JP3873854B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザーにてトリミングを行う薄膜抵抗を有する半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体製造技術の1つとして、レーザートリミング方法がある。図16に薄膜抵抗を有する半導体装置の平面図を示し、図17に図16中のC−C’線断面図を示す。なお、図16では、薄膜抵抗の上に形成されているTEOS膜やP−SiN膜を省略している。
【0003】
表面上にLOCOS酸化膜2が形成されている半導体基板1の上にBPSG膜3、SiN膜4、TEOS(Tetra Ethyl OrthoSilicate)/SOG(Spin On Glass)/TEOS膜5等の絶縁膜を介して、CrSi等の薄膜抵抗6及びその両端に薄膜抵抗用電極7を形成する。その後、この薄膜抵抗6の上にTEOS膜8、P−SiN膜9等の絶縁膜を形成する。レーザートリミングとは、このように形成されたデバイスの最終プロセスにて、レーザー光を照射することで、レーザー光が照射された部位を発熱させ、その熱により薄膜抵抗6の一部を溶断し、抵抗値を所望の値に調整するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
薄膜抵抗のレーザーによる切れ易さは、特開平7−22585号公報や特開平10−22452号公報等に示されるように、薄膜抵抗の周りに存在する絶縁膜の構造に依存する。例えば、絶縁膜の膜厚ばらつきが大きいとき、薄膜抵抗の切れ易さのばらつきも大きくなる。
【0005】
また、本発明者らが先に出願した特願2002−196146号にて示すように、薄膜抵抗の端部が加工上の影響でテーパー形状となっているとき、この端部では、他の部位に比べ切れ難くなる。図18にこのときの半導体装置の断面を示す。図に示すように、薄膜抵抗6が上底よりも下底の辺の方が長い台形形状であり、すなわち、端に向かうにつれ膜厚が薄くなっている場合、端部6aでは、レーザー光の吸収率が端部6a以外の領域と比較して低いため、端部6aは切れ難くなると推測される。
【0006】
このように薄膜抵抗の切れ易さは半導体装置の構造に依存して決定してしまう。
【0007】
本発明は上記点に鑑みて、従来よりも薄膜抵抗のレーザー光による切れ易さを向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
また、請求項1に記載の発明では、半導体基板(1)上に薄膜抵抗(6)を形成する工程と、薄膜抵抗(6)の上にバリアメタル(38)と電極材料(39)とを順に形成する工程と、電極材料(39)をパターニングする工程と、バリアメタル(38)をパターニングすることで、薄膜抵抗(6)に電気的に接続され、バリアメタル(11)と電極材料(7)にて構成された薄膜抵抗用電極を形成すると同時に、薄膜抵抗(6)の上に、所望の膜厚のバリアメタル(38a)を残して、薄膜抵抗(6)のうち、レーザートリミングが行われる予定の領域に直に接するように、レーザー光を吸収して発熱する導電性膜(10)を形成する工程と、薄膜抵抗(6)にレーザー光を照射し、薄膜抵抗(6)と導電性膜(10)とを発熱させて、薄膜抵抗(6)のレーザートリミングを行う工程とを有することを特徴としている。
【0010】
請求項1の発明では、薄膜抵抗にレーザー光を照射したとき、レーザー光が照射された部位では、薄膜抵抗がレーザー光を吸収し発熱するのに加え、薄膜抵抗の上に形成されているレーザー光を吸収し発熱する導電性膜も発熱する。これにより、レーザー光を吸収し発熱する材料を有していない場合と比較して、薄膜抵抗のレーザー光による切れ易さを向上させることができる。
【0013】
また、請求項2に記載の発明では、半導体基板(1)上に薄膜抵抗(6)を形成する工程と、薄膜抵抗(6)の上にバリアメタル(38)と電極材料(39)とを順に形成する工程と、電極材料(39)をパターニングする工程と、バリアメタル(38)をパターニングすることで、薄膜抵抗(6)に電気的に接続され、バリアメタル(11)と電極材料(7)にて構成された薄膜抵抗用電極を形成すると同時に、薄膜抵抗(6)の上に、所望の膜厚のバリアメタル(38a)を残して、薄膜抵抗(6)のうち、レーザートリミングが行われる予定の端部(6a)の上に、レーザー光を吸収して発熱する導電性膜(10)を直接形成する工程と、薄膜抵抗(6)にレーザー光を照射し、薄膜抵抗(6)と導電性膜(10)とを発熱させて、薄膜抵抗(6)のレーザートリミングを行う工程とを有することを特徴としている。
【0014】
端部がテーパー形状になっている場合、端部は他の部位に比べ、レーザートリミングの際、切れ難くなってしまう。これに対して、請求項2の発明では、薄膜抵抗の端部の上に導電性膜を形成していることから、レーザートリミングにおいて、薄膜抵抗の端部にレーザー光が照射されたとき、薄膜抵抗の端部がレーザー光を吸収し発熱するのに加え、レーザー光を吸収し発熱する導電性膜も発熱する。これにより、レーザー光を吸収し発熱する材料を有していない半導体装置と比較して、薄膜抵抗の端部でのレーザー光による切れ易さを向上させることができる。
【0016】
また、請求項1、2に記載の発明では、バリアメタル(38)をパターニングして、バリアメタル(11)と電極材料(7)にて構成された薄膜抵抗用電極を形成すると同時に、薄膜抵抗(6)の上に、所望の膜厚のバリアメタル(38a)を残すことで、レーザー光を吸収して発熱する導電性膜(10)を形成することとしている。
【0017】
これにより、バリアメタルのパターニングとは別の工程にて、導電性膜を単に薄膜抵抗の上に形成する場合と比較して、製造工程を減少させることができる。
【0018】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1(a)に本発明の第1実施形態における半導体装置の平面図を示す。また、図1(b)、図2にそれぞれ図1(a)中のA−A’線断面図、B−B’線断面図を示す。なお、図1(a)では半導体基板上に形成された薄膜抵抗を上から見た図であり、薄膜抵抗の上に形成されているTEOS膜やP−SiN膜を省略している。
【0020】
図16、17に示す従来の構造と大部分が同じ構造であるが、本実施形態の半導体装置は、薄膜抵抗6の上に直接形成された導電性膜10を有している点が従来と異なっている。
【0021】
本実施形態の半導体装置の構造を具体的に説明すると、半導体基板1の表面にて、LOCOS酸化膜2の形成によって生じた表面段差深さは200〜300nmであり、BPSG膜3、SiN膜4、TEOS/SOG/TEOS膜5の膜厚は、それぞれ、600nm以下、100nm以下、540nmとなっている。
【0022】
薄膜抵抗6はCrSiにより構成されており、膜厚は12nmである。図1(b)に示すように、薄膜抵抗6の端には、バリアメタルとしてのTiW膜11、及びAl膜7により構成された薄膜抵抗用電極が形成されている。
【0023】
そして、薄膜抵抗6の上には、W膜により構成された導電性膜10が形成されており、この膜厚は0.1nmである。この導電性膜10は図1(a)に示すように、薄膜抵抗用電極を除く薄膜抵抗6の表面全体に形成されている。
【0024】
導電性膜10の上には膜厚が0.3μmであるTEOS膜8と、膜厚が1.6μmである保護膜としてのP−SiN膜9とが形成されている。TEOS膜8とP−SiN膜9との間には、Al膜により構成された金属配線12が形成されており、TEOS膜8に形成されたビアホールを介して金属配線12と薄膜抵抗用電極7とが電気的に接続されている。なお、図1(a)では、この金属配線12と薄膜抵抗用電極7と12aの接続部(ビア)12aを×印にて示している。
【0025】
このように構成されている半導体装置に対して、レーザートリミングを行うと、薄膜抵抗6のうち、レーザー光が照射された部位では、薄膜抵抗6がレーザー光を吸収し発熱するのに加え、薄膜抵抗6の上に形成されている導電性膜10も発熱する。したがって、導電性膜10が形成されていない構造よりも、薄膜抵抗6に加えられる熱が多くなるため、薄膜抵抗6のレーザー光による切れ易さを向上させることができる。
【0026】
特開平10−22452号公報に示されるように、異なる膜厚のBPSG膜3を有する半導体装置においては、同一の薄膜抵抗に対して、レーザートリミングが行えるレーザー出力の大きさに、大きなばらつきが発生する。これは、レーザー光のうち、薄膜抵抗に直接照射する入射光と、半導体基板1の表面にて反射して薄膜抵抗に到達する反射光とが干渉し、BPSG膜3が特定の膜厚のとき、薄膜抵抗6の存在する位置において、その干渉光が弱くなってしまい、薄膜抵抗6の発熱量が少なくなるためであると推測される。
【0027】
したがって、レーザートリミングが行われる薄膜抵抗を有する半導体装置において、BPSG膜3の膜厚のばらつきが大きいとき、薄膜抵抗のレーザー光による切れ易さがばらついてしまう。すなわち、薄膜抵抗の加工安定性が低下してしまう。
【0028】
これに対して、本実施形態によれば、BPSG膜3の膜厚ばらつきが生じていても、レーザートリミングのとき、導電性膜10がレーザー光を吸収し、発熱することで、薄膜抵抗6に熱を加えることができる。これにより、BPSG膜3の膜厚ばらつきが大きくても、薄膜抵抗の加工安定性が低下するのを抑制することができる。
【0029】
なお、特開平10−21452号公報に示す技術は、半導体基板とその上の絶縁膜との界面にて、基板表面に対して斜めとなる領域を形成することで、この領域で反射するレーザー光を薄膜抵抗に入射するレーザー光と複雑に干渉させるものである。これにより、薄膜抵抗の下側のBPSG膜の膜厚にばらつきが大きくなっても、薄膜抵抗のレーザー光による切れ易さのばらつきを抑制する。
【0030】
本発明者らが薄膜抵抗の切れ易さについて、より検討したところ、BPSG膜3と薄膜抵抗6との間のTEOS/SOG/TEOS膜5の膜厚のばらつきが大きいときにも、薄膜抵抗6の切れ易さにばらつきが生じることがわかった。しかしながら、先の公報の技術では、このTEOS/SOG/TEOS膜5の膜厚ばらつきによる薄膜抵抗の切れ易さのばらつきを抑制する効果が小さいことがわかった。
【0031】
これに対して、本実施形態によれば、TEOS/SOG/TEOS膜5の膜厚ばらつきが大きくなっても、薄膜抵抗6のレーザー光による切れ易さのばらつきを抑制することができる。
【0032】
また、レーザートリミングでは、通常、薄膜抵抗6の端部6aから電流方向と垂直な方向にて、薄膜抵抗6を切断する。図に示されるように、薄膜抵抗6の端部6aがテーパー形状であると、端部6aは他の部位よりも切れ難くなる。
【0033】
これに対して、本実施形態によれば、薄膜抵抗6の端部6aがテーパー形状となっていても、レーザートリミングのとき、導電性膜10がレーザー光を吸収し、発熱することで、この熱を薄膜抵抗6の端部6aに加えることができる。これにより、薄膜抵抗6の端部6aでのレーザー光による切れ易さを向上させることができる。
【0034】
次にこのように構成された半導体装置の製造方法を説明する。図3〜13に製造工程を示す。これらの図は、図1(a)中のA−A’線方向での断面図である。なお、ここでは、半導体装置の一例としてMOSFETと薄膜抵抗とを有する集積回路について説明するが、MOSFETに限らず、薄膜抵抗を有する他の半導体装置においても適用することができる。
【0035】
〔図3に示す工程〕
高不純物濃度のp型基板1a上にシリコン酸化膜1bを介して高不純物濃度のn型層1c及び低不純物濃度のn型層1dが積層されたSOI構造のシリコン基板1を用意する。
【0036】
そして、各素子の境界部分にシリコン酸化膜1bまで達するトレンチを形成したのち、トレンチの側壁にシリコン酸化膜21aを形成すると共に、シリコン酸化膜21aの間を他結晶シリコン層21bで埋めて素子分離を行う。
【0037】
次に、選択的にイオン注入を行い、MOSFET形成領域22におけるn型層1dの表層部にp型ウェル層23を形成する。そして、LOCOS酸化によりトレンチ上にLOCOS酸化膜2を形成する。このとき、薄膜抵抗6の形成領域24においては、薄膜抵抗6(図1、2参照)のレーザートリミングの加工性を向上させる構造として、LOCOS酸化膜2が凹凸形状となるようにしている。
【0038】
さらに、p型ウェル層23上にゲート酸化膜26を形成したのち、ポリシリコンを堆積する。そして、ポリシリコンをパターニングしてゲート電極28を形成する。この後、ゲート電極28をマスクとしてイオン注入を行い熱処理を行うことでソース領域25a、ドレイン領域25bを形成する。
【0039】
その後、シリコン基板1の表面全面に層間絶縁膜となるBPSG膜3をCVD法等により形成し、リフロー処理を行う。
【0040】
〔図4に示す工程〕
BPSG膜3にコンタクトホール3aを形成したのち、900〜950℃程度のリフロー処理を施し、コンタクトホール3aのエッジ部がなだらかになるようにする。
【0041】
〔図5に示す工程〕
バリアメタルとしてのTiN膜30を100nm程度の膜厚で形成する。そして、スパッタによりAlSiCu膜を0.45μm程度の膜厚で成膜したのち、TiN膜30及びAlSiCu膜をECR(Electoron cyclotron resonance)ドライエッチングにてパターニングする。これにより、1stAl膜31、配線パターン32a、32bを形成する。
【0042】
〔図6に示す工程〕
まず、P−SiN膜4を形成した後、CVD法によりTEOS膜34を形成する。さらに、SOGを塗布した後、ベーク及びエッチバック処理にてSOG35でシリコン基板1の表面の凹凸部分を埋め、平坦化する。また、CVD法によりTEOS膜36を成膜する。これにより、TEOS/SOG/TEOS膜5を形成する。
【0043】
〔図7に示す工程〕
そして、スパッタによりCrSi膜を12nm程度の膜厚で成膜したのち、CrSi膜をパターニングして薄膜抵抗6を形成する。
【0044】
さらに、薄膜抵抗6上を含むシリコン基板1の上面全面にTiW膜からなるバリアメタル38を1000Å程度の膜厚で成膜する。
【0045】
〔図8に示す工程〕
薄膜抵抗体用の電極となるAl膜39を2000Å程度の膜厚で成膜する。そして、フォトリソグラフィ工程を実施するために、フォトレジスト45をパターニングして薄膜抵抗6の両端上に残す。
【0046】
〔図9に示す工程〕
フォトレジスト45をマスクとしてウェットエッチングを行い、Al薄膜層39をパターニングし、Al膜7を形成する。
【0047】
〔図10に示す工程〕
フォトレジスト45及びパターニングされたAl膜7をマスクとしてウェットエッチングを行いバリアメタル38をパターニングする。このウェットエッチングには、H2O2/NH4OH/H2O系溶液をエッチング液として使用している。これにより、TiW膜11を形成する。このようにして、TiW膜11及びAl膜7により構成された薄膜抵抗用電極を薄膜抵抗6の両端に形成する。
【0048】
このとき、TiWは錯イオンとなって溶解するが、WよりTiの溶解反応の方が活性であると考えられ、その結果、薄膜抵抗6及びTEOS/SOG/TEOS膜5の上にTiを含まないW膜がTiWのエッチング残りである残さ38aとして最終的に残る。
【0049】
次に、図示しないが、薄膜抵抗6の上に位置する残さ38aを導電性膜10として利用するために、この領域上にフォトレジストを形成する。そして、酸素プラズマ処理にて、薄膜抵抗6の上以外に位置する残さ38aを充分に酸化し、酸化物を形成する。
【0050】
〔図11に示す工程〕
そして、先の工程にて形成したフォトレジスト及びフォトレジスト45と共に酸化させた残さ38aを有機系アミン等のレジスト剥離液で除去する。このとき、酸化させた残さ38aは、レジスト剥離液に溶解し、フォトレジストと共に完全に除去される。これは、タングステン残さ38aが酸化されることにより、OH-基との親和性ができ、アルカリ性溶液に溶解しやすくなるため、除去できるようになるのである。
【0051】
〔図12に示す工程〕
シリコン基板1の表面全面をTEOS膜8で覆う。
【0052】
〔図13に示す工程〕
TEOS膜8にビアホール8aを形成したのち、このビアホール8aを介して2ndAl膜(金属配線)12をパターニングする。さらに、金属配線12を含むシリコン基板1の上面全面を保護膜としてのP−SiN膜9で覆ったのち、リフロー処理を施す。
【0053】
その後、薄膜抵抗6に対してレーザートリミングを行う。このとき、薄膜抵抗6及び導電性膜10のうち、レーザー光が照射された部位にて、レーザー光を吸収させ発熱させ、薄膜抵抗6を溶断する。これらの工程を経て、MOSFETの集積回路が完成する。
【0054】
本実施形態では、このように、バリアメタル(TiW)38をウェットエッチングしたときに発生する残さ38aを導電性膜10として用いるようにしている。これにより、薄膜抵抗6の上に、膜厚が均一な導電性膜10を形成することができる。
【0055】
また、TiW膜38をパターニングして、薄膜抵抗用電極を構成するTiW膜11を形成すると同時に導電性膜10を形成することから、TiW膜38をパターニングする工程とは別の工程にて、導電性膜10を薄膜抵抗6の上に単に形成する場合と比較して、製造工程を減少させることができる。
【0056】
なお、この残さ38aを導電性膜10として用いた場合では、この導電性膜10の抵抗値は10Ω程度である。薄膜抵抗6のシート抵抗は500Ω程度であり、この導電性膜10の抵抗値は薄膜抵抗6の誤差程度であることから、この導電性膜10による薄膜抵抗の抵抗値への影響は小さい。また、抵抗温度係数は10ppm程度であり、TCRへの影響も小さい。
【0057】
なお、本実施形態では、バリアメタルとして、TiW膜を用いる場合を例として説明したが、W(タングステン)を含むものであれば他の合金を用いることもできる。また、Cを主成分とするポリマー材料も用いることができる。
【0058】
(第2実施形態)
図14に本実施形態の第1の例としての半導体装置の平面図を示す。また、図15に本実施形態の第2の例としての半導体装置の平面図を示す。これらの図は薄膜抵抗6を半導体基板1の上から見たときの図であり、図1(a)に示す構造を一部変更したものである。
【0059】
図14に示すように、両端に薄膜抵抗用電極7を有する薄膜抵抗6のうち、導電性膜10を薄膜抵抗6の端部6aを覆うように、端部6aの上にのみ形成することもできる。上述したように、薄膜抵抗6の端部6aがテーパー形状となっているとき、この端部6aは切れ難くなる。したがって、テーパー形状となっている端部6aの上にこれと直に接して導電性膜10が形成された構成とすることで、薄膜抵抗6のうち、端部6a以外の領域でのレーザー光による切れ易さはそのままで、端部6aでのレーザー光による切れ易さを向上させることができる。
【0060】
このようにレーザー光による切れ易さを向上させたい部位に導電性膜10を配置させることもできる。
【0061】
また、図15に示すように、レーザートリミングを行う領域にのみ、導電性膜10を配置させた構造とすることもできる。レーザー光による切断部51を少なくとも含む領域に導電性膜10を配置することで、レーザートリミングのとき、導電性膜10を発熱させることができる。このようにしても、薄膜抵抗6のレーザー光による切れ易さを向上させることができる。
【0062】
なお、本実施形態に示す構造とするためには、第1実施形態における図10に示す工程にて、薄膜抵抗6の上に、残さ38aを残すために形成するフォトレジストのパターンを変更すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における薄膜抵抗を備える半導体装置を示す図であり、(a)は薄膜抵抗を上から見たときの図であり、(b)は(a)中のA−A’線断面図である。
【図2】図1(a)中のB−B’線断面図である。
【図3】本発明の第1実施形態における薄膜抵抗を備える半導体装置の製造工程を説明するための図であり、図1(a)中のA−A’線方向での断面図である。
【図4】図3に続く製造工程を説明するための図である。
【図5】図4に続く製造工程を説明するための図である。
【図6】図5に続く製造工程を説明するための図である。
【図7】図6に続く製造工程を説明するための図である。
【図8】図7に続く製造工程を説明するための図である。
【図9】図8に続く製造工程を説明するための図である。
【図10】図9に続く製造工程を説明するための図である。
【図11】図10に続く製造工程を説明するための図である。
【図12】図11に続く製造工程を説明するための図である。
【図13】図12に続く製造工程を説明するための図である。
【図14】本発明の第2実施形態における第1例としての半導体装置の平面図である。
【図15】本発明の第2実施形態における第2例としての半導体装置の平面図である。
【図16】従来における半導体装置の平面図である。
【図17】図16中のC−C’線断面図である。
【図18】図17と同様の断面図であり、薄膜抵抗の構造を模式的に示した図である。
【符号の説明】
1…半導体基板、2…LOCOS酸化膜、3…BPSG膜、4…SiN膜、
5…TEOS/SOG/TEOS膜、6…薄膜抵抗、7…Al膜、
8…TEOS膜、9…P−SiN膜、10…導電性膜、11…TiW膜、
12…金属配線。
Claims (2)
- レーザートリミングが行われる薄膜抵抗(6)を有する半導体装置の製造方法において、
半導体基板(1)上に薄膜抵抗(6)を形成する工程と、
前記薄膜抵抗(6)の上にバリアメタル(38)と電極材料(39)とを順に形成する工程と、
前記電極材料(39)をパターニングする工程と、
前記バリアメタル(38)をパターニングすることで、前記薄膜抵抗(6)に電気的に接続され、前記バリアメタル(11)と電極材料(7)にて構成された薄膜抵抗用電極を形成すると同時に、前記薄膜抵抗(6)の上に、所望の膜厚のバリアメタル(38a)を残して、前記薄膜抵抗(6)のうち、レーザートリミングが行われる予定の領域に直に接するように、レーザー光を吸収して発熱する導電性膜(10)を形成する工程と、
前記薄膜抵抗(6)にレーザー光を照射し、前記薄膜抵抗(6)と前記導電性膜(10)とを発熱させて、前記薄膜抵抗(6)のレーザートリミングを行う工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - レーザートリミングが行われる薄膜抵抗(6)を有する半導体装置の製造方法において、
半導体基板(1)上に薄膜抵抗(6)を形成する工程と、
前記薄膜抵抗(6)の上にバリアメタル(38)と電極材料(39)とを順に形成する工程と、
前記電極材料(39)をパターニングする工程と、
前記バリアメタル(38)をパターニングすることで、前記薄膜抵抗(6)に電気的に接続され、前記バリアメタル(11)と電極材料(7)にて構成された薄膜抵抗用電極を形成すると同時に、前記薄膜抵抗(6)の上に、所望の膜厚のバリアメタル(38a)を残して、前記薄膜抵抗(6)のうち、レーザートリミングが行われる予定の端部(6a)に直に接するように、レーザー光を吸収して発熱する導電性膜(10)を形成する工程と、
前記薄膜抵抗(6)にレーザー光を照射し、前記端部(6a)では、前記薄膜抵抗(6)と前記導電性膜(10)とを発熱させて、前記薄膜抵抗(6)のレーザートリミングを行う工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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