JPS6129152A - 半導体集積回路装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置及びその製造方法

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JPS6129152A
JPS6129152A JP14949484A JP14949484A JPS6129152A JP S6129152 A JPS6129152 A JP S6129152A JP 14949484 A JP14949484 A JP 14949484A JP 14949484 A JP14949484 A JP 14949484A JP S6129152 A JPS6129152 A JP S6129152A
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gate
gate electrode
conductive layer
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JP14949484A
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Shinji Asano
浅野 真二
Tsuneo Ito
恒夫 伊藤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices 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
    • H01L27/04Devices 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
    • H01L27/10Devices 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
    • H01L27/118Masterslice integrated circuits
    • H01L27/11803Masterslice integrated circuits using field effect technology
    • H01L27/11807CMOS gate arrays

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  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は、半導体集積回路装置(以下、ICという)に
適用して有効な技術に関するものであり、特に、相補型
の絶縁ゲート型電界効果トランジスタからなるゲートア
レイを備えたICに適用し、て有効な技術に関するもの
である。
[背景技術] 半導体基板(以下、基板という)に相補型の絶縁ゲート
型電界効果トランジスタ(以下、C,MTSFETとい
う)を複数個列状に形成しておき。
後の配線形成工程によってN A、 N Dゲート、N
○Rゲート等の論理回路を構成するCMISゲートアレ
イがある。このCMISゲートアレイは、その集積度を
向上するために、論理ゲートの間を電気的に分離するフ
ィールド絶縁膜を設けていない。
前記CMISゲー1−アレイは、論理ゲートアレイの間
を電気的に分離する手段として、所定の電圧を印加した
ゲート電極を用いる。このために、Pチャネル型MIS
FET(以下、PMISFETという)のゲート電極−
と、Nチャネル型MI’5FET(以下、NMI 5F
ETという)のゲート電極とをそれぞれに分離して設け
である。このゲート電極は1層目の導電層である多結晶
シリコン層からなる。
本発明者は、前記CMISケートアレイを検討した結果
、論理ゲートの集積度をさらに向上することが困難であ
るという問題点を見い出した。
前記論理ゲートの集積度を向上することが困難である理
由を以下に述べる。
CMI 5FETのゲート電極相互は、アルミニウムか
らなる2層目の導電層によって接続している。
また、論理回路を構成する回路要素、例えば、インバー
タにおいては、PMI 5FETのドレイン領域とNM
I 5FETのドレイン領域とを2層目の導電層によっ
て接続している。
また、ゲート電極相互を接続する導電層と、ドレイン領
域相互を接続する導電層とは、両者を短絡させないため
に充分に離隔して設ける必要がある。
前述のように、ゲート電極とその隣りのゲート電極との
間にドレイン領域相互を接続するための導電層を設け、
かつ、該導電層間を充分に離して設けなければならない
ので、ゲート電極とそれに隣接するゲート電極との間を
縮小することが困難となる。
なお、PMISFETのグー1−電極とNMISFET
のゲート電極とを分離して設けたCMIsFETに関す
る技術は、例えば、特願昭57−149330号の明細
書及び図面に記載されている。
[発明の目的] 本発明の目的は、CMISからなるゲートアレイの集積
度を向上することが可能な技術手段を提供することにあ
る。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。
[発明の概要] 本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
PMTSFETのゲート電極とNM T S FETの
ゲート電極とを一体に形成し、それ以後の製造工程で所
定のゲート電極をPMISFETとNMISFETとの
中央部から分離して、前記分離したゲート電極をPMI
SFET又はNMISFETの半導体領域を相互に電気
的に分離するための電極(以下、素子分離用ゲート電極
という)として用いることにより、PMI 5FETの
ゲート電極とNMISFETのゲート電極とを接続する
ための上部導電層を不要にすることができる。これによ
り、隣接するゲート電極の間隔を縮小して。
CMISゲートアレイの集積度を向上させたものである
次に、本発明の構成について、実施例とともに説明する
なお、実施例を説明するための全回において。
同一機能を有するものは同一符号を付け、そのくり返し
の説明は省略する。
[実施例] 第1図乃至第6図は、本発明の一実施例を説明するため
の図であり、第1図は、そのICの楕成の要部を示す平
面図、第2図は、U−11切断線における断面図、第3
図は、第1図のm−m切断線における断面図、第4図は
、第1図の等価回路図、第5図は、第4図に示した等価
回路を論理@路記号で示した論理回路図、第6図は、本
実施例のICのレイアウトを説明するためのICの平面
図である。
なお、第1図は、本実施例のICの要部の構成を見易く
するために、各導電層間に設けられる絶縁膜を図示しな
い。
第1図乃至第5図において51はn−型のシリコン単結
晶からなる基板であり、その所定の主面部にはp−型の
半導体領域からなるウェル領域2が設けである。
3はフィールド絶縁膜であり、その所定の下部のウェル
領域2の主面部にはp型のチャネルス1〜ツバ領域5が
設けである。
6はPMISFETであり、グー1−絶縁膜7、ソース
領域又はドレイン領域として用いられるP+型の半導体
領域8、ゲート電極9及びゲート電極9の下部の基板1
の主面部のチャネル領域とから構成しである。PMIS
FET6のソース領域又はドレイン領域は、隣接するP
MISFET6のソース領域又はドレイン領域と一体に
構成しである。
また、PMISFET6は、基板lに列状に複数設けら
れて、第1図及び第4図t′−示すように、PMIS列
を構成している。ゲート絶縁膜7は、フィールド絶縁膜
3の間の基板1の上に設けである。半導体領域8は、P
MIS列のゲート電極9の両側部の基板1の主面部に設
けである。
10は、NMISFETであり、ゲート絶縁膜7、ソー
ス領域又はドレイン領域として用いられるn+型の半導
体領域11、ゲート電極9及びゲート電極9の下部のウ
ェル領域2の主面部のチャネル領域とから箭成しである
。NMISFETl0のソース領域又はドレイン領域は
、隣接するMISFETl0のソース領域又はドレイン
領域と一体に構成しである。
また、NMISFETl0は、基板1に列状に複数設け
られて、第1図及び第4図に示すように、NMIS列を
結成している。
本実施例のICのCMISゲートアレイは、−個のCM
ISFETを論理回路を構成するための一個のセルとし
て用いる。
半導体領域11は、NMIS列のゲート電極9の両側部
のウェル領域2の主面部に設けである。
12は絶縁膜であり、ゲート電極9と第2層目の導電層
13を絶縁するためのものである。導電層13は、接続
孔12Aを介して所定の半導体領域8、半導体領域11
、ゲート電極9のうち少なくとも1つと接続している。
なお、第1図では、接続孔12AをrXJで示しである
論理ゲートを構成するためのPM I S FET6と
NMISFETl0とのそれぞれのゲート電極9は、そ
れらのゲート電極9を相互に接続する導電層13を不要
にするために、第1図に示すように、一体に形成しであ
る。また、9Aは素子分離用ゲート電極であり、第1図
に示すように、PMISFET6とNMISFETl0
との中央部で分離しである8分離されたゲート電極9A
は、PMIS列の領域に設けられたゲート電極9Aが■
cc電位(例えば、5.0 [:V] )  を供給す
る導電層13に接続してあり、また、NMIS列の領域
に設けられたゲート電[i9AがVss電位(例えば、
O[V])の導電層13に接続しである。
14は絶縁膜であり、導電層13と第3層目の導電層1
5とを絶縁するためのものである。導電層15は、例え
ば、PMIS列とNMIS列とからなるCMIS列に構
成した論理ゲートと図示していない他のCMIS列に構
成した論理ゲートとを接続するためのものである。
導電層15は、絶縁膜14を選択的に除去して形成した
接続孔14Aを介して所定の導電層13に接続しである
。接続孔14Aは、第1図に「口」印で示した。
16は保護膜であり、導電層15を外部雰囲気から保護
するためのものである。
17は配線チャネル領域であり、CMIS列とCMIS
列との間の基板1の上部に設けられ、主に導電層15を
設けるための領域である。
PMISFET6とNMISFETl0とのゲート電極
9を一体に形成したので、前記ゲート電極9の相互を接
続するための導電層13を不要にできる。
したがって、第1図に示すように、2M18列とNMI
S列との間のゲート電極9の上部を、PMIS列又はN
MIS列が延在する方向に導電層13Aを設けることが
できるので、導電層13 AをPMIS列の上部又はN
MIS列の上部に設ける必要がなくなる。すなわち、P
MIS列又はNMIS列の上部に設けられる導電層13
の自由度が向上する。
第1図のPMI 5FET6とNMISFETl0とは
、第4図に示す回路を構成している。
導電層15(A)は第4図の入力端子A、導電層15(
B)は第4図の入力端子B、導電層15(C)は第4図
の入力端子C1導電層15(D)は第4図の入力端子り
である。
第1図における右端の導電層13に符号13Bを付した
部分は、第4図の出力端子(OUT)である。
第4図の点線で囲み符号Eを付した部分は、第5図のイ
ンバータを構成している。第4図の点線で囲み符号Fを
付した部分は、第5図の点線で囲んだ部分の論理回路を
構成している。第4図の点線で囲み符号Gを付した部分
は、第5図のNANDゲートを構成している。
本実施例のICでは、素子分離用ゲート電極9AにVc
c電位又はVss電位を印加したが、2M18列に設け
た素子分離用ゲート電極9AにVcc電位より高電位(
例えば、7.0 [V] )を印加し、NMIS列に設
けた素子分離用ゲート電極9AにVss電位よりも低電
位(例えば、−2,5[■])を印加することによって
、素子分離用ゲート電極9Aの両側部の半導体領域8又
は11をさらに電気的に分離することができる。素子分
離用ゲート電極9AにVcc電位より高電位、又は  
    □Vss電位より低電位を印加するときは、導
電層15のうち前記高電位又は低電位の電源端子に接続
した導電層15を素子分離用ゲート電極9Aに接続する
次に、本実施例のICのレイアウトを第6図に示す。
第6図において、18は第1図に示したPMIS列とN
MIS列とからなるCMIS列であり、所定の間隔で複
数設けである。
19は入出力(Ilo)セルであり、基板lの周辺部に
複数設けてあり、入出力セル19の外側の基板1の上に
はポンディングパッド20が設けである。
次に、本実施例のICの具体的な製造方法を説明する。
第7図乃至第14図は1本実施例のICの各製造工程に
おけるそのICの要部の構成を説明するための図であり
、第7図、第9図及び第12図は、TGの各製造工程に
おける要部を示す平面図、第8図は、第7図の■−■切
断線における断面図、第10図は、第9図のX−X切断
線における断面図、第13図は、第12図のX III
 −X III切断線における断面図、第11図と第1
4図は、ICの各製造工程における要部断面図である。
なお、第12図は、製造工程におけるICの要部の構成
を見易くするために、各導電層間に設けられる絶縁膜を
図示しない。
本実施例のICの製造方法は、基板lにウェル領域2、
フィールド絶縁膜3.チャネルストッパ領域5及びゲー
ト絶縁膜7をそれぞれ形成した後。
第7図及び第8図に示すように、ゲート電極9を形成す
る。ゲート電極9は、CVD技術による多結晶シリコン
層をフィールド絶縁膜3及びゲート絶縁膜7の上に30
00乃至4000オングストローム(以下、[A]と記
述する)程度の膜厚に形成した後、異方性エツチング技
術によってパターンニングする。エツチングガスとして
は、例えば、c2CQF、、とCF4を用いる。なお、
ゲート電極9を多結晶シリコン層とCVD技術によるモ
リブデンシリサイド層とによって構成することもできる
第7図及び第8図に示した工程の後に、第9図及び第1
0図に示すように、半導体領域8と11とを形成する。
半導体領域8は、ゲート電極9を不純物導入のためのマ
スクとして用い、イオン打ち込み技術によってp型不純
物、例えばボロンを導入して形成する。半導体領域8を
形成する際に、NMIS列が設けられる領域の基板1の
主面部に前記P型不純物が不要に導入されるのを防止す
るためのマスクは、例えば、CVD技術によるフォスフ
オシリケードガラス膜を用いる。次に、同様の工程によ
って、n型不純物、例えば、リンをウェル領域2の主面
部に導入して半導体領域11を形成する。次に、絶縁膜
12を形成する。絶縁膜12は、CVD技術によるフォ
スフオシリケードガラス膜とグラスフローを施すことの
できるフォスフオシリケードガラス膜とで構成する。絶
縁膜12の膜厚は、6000[A]程度に形成する。そ
して、エツチングガスとして、例えば、CF4とCHF
 aとを用いた異方性エツチング技術によって絶縁膜1
2及び7を選択的に除去して接続孔12Aを形成する。
接続孔12Aを形成する工程中に、後に分離するゲート
電極9の所定上部の絶縁膜12を除去して開孔12Bを
形成する。開孔12Bの具体的なスケールとしては、ゲ
ート電極9の幅が2[μm]程度であれば、短辺を2[
μm]程度、長辺を3乃至4[I1m]程度にする。ま
た、接続孔12Aは、−辺を2[μm]程度とする正方
形状に形成する。ゲート電極9とゲート電極9との間の
半導体領域8又は11の上には接続孔12Aを5個所形
成することができる。
第9図及び第10図に示した工程の後に、第11図に示
すように、基板1の上部全面を覆うように導電層13を
形成する。導電層13は、例えば、蒸着技術によるアル
ミニウム層又はシリコンを含有するアルミニウム層を用
い、その膜厚を8000[A]程度に形成する。
第11図に示した工程の後に、第12図及び第13図に
示すように、導電層13の不要な部分を選択的にエツチ
ングする。このエツチング工程は、エツチングガスとし
て、例えば、CCl4とCF4とを用いた異方性エツチ
ング技術を用いて行なう。導電層13の線幅は4[μm
]程度に形成する。前記エツチング工程によって開孔1
2Bを埋めるように設けられた導電層13を除去する。
したがって、開孔12Bにおいて、ゲート電極9が露出
する。
第12図及び第13図に示した工程の後に、第14図に
示すように、開孔12Bにおけるゲート電極9をエツチ
ングする。ゲート電極9をエツチングするためのエツチ
ングガスは、C2CI F 5とCF4とを用いる。ゲ
ート電極9をエツチングして2つに分離することによっ
て、素子分離用ゲート電@9Aが形成される。第12図
及び第13図に示した工程と第14図に示した工程とは
同一製造装置内で、エツチングガスを変えることによっ
て行なう。
PMT 5FET6のゲート電極9とNMISFETl
0のゲート電極9とをそれぞれ分離して形成した後、論
理を構成するためのゲート電極9を導電層13によって
相互に接続する方法では、PMI 5FET6のゲート
電極9の上に設けられる接続孔と、NMISFETl0
のグー1−電極9の上に設けられる接続孔との2個所の
接続孔を介して前記それぞれのゲート電極9を接続する
必要があるが、本実施例では、ゲート電極9をその中央
部の1個所をエツチングすることにより素子分離用ゲー
ト電極9Aを形成できる。したがって、マスク合せ、エ
ツチング等のプロセスを施すべき個所が少なくなるので
不良個所の発生率が小さくなり、歩留りの低下を緩和で
きる。
また、PMI 5FET6とNMISFETl0とのそ
れぞれのゲート電極9を一体に形成したことにより、前
記それぞれのゲート電極9を接続するための導電層13
とゲート電極9とが接続不良となることはないので、歩
留りの低下を緩和できる。
第14図に示した工程の後に、絶縁膜14を形成する。
絶縁膜14は、CVD技術によるフォスフオシリケード
ガラス膜を用い、その膜厚をsoo。
乃至9000 [A1程度に形成する。絶縁膜14によ
って開孔12Bは埋め込まれる。また、開孔12Bの上
部の絶縁膜14は、絶縁膜14の膜厚を8000乃至9
000[A]程度にしたことによって充分に平担化でき
る。
次に、接続孔14Aを接続孔12Aと同様の製造工程に
よって形成する。そして、導電層15を導電W113と
同様の製造工程によって、導電層15の膜厚が平担部に
おいて、8000[A]程度になるように、また、線幅
が5[μm]程度になるように、形成する。
次に、保護膜16をCVD技術によるフォスフオシリケ
ードガラス膜を用い、その膜厚を1.2[μm]程度に
形成して本実施例のtCは完成する。
本実施例では、導電層13を形成する工程を用いて、所
定のゲート電tM9を分離して素子分離用ゲート電極9
Aを形成したが、導電層15を形成する工程を用いてゲ
ート電極9を分離することもできる。
以下、導電層15を形成する工程を用いてゲート電極9
を分離する方法を説明する。
ゲート電極9、絶縁膜1.2、接続孔12A、導電層1
3及び絶縁膜14を順次形成した後に、まず、分離する
ゲート電極9の上部の絶縁膜12゜14を選択的に除去
して開孔を形成し、次に、導電層13と導電層15を接
続するための接続孔14Aを形成する。そして、導電層
15を形成するためのアルミニウム層又はシリコンを含
有するアルミニウム層を絶縁膜14を覆うように形成す
る。
そして、前記アルミニウム層の不要な部分をエツチング
して導電層15を形成する。アルミニウム層をエツチン
グする際に、前記ゲート電極9の上部に形成された開孔
部の中のアルミニウム層も除去するので、開孔部におけ
るゲート電極9が露出する。ゲート電極9を、それが露
出した部分において、エツチングすることにより、素子
分離用ゲート電極9Aが形成される6そして、保護[1
6を形成することによって、前記開孔部が保護膜16に
よって埋め込まれる。
[効果] 以上説明したように、本願において開示された    
  ・新規な技術手段によれば、以下の効果を得ること
ができる。
(1)PMISFETとNMISFETとのゲート電極
を一体に形成したことによって、PMISFETのゲー
ト電極とNMISFETのゲート電極とを接続するため
の導電層(本実施例では第2層目)を不要にできる。
(2)前記(1)により、PMIS列又はNMIS列の
上部に設けられ、PMIS列又はNMIS列と同方向に
延在する導電層(本実施例では第2層目)を、PMIS
列とNMIS列との間の上部に延在して設けることがで
きるので、ifj記導電導電層由度が向上する。
(3)前記一体に形成したゲート電極を分離して素子分
離用ゲート電極を形成する工程の一部に、例えば、第2
層目の導電層とMISFETの半導体領域とを接続する
ための接続孔を形成する工程を用いたことによって、素
子分離用ゲート電極を形成するための専用の製造工程を
不要にできる。
以上、本発明者によってなされた発明を、実施例にもと
すき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定
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、種々変形し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第6図は、本発明の一実施例のICを説明す
るための図であり。 第1図は、そのICの要部の構成を示す平面図、第2図
は、第1図のn−n切断線における断面図、 第3図は、第1図のm−m切断線における断面図、 第4図は、第1図の等価回路図2 第5図は、第4図の等価回路図を論理回路記号で示した
論理回路図。 第6図は、本発明の一実施例のICのレイアウトを説明
するためのICの平面図である。 第7図乃至第14図は、本発明の一実施例のICの各製
造工程を説明するための図であり、第7図、第9図及び
第12図は、ICの要部を示す平面図、 第8図は、第7図の■−■切断線における断面図、 第1O図は、第9図のX−X切断線における断面図、 第11図は、ICの要部を示す断面図、第13図は、第
12図のxm−xm切断線における断面図、 第14図は、ICの要部を示す断面図である。 図中、1・・・基板、2・・・ウェル領域、3・・・フ
ィールド絶縁膜、5・・・チャネルストッパ領域、6.
10・・・MISFET、7・・・ゲート絶縁膜、8.
11・・・半導体領域、9.9A・・・ゲート電極、1
2,14・・・絶縁膜、12A、14A・・・接続孔、
12B・・・開孔、13.13A、13 B、15.1
5(A)、15 (B) 、15 (C)、15 (D
)−・・導電層、16・・・保護膜、17・・・配線チ
ャネル領域、18・・CMIS列、19・・・入出力セ
ル、2o・・ポンディングパッドである。 、+−+ 代理人 弁理士 高橋明夫 ’(::’第  7  図 第  8  図 第   9  図 第10図 第  11 図 第  13  F 第  14 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板にNANDゲート、NORゲート等の論
    理回路を構成する複数の相補型の絶縁ゲート型電界効果
    トランジスタを列状に配置した半導体集積回路装置であ
    って、前記複数の相補型の絶縁ゲート型電界効果トラン
    ジスタは、Pチャネル型の絶縁ゲート型電界効果トラン
    ジスタのゲート電極と、Nチャネル型の絶縁ゲート型電
    界効果トランジスタのゲート電極とを一体に形成したも
    のと、それぞれのゲート電極を分離して形成したものと
    を備えていることを特徴とする半導体集積回路装置。 2、前記分離して形成したゲート電極は、それらの両側
    部の半導体基板の主面部のP型又はN型の半導体領域を
    電気的に分離するためのものであることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の半導体集積回路装置。 3、半導体基板にNANDゲート、NORゲート等の論
    理回路を構成する複数の相補型の絶縁ゲート型電界効果
    トランジスタを列状に配置した半導体集積回路装置の製
    造方法であって、Pチャネル型の絶縁ゲート型電界効果
    トランジスタのゲート電極と、Nチャネル型の絶縁ゲー
    ト型電界効果トランジスタのゲート電極とを一体に形成
    する工程と、前記一体に形成したゲート電極のうち所定
    のゲート電極を、Pチャネル型の絶縁ゲート型電界効果
    トランジスタとNチャネル型の絶縁ゲート型電界効果ト
    ランジスタとの間で分離する工程とを備えたことを特徴
    とする半導体集積回路装置の製造方法。 4、前記ゲート電極を分離する工程は、2層目又は3層
    目の導電層を形成する工程を用いて行なうことを特徴と
    する特許請求の範囲第3項記載の半導体集積回路装置の
    製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015159302A (ja) * 2008-11-21 2015-09-03 台湾積體電路製造股▲ふん▼有限公司Taiwan Semiconductor Manufacturing Company,Ltd. 性能を改善する新しいレイアウト構造

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