JP3983751B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、半導体装置に関し、特に、サリサイド(SALICIDE:Self Aligned Silicide)技術を用いた半導体装置及びその製造方法に関するものである。
に関する。
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device using a salicide (SALICIDE: Self Aligned Silicide) technique and a method for manufacturing the same.
About.
近年、半導体装置は、ディジタル演算速度の向上のためゲート電極の微細化が進んでいる。そして、製造プロセスの微細化が進み、現在では広く一般的に、サリサイド技術を利用して半導体装置の製造が行われている。サリサイド技術は、例えば、トランジスタのゲート電極材料であるポリシリコンやソース領域およびドレイン領域となる拡散層等のシリコン材料の表面に、チタン(Ti)やコバルト(Co)等の高融点金属を被覆し、自己整合的にシリサイド層を形成することにより、ポリシリコンや拡散層の抵抗値を低減する技術である。 In recent years, in semiconductor devices, gate electrodes have been miniaturized in order to improve the digital operation speed. Then, the miniaturization of the manufacturing process has progressed, and nowadays, semiconductor devices are generally manufactured using salicide technology. In the salicide technology, for example, the surface of a silicon material such as polysilicon which is a gate electrode material of a transistor or a diffusion layer which becomes a source region and a drain region is coated with a refractory metal such as titanium (Ti) or cobalt (Co). This is a technique for reducing the resistance value of polysilicon or a diffusion layer by forming a silicide layer in a self-aligning manner.
一方、電源製品に代表されるように、アナログ的な用途も多くなってきている。特に、アナログ特性に関しては、抵抗や容量のばらつきが回路特性を左右するために、ディジタル回路では無視できるようなばらつきも非常に重要になっている。 On the other hand, as represented by power supply products, analog applications are also increasing. In particular, regarding analog characteristics, since variations in resistance and capacitance influence circuit characteristics, variations that can be ignored in digital circuits are also very important.
上記したように、製造プロセスの微細化、例えば、0.25μm以降のプロセスでは、ポリシリコンや拡散層の抵抗値を低減するために、サリサイド技術が用いられている。しかし、アナログ抵抗素子等のように、高抵抗を用いる回路では、サリサイド技術を適用した抵抗(以下、サリサイド抵抗という)を用いると、所望の抵抗を形成するのに、大きな面積が必要となる。このため、サリサイドしない領域、例えば、高抵抗が要求される部分をマスクして、シリサイド層を形成しない領域を形成する、或いは、一旦、ポリシリコンや拡散層の全面をサリサイド化し、その後、高抵抗値が要求される部分以外の部分をマスクするレイアウトマスクパターンを使用して表面の高融点金属を取り除くことにより、必要に応じてサリサイド化されていない領域を作成している。以下、これらの領域を含め、アンサリサイド領域ということにする。高抵抗を用いる回路では、このアンサリサイド領域を抵抗として用いている。このアンサリサイド領域を用いた抵抗をアンサリサイド抵抗ということにする。 As described above, in the miniaturization of the manufacturing process, for example, in the process of 0.25 μm and later, the salicide technique is used to reduce the resistance value of the polysilicon and the diffusion layer. However, in a circuit using high resistance, such as an analog resistance element, if a resistor to which salicide technology is applied (hereinafter referred to as salicide resistor) is used, a large area is required to form a desired resistor. For this reason, a region where no salicide is required, for example, a portion where a high resistance is required is masked to form a region where a silicide layer is not formed. By removing the refractory metal on the surface using a layout mask pattern that masks a portion other than the portion where the value is required, an area that is not salicided is created as necessary. Hereinafter, these areas are referred to as an answer side area. In a circuit using a high resistance, this unsalicide region is used as a resistance. The resistance using this unsalicide region is called an unsalicide resistance.
このようなアンサリサイド領域を高抵抗がいる抵抗として用いることは、例えば、特許文献1に記載されている。
The use of such an answer side region as a resistor having a high resistance is described in, for example,
上記したように、アンサリサイド領域を形成するためには、マスクを作成する必要がある。このアンサリサイド領域を形成するためのマスク作成の際の写真工程にばらつきがあると、アンサリサイド抵抗のばらつきに直結する結果となる。 As described above, in order to form the answer side region, it is necessary to create a mask. If there is a variation in the photographic process at the time of creating a mask for forming the unsalicide region, this results directly in variations in the unsalicide resistance.
このアンサリサイド領域を形成するためのマスクは、ポリシリコンゲートやコンタクトのような微細な加工を必要としない為に、ラフレイヤーとして扱われることが多く、寸法のコントロールがなされないことが多い。また、パターン的にも大きいものから小さいものまで様々であり、特に大きいパターンに関しては、フォトレジスト現像時の収縮を起こしやすく、抵抗値のばらつきを起こしやすい。そのため、特に、アンサリサイド抵抗が用いられているアナログ回路では、このような写真工程のばらつきにより、所望する特性が得られないことが多い。 Since the mask for forming the unsalicide region does not require fine processing such as a polysilicon gate or a contact, it is often handled as a rough layer, and the size is often not controlled. Also, there are various patterns from large to small. Especially for large patterns, shrinkage during photoresist development is likely to occur, and resistance values are likely to vary. Therefore, particularly in an analog circuit using an unsalicide resistor, desired characteristics are often not obtained due to such photographic process variations.
抵抗値がばらつく例を図14を参照して説明する。図14は、従来のアンサリサイド拡散抵抗のレイアウトを示す平面図である。図示しているのは、拡散領域201、アンサリサイド領域形成用のマスク202およびコンタクト203ある。ここでは、アンサリサイド抵抗として、アンサリサイドの拡散抵抗で説明するが、ポリシリコン抵抗でも同様である。
An example in which the resistance value varies will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a plan view showing a layout of a conventional answer-side diffused resistor. Shown are a
図14の(a)は、設計通りにできたアンサリサイド抵抗を示している。図14の(b)は、アンサリサイド領域形成用のマスク作成のための写真工程で、露光量が多く仕上がった場合、もしくはレジストのシュリンク(収縮)が発生した場合を示し、アンサリサイド領域形成用のマスクが小さくなった場合を示している。図14の(c)は、(b)とは逆に、アンサリサイド領域形成用のマスク作成のための写真工程で、露光量が少なく、アンサリサイド領域形成用のマスクが大きくなった場合を示している。
上記の図14からも分かるように、アンサリサイド領域の幅は、下層部となる拡散領域で決められるが、長さ方向は、アンサリサイド領域形成用のマスクで決められ、写真工程でのばらつきにより、長さ方向が大きく異なる。 As can be seen from FIG. 14 above, the width of the answer side region is determined by the diffusion region as the lower layer, but the length direction is determined by the mask for forming the answer side region, and due to variations in the photographic process. The length direction is greatly different.
上記したように、このアンサリサイド領域形成用のマスクは、ばらつく可能性が大きい為に、抵抗値が大きく異なる可能性が高い。このため抵抗ばらつきが厳しいアナログ回路に用いられると特性が悪くなるという問題があった。 As described above, since the mask for forming the unsalicide region has a high possibility of variation, the resistance value is highly likely to vary greatly. For this reason, there is a problem that the characteristics deteriorate when used in an analog circuit having severe resistance variation.
この発明は、上記した従来の問題点に鑑みなされたものにして、アンサリサイド領域形成用のマスク形成時の写真工程にばらつきがあっても高抵抗のアンサリサイド抵抗値のばらつきを低減することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and is capable of reducing variations in high resistance ansalicide resistance values even if there are variations in the photographic process when forming the mask for forming the unsalicide regions. Objective.
この発明の半導体装置は、リサイド化された半導体素子とサリサイド化されていない抵抗素子とを含む半導体装置において、前記抵抗素子は、コンタクト領域を含む少なくとも終端部分の幅が終端に向かって太くなるように形成されるとともに、終端部から前記コンタクト領域を含み幅が変化する部分の一部までの領域がサリサイド化され、その他の部分はサリサイド化されていないことを特徴とする。 The semiconductor device of this invention, in a semiconductor device including a resistive element that is not a semiconductor element and Salicided which is Risaido of the resistance element, the thickness towards at least the width of the end portion terminating includes a contact region Kunar together are formed as a region to part of the portion of varying width comprising a pre SL contact region from the end portion is salicided, other parts are characterized by non-salicided.
前記抵抗素子は、矩形状の領域と、この矩形状領域に連なり終端部分の幅が終端に向かって太くなるように形成された領域とで構成され、また、前記抵抗素子は、矩形状の領域と、この矩形状領域に連なり終端部分の幅が終端に向かってテーパー状に太くなるように形成された領域とで構成することもできる。 The resistive element is composed of a rectangular region and a region that is connected to the rectangular region so that the width of the terminal portion increases toward the terminal, and the resistive element is a rectangular region. And a region formed such that the width of the terminal portion is continuous with the rectangular region and becomes thicker in a tapered shape toward the terminal.
この発明の半導体装置の製造方法は、サリサイド化された半導体素子とサリサイド化されていない抵抗素子とを含む半導体装置の製造方法において、コンタクト領域を含む少なくとも終端部分の幅が終端に向かって太くなるように形成された抵抗領域を形成し、少なくとも前記コンタクト領域を除き且つこの抵抗領域の幅が変化する部分の一部に達する領域までを含んでサリサイドブロック領域を形成した後、サリサイド化を行いサリサイド化された領域とサリサイド化されていない領域とを形成することを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device including a resistive element that is not a semiconductor element and Salicided that are salicided, width of at least end portion including the contact regions rather thick toward the end After forming the salicide block region including at least the contact region and reaching a part of the portion where the width of the resistance region changes, the resistor region is formed. A salicided region and a non-salicided region are formed.
この発明は、前記抵抗素子は、少なくとも終端部分の幅が終端に向かって太くなるように形成されるとともに、前記幅が変化する部分の一部はサリサイド化することで、サリサイドブロック領域にずれが発生しても抵抗値のばらつきを抑制することができる。 According to the present invention, the resistance element is formed so that at least the width of the terminal portion becomes thicker toward the terminal end, and a portion of the portion where the width changes is salicided, so that the salicide block region is not displaced. Even if it occurs, variation in resistance value can be suppressed.
以下、この発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
図1は、この発明を用いた半導体装置を示す断面図、図2は、この発明によるアンサリサイド抵抗のレイアウトを示す平面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device using the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a layout of an answer-side resistor according to the present invention.
図1に示すように、この発明の半導体装置は、コンタクト抵抗の低減や、低抵抗なゲート、ソース・ドレイン等の電極形成のため、ゲート電極40、ソース・ドレイン領域5にシリサイド層6が自己整合的に形成され、ポリシリコン抵抗4及び拡散抵抗3はアンサリサイド抵抗で構成されている。
As shown in FIG. 1, in the semiconductor device of the present invention, a
この半導体装置は、例えば、P型の単結晶シリコンからなる半導体基板1(以下、基板1という)にP型ウェル領域10(以下、Pウェル10という)、N型ウェル領域11(以下、Nウェル11という)が形成され、シャロートレンチ素子分離(STI)法による分離用絶縁膜2が設けられている。そして、この実施形態では、Pウェル10にLDD構造のN型MOSトランジスタが、Nウェル11にP型拡散層からなるアンサリサイド拡散抵抗3とSTIの分離絶縁膜2上にアンサリサイドポリシリコン抵抗4が設けられている。
This semiconductor device includes, for example, a P-type well region 10 (hereinafter referred to as a P well 10) and an N type well region 11 (hereinafter referred to as an N well) on a semiconductor substrate 1 (hereinafter referred to as a substrate 1) made of P type single crystal silicon. 11) and an
この図1に示すものでは、N型MOSトランジスタが記載されているが、P型MOSトランジスタの場合には、Nウェルに同様に形成する。また、アンサリサイドポリシリコン抵抗4はSTIの分離絶縁膜2上に形成すればよいため、Nウェル上でもPウェル上のどちらに設けても問題はない。
In FIG. 1, an N-type MOS transistor is described, but in the case of a P-type MOS transistor, it is formed in the same manner in an N well. Further, since the answer-
尚、図1に示すものは、Nウェル上11にP+型ポリシリコン抵抗4を設けている。更に、PウェルにN型拡散層からなるアンサリサイド拡散抵抗を設けても良い。
In FIG. 1, a P +
また、LDD構造のN型MOSトランジスタを形成するために、ゲート電極40の側壁にはサイドウォールが設けられている。尚、図1においては、ゲート絶縁膜は図示していない。
In addition, a sidewall is provided on the side wall of the
導電層となるN+型ソース・ドレイン領域5を形成後、サリサイド技術を用て、シリサイド層6をゲート電極40上およびソース・ドレイン領域5上に形成するために、拡散抵抗3とポリシリコン抵抗4のアンサリサイド領域をサリサイドブロックとなるマスクで覆い、基板1上の全面に金属層として、例えば、Ti層を例えばスパッタ法により堆積し、その後、基板1にランプアニール等の熱処理を施すことにより、シリコン上のTi層と下地のシリコンとを反応させ低抵抗シリサイド層6を形成する。この後、未反応のTi層は除去され、ゲート電極40上およびソース・ドレイン領域5上にのみシリサイド層6が自己整合的に形成される。この後、図示はしないが、層間絶縁膜および電極配線層の形成を行い、所定の処理が施され、アンサリサイド抵抗を有する半導体装置が得られる。
In order to form the
上記したように、アンサリサイド領域の幅は、下層部となる拡散領域またはポリシリコン領域で決められるが、長さ方向は、アンサリサイド領域形成用のマスクで決められ、写真工程でのばらつきにより、長さ方向が大きく異なる。そこで、この発明は、このアンサリサイド領域形成用のマスクのばらつきを、その抵抗素子構造を工夫し、高抵抗のアンサリサイド抵抗値のばらつきを低減するものである。 As described above, the width of the ansalicide region is determined by the diffusion region or the polysilicon region as the lower layer, but the length direction is determined by the mask for forming the ansalicide region, and due to variations in the photographic process, The length direction is greatly different. In view of this, the present invention is designed to reduce the variation in the resistance resistance value of the high resistance, by devising the resistance element structure of the variation in the mask for forming the unsalicide region.
図2に示すように、このアンサリサイド抵抗3(4)は、従来のように単純な矩形ではなく、アンサリサイド抵抗の終端部において、終端に行くほど幅が太くなるように構成している。図2に示すアンサリサイド抵抗3(4)は、幅4μm、長さ8ミクロンの矩形からなる領域31とこの領域31に連なり、終端に向かうほど幅が太くなる領域32とで構成している。領域32は、この実施形態では、角度45度のテーパー状に広がり、長さは4μmで終端の幅は12μmとしている。そして、この領域32に複数のコンタクト領域33が設けられている。このコンタクト領域33は、この実施形態では、0.36×0.36μmの正方形に形成している。
As shown in FIG. 2, the answer-side resistor 3 (4) is not a simple rectangle as in the prior art, but is configured so that the width increases toward the end at the end of the answer-side resistor. The answer-side resistor 3 (4) shown in FIG. 2 is composed of a
そして、この実施形態において、正確に形成された場合のアンサリサイド領域は、長さが12μmとしている。このため、図示するように、サリサイドブロック(SB)領域21が設けられる。このサリサイドブロック領域21は、領域31と領域31に連なるそれぞれ領域32の半分までの距離を覆うように形成されている。即ち、矩形領域31とこの矩形領域31より上下にそれぞれ2μmの長さの部分だけ終端に向かうほど幅が太くなる領域32がアンサリサイド抵抗領域となる。そして、サリサイドブロック領域21に覆われていない領域はシリサイド層が形成され、サリサイド抵抗部分となる。従って、コンタクト領域33を含む終端から2μmの領域はサリサイド化されたサリサイド抵抗部分になる。
In this embodiment, the length of the answer side region when formed accurately is 12 μm. For this reason, a salicide block (SB)
尚、上記した各部の寸法は、次に説明する従来構造の抵抗との間の効果を確認するために例示したものであり、この発明は、この寸法に限られるものではないことは勿論のことであり、必要とする抵抗値に応じた寸法で形成される。 The dimensions of the respective parts described above are shown as examples for confirming the effect between the resistance of the conventional structure described below and the present invention is not limited to these dimensions. It is formed with a dimension corresponding to the required resistance value.
図3は、従来構造のアンサリサイド抵抗を示し、幅4μm、長さ16ミクロンの矩形形状であり、長さが12μmとなるサリサイドブロック領域21が設けられる。
FIG. 3 shows a conventional unsalicide resistance having a rectangular shape with a width of 4 μm and a length of 16 μm, and a
図4は、サリサイドブロック領域21が所望の大きさよりよりα分ずれた場合を示し、Xが所望のサリサイドブロック領域21とすると、アンサリサイド領域形成用のマスク作成のための写真工程で、露光量が多く仕上がった場合、もしくはレジストのシュリンク(収縮)が発生して−α分小さくなった場合とアンサリサイド領域形成用のマスク作成のための写真工程で、露光量が少なく、アンサリサイド領域形成用のマスクがα分大きくなった場合にそれぞれ抵抗値がどのように変化するかをシミュレーションした結果を表1及び図5に示す。
FIG. 4 shows a case where the
シミュレーションは、アンサリサイドポリシリコン抵抗で行い、アンサリサイドポリシリコンの抵抗のシート抵抗は1000Ω/シート、サリサイドポリシリコンの抵抗のシート抵抗は4Ω/シートとした。サリサイドブロック領域21にずれが発生していないときの図2に示した抵抗値は、アンサリサイド(US)領域の抵抗値が2667.7Ω、サリサイド領域の抵抗値が1.3Ωである。
The simulation was performed with an ansalicide polysilicon resistor, the sheet resistance of the ansalicide polysilicon resistor was 1000 Ω / sheet, and the sheet resistance of the salicide polysilicon resistor was 4 Ω / sheet. The resistance values shown in FIG. 2 when no shift occurs in the
コンタクト33、33間の抵抗値はサリサイド領域の抵抗とアンサリサイド領域の抵抗とが直列に接続された値となるが、上記のように、アンサリサイド領域の抵抗値に比べてサリサイド抵抗の抵抗値は極めて小さいため、サリサイド抵抗は無視しても影響が少ない。このため、アンサリサイド領域の抵抗値を比較することで、抵抗値のばらつき状態を考察することができる。尚、図5において、菱形は従来のアンサリサイド(US)領域の抵抗値、四角がこの発明のアンサリサイド(US)領域の抵抗値である。
The resistance value between the contacts 33 and 33 is a value obtained by connecting the resistance of the salicide region and the resistance of the unsalicide region in series. As described above, the resistance value of the salicide resistor is larger than the resistance value of the unsalicide region. Is so small that salicide resistance is negligible. For this reason, it is possible to consider the variation state of the resistance value by comparing the resistance values of the unsalicide regions. In FIG. 5, diamonds conventional A Nsarisaido (US) resistance value of the region, a square is a resistance value of A Nsarisaido (US) region of the present invention.
サリサイドブロック領域21のずれが発生すると抵抗値は変化するが、図5及び表1から明らかなように、この発明のアンサリサイド(US)領域の抵抗値は、従来のものに比べて、その変化の度合いは少なく、抵抗値のばらつきは、従来の半分以下に抑制されていることが分かる。
When the
次に、この発明に係る半導体装置の製造方法の一例につき、図6ないし図13を参照して説明する。 Next, an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、図6に示すように、P型の単結晶シリコンからなる半導体基板1にPウェル10と、Nウェル11を形成し、STI法による分離用絶縁膜2を形成後、全面にゲート絶縁膜(図示せず)を形成する。その後、全面にドープトポリシリコン膜を堆積した後、全面にホトレジスト膜を形成した後、ホトリソグラフィ技術によりパターニングして、ホトレジストパターンを形成する。そして、ホトレジストパターンをマスクにして、ドープトポリシリコン膜をエッチングして導電層となるゲート電極40と、ポリシリコンからなるアンサリサイド抵抗素子4を形成する。
First, as shown in FIG. 6, a P well 10 and an N well 11 are formed on a
次に、ホトレジスト膜を除去した後、N-型LDD領域形成のため、斜め回転イオン注入法によりAsまたはP等の不純物を基板1上から注入する。次に、全面にTEOS膜を約0.05〜0.2μmの膜厚に堆積した後、異方性ドライエッチングにより全面エッチバックして、ゲート電極40、ポリシリコンアンサリサイド抵抗素子4の側壁にサイドウォールを形成する。
Next, after removing the photoresist film, impurities such as As or P are implanted from above the
次に、導電層となるN+型ソース・ドレイン領域5の形成のため、イオン注入法によりヒ素(As)またはリン(P)等の不純物を基板1上から注入する。続いて、拡散抵抗3を形成するために、マスクを設け、ボロン(B)等の不純物を基板1側から注入する。
Next, an impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P) is implanted from above the
このようにして、Pウェル10にLDD構造のN型MOSトランジスタがNウェル11にP型拡散層からなるアンサリサイド拡散抵抗3とSTIの分離絶縁膜2上にアンサリサイドポリシリコン抵抗4が設けられている。アンサリサイド拡散抵抗3、アンサリサイドポリシリコン抵抗4は、上記した図2に示すように、単純な矩形ではなく、アンサリサイド抵抗の終端部において、終端に行くほど幅が太くなるように形成されている。
In this way, an N-type MOS transistor having an LDD structure is provided in the P well 10, an
続いて、サリサイド技術を用いて、シリサイド層をゲート電極40上およびソース・ドレイン領域5上に形成するとともに、アンサリサイド拡散抵抗3とアンサリサイドポリシリコン抵抗4を形成するためにサリサイドブロック領域を形成する工程になる。図7に示すように、サリサイドブロックのために、膜厚20nmから40nm、この実施形態では、膜厚20nmのシリコン窒化(SiN)膜7を全面に堆積させる。
Subsequently, a salicide technique is used to form a silicide layer on the
次に、図8に示すように、全面にホトレジスト膜を形成した後、ホトリソグラフィ技術によりパターニングして、ホトレジストパターン8を形成する。そして、ホトレジストパターン8をマスクにして、シリコン窒化膜7をエッチングしてサリサイドブロック領域21を形成し、マスク8を除去する(図9、図10参照)。図10の平面図に示すように、サリサイドブロック領域21は、アンサリサイド拡散抵抗3とアンサリサイドポリシリコン抵抗4を覆うように、抵抗領域の幅が変化する部分の一部までを含んで形成される。このとき、上述したように、サリサイドブロック領域21は所望の大きさに形成するのが好ましいが、大きさに少しずれが生じてもアンサリサイド拡散抵抗3とアンサリサイドポリシリコン抵抗4の形状に工夫を施しているので、抵抗値のばらつきは抑制される。
Next, as shown in FIG. 8, a photoresist film is formed on the entire surface, and then patterned by a photolithography technique to form a photoresist pattern 8. Then, using the photoresist pattern 8 as a mask, the
続いて、図11に示すように、基板1上の全面に金属層として膜厚20nmから50nm、この実施形態では、35nmの膜厚のTi層9を、例えばスパッタ法により堆積する。その後、基板1にランプアニール等の熱処理を施すことにより、シリコン上のTi層9と下地のシリコンとを反応させ低抵抗シリサイド層としてのTiSi2層6に変成させる。この後、未反応のTi層9をH2SO4/H2O2等の溶液を用いて除去する。これによりシリコン上、すなわち、ゲート電極5上およびソース・ドレイン領域10上にのみTiSi2層6が自己整合的に形成されるとともに、高抵抗のアンサリサイド拡散抵抗3とアンサリサイドポリシリコン抵抗4が得られる(図13)。この後、層間絶縁膜および電極配線層の形成を行い、所定の処理を施してアナログ回路の半導体装置を得る。
Subsequently, as shown in FIG. 11, a
上記したアンサリサイド抵抗3(4)は、矩形からなる領域31とこの領域31に連なり、終端に向かうほど幅が太くなるテーパー状の領域32とで構成しているが。終端に向かうほど幅が太くなる領域32は、これに限らず階段状に幅が太くなるように構成することもできる。
The answer-side resistor 3 (4) described above is composed of a
1 基板
2 分離用絶縁膜
3 アンサリサイド拡散抵抗
4 アンサリサイドポリシリコン抵抗
5 ソース・ドレイン領域
6 シリサイド層
21 サリサイドブロック領域
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