JPS6188548A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS6188548A JPS6188548A JP59210912A JP21091284A JPS6188548A JP S6188548 A JPS6188548 A JP S6188548A JP 59210912 A JP59210912 A JP 59210912A JP 21091284 A JP21091284 A JP 21091284A JP S6188548 A JPS6188548 A JP S6188548A
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/30—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
Landscapes
- Semiconductor 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明はMIS型の半導体装置に関する。
MIS型の半導体装置、例えばダイナミックRAFi’
Iのキャパシタの絶縁膜としては従来、主としてシリコ
ン酸化膜が用いられている。しかし、シリコン酸化膜は
比透電率が低いため、大きな静電容量が得られず、また
耐圧が小さいという問題がある。これに対してキャパシ
タの絶縁膜としてシリコン窒化膜を用いれば、比誘電率
が高いため、大きな静電容量が得られ、耐圧を向上する
こともできるが、低電界領域でのリーク電流が多い。
Iのキャパシタの絶縁膜としては従来、主としてシリコ
ン酸化膜が用いられている。しかし、シリコン酸化膜は
比透電率が低いため、大きな静電容量が得られず、また
耐圧が小さいという問題がある。これに対してキャパシ
タの絶縁膜としてシリコン窒化膜を用いれば、比誘電率
が高いため、大きな静電容量が得られ、耐圧を向上する
こともできるが、低電界領域でのリーク電流が多い。
そこで、この欠点を解消するだめにダイナミックRAM
のキヤ・やシタの絶縁膜としてシリコンr′り化膜、シ
リコン窒化膜及びシリコン酸化膜を、B次積層した三層
構造の絶縁膜を用いた、いわゆるMONO8(Meta
l 0xide N1trlde OxideSemi
conductor )構造のキャパシタが注目されて
いる。しかし、上記三層構造の絶縁膜の中1’H,1の
シリコン窒化膜には多数の電子トラップがちリ、電荷が
トラップされると、キャパシタのフラットバンド電圧シ
フトを引き起す。このため、実際に使用中のキヤ・やシ
タ容量が経時的に変化して、製造直後のキャパシタ容量
と異なり、信頼性の点で大きな問題となっている。
のキヤ・やシタの絶縁膜としてシリコンr′り化膜、シ
リコン窒化膜及びシリコン酸化膜を、B次積層した三層
構造の絶縁膜を用いた、いわゆるMONO8(Meta
l 0xide N1trlde OxideSemi
conductor )構造のキャパシタが注目されて
いる。しかし、上記三層構造の絶縁膜の中1’H,1の
シリコン窒化膜には多数の電子トラップがちリ、電荷が
トラップされると、キャパシタのフラットバンド電圧シ
フトを引き起す。このため、実際に使用中のキヤ・やシ
タ容量が経時的に変化して、製造直後のキャパシタ容量
と異なり、信頼性の点で大きな問題となっている。
また、上記三層構造の絶縁膜をMIS トランジスタの
ダート絶縁膜として用いた場合にも同様の理由によりし
きい値電圧が経時的に変化して、信頼性の点で問題があ
る。
ダート絶縁膜として用いた場合にも同様の理由によりし
きい値電圧が経時的に変化して、信頼性の点で問題があ
る。
本発明は上記欠点を解消するためになされたものであり
、三層構造の絶縁膜を用いた場合にもフラットバンド電
圧のシフトが少ない半導体装置を提供しようとするもの
である。
、三層構造の絶縁膜を用いた場合にもフラットバンド電
圧のシフトが少ない半導体装置を提供しようとするもの
である。
本発明の半導体装置は、MIS型の半導体装置の絶縁膜
としてシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸
化膜からなる三層構造の絶縁膜を用いた場合に、三層構
造の絶縁膜の酸化膜等価膜N(等価な静電容量を与える
酸化膜の膜厚) d(久)と電源電圧■cc(v)との
関係をd−に−”cc(ただし、167≦k≦25)と
したことを特徴とするものである。
としてシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸
化膜からなる三層構造の絶縁膜を用いた場合に、三層構
造の絶縁膜の酸化膜等価膜N(等価な静電容量を与える
酸化膜の膜厚) d(久)と電源電圧■cc(v)との
関係をd−に−”cc(ただし、167≦k≦25)と
したことを特徴とするものである。
上記のような関係を満たす半導体装置は、三層構造の絶
縁膜の両備に電源電圧を印加した場合及び電圧を印加し
ない場合にフラットバンド電圧の変動を無視することが
でき、信頼性を向上することができる。
縁膜の両備に電源電圧を印加した場合及び電圧を印加し
ない場合にフラットバンド電圧の変動を無視することが
でき、信頼性を向上することができる。
以下、本発明をダイナミックRAMに適用した実施例を
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
最初にMONO8構造のダイナミックRAMセルの構造
及び製造方法を第1図に基づいて説明する。
及び製造方法を第1図に基づいて説明する。
まず、例えばP型シリコン基板1表面に選択之化法によ
りフィールド酸化膜2を形成した後、熱酸化によシキャ
パシタの下地酸化膜3を形成する。次に、イオン注入を
行なうことによりキャパシタの一方の電源であるN′″
型拡散拡散層4成する。つづいて、例えばLPCVD法
により全面にシリコン窒化膜5を堆積する。つづいて、
ンリコン窒化膜50表面を酸化し、表面酸化膜6を形成
する。次いで、全面に多結晶シリコン膜を堆積した後、
例えばリン拡散によりリンをド−fし、更K”ターニン
グしてセルプレート7を形成する。つづいて、セルプレ
ート7をマスクとして例えばNH4FとHFとの混合液
で表面酸化膜6を、プラズマドライエツチングでシリコ
ン窒化膜5を、NH4FとHFとの混合液で下地酸化膜
3を、順次エツチングする。つづいて、CVD酸化膜を
堆積した後、その一部を選択爾にエツチングして層間絶
縁膜8を形成する。次いで、13出した基板1表面を熱
酸化してダート酸化膜9を形成する。つづいて、全面に
多結晶シリコン膜を堆X:Iltシた後、例えばリン拡
散によシリンをドープし、更にパターニングしてトラン
スファゲート?’f、 1% 10を形成する。つづい
て、トランスフ了ケ° ) 電4% 1 (+をマスク
として例えばヒ紫をイオン注入することによりN+型ソ
ース、ドレインイTI域11.12を形成する。次いで
、全面に層間絶、埼股13を堆積した後、コンタクトホ
ール14を開孔し、更に全面に例えばAtを蒸着した後
、)平ターニングしてビット線15を形成する。以上の
工程によりキャパシタがMONO8構造のダイナミック
RAMセルが製造される。
りフィールド酸化膜2を形成した後、熱酸化によシキャ
パシタの下地酸化膜3を形成する。次に、イオン注入を
行なうことによりキャパシタの一方の電源であるN′″
型拡散拡散層4成する。つづいて、例えばLPCVD法
により全面にシリコン窒化膜5を堆積する。つづいて、
ンリコン窒化膜50表面を酸化し、表面酸化膜6を形成
する。次いで、全面に多結晶シリコン膜を堆積した後、
例えばリン拡散によりリンをド−fし、更K”ターニン
グしてセルプレート7を形成する。つづいて、セルプレ
ート7をマスクとして例えばNH4FとHFとの混合液
で表面酸化膜6を、プラズマドライエツチングでシリコ
ン窒化膜5を、NH4FとHFとの混合液で下地酸化膜
3を、順次エツチングする。つづいて、CVD酸化膜を
堆積した後、その一部を選択爾にエツチングして層間絶
縁膜8を形成する。次いで、13出した基板1表面を熱
酸化してダート酸化膜9を形成する。つづいて、全面に
多結晶シリコン膜を堆X:Iltシた後、例えばリン拡
散によシリンをドープし、更にパターニングしてトラン
スファゲート?’f、 1% 10を形成する。つづい
て、トランスフ了ケ° ) 電4% 1 (+をマスク
として例えばヒ紫をイオン注入することによりN+型ソ
ース、ドレインイTI域11.12を形成する。次いで
、全面に層間絶、埼股13を堆積した後、コンタクトホ
ール14を開孔し、更に全面に例えばAtを蒸着した後
、)平ターニングしてビット線15を形成する。以上の
工程によりキャパシタがMONO8構造のダイナミック
RAMセルが製造される。
なお、シリコン窒化膜5はNH,雰囲気で高温アニール
し、下地酸化膜30表面を直接窒化することによシ形成
してもよい。また、層間絶縁膜8はセルプレート7の表
面を酸化することにより形成してもよい。
し、下地酸化膜30表面を直接窒化することによシ形成
してもよい。また、層間絶縁膜8はセルプレート7の表
面を酸化することにより形成してもよい。
上記ダイナミックRAMセルの動作を説明する。
いま、電源電圧vc0は5vとする。セルプレート7は
常にOvに保たれている。情報゛1”を書き込むときに
は、ビット線15を5v、トランスファダート電極10
の電位をトランジスタのしきい値電圧以上、例えば5v
とすると、トランジスタがONシ、N−型拡散層4に5
■の電位が伝わる。この時、三層構造のキャパシタ絶+
9膜を構成する各絶縁膜の比誘電率C及び膜厚dをそれ
ぞれ、下地酸化膜3(εl+dl)゛、シリコン窒化膜
5(ε2+dz)、表面酸化膜6(61ed3)とする
と、酸化膜等価膜厚dはd=d、+ε1/ε2・d2+
d3 で表わされる。この酸化膜等価膜厚は三層構造のキャパ
シタ絶縁膜の単位面積当りの静電容量と等価な静電容量
を与える酸化膜の膜厚である。
常にOvに保たれている。情報゛1”を書き込むときに
は、ビット線15を5v、トランスファダート電極10
の電位をトランジスタのしきい値電圧以上、例えば5v
とすると、トランジスタがONシ、N−型拡散層4に5
■の電位が伝わる。この時、三層構造のキャパシタ絶+
9膜を構成する各絶縁膜の比誘電率C及び膜厚dをそれ
ぞれ、下地酸化膜3(εl+dl)゛、シリコン窒化膜
5(ε2+dz)、表面酸化膜6(61ed3)とする
と、酸化膜等価膜厚dはd=d、+ε1/ε2・d2+
d3 で表わされる。この酸化膜等価膜厚は三層構造のキャパ
シタ絶縁膜の単位面積当りの静電容量と等価な静電容量
を与える酸化膜の膜厚である。
また、三層構造のキャパシタ絶縁膜が電気的に中性のと
き、その酸化膜部分に実際にかかる電界は、印加電圧V
を酸化膜等価膜厚dで割った酸化膜等価電界g=V/d
で与えられる。なお、電界の正負はセルプレート7から
キヤ・ぞシタ絶縁膜へ電子が注入される方向をマイナス
とする。
き、その酸化膜部分に実際にかかる電界は、印加電圧V
を酸化膜等価膜厚dで割った酸化膜等価電界g=V/d
で与えられる。なお、電界の正負はセルプレート7から
キヤ・ぞシタ絶縁膜へ電子が注入される方向をマイナス
とする。
一方、情報“0#を書き込む場合にはN−型拡散層4を
QVとする。この場合は、セルプレート7、N−型拡散
層4ともにOvであるから、酸化膜等価電界はOM V
/cmである。動作中のダイナミックRAMでは全動作
時間の約半分は1″が書き込まれておシ、残シ約半分の
時間は“0″が書き込まれている。書き込みと読み出し
などとの中間的な状態にある時間はほとんど無視できる
。
QVとする。この場合は、セルプレート7、N−型拡散
層4ともにOvであるから、酸化膜等価電界はOM V
/cmである。動作中のダイナミックRAMでは全動作
時間の約半分は1″が書き込まれておシ、残シ約半分の
時間は“0″が書き込まれている。書き込みと読み出し
などとの中間的な状態にある時間はほとんど無視できる
。
次に、種々の膜厚を有するMONO8構造のモヤパシタ
を形成し、酸化膜等価電界Eとフラットバンド電圧変化
Δ■FBとの関係を計算及び実、fillによシ求めた
。なお、この計算ではシリコン酸化膜とシリコン窒化膜
との界面近傍の7リコン窒化膜中にのみ電荷が蓄積され
、酸化膜中はFowler−Nordheim電流、窒
化膜中はpoole−Frenksl電流が流れるモデ
ルを仮定し、絶縁膜リークのI−V特性データからノf
ラメータを決め定常状態でのΔVFB を求めた。これ
らの結果を酸化膜等価膜厚dの厚い順に第2図〜第5図
に示す。なお、第3図には実測値も同時に示す。
を形成し、酸化膜等価電界Eとフラットバンド電圧変化
Δ■FBとの関係を計算及び実、fillによシ求めた
。なお、この計算ではシリコン酸化膜とシリコン窒化膜
との界面近傍の7リコン窒化膜中にのみ電荷が蓄積され
、酸化膜中はFowler−Nordheim電流、窒
化膜中はpoole−Frenksl電流が流れるモデ
ルを仮定し、絶縁膜リークのI−V特性データからノf
ラメータを決め定常状態でのΔVFB を求めた。これ
らの結果を酸化膜等価膜厚dの厚い順に第2図〜第5図
に示す。なお、第3図には実測値も同時に示す。
第2図〜第5図から明らかなように、酸化膜等価膜厚が
変化しても、酸化膜等価電界が+5MV/I:rI!及
びOM V /cm (’)近傍テ7ラットノクンド電
圧の変動ΔVr11は無視でき、読み出し、書き込みに
よって状態が変わりつつある時間は短い。
変化しても、酸化膜等価電界が+5MV/I:rI!及
びOM V /cm (’)近傍テ7ラットノクンド電
圧の変動ΔVr11は無視でき、読み出し、書き込みに
よって状態が変わりつつある時間は短い。
ただし、実際の素子では′電圧変動、膜厚変動を考慮す
ると、±I M V/cm程度のマージンをとることが
望ましい。したがって、キヤ・矛シタ絶橡膜に電源電圧
Vccが印加された時に酸化膜等価電界が+4〜+6
MV/cm 、電圧が印加されない場合に酸化膜等価電
界が一1〜+I MY/crn、!:なるように、酸化
膜等価膜厚dを設定すれば、vFBのシフトはほとんど
無視できることになる。上記のような酸化膜等価電界が
かかる場合の酸化膜等価膜厚d(X)と電源電圧”c
c (”)との関係をd=k・Vccで表示すると、 から、16.7≦k≦25となる。すなわち、この条件
を満たしていれば、フラットバンド電圧の変動が無視で
き、製造直後のキャパシタ容量と、実際に使用中のキヤ
・そシタ容量が経時的に変化することはなく、信頼性を
向上することができる。
ると、±I M V/cm程度のマージンをとることが
望ましい。したがって、キヤ・矛シタ絶橡膜に電源電圧
Vccが印加された時に酸化膜等価電界が+4〜+6
MV/cm 、電圧が印加されない場合に酸化膜等価電
界が一1〜+I MY/crn、!:なるように、酸化
膜等価膜厚dを設定すれば、vFBのシフトはほとんど
無視できることになる。上記のような酸化膜等価電界が
かかる場合の酸化膜等価膜厚d(X)と電源電圧”c
c (”)との関係をd=k・Vccで表示すると、 から、16.7≦k≦25となる。すなわち、この条件
を満たしていれば、フラットバンド電圧の変動が無視で
き、製造直後のキャパシタ容量と、実際に使用中のキヤ
・そシタ容量が経時的に変化することはなく、信頼性を
向上することができる。
また、第6図に示す酸化膜、窒化膜及び三層構造の絶縁
膜(酸化膜等filii膜厚180k)の奮化膜等価電
界Eとリーク電流■との関係から明らかなように、三層
構造の絶縁)莫は酸化膜のみよシ耐圧が約5 MV/r
n改善され、高電界でのリークが少なく、窒化膜のみよ
り低電界でのIJ−りが少ない。
膜(酸化膜等filii膜厚180k)の奮化膜等価電
界Eとリーク電流■との関係から明らかなように、三層
構造の絶縁)莫は酸化膜のみよシ耐圧が約5 MV/r
n改善され、高電界でのリークが少なく、窒化膜のみよ
り低電界でのIJ−りが少ない。
なお、上記実施例では三層構造の絶縁膜をダイナミック
RAMのキク/4’シタ絶縁膜に適用した場合について
説明したが、M■Sトランジスタのダート絶縁、Vとし
て用いてもよく、しきい値電圧の変動を防止+きる等の
効果を得ることができる。
RAMのキク/4’シタ絶縁膜に適用した場合について
説明したが、M■Sトランジスタのダート絶縁、Vとし
て用いてもよく、しきい値電圧の変動を防止+きる等の
効果を得ることができる。
以上詳述した如く本発明によれば、三層’l’′;造の
絶縁膜をキヤ・七シタ絶縁膜として用いた場合には耐圧
、リーク特性を改善するとともにフラットバンド電圧変
動による静電容量のg時的変化を防止でき、ダート絶縁
膜として用いたユり4合にはフラットバンド電圧変動に
よるしきい’、’、”L ’j”j。
絶縁膜をキヤ・七シタ絶縁膜として用いた場合には耐圧
、リーク特性を改善するとともにフラットバンド電圧変
動による静電容量のg時的変化を防止でき、ダート絶縁
膜として用いたユり4合にはフラットバンド電圧変動に
よるしきい’、’、”L ’j”j。
圧変動を防止できる等、信頼性の高い半導体装置を提供
できるものである。
できるものである。
第1図は本発明の実施例におけるMONO3ン:i h
l、“t力キャ・ぐシタを有するダイナミックRAMの
断面[ン11第2図〜第5図はそれぞれMONO8購造
のキヤ・やシタの酸化膜等価電界とフラ、トバンド電圧
変動との関係を示す1線図、第6図はMONO3構造の
キヤ・やシタ及び従来のキヤ・センタの酸化膜等価電界
とリーク電流との関係を示す線図である。 1・・・P型ンリコン基板、2・・フィールド酸化膜、
3・・・下地酸化膜、4・・N−型拡散層、5・・・シ
リコン窒化膜、6・・・表面酸化膜、7・・・セルゾレ
硝1αチ ート、8,13・・・層間絶縁膜、9・・・ゲート雇イ
、1θ・・・トう/スファケゝ−ト電臣、11.12・
・・N+型ノース、ドレイン領域、14・・・コンタク
トホール、I5・・・ビット線。 1且顎人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 d+=59、d2=89.d3=117. d=222
第3図 第4図 第5図 第6図
l、“t力キャ・ぐシタを有するダイナミックRAMの
断面[ン11第2図〜第5図はそれぞれMONO8購造
のキヤ・やシタの酸化膜等価電界とフラ、トバンド電圧
変動との関係を示す1線図、第6図はMONO3構造の
キヤ・やシタ及び従来のキヤ・センタの酸化膜等価電界
とリーク電流との関係を示す線図である。 1・・・P型ンリコン基板、2・・フィールド酸化膜、
3・・・下地酸化膜、4・・N−型拡散層、5・・・シ
リコン窒化膜、6・・・表面酸化膜、7・・・セルゾレ
硝1αチ ート、8,13・・・層間絶縁膜、9・・・ゲート雇イ
、1θ・・・トう/スファケゝ−ト電臣、11.12・
・・N+型ノース、ドレイン領域、14・・・コンタク
トホール、I5・・・ビット線。 1且顎人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 d+=59、d2=89.d3=117. d=222
第3図 第4図 第5図 第6図
Claims (3)
- (1)半導体基板上に形成されたシリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜及びシリコン酸化膜からなる三層構造の絶縁
膜と、該三層構造の絶縁膜上に形成された電極とを有す
るMIS型の半導体装置において、前記三層構造の絶縁
膜の酸化膜等価膜厚d(Å)と電源電圧V_c_c(V
)との関係をd=k・V_c_c(ただし、16.7≦
k≦25)としたことを特徴とする半導体装置。 - (2)三層構造の絶縁膜をキャパシタの絶縁膜として用
いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導
体装置。 - (3)三層構造の絶縁膜をMISトランジスタのゲート
絶縁膜として用いることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59210912A JPS6188548A (ja) | 1984-10-08 | 1984-10-08 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59210912A JPS6188548A (ja) | 1984-10-08 | 1984-10-08 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6188548A true JPS6188548A (ja) | 1986-05-06 |
Family
ID=16597124
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59210912A Pending JPS6188548A (ja) | 1984-10-08 | 1984-10-08 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6188548A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0454051A2 (en) * | 1990-04-23 | 1991-10-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Program element for use in redundancy technique for semiconductor memory device, and method of fabricating a semiconductor memory device having the same |
US5093706A (en) * | 1988-07-19 | 1992-03-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having multiple layer resistance layer structure and manufacturing method therefor |
-
1984
- 1984-10-08 JP JP59210912A patent/JPS6188548A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5093706A (en) * | 1988-07-19 | 1992-03-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having multiple layer resistance layer structure and manufacturing method therefor |
EP0454051A2 (en) * | 1990-04-23 | 1991-10-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Program element for use in redundancy technique for semiconductor memory device, and method of fabricating a semiconductor memory device having the same |
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