JPH0689968A - キャパシタおよびその製造方法 - Google Patents
キャパシタおよびその製造方法Info
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/10—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
-
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- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
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Abstract
(57)【要約】
【構成】第1の電極(1)を形成し、その上にTa2O5
誘電体膜(2)を形成し、その上にSi3N4膜(3)を
形成し、所定時間熱処理を行なって第1の電極(1)と
Ta2O5誘電体膜(2)との間にSiO2膜を形成し、
Si3N4膜(3)の上に第2の電極を設ける構成。 【効果】誘電率の大きいTa2O5誘電体膜の漏洩電流を
顕著に減少させることができ、半導体メモリセルの高集
積化に有利である。
誘電体膜(2)を形成し、その上にSi3N4膜(3)を
形成し、所定時間熱処理を行なって第1の電極(1)と
Ta2O5誘電体膜(2)との間にSiO2膜を形成し、
Si3N4膜(3)の上に第2の電極を設ける構成。 【効果】誘電率の大きいTa2O5誘電体膜の漏洩電流を
顕著に減少させることができ、半導体メモリセルの高集
積化に有利である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置のキャパシ
タおよびその製造方法に係り、特に、半導体メモリセル
のキャパシタの誘電体膜の漏洩電流を減少し得るキャパ
シタおよびその製造方法に関する。
タおよびその製造方法に係り、特に、半導体メモリセル
のキャパシタの誘電体膜の漏洩電流を減少し得るキャパ
シタおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体メモリセルのキャパシタ
の誘電体膜に使用されるTa2O5膜は、誘電率が25で
あり、二酸化シリコン膜の3.9やシリコン窒化膜の
7.5より約3〜6倍程度大きい。したがって、従来の
シリコン窒化膜/二酸化シリコン膜との積層膜から成る
キャパシタの誘電体膜の代替膜として広く研究されてい
る。
の誘電体膜に使用されるTa2O5膜は、誘電率が25で
あり、二酸化シリコン膜の3.9やシリコン窒化膜の
7.5より約3〜6倍程度大きい。したがって、従来の
シリコン窒化膜/二酸化シリコン膜との積層膜から成る
キャパシタの誘電体膜の代替膜として広く研究されてい
る。
【0003】すなわち、誘電率が大きいからシリコン窒
化膜/二酸化シリコン膜との積層膜よりキャパシタの容
量を大きくすることができるので、同一の容量ならば、
面積を小さくすることができるから、64Mあるいは2
56Mビット級のDRAMに有望な材料である。
化膜/二酸化シリコン膜との積層膜よりキャパシタの容
量を大きくすることができるので、同一の容量ならば、
面積を小さくすることができるから、64Mあるいは2
56Mビット級のDRAMに有望な材料である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Ta2O5膜か
ら成る誘電体においては電子の動きは効果的に妨げる
が、該膜中で正孔は容易に動くため、漏洩電流が多く、
特に、いまだ実用化が難しい。
ら成る誘電体においては電子の動きは効果的に妨げる
が、該膜中で正孔は容易に動くため、漏洩電流が多く、
特に、いまだ実用化が難しい。
【0005】漏洩電流を少なくするための従来の公知の
技術は、Ta2O5膜の形成後のアニールに関するものが
主である。このようなアニールは、UV−O3またはO2
雰囲気中におけるドライ酸化が最も広く用いられてい
る。また、既存の導電型不純物をドープした多結晶シリ
コン膜の代わりに、TiNを用いて良い結果が得られ
た。しかし、後で詳しく述べるように、正の方向のバイ
アスの漏洩電流は未だ望まれる値が得られないのが実情
である。
技術は、Ta2O5膜の形成後のアニールに関するものが
主である。このようなアニールは、UV−O3またはO2
雰囲気中におけるドライ酸化が最も広く用いられてい
る。また、既存の導電型不純物をドープした多結晶シリ
コン膜の代わりに、TiNを用いて良い結果が得られ
た。しかし、後で詳しく述べるように、正の方向のバイ
アスの漏洩電流は未だ望まれる値が得られないのが実情
である。
【0006】図2(A)、(B)は、従来の半導体メモ
リセルのTa2O5誘電体膜を用いたキャパシタの製造工
程を示すキャパシタの部分断面図である。
リセルのTa2O5誘電体膜を用いたキャパシタの製造工
程を示すキャパシタの部分断面図である。
【0007】まず、図2(A)に示すように、キャパシ
タの多結晶シリコン膜から成る第1電極1(蓄積電極)
を形成した後、その上にTa2O5から成る誘電体膜2を
形成する。
タの多結晶シリコン膜から成る第1電極1(蓄積電極)
を形成した後、その上にTa2O5から成る誘電体膜2を
形成する。
【0008】次に、図2(B)に示すように、UV−O
3またはO2雰囲気を用いたドライ酸化または熱処理を行
なう。
3またはO2雰囲気を用いたドライ酸化または熱処理を行
なう。
【0009】次に、図示はしないが、その上に、導電型
不純物をドープした多結晶シリコン膜または金属膜から
成るキャパシタの第2の電極を形成してキャパシタを作
製する。
不純物をドープした多結晶シリコン膜または金属膜から
成るキャパシタの第2の電極を形成してキャパシタを作
製する。
【0010】Ta2O5誘電体膜2の形成後、ドライ酸化
を行なう理由は、熱処理の間にTa2O5誘電体膜2中に
酸素が拡散され、その結果、Ta2O5誘電体膜2内部の
欠陥を除去されるからである。この場合、熱処理によ
り、多結晶シリコン膜から成る第1の電極1とTa2O5
誘電体膜2との間に二酸化シリコン膜(図示省略)が形
成される。この二酸化シリコン膜は正孔の流れを妨げる
が、電子は容易にトンネルする。
を行なう理由は、熱処理の間にTa2O5誘電体膜2中に
酸素が拡散され、その結果、Ta2O5誘電体膜2内部の
欠陥を除去されるからである。この場合、熱処理によ
り、多結晶シリコン膜から成る第1の電極1とTa2O5
誘電体膜2との間に二酸化シリコン膜(図示省略)が形
成される。この二酸化シリコン膜は正孔の流れを妨げる
が、電子は容易にトンネルする。
【0011】二酸化シリコン膜に接する第1の電極1に
正の電圧がチャージされるような負の方向のバイアスの
場合には、漏洩電流が少なく、Ta2O5誘電体膜2に接
する第2の電極に正の電圧がチャージされるような正の
方向のバイアスの場合には、漏洩電流が増加する。なぜ
ならば、電子は二酸化シリコン膜を容易にトンネルし、
正孔はTa2O5誘電体膜2中を容易に移動する。それゆ
え、Ta2O5誘電体膜を半導体メモリセルのキャパシタ
に用いるのは問題がある。
正の電圧がチャージされるような負の方向のバイアスの
場合には、漏洩電流が少なく、Ta2O5誘電体膜2に接
する第2の電極に正の電圧がチャージされるような正の
方向のバイアスの場合には、漏洩電流が増加する。なぜ
ならば、電子は二酸化シリコン膜を容易にトンネルし、
正孔はTa2O5誘電体膜2中を容易に移動する。それゆ
え、Ta2O5誘電体膜を半導体メモリセルのキャパシタ
に用いるのは問題がある。
【0012】本発明の目的は、正負両方向のバイアスの
場合に、漏洩電流を少なくすることができるキャパシお
よびその製造方法を提供することにある。
場合に、漏洩電流を少なくすることができるキャパシお
よびその製造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のキャパシタは、第1の電極と、前記第1の
電極の上に設けたTa2O5誘電体膜と、前記Ta2O5誘
電体膜の上に設けた第2の電極とを含んで成るキャパシ
タにおいて、前記第1の電極と前記Ta2O5誘電体膜と
の間に設けたSiO2膜と、前記Ta2O5誘電体膜と前
記第2の電極との間に設けたシリコン オキシナイトラ
イド膜、Si3N4膜またはSiO2膜とを有することを
特徴とする。
に、本発明のキャパシタは、第1の電極と、前記第1の
電極の上に設けたTa2O5誘電体膜と、前記Ta2O5誘
電体膜の上に設けた第2の電極とを含んで成るキャパシ
タにおいて、前記第1の電極と前記Ta2O5誘電体膜と
の間に設けたSiO2膜と、前記Ta2O5誘電体膜と前
記第2の電極との間に設けたシリコン オキシナイトラ
イド膜、Si3N4膜またはSiO2膜とを有することを
特徴とする。
【0014】また、前記第1の電極が導電型不純物がド
ープされた多結晶シリコンから成ることを特徴とする。
ープされた多結晶シリコンから成ることを特徴とする。
【0015】また、前記キャパシタが半導体メモリセル
のキャパシタであることを特徴とする。
のキャパシタであることを特徴とする。
【0016】また、本発明のキャパシタの製造方法は、
第1の電極を形成する第1の工程と、前記第1の電極の
上にTa2O5誘電体膜を形成する第2の工程と、前記T
a2O5誘電体膜の上にSi3N4から成る絶縁膜を形成す
る第3の工程と、前記絶縁膜の上に第2の電極を設ける
第4の工程と、前記第2の工程または第3の工程の後
に、所定時間熱処理を行なって前記第1の電極と前記T
a2O5誘電体膜との間にSiO2膜を形成する工程とを
含んで成ることを特徴とする。
第1の電極を形成する第1の工程と、前記第1の電極の
上にTa2O5誘電体膜を形成する第2の工程と、前記T
a2O5誘電体膜の上にSi3N4から成る絶縁膜を形成す
る第3の工程と、前記絶縁膜の上に第2の電極を設ける
第4の工程と、前記第2の工程または第3の工程の後
に、所定時間熱処理を行なって前記第1の電極と前記T
a2O5誘電体膜との間にSiO2膜を形成する工程とを
含んで成ることを特徴とする。
【0017】また、前記Si3N4から成る絶縁膜の厚さ
が約20Å以下であることを特徴とする。
が約20Å以下であることを特徴とする。
【0018】また、本発明のキャパシタの製造方法は、
第1の電極を形成する第1の工程と、前記第1の電極の
上にTa2O5誘電体膜を形成する第2の工程と、所定時
間熱処理を行なって前記第1の電極と前記Ta2O5誘電
体膜との間にSiO2膜を形成する第3の工程と、前記
Ta2O5誘電体膜の上にSiO2膜を形成する第4の工
程と、前記SiO2膜の上に第2の電極を設ける第5の
工程とを含んで成ることを特徴とする。
第1の電極を形成する第1の工程と、前記第1の電極の
上にTa2O5誘電体膜を形成する第2の工程と、所定時
間熱処理を行なって前記第1の電極と前記Ta2O5誘電
体膜との間にSiO2膜を形成する第3の工程と、前記
Ta2O5誘電体膜の上にSiO2膜を形成する第4の工
程と、前記SiO2膜の上に第2の電極を設ける第5の
工程とを含んで成ることを特徴とする。
【0019】また、前記第1の電極が多結晶シリコンか
ら成ることを特徴とする。
ら成ることを特徴とする。
【0020】また、前記熱処理はUV−O3またはO2雰
囲気中において約700〜900℃の温度で約10〜3
0分間ドライ酸化することにより行なうことを特徴とす
る。
囲気中において約700〜900℃の温度で約10〜3
0分間ドライ酸化することにより行なうことを特徴とす
る。
【0021】
【作用】本発明では、Ta2O5誘電体膜内部の欠陥を除
去するというTa2O5誘電体膜の熱処理効果が得られる
とともに、Ta2O5誘電体膜を中心にして上下に正孔の
流れを阻止するSiO2膜とシリコン オキシナイトライ
ド膜、Si3N4膜3あるいはSiO2膜とを形成するこ
とにより、誘電率の大きいTa2O5誘電体膜の漏洩電流
を顕著に減少させることができ、半導体メモリセルの高
集積化に有利である。
去するというTa2O5誘電体膜の熱処理効果が得られる
とともに、Ta2O5誘電体膜を中心にして上下に正孔の
流れを阻止するSiO2膜とシリコン オキシナイトライ
ド膜、Si3N4膜3あるいはSiO2膜とを形成するこ
とにより、誘電率の大きいTa2O5誘電体膜の漏洩電流
を顕著に減少させることができ、半導体メモリセルの高
集積化に有利である。
【0022】
【実施例】図1(A)、(B)は、本発明の一実施例の
半導体メモリセルのキャパシタの製造工程を示すキャパ
シタの部分断面図である。
半導体メモリセルのキャパシタの製造工程を示すキャパ
シタの部分断面図である。
【0023】まず、図1(A)に示すように、導電型不
純物がドープされた多結晶シリコン膜を形成するか、ま
たは多結晶シリコン膜を形成した後、導電型不純物をド
ープして第1の電極1を形成する。次に、第1の電極1
の上にTa2O5から成る誘電体膜2を形成する。
純物がドープされた多結晶シリコン膜を形成するか、ま
たは多結晶シリコン膜を形成した後、導電型不純物をド
ープして第1の電極1を形成する。次に、第1の電極1
の上にTa2O5から成る誘電体膜2を形成する。
【0024】次に、図1(B)に示すように、Ta2O5
誘電体膜2の上に化学気相蒸着法を用いてSi3N4膜
(シリコン窒化膜)3を厚さ10〜20Å程度形成す
る。その後、UV−O3またはO2雰囲気中において約7
00〜900℃の温度で約10〜30分間ドライ酸化に
より熱処理を行なう。この熱処理の間に、多結晶シリコ
ン膜から成る第1の電極1とTa2O5から成る誘電体膜
2との間にSiO2膜(二酸化シリコン膜。図示省略)
が形成される。また、Si3N4膜3はSiONとSi3
N4が混在するシリコン オキシナイトライド膜に変化す
る。その上に図示しない多結晶シリコン等から成る導電
層を形成し、キャパシタの第2の電極を形成し、キャパ
シタが完成する。
誘電体膜2の上に化学気相蒸着法を用いてSi3N4膜
(シリコン窒化膜)3を厚さ10〜20Å程度形成す
る。その後、UV−O3またはO2雰囲気中において約7
00〜900℃の温度で約10〜30分間ドライ酸化に
より熱処理を行なう。この熱処理の間に、多結晶シリコ
ン膜から成る第1の電極1とTa2O5から成る誘電体膜
2との間にSiO2膜(二酸化シリコン膜。図示省略)
が形成される。また、Si3N4膜3はSiONとSi3
N4が混在するシリコン オキシナイトライド膜に変化す
る。その上に図示しない多結晶シリコン等から成る導電
層を形成し、キャパシタの第2の電極を形成し、キャパ
シタが完成する。
【0025】シリコン オキシナイトライド膜は、第1
の電極とTa2O5誘電体膜2との間のSiO2膜と同様
に、正孔の流れを妨げる。すなわち、SiO2/Ta2O
5/シリコン オキシナイトライドのほぼ上下対称の構造
により、負の方向のバイアスと同様に正の方のバイアス
の場合も漏洩電流を減少させることができる。
の電極とTa2O5誘電体膜2との間のSiO2膜と同様
に、正孔の流れを妨げる。すなわち、SiO2/Ta2O
5/シリコン オキシナイトライドのほぼ上下対称の構造
により、負の方向のバイアスと同様に正の方のバイアス
の場合も漏洩電流を減少させることができる。
【0026】なお、上記熱処理工程は、Si3N4膜3を
形成する前に行なってもよい。この場合、Si3N4膜3
も正孔の流れを妨げるので、同様の効果が得られる。
形成する前に行なってもよい。この場合、Si3N4膜3
も正孔の流れを妨げるので、同様の効果が得られる。
【0027】また、Si3N4膜3の代わりに、Ta2O5
誘電体膜2の上にSiO2膜を化学気相蒸着法により設
けてもよい。しかし、SiO2膜は20Å以下の薄膜に
形成するのは難しく、また、誘電率が小さいから誘電体
膜の全体の厚さの増加を招くので、誘電率がSiO2よ
り大きく、10Å程度の薄膜に容易に形成可能なSi3
N4膜を形成するのが望ましい。
誘電体膜2の上にSiO2膜を化学気相蒸着法により設
けてもよい。しかし、SiO2膜は20Å以下の薄膜に
形成するのは難しく、また、誘電率が小さいから誘電体
膜の全体の厚さの増加を招くので、誘電率がSiO2よ
り大きく、10Å程度の薄膜に容易に形成可能なSi3
N4膜を形成するのが望ましい。
【0028】このように上記実施例では、Ta2O5誘電
体膜2内部の欠陥を除去するというTa2O5誘電体膜2
の熱処理効果が得られるとともに、Ta2O5誘電体膜2
を中心にして上下に正孔の流れを阻止するSiO2膜と
シリコン オキシナイトライド膜、Si3N4膜3あるい
はSiO2膜とを形成することにより、誘電率の大きい
Ta2O5誘電体膜2の漏洩電流を顕著に減少させること
ができる。したがって、半導体メモリセルのキャパシタ
に適用した場合、メモリセルの高集積化に有利である。
体膜2内部の欠陥を除去するというTa2O5誘電体膜2
の熱処理効果が得られるとともに、Ta2O5誘電体膜2
を中心にして上下に正孔の流れを阻止するSiO2膜と
シリコン オキシナイトライド膜、Si3N4膜3あるい
はSiO2膜とを形成することにより、誘電率の大きい
Ta2O5誘電体膜2の漏洩電流を顕著に減少させること
ができる。したがって、半導体メモリセルのキャパシタ
に適用した場合、メモリセルの高集積化に有利である。
【0029】以上本発明を実施例に基づいて具体的に説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。例えば上記実施例では、キャパ
シタの第1および第2の電極の材料として多結晶シリコ
ンを用いたが、その他の導電材料を用いてもよい。
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。例えば上記実施例では、キャパ
シタの第1および第2の電極の材料として多結晶シリコ
ンを用いたが、その他の導電材料を用いてもよい。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
誘電率の大きいTa2O5誘電体膜の漏洩電流を顕著に減
少させることができ、半導体メモリセルの高集積化に有
利である。
誘電率の大きいTa2O5誘電体膜の漏洩電流を顕著に減
少させることができ、半導体メモリセルの高集積化に有
利である。
【図1】本発明の一実施例のキャパシタの製造方法を示
す工程部分断面図である。
す工程部分断面図である。
【図2】従来のキャパシタの製造方法を示す工程部分断
面図である。
面図である。
1…多結晶シリコンから成る第1の電極、2…Ta2O5
誘電体膜、3…Si3N4膜。
誘電体膜、3…Si3N4膜。
Claims (8)
- 【請求項1】第1の電極と、前記第1の電極の上に設け
たTa2O5誘電体膜と、前記Ta2O5誘電体膜の上に設
けた第2の電極とを含んで成るキャパシタにおいて、前
記第1の電極と前記Ta2O5誘電体膜との間に設けたS
iO2膜と、前記Ta2O5誘電体膜と前記第2の電極と
の間に設けたシリコン オキシナイトライド膜、Si3N
4膜またはSiO2膜とを有することを特徴とするキャパ
シタ。 - 【請求項2】前記第1の電極が導電型不純物がドープさ
れた多結晶シリコンから成ることを特徴とする請求項1
記載のキャパシタ。 - 【請求項3】前記キャパシタが半導体メモリセルのキャ
パシタであることを特徴とする請求項1記載のキャパシ
タ。 - 【請求項4】第1の電極を形成する第1の工程と、前記
第1の電極の上にTa2O5誘電体膜を形成する第2の工
程と、前記Ta2O5誘電体膜の上にSi3N4から成る絶
縁膜を形成する第3の工程と、前記絶縁膜の上に第2の
電極を設ける第4の工程と、前記第2の工程または第3
の工程の後に、所定時間熱処理を行なって前記第1の電
極と前記Ta2O5誘電体膜との間にSiO2膜を形成す
る工程とを含んで成ることを特徴とするキャパシタの製
造方法。 - 【請求項5】前記Si3N4から成る絶縁膜の厚さが約2
0Å以下であることを特徴とする請求項3記載のキャパ
シタの製造方法。 - 【請求項6】第1の電極を形成する第1の工程と、前記
第1の電極の上にTa2O5誘電体膜を形成する第2の工
程と、所定時間熱処理を行なって前記第1の電極と前記
Ta2O5誘電体膜との間にSiO2膜を形成する第3の
工程と、前記Ta2O5誘電体膜の上にSiO2膜を形成
する第4の工程と、前記SiO2膜の上に第2の電極を
設ける第5の工程とを含んで成ることを特徴とするキャ
パシタの製造方法。 - 【請求項7】前記第1の電極が多結晶シリコンから成る
ことを特徴とする請求項4または6記載のキャパシタの
製造方法。 - 【請求項8】前記熱処理はUV−O3またはO2雰囲気中
において約700〜900℃の温度で約10〜30分間
ドライ酸化することにより行なうことを特徴とする請求
項4または6記載のキャパシタの製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1992-11008 | 1992-06-24 | ||
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0689968A true JPH0689968A (ja) | 1994-03-29 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP5153478A Pending JPH0689968A (ja) | 1992-06-24 | 1993-06-24 | キャパシタおよびその製造方法 |
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Country | Link |
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KR (1) | KR950012555B1 (ja) |
DE (1) | DE4320089B4 (ja) |
TW (1) | TW230843B (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6825518B2 (en) | 2002-08-28 | 2004-11-30 | Hynix Semiconductor Inc. | Capacitor in semiconductor device and method for fabricating the same |
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EP0851473A3 (en) * | 1996-12-23 | 1998-07-22 | Lucent Technologies Inc. | Method of making a layer with high dielectric K, gate and capacitor insulator layer and device |
KR19980060601A (ko) * | 1996-12-31 | 1998-10-07 | 김영환 | 반도체 소자의 캐패시터 제조방법 |
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1992
- 1992-06-24 KR KR1019920011008A patent/KR950012555B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1993
- 1993-05-28 TW TW082104256A patent/TW230843B/zh not_active IP Right Cessation
- 1993-06-17 DE DE4320089A patent/DE4320089B4/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-06-24 JP JP5153478A patent/JPH0689968A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6825518B2 (en) | 2002-08-28 | 2004-11-30 | Hynix Semiconductor Inc. | Capacitor in semiconductor device and method for fabricating the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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KR950012555B1 (ko) | 1995-10-18 |
DE4320089B4 (de) | 2007-05-03 |
DE4320089A1 (de) | 1994-01-05 |
TW230843B (ja) | 1994-09-21 |
KR940001405A (ko) | 1994-01-11 |
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