中破線で示され、実測値が図中実線で示されている。このように、本実施形態におけるシミュレーション結果では、いわゆる逆短チャネル効果の現れる部分でも実測と等しくなっている。
【0024】
次いで、図1に示すステップS8では、ステップS7で計算したシミュレーション結果を参照して、対象となるMIS型トランジスタの特性がスペックを満たしているか否かの判断を行う。スペックを満たしていない場合には、ステップS6へ戻り、プロセス条件の検討を再度行い、これに合ったパラメータの入力を行ってステップS7のシミュレーションを繰り返し行う。
【0025】
シミュレーションの結果、そのプロセス条件におけるMIS型トランジスタの特性がスペックを満たしている場合にはステップS9へ進み、試作を行ったか否かの判断を行う。試作を行っていない場合にはステップS10へ進み、デバイス試作を行い、試作を行っている場合にはステップS11へ進んで試作したデバイスの実測による特性と、シミュレーション結果による特性との比較を行う。この比較により所望の特性が得られている場合には「OK」となり、所望の特性が得られていない場合には「NG」となって再度シミュレーションを行う。
【0026】
再度のシミュレーションを行う場合には、試作したデバイスでのゲート長(L)としきい値電圧(Vth)との関係をステップS1〜S4に示すデータの取り込みに反映してdVthを作成するようにする。このようなシミュレーション方法により、通常のモデルを用いたシミュレーションでもいわゆる逆短チャネル効果を正確に表現できるようになる。
【0027】
なお、本実施形態では、ゲート長(L)に対するしきい値電圧(Vth)の実測値と計算値との差dVthを基板とゲート電極との仕事関数差に反映させる例を示したが、これ以外にもパラメータとして入力する基板とゲート絶縁膜との間の界面電荷にdVthを反映させてもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のシミュレーション方法によれば次のような効果がある。すなわち、本発明では、予め所定のパラメータにおけるゲート長に対するしきい値電圧の実測値と計算との差を求めておき、これをシミュレーション計算に反映させているため、複雑なモデルを用いなくても短時間で実測に合った正確なシミュレーション結果を得ることが可能となる。これにより、デバイス設計における時間短縮とシミュレーションにおける信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシミュレーション方法における実施形態を説明するフローチャートである。
【図2】dVthを(a)、(b)において説明する図である。
【図3】実測とシミュレーション結果との比較図である。
【符号の説明】
L ゲート長
Vth しきい値電圧
dVth 実測値と計算値との差
WFU 仕事関数差
【発明の属する技術分野】
本発明は、MIS型トランジスタにおけるゲート長に対するしきい値電圧を所定のパラメータに基づいて計算するシミュレーション方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の開発においては、所定の条件で製造した場合の半導体装置が所望の電気的特性を発揮できるか否かのチェックや、製造条件を変えた場合の特性変化を求める場合などに、実際に半導体装置の試作を行わずに擬似的な計算によって所定の特性を得るシミュレーションが多く用いられている。近年では、半導体装置の微細化、多様化が進み、ますますシミュレーションに対する要求が厳しくなってきている。
【0003】
このような状況の中、MIS型トランジスタではゲート長を短くして半導体装置の微細化を図ったり、ゲート長を変えることで所定のしきい値電圧を得るようにすることが考えられており、この場合にもシミュレーションを用いたゲート長に対するしきい値電圧の計算を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このMIS型トランジスタのゲート長を短くしていくと一般的にはしきい値電圧が低くなることが知られているが、しきい値電圧が一旦高くなりその後低くなっていくといういわゆる逆短チャネル効果を示すことが分かってきた。
【0005】
ところが、従来のシミュレーション方法では、ゲート長に関係なく一定のパラメータを使用していることから、このようないわゆる逆短チャネル効果をシミュレーション結果に反映することができない。
【0006】
また、点欠陥モデルを組み込んでシミュレーションを行ったり、ゲート長方向に沿った界面電荷に偏りを持たせてシミュレーションを行うことも考えらるが、前者では多大な計算時間を要するとともに、逆短チャネル効果が実測と合うような不純物濃度分布のチューニングを行い点欠陥モデルに与えるのが困難であり、また後者では逆短チャネル効果が実測と合うような界面電荷分布を求めるのが困難である。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたシミュレーション方法である。すなわち、本発明は、MIS型トランジスタにおける所定のパラメータを入力してゲート長に対するしきい値電圧を算出するシミュレーション方法であり、予め、MIS型トランジスタの所定のゲート長に対するしきい値電圧の実測値を求めておくとともに、この実測値を求めた際におけるパラメータでのゲート長に対するしきい値電圧の計算値を求めておき、次いで、ゲート長に対するしきい値電圧の実測値と計算値との差(dVth)を算出し、この差(dVth)を前記MIS型トランジスタにおける基板とゲート電極との仕事関数差(WFU)に加算し、所望のパラメータを入力する際に該パラメータの一つとして前記差(dVth)を加算した仕事関数差(WFU)を用い、MIS型トランジスタのゲート長に対するしきい値電圧の計算を行う。
【0008】
また、ゲート長に対するしきい値電圧の実測値と計算値との差に応じてMIS型トランジスタにおける絶縁膜と基板との間の界面電荷を設定し、これを所望のパラメータの中に取り込んで計算を行うシミュレーション方法でもある。
【0009】
このようなシミュレーション方法では、ゲート長を短くしていった場合のいわゆる逆短チャネル効果の生じる部分で、しきい値電圧の計算値と実測値との差を予め求めておき、この差をゲート長に応じた基板とゲート電極との仕事関数差や界面電荷に反映しているため、所望のパラメータを入力してシミュレーションを行う場合には、このパラメータの中に設定した仕事関数差や界面電荷を取り込むことで、計算の段階で実測値を考慮したパラメータを使用することになり、シミュレーション結果においていわゆる逆短チャネル効果を正確に表現できるようになる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のシミュレーション方法における実施の形態を図に基づいて説明する。図1は本発明のシミュレーション方法における実施形態を説明するフローチャートである。本実施形態におけるシミュレーション方法では、所定のパラメータを入力してMIS型トランジスタのゲート長(L)に対するしきい値電圧(Vth)を計算する方法であり、トランジスタの製造条件や特性チェックを行うために用いられる。
【0011】
このシミュレーション方法では、特にMIS型トランジスタのゲート長を短くした場合のいわゆる逆短チャネル効果を正確に表現できる点に特徴がある。このため、図1の2点鎖線で囲まれているステップでは、ゲート長(L)としきい値電圧(Vth)との関係の実測値とシミュレーションによる計算値との差を求めておき、これをデータベースとして後のシミュレーションに反映させている。
【0012】
以下、順に説明する。先ず、ステップS1においては、特定のMIS型トランジスタにおけるドレイン電流とゲート電圧との関係の実測を取り込む。この特性測定では、何種類かのゲート長(L)を用意し、各ゲート長(L)でのドレイン電流とゲート電圧との関係を測定し、各ゲート長(L)に対するしきい値電圧(Vthmea )を各々求める。なお、この実測値であるしきい値電圧(Vthmea )には、ゲート長(L)を短くした際のいわゆる逆短チャネル効果が現れているものとする。
【0013】
次のステップS2では、先に実測を行った場合のプロセス条件に基づくパラメータにより、このMIS型トランジスタのゲート長(L)に対するしきい値電圧(Vthsim )のシミュレーション計算を行う。この場合のシミュレーション計算は、一般的なモデルを用いたシミュレーションであり、特にゲート長(L)を短くした際のいわゆる逆短チャネル効果は現れていない。
【0014】
次に、ステップS3に示すように、ゲート長(L)毎に実測値と計算値とのしきい値電圧(Vth)の差(dVth)を求める。すなわち、実測値であるしきい値電圧(Vthmea )から計算値であるしきい値電圧(Vthsim )を差し引いてゲート長(L)毎のdVthを求める。
【0015】
図2は、このdVthを説明する図である。図2(a)では、図1のステップS1で求めたゲート長(L)に対するしきい値電圧の実測値(Vthmea )が実線で示され、図1のステップS2で求めたゲート長(L)に対するしきい値電圧の計算値(Vthsim )が破線で示されている。また、図2(b)は、ゲート長(L)を短くした際のいわゆる逆短チャネル効果の現れている部分の拡大図である。
【0016】
この場合、例えばゲート長がL1でのしきい値電圧の実測値と計算値との差dVth(L1)を求め、ゲート長がL2でのしきい値電圧の実測値と計算値との差dVth(L2)を求め、ゲート長がL3でのしきい値電圧の実測値と計算値との差dVth(L3)を求める。なお、dVthの計算を行うゲート長の間隔や数は適宜設定するものとする。
【0017】
次いで、図1のステップS4に示すように、先のステップS3で計算したdVthとゲート長(L)との関係表または関数を作成してデータベースとして格納しておく。以上説明したステップS1〜S4までが後に行う所望のパラメータでのシミュレーションに対して、いわゆる逆短チャネル効果を反映させるためのデータ取り込みである。
【0018】
次のステップS5〜S11においては、取り込んだデータを用いて実際に所望のパラメータを入力した状態でのシミュレーションとなる。ステップS5においては、後のシミュレーションでのパラメータの一つであるMIS型トランジスタの基板とゲート電極との仕事関数差(WFU)に対して、先のステップS1〜S4までに算出したdVthを加算する処理を行う。これにより、ゲート長(L)に対応した基板とゲート電極との仕事関数差(WFU)が設定されることになる。
【0019】
次に、ステップS6では、シミュレーションを行いたい所望のプロセス条件を検討して、この際のシミュレーションに用いるパラメータの設定を行う。例えば、このパラメータとしては、MIS型トランジスタの基板の不純物濃度、ソース・ドレイン拡散層の不純物濃度、ソース・ドレイン接合の位置、ゲート長(L)、ゲート幅、ゲート絶縁膜の厚さ、ゲート絶縁膜と基板との間の界面電荷、チャネル内のキャリアの移動度、ゲート電極の仕事関数、基板の仕事関数、基板のフェルミ準位等である。
【0020】
このパラメータの設定では、シミュレーションを行いたいMIS型トランジスタを対象とした値の入力を行うが、ゲート電極と基板との仕事関数差を先に設定したdVthとなるように設定する。
【0021】
次に、ステップS7として、入力したパラメータに基づいてMIS型トランジスタのゲート長(L)に対するしきい値電圧(Vth)のシミュレーション計算を行う。この計算では、先に入力したパラメータにおけるゲート電極と基板との仕事関数差として実測値と計算値との差(dVth)が考慮されているため、通常のシミュレーション計算を行うだけで、その結果に(dVth)が反映されるようになる。
【0022】
すなわち、このシミュレーション計算の結果には、いわゆる逆短チャネル効果の現れる部分で計算値と実測値との差を埋めるようなdVthが考慮されていることになる。このため、通常のシミュレーション計算を行っても、その計算結果にはいわゆる逆短チャネル効果が正確に表現されるようになる。
【0023】
図3は実測とシミュレーション結果との比較図である。この図では、本実施形態のシミュレーション方法により得たMIS型トランジスタのゲート長(L)としきい値電圧(Vth)との関係が図中破線で示され、実測値が図中実線で示されている。このように、本実施形態におけるシミュレーション結果では、いわゆる逆短チャネル効果の現れる部分でも実測と等しくなっている。
【0024】
次いで、図1に示すステップS8では、ステップS7で計算したシミュレーション結果を参照して、対象となるMIS型トランジスタの特性がスペックを満たしているか否かの判断を行う。スペックを満たしていない場合には、ステップS6へ戻り、プロセス条件の検討を再度行い、これに合ったパラメータの入力を行ってステップS7のシミュレーションを繰り返し行う。
【0025】
シミュレーションの結果、そのプロセス条件におけるMIS型トランジスタの特性がスペックを満たしている場合にはステップS9へ進み、試作を行ったか否かの判断を行う。試作を行っていない場合にはステップS10へ進み、デバイス試作を行い、試作を行っている場合にはステップS11へ進んで試作したデバイスの実測による特性と、シミュレーション結果による特性との比較を行う。この比較により所望の特性が得られている場合には「OK」となり、所望の特性が得られていない場合には「NG」となって再度シミュレーションを行う。
【0026】
再度のシミュレーションを行う場合には、試作したデバイスでのゲート長(L)としきい値電圧(Vth)との関係をステップS1〜S4に示すデータの取り込みに反映してdVthを作成するようにする。このようなシミュレーション方法により、通常のモデルを用いたシミュレーションでもいわゆる逆短チャネル効果を正確に表現できるようになる。
【0027】
なお、本実施形態では、ゲート長(L)に対するしきい値電圧(Vth)の実測値と計算値との差dVthを基板とゲート電極との仕事関数差に反映させる例を示したが、これ以外にもパラメータとして入力する基板とゲート絶縁膜との間の界面電荷にdVthを反映させてもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のシミュレーション方法によれば次のような効果がある。すなわち、本発明では、予め所定のパラメータにおけるゲート長に対するしきい値電圧の実測値と計算との差を求めておき、これをシミュレーション計算に反映させているため、複雑なモデルを用いなくても短時間で実測に合った正確なシミュレーション結果を得ることが可能となる。これにより、デバイス設計における時間短縮とシミュレーションにおける信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシミュレーション方法における実施形態を説明するフローチャートである。
【図2】dVthを(a)、(b)において説明する図である。
【図3】実測とシミュレーション結果との比較図である。
【符号の説明】
L ゲート長
Vth しきい値電圧
dVth 実測値と計算値との差
WFU 仕事関数差
Claims (1)
- MIS型トランジスタにおける所定のパラメータを入力してゲート長に対するしきい値電圧を算出するシミュレーション方法であって、
予め、MIS型トランジスタの所定のゲート長に対するしきい値電圧の実測値を求めておくとともに、この実測値を求めた際におけるパラメータでのゲート長に対するしきい値電圧の計算値を求めておき、
次いで、ゲート長に対するしきい値電圧の実測値と計算値との差(dVth)を算出し、この差(dVth)を前記MIS型トランジスタにおける基板とゲート電極との仕事関数差(WFU)に加算し、
所望のパラメータを入力する際に該パラメータの一つとして前記差(dVth)を加算した仕事関数差(WFU)を用い、前記MIS型トランジスタのゲート長に対するしきい値電圧の計算を行う
ことを特徴とするシミュレーション方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21554495A JP3653813B2 (ja) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | シミュレーション方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21554495A JP3653813B2 (ja) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | シミュレーション方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0964335A JPH0964335A (ja) | 1997-03-07 |
JP3653813B2 true JP3653813B2 (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=16674193
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21554495A Expired - Fee Related JP3653813B2 (ja) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | シミュレーション方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3653813B2 (ja) |
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1995
- 1995-08-24 JP JP21554495A patent/JP3653813B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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JPH0964335A (ja) | 1997-03-07 |
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