JPH0611026B2 - 分子線エピタキシヤル成長法 - Google Patents
分子線エピタキシヤル成長法Info
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- JPH0611026B2 JPH0611026B2 JP59253514A JP25351484A JPH0611026B2 JP H0611026 B2 JPH0611026 B2 JP H0611026B2 JP 59253514 A JP59253514 A JP 59253514A JP 25351484 A JP25351484 A JP 25351484A JP H0611026 B2 JPH0611026 B2 JP H0611026B2
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- Japan
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- film
- molecular beam
- oxide film
- epitaxial
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- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/29—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by the substrates
- H10P14/2901—Materials
- H10P14/2902—Materials being Group IVA materials
- H10P14/2905—Silicon, silicon germanium or germanium
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、分子線エピタキシャル法を用いた半導体の選
択エピタキシャル成長に関する。
択エピタキシャル成長に関する。
(従来技術とその問題点) シリコンのエピタキシャル層は、高品質のシリコン層が
得られることからバイポーラIC(Integrated Circuit)
及び近年は、MOSIC(Metal-Oxide-Semiconductor IC)で
も用いられている。ICの低消費電力化及び高周波数化
の要求により、素子微細化の必要性が高まっている。そ
うしたバイポーラIC、MOSICの必要性を満足する
ために、素子分離領域の微細化が有効であり、現在種々
の方法が検討されているが、有力な方法として選択エピ
タキシャル成長法がある。
得られることからバイポーラIC(Integrated Circuit)
及び近年は、MOSIC(Metal-Oxide-Semiconductor IC)で
も用いられている。ICの低消費電力化及び高周波数化
の要求により、素子微細化の必要性が高まっている。そ
うしたバイポーラIC、MOSICの必要性を満足する
ために、素子分離領域の微細化が有効であり、現在種々
の方法が検討されているが、有力な方法として選択エピ
タキシャル成長法がある。
選択エピタキシャル成長法の例を第3図に示す。シリコ
ンウエハ13の上に酸化シリコン膜14を1〜2μmの
厚さだけ形成し、反応性イオンエッチングによって部分
的にシリコンを露出させたものをエピタキシャル成長用
の基板として用いる。場合によっては側壁部を窒化シリ
コン膜15等でコートする。そのような基板に、原料ガ
スとしてSiH2Cl2とHClとを用いエピタキシャル成長を行
うと、酸化シリコン膜上には全くシリコンが堆積せず、
シリコンが露出していた領域だけにエピタキシャル層が
形成できる。しかしながら選択エピタキシャル膜には、
側壁付近に積層欠陥を初めとする格子欠陥とファセット
17が存在する。格子欠陥の多くは第3図に示したよう
に側壁と基板表面が交わるあたりから発生し、エピタキ
シャル層の表面まで達する。MOSデバイスでもバイポ
ーラデバイスでも深さ方向にp−n接合が存在するが、
p−n接合をよぎる格子欠陥が多い程接合特性は劣化す
るため格子欠陥は少なければ少ないほど望ましい。一方
ファセットが存在すると、MOSデバイスを作った場合
には、V型の部分の先端に電界が集中するためにゲート
耐圧を低下させまたファセットの部分は別のしきい値を
もったトランジスタとして働くためにサブスレッシュホ
ールド特性を悪化させる原因となる。従来法では、格子
欠陥とファセットの両方を抑制することができなかっ
た。
ンウエハ13の上に酸化シリコン膜14を1〜2μmの
厚さだけ形成し、反応性イオンエッチングによって部分
的にシリコンを露出させたものをエピタキシャル成長用
の基板として用いる。場合によっては側壁部を窒化シリ
コン膜15等でコートする。そのような基板に、原料ガ
スとしてSiH2Cl2とHClとを用いエピタキシャル成長を行
うと、酸化シリコン膜上には全くシリコンが堆積せず、
シリコンが露出していた領域だけにエピタキシャル層が
形成できる。しかしながら選択エピタキシャル膜には、
側壁付近に積層欠陥を初めとする格子欠陥とファセット
17が存在する。格子欠陥の多くは第3図に示したよう
に側壁と基板表面が交わるあたりから発生し、エピタキ
シャル層の表面まで達する。MOSデバイスでもバイポ
ーラデバイスでも深さ方向にp−n接合が存在するが、
p−n接合をよぎる格子欠陥が多い程接合特性は劣化す
るため格子欠陥は少なければ少ないほど望ましい。一方
ファセットが存在すると、MOSデバイスを作った場合
には、V型の部分の先端に電界が集中するためにゲート
耐圧を低下させまたファセットの部分は別のしきい値を
もったトランジスタとして働くためにサブスレッシュホ
ールド特性を悪化させる原因となる。従来法では、格子
欠陥とファセットの両方を抑制することができなかっ
た。
近年、高速素子への応用を目的としてこれまでのシリコ
ン薄膜成長技術に比べ、より低温で成長が行なわれ、従
ってオートドーピングがきわめて少なく、急峻な不純物
プロファイルを実現できることを特徴とする高真空中で
のシリコン分子線成長技術が盛んに研究開発されてい
る。たとえば、アプライドフィジィックスレターズ19
82年41巻752ページ(Appl.Phys.Lett.41(8)7
52)に掲載のジェー・シー・ビーン(J.C.Bea
n)による報告においては、第4図に示す様にシリコン
基板18の上に酸化シリコン膜19を2〜3μmの厚さ
だけ形成し、反応性イオンエッチングによって部分的に
シリコンを露出させ(第4図(a))、その後シリコン分
子線成長法によって酸化シリコン膜上に多結晶シリコン
層20、シリコン基板露出部にエピタキシャル層21を
厚さ1μm成長させる。(第4図(b))次に、フッ酸に
よるリフトオフ法により酸化シリコン膜19及び、その
上の多結晶シリコン層20を除去する。(第4図(c))
以上のような方法を用いることによって、急峻な側壁部
ときわめて平坦な上面部をもったエピタキシャル成長領
域を得ており、シリコン分子線成長法では、ファセット
の発生がないことを示している。
ン薄膜成長技術に比べ、より低温で成長が行なわれ、従
ってオートドーピングがきわめて少なく、急峻な不純物
プロファイルを実現できることを特徴とする高真空中で
のシリコン分子線成長技術が盛んに研究開発されてい
る。たとえば、アプライドフィジィックスレターズ19
82年41巻752ページ(Appl.Phys.Lett.41(8)7
52)に掲載のジェー・シー・ビーン(J.C.Bea
n)による報告においては、第4図に示す様にシリコン
基板18の上に酸化シリコン膜19を2〜3μmの厚さ
だけ形成し、反応性イオンエッチングによって部分的に
シリコンを露出させ(第4図(a))、その後シリコン分
子線成長法によって酸化シリコン膜上に多結晶シリコン
層20、シリコン基板露出部にエピタキシャル層21を
厚さ1μm成長させる。(第4図(b))次に、フッ酸に
よるリフトオフ法により酸化シリコン膜19及び、その
上の多結晶シリコン層20を除去する。(第4図(c))
以上のような方法を用いることによって、急峻な側壁部
ときわめて平坦な上面部をもったエピタキシャル成長領
域を得ており、シリコン分子線成長法では、ファセット
の発生がないことを示している。
しかし、この場合では、リフトオフ法を用いて多結晶シ
リコンを除去しているために酸化膜も同時に剥離してい
るので素子分離用の絶縁膜をあとで別に形成しなくては
ならない。また、このような絶縁膜の構造では、CVD
法による選択エピタキシャル成長法の場合と同様に絶縁
膜側壁近傍に多数の積層欠陥が入るという欠点がある。
リコンを除去しているために酸化膜も同時に剥離してい
るので素子分離用の絶縁膜をあとで別に形成しなくては
ならない。また、このような絶縁膜の構造では、CVD
法による選択エピタキシャル成長法の場合と同様に絶縁
膜側壁近傍に多数の積層欠陥が入るという欠点がある。
(発明の目的) 本発明の目的は、この様な従来の欠点を除去せしめてシ
リコン分子線成長法において、絶縁膜パターン内にエピ
タキシャル領域を埋めこんだ構造を実現し、しかもエピ
タキシャル領域内の絶縁膜側壁近傍での格子欠陥の発生
を抑制する方法を提供することにある。
リコン分子線成長法において、絶縁膜パターン内にエピ
タキシャル領域を埋めこんだ構造を実現し、しかもエピ
タキシャル領域内の絶縁膜側壁近傍での格子欠陥の発生
を抑制する方法を提供することにある。
(発明の構成) 本発明によれば、表面を部分的に絶縁膜で被覆した単結
晶半導体基板で、半導体表面が露出している領域に向っ
て絶縁膜側壁上部からひさし上の絶縁膜をつき出させた
構造をつくった後に分子線エピタキシャル成長を行い、
成長した半導体膜が絶縁膜の側壁との間に間隙を生じる
ようにし、その後酸化してこの間隙を酸化膜で埋め、前
記半導体膜に素子の能動領域を作製することを特徴とす
る分子線エピタキシャル成長法が実現できる。
晶半導体基板で、半導体表面が露出している領域に向っ
て絶縁膜側壁上部からひさし上の絶縁膜をつき出させた
構造をつくった後に分子線エピタキシャル成長を行い、
成長した半導体膜が絶縁膜の側壁との間に間隙を生じる
ようにし、その後酸化してこの間隙を酸化膜で埋め、前
記半導体膜に素子の能動領域を作製することを特徴とす
る分子線エピタキシャル成長法が実現できる。
(実施例) 以下図面を用いて詳細に説明する。第1図は本発明の第
一の実施例を説明する概略工程図を示しており、図にお
いて、1は、単結晶(100)シリコン基板、2は酸化シリ
コン膜、3は窒化シリコン膜、4はエピタキシャル領
域、5は多結晶層領域をそれぞれ示す。まず、シリコン
ウエハー1の表面に熱酸化等の方法で厚さ1〜2μmの
酸化シリコン膜2を形成し、その上にCVD法などによ
り窒化シリコン膜3を形成し、続いて当該膜2,3の一
部を通常の反応性イオンエッチングによって選択除去す
る。(第1図(a)) 次に緩衝フッ酸等によって、開口部の側壁の酸化シリコ
ン膜をエッチングする。このとき、窒化シリコン膜3は
影響を受けず、窒化シリコン膜3が開口部領域に向って
ひさし状につき出した構造をつくることができる。(第
1図(b))このときのひさしの長さは、200〜500
0Åが好ましい。ひさしの長さが5000Å以上になる
と後に示すような熱酸化による表面の平坦化ができにく
くなる。またシリコン分子線は基板に対して完全に垂直
に入射するとは限らないのでひさしの長さが200Å以
下になると側壁酸化膜位置まで入射シリコン原子が到達
し格子欠陥が発生する可能性が大きくなる。本実施例で
はひさしの長さは2000Åとした。
一の実施例を説明する概略工程図を示しており、図にお
いて、1は、単結晶(100)シリコン基板、2は酸化シリ
コン膜、3は窒化シリコン膜、4はエピタキシャル領
域、5は多結晶層領域をそれぞれ示す。まず、シリコン
ウエハー1の表面に熱酸化等の方法で厚さ1〜2μmの
酸化シリコン膜2を形成し、その上にCVD法などによ
り窒化シリコン膜3を形成し、続いて当該膜2,3の一
部を通常の反応性イオンエッチングによって選択除去す
る。(第1図(a)) 次に緩衝フッ酸等によって、開口部の側壁の酸化シリコ
ン膜をエッチングする。このとき、窒化シリコン膜3は
影響を受けず、窒化シリコン膜3が開口部領域に向って
ひさし状につき出した構造をつくることができる。(第
1図(b))このときのひさしの長さは、200〜500
0Åが好ましい。ひさしの長さが5000Å以上になる
と後に示すような熱酸化による表面の平坦化ができにく
くなる。またシリコン分子線は基板に対して完全に垂直
に入射するとは限らないのでひさしの長さが200Å以
下になると側壁酸化膜位置まで入射シリコン原子が到達
し格子欠陥が発生する可能性が大きくなる。本実施例で
はひさしの長さは2000Åとした。
次に、シリコン分子線成長法により、成長温度650
℃、成長速度10Å/Sで開口部にエピタキシャル層4
を、窒化膜3上に多結晶シリコン層5を形成する。(第
1図(c))このとき、エピタキシャル層4は、酸化膜2
と接触しない。次に、Dashエッチングによって、多結晶
層5を除去し、熱リン酸等によって窒化膜3を除去す
る。(第1図(d))このとき、エピタキシャル領域4と
酸化膜2の間には、間隙が残っている。このウエハーを
水蒸気雰囲気中で900℃、約50分の酸化を行なう
と、エピタキシャル領域4と酸化膜2の間の空間を埋め
ることができる。(第1図(e))かかる方法を用いるこ
とにより、格子欠陥を側壁1μm(基板面に平行な方
向)当り0.1個以下に押えることができる。一方、かか
るひさし状構造をつくらなかった場合には、欠陥密度
は、側壁の長さ1μm当り8〜10個と多くなり明らか
に接合耐圧に影響を与える程結晶性が劣化する。しか
も、かかる方法では、シリコン分子線成長法を用いてい
るためにCVD法の場合のようなファセットの発生がな
いという特長を有している。
℃、成長速度10Å/Sで開口部にエピタキシャル層4
を、窒化膜3上に多結晶シリコン層5を形成する。(第
1図(c))このとき、エピタキシャル層4は、酸化膜2
と接触しない。次に、Dashエッチングによって、多結晶
層5を除去し、熱リン酸等によって窒化膜3を除去す
る。(第1図(d))このとき、エピタキシャル領域4と
酸化膜2の間には、間隙が残っている。このウエハーを
水蒸気雰囲気中で900℃、約50分の酸化を行なう
と、エピタキシャル領域4と酸化膜2の間の空間を埋め
ることができる。(第1図(e))かかる方法を用いるこ
とにより、格子欠陥を側壁1μm(基板面に平行な方
向)当り0.1個以下に押えることができる。一方、かか
るひさし状構造をつくらなかった場合には、欠陥密度
は、側壁の長さ1μm当り8〜10個と多くなり明らか
に接合耐圧に影響を与える程結晶性が劣化する。しか
も、かかる方法では、シリコン分子線成長法を用いてい
るためにCVD法の場合のようなファセットの発生がな
いという特長を有している。
この例では、基板に(100)面を用いたために絶縁膜3上
の多結晶層6をDashエッチで除去したが、基板に(111)
面を用いた場合には、ヒドラジンによってエッチングす
ることによって、多結晶層とエピタキシャル層のエッチ
ングの選択性をさらに向上させることができる。
の多結晶層6をDashエッチで除去したが、基板に(111)
面を用いた場合には、ヒドラジンによってエッチングす
ることによって、多結晶層とエピタキシャル層のエッチ
ングの選択性をさらに向上させることができる。
第2図は、本発明の第二の実施例を説明する概略工程図
を示しており、図において6は、単結晶(100)シリコン
基板、7,9は、酸化シリコン膜、8,10は窒化シリ
コン膜、12はエピタキシャル領域、11は多結晶層領
域をそれぞれ示す。まず、シリコンウエハーの表面に熱
酸化等の方法で厚さ1μmの酸化シリコン膜7を形成
し、その上にCVD法等により窒化シリコン膜8を形成
し次いでスパッタリング法等により、厚さ3〜4μmの
酸化シリコン膜9を形成し、さらに、CVD法等により
窒化シリコン膜10を形成し、続いて当該膜7,8,
9,10の一部を通常の反応性イオンエッチングによっ
て選択除去する。(第2図(a)) 次に、緩衝フッ酸等によって、開口部の側壁の酸化シリ
コン膜をエッチングする。このとき、窒化シリコン膜
8,10は影響を受けず、窒化シリコン膜8,10が開
口部領域に向ってひさし状につき出した構造をつくるこ
とができる(第2図(c))本実施例ではひさしの長さは
2000Åとした。次に、シリコン分子線成長法によ
り、成長温度650℃、成長速度10Å/Sで開口部に
エピタキシャル層12を、窒化シリコン膜10上に多結
晶シリコン層11を形成する。(第2図(c))このと
き、エピタキシャル層12は、酸化シリコン膜7と接触
しない。本実施例では、エピタキシャル層の厚さを1μ
mとした。次に、緩衝フッ酸によってエッチングするこ
とによって、酸化シリコン膜9のリフトオフによって、
多結晶シリコン膜11及び窒化シリコン膜10を除去す
る。このとき、第1の実施例と同様にエピタキシャル層
12が、窒化シリコン膜8のひさし部分に接しているた
め、緩衝フッ酸は、エピタキシャル層12と酸化シリコ
ン膜7との間隙に侵入せず、酸化シリコン膜7は、影響
を受けない。次に熱リン酸等によって、窒化シリコン膜
8を除去する。(第2図(d))このウエハーを水蒸気雰
囲気中で900℃約50分の酸化を行なうと、エピタキ
シャル領域12と酸化シリコン膜7の間の空間を埋める
ことができる。(第2図(e))かかる方法を用いること
により、エピタキシャル層12にまったく影響を与える
ことなく、多結晶膜11を除去することができる。
を示しており、図において6は、単結晶(100)シリコン
基板、7,9は、酸化シリコン膜、8,10は窒化シリ
コン膜、12はエピタキシャル領域、11は多結晶層領
域をそれぞれ示す。まず、シリコンウエハーの表面に熱
酸化等の方法で厚さ1μmの酸化シリコン膜7を形成
し、その上にCVD法等により窒化シリコン膜8を形成
し次いでスパッタリング法等により、厚さ3〜4μmの
酸化シリコン膜9を形成し、さらに、CVD法等により
窒化シリコン膜10を形成し、続いて当該膜7,8,
9,10の一部を通常の反応性イオンエッチングによっ
て選択除去する。(第2図(a)) 次に、緩衝フッ酸等によって、開口部の側壁の酸化シリ
コン膜をエッチングする。このとき、窒化シリコン膜
8,10は影響を受けず、窒化シリコン膜8,10が開
口部領域に向ってひさし状につき出した構造をつくるこ
とができる(第2図(c))本実施例ではひさしの長さは
2000Åとした。次に、シリコン分子線成長法によ
り、成長温度650℃、成長速度10Å/Sで開口部に
エピタキシャル層12を、窒化シリコン膜10上に多結
晶シリコン層11を形成する。(第2図(c))このと
き、エピタキシャル層12は、酸化シリコン膜7と接触
しない。本実施例では、エピタキシャル層の厚さを1μ
mとした。次に、緩衝フッ酸によってエッチングするこ
とによって、酸化シリコン膜9のリフトオフによって、
多結晶シリコン膜11及び窒化シリコン膜10を除去す
る。このとき、第1の実施例と同様にエピタキシャル層
12が、窒化シリコン膜8のひさし部分に接しているた
め、緩衝フッ酸は、エピタキシャル層12と酸化シリコ
ン膜7との間隙に侵入せず、酸化シリコン膜7は、影響
を受けない。次に熱リン酸等によって、窒化シリコン膜
8を除去する。(第2図(d))このウエハーを水蒸気雰
囲気中で900℃約50分の酸化を行なうと、エピタキ
シャル領域12と酸化シリコン膜7の間の空間を埋める
ことができる。(第2図(e))かかる方法を用いること
により、エピタキシャル層12にまったく影響を与える
ことなく、多結晶膜11を除去することができる。
(発明の効果) 本発明を用いることによって、シリコン分子線成長法に
おいて、絶縁膜パターン内にエピタキシャル領域を埋め
こんだ構造を実現できしかも、エピタキシャル領域内の
絶縁膜側壁近傍での格子欠陥の発生を抑制することがで
きた。
おいて、絶縁膜パターン内にエピタキシャル領域を埋め
こんだ構造を実現できしかも、エピタキシャル領域内の
絶縁膜側壁近傍での格子欠陥の発生を抑制することがで
きた。
第1図(a)〜(e)及び、第2図(a)〜(e)は、本発明の一実
施例を説明するための模式的断面図で、第3図は従来用
いられている選択エピタキシャル法を説明するための断
面概略図を示す。第4図(a)〜(c)は、現在までに報告さ
れた、シリコン分子線成長法をもちいたパターンエピタ
キシャル成長を説明するための断面概略図を示す。 図に於いて、 1……シリコン基板、2……酸化シリコン膜、 3……窒化シリコン膜、4……エピタキシャル層、 5……多結晶層、6……シリコン基板、 7……酸化シリコン膜、8……窒化シリコン膜、 9……酸化シリコン膜、10……窒化シリコン膜、 11……多結晶シリコン膜、12……エピタキシャル膜、 13……シリコン基板、14……酸化シリコン膜、 15……窒化シリコン膜、16……エピタキシャル膜、 17……ファセット、18……シリコン基板、 19……酸化シリコン膜、20……多結晶膜、 21……エピタキシャル膜、
施例を説明するための模式的断面図で、第3図は従来用
いられている選択エピタキシャル法を説明するための断
面概略図を示す。第4図(a)〜(c)は、現在までに報告さ
れた、シリコン分子線成長法をもちいたパターンエピタ
キシャル成長を説明するための断面概略図を示す。 図に於いて、 1……シリコン基板、2……酸化シリコン膜、 3……窒化シリコン膜、4……エピタキシャル層、 5……多結晶層、6……シリコン基板、 7……酸化シリコン膜、8……窒化シリコン膜、 9……酸化シリコン膜、10……窒化シリコン膜、 11……多結晶シリコン膜、12……エピタキシャル膜、 13……シリコン基板、14……酸化シリコン膜、 15……窒化シリコン膜、16……エピタキシャル膜、 17……ファセット、18……シリコン基板、 19……酸化シリコン膜、20……多結晶膜、 21……エピタキシャル膜、
Claims (1)
- 【請求項1】単結晶半導体基板表面に第1の絶縁膜のパ
ターンとその上にひさし状に端部がつき出た第2の絶縁
膜パターンとが積層された構造を少なくとも一層形成
し、次に基板表面に半導体膜を分子線エピタキシャル成
長させて、成長した半導体膜が絶縁膜の側壁との間に間
隙を生じるようにし、その後酸化してこの間隙を酸化膜
で埋め、前記半導体膜に素子の能動領域を作製すること
を特徴とする分子線エピタキシャル成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59253514A JPH0611026B2 (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 分子線エピタキシヤル成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59253514A JPH0611026B2 (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 分子線エピタキシヤル成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61131525A JPS61131525A (ja) | 1986-06-19 |
| JPH0611026B2 true JPH0611026B2 (ja) | 1994-02-09 |
Family
ID=17252430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59253514A Expired - Lifetime JPH0611026B2 (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 分子線エピタキシヤル成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0611026B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2767676B2 (ja) * | 1993-03-19 | 1998-06-18 | 松下電器産業株式会社 | 化合物半導体の微細構造形成方法 |
| CN103632940B (zh) * | 2012-08-23 | 2016-04-06 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种半导体器件的制造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5421283A (en) * | 1977-07-19 | 1979-02-17 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacture for semiconductor device |
-
1984
- 1984-11-30 JP JP59253514A patent/JPH0611026B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61131525A (ja) | 1986-06-19 |
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