説明

半導体装置の製造方法

【課題】 半導体記憶装置に係り、特に、高集積化されたDRAMを、少ない工程数で、且つ微細なセル面積で実現できる半導体記憶装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体基板10に形成されたメモリセルトランジスタと、メモリセルトランジスタのゲート電極20の上面及び側面を覆う絶縁膜42と、ソース拡散層24上に開口したスルーホール40と、ドレイン拡散層26上に開口したスルーホール38とが形成された層間絶縁膜36と、スルーホール40内壁及び底部に形成され、ソース拡散24層に接続されたキャパシタ蓄積電極46と、キャパシタ蓄積電極46を覆うキャパシタ誘電体膜48と、キャパシタ誘電体膜48を覆うキャパシタ対向電極54とを有するキャパシタと、スルーホール38の内壁及び底部に形成され、ドレイン拡散層と接続されたコンタクト用導電膜44とにより構成する。


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【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板上に形成されたソース拡散層とドレイン拡散層と、前記ソース拡散層と前記ドレイン拡散層との間の前記半導体基板上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有するメモリセルトランジスタと、
前記ゲート電極の上面及び側面を覆う絶縁膜と、
前記メモリセルトランジスタ上を覆い、前記ソース拡散層上に開口した第1のスルーホールと、前記ドレイン拡散層上に開口した第2のスルーホールとが形成された第1の層間絶縁膜と、
前記第1のスルーホールの内壁及び底部に形成され、前記ソース拡散層に接続されたキャパシタ蓄積電極と、前記キャパシタ蓄積電極を覆うように形成されたキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜を覆うように形成されたキャパシタ対向電極とを有するキャパシタと、
前記第2のスルーホール内壁及び底部に形成され、前記ドレイン拡散層と接続された第1のコンタクト用導電膜と
を有するメモリセルと、
前記メモリセル上に形成され、ビット線コンタクトホールが形成された第2の層間絶縁膜と、
前記第2の層間絶縁膜上に形成され、前記ビット線コンタクトホールを介して前記メモリセルの前記第1のコンタクト用導電膜に接続されたビット線と
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項2】
半導体基板上に形成されたソース拡散層とドレイン拡散層と、前記ソース拡散層と前記ドレイン拡散層との間の前記半導体基板上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有するメモリセルトランジスタと、
前記ゲート電極の上面及び側面を覆う絶縁膜と、
前記メモリセルトランジスタ上を覆い、前記ソース拡散層上に開口された第1のスルーホールと、前記ドレイン拡散層上に開口された第2のスルーホールとが形成された第1の層間絶縁膜と、
前記第1のスルーホールの底部に埋め込まれ、前記ソース拡散層に接続された第1の埋め込み導電体と、
前記第2のスルーホールの底部に埋め込まれ、前記ドレイン拡散層に接続された第2の埋め込み導電体と、
前記第1のスルーホールの内壁と、前記第1の埋め込み導電体の上面とに形成され、前記第1の埋め込み導電体を介して前記ソース拡散層に接続されたキャパシタ蓄積電極と、前記キャパシタ蓄積電極を覆うように形成されたキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜を覆うように形成されたキャパシタ対向電極とを有するキャパシタと、
前記第2のスルーホールの内壁と、前記第2の埋め込み導電体の上面とに形成され、前記第2の埋め込み導電体を介して前記ドレイン拡散層と接続された第1のコンタクト用導電膜と
を有するメモリセルと、
前記メモリセル上に形成され、ビット線コンタクトホールが形成された第2の層間絶縁膜と、
前記第2の層間絶縁膜上に形成され、前記ビット線コンタクトホールを介して前記メモリセルの前記第1のコンタクト用導電膜に接続されたビット線と
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項3】
半導体基板上に形成されたソース拡散層とドレイン拡散層と、前記ソース拡散層と前記ドレイン拡散層との間の前記半導体基板上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有するメモリセルトランジスタと、
前記メモリセルトランジスタ上を覆い、前記ソース拡散層上に開口した第1のスルーホールと、前記ドレイン拡散層上に開口した第2のスルーホールと、前記半導体基板より離間した領域の前記第1のスルーホールを囲うように形成され、前記第1のスルーホールより開口径が広い開口と、が形成された第1の層間絶縁膜と、
前記開口の内壁及び底部、前記第1のスルーホールの内壁及び底部に形成され、前記ソース拡散層に接続されたキャパシタ蓄積電極と、前記キャパシタ蓄積電極を覆うように形成されたキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜を覆うように形成されたキャパシタ対向電極とを有するキャパシタと、
前記第2のスルーホール内壁及び底部に形成され、前記ドレイン拡散層と接続された第1のコンタクト用導電膜と
を有するメモリセルと、
前記メモリセル上に形成され、ビット線コンタクトホールが形成された第2の層間絶縁膜と、
前記第2の層間絶縁膜上に形成され、前記ビット線コンタクトホールを介して前記メモリセルの前記第1のコンタクト用導電膜に接続されたビット線と
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項4】
請求項1又は2記載の半導体記憶装置において、
前記キャパシタ蓄積電極は、前記第1のスルーホールの内部に、前記第1のスルーホール内壁とは離間して形成された第1の柱状導電体を有し、
前記コンタクト用導電膜は、前記第2のスルーホールの内部に、前記第2のスルーホール内壁とは離間して形成された第2の柱状導電体を有する
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項5】
請求項1、2又は4記載の半導体記憶装置において、
前記絶縁膜と接する領域の前記第1の層間絶縁膜は、前記絶縁膜とはエッチング特性が異なる材料により構成されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項6】
請求項5記載の半導体記憶装置において、
前記絶縁膜はシリコン窒化膜であり、
前記絶縁膜とエッチング特性が異なる前記材料は、シリコン酸化膜又は不純物を添加したシリコン酸化膜である
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項7】
請求項3記載の半導体記憶装置において、
前記キャパシタ蓄積電極は、前記第1のスルーホールより前記開口内に柱状に突出する柱状導電体を更に有する
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項8】
請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
前記ビット線コンタクトホールの内壁に形成されたサイドウォール絶縁膜を更に有し、
前記ビット線は、前記サイドウォール絶縁膜により前記キャパシタ対向電極と絶縁されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項9】
請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
前記メモリセルが形成されたメモリセル領域の周辺の前記半導体基板上に形成された周辺回路用トランジスタと、
前記第1の層間絶縁膜上に形成され、前記ビット線と同一導電層からなる配線層とを更に有し、
前記配線層は、前記周辺回路用トランジスタのゲート電極、ソース拡散層又はドレイン拡散層に直接接続されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項10】
請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
前記メモリセルが形成されたメモリセル領域の周辺の前記半導体基板上に形成された周辺回路用トランジスタと、
前記ビット線上に形成された第3の層間絶縁膜と、
前記第3の層間絶縁膜上に形成された配線層とを更に有し、
前記配線層は、前記周辺回路用トランジスタのゲート電極、ソース拡散層又はドレイン拡散層に直接接続されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項11】
請求項10記載の半導体記憶装置において、
前記配線層は、前記周辺回路用トランジスタのゲート電極、ソース拡散層若しくはドレイン拡散層、前記キャパシタ対向電極、又は前記ビット線に直接接続されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項12】
請求項11記載の半導体記憶装置において、
前記ビット線と前記配線層とを接続する領域の前記ビット線直下に、前記キャパシタ対向電極と、前記第2の層間絶縁膜との積層膜と同一の構造よりなるエッチング保護パターンを更に有する
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項13】
請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
前記メモリセルが形成されたメモリセル領域の周辺の前記半導体基板上に形成された周辺回路用トランジスタと、
前記第2の層間絶縁膜上に形成され、前記ビット線と同一導電層からなる配線層とを更に有し、
前記キャパシタ対向電極及び前記第2の層間絶縁膜は、前記周辺回路用トランジスタの形成された領域に延在して形成されており、
前記配線層は、前記周辺回路用トランジスタのゲート電極、ソース拡散層又はドレイン拡散層に直接接続されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項14】
請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
前記メモリセルが形成されたメモリセル領域の周辺の前記半導体基板上に形成された周辺回路用トランジスタと、
前記周辺回路用トランジスタのゲート電極、ソース拡散層、又はドレイン拡散層上の前記第1の層間絶縁膜に形成された第3のスルーホールの内壁及び底部に形成された第2のコンタクト用導電膜とを更に有し、
前記周辺回路用トランジスタのゲート電極、ソース拡散層又はドレイン拡散層は、前記第2のコンタクト用導電膜を介して前記第1の層間絶縁膜上に形成された配線層に接続されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項15】
請求項14記載の半導体記憶装置において、
前記第3のスルーホールの底部に形成された第3の埋め込み導電体を更に有し、
前記第2のコンタクト用導電膜は、前記第3の埋め込み導電体を介して前記周辺回路用トランジスタのゲート電極、ソース拡散層又はドレイン拡散層に接続されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項16】
請求項1乃至15のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
前記第1の層間絶縁膜は、エッチング特性が異なる複数の絶縁材料を積層した積層膜である
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項17】
請求項16記載の半導体記憶装置において、
前記積層膜は、シリコン窒化膜をシリコン酸化膜により挟んで積層されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項18】
請求項16記載の半導体記憶装置において、
前記積層膜は、シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜が積層された膜である
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項19】
半導体基板上に形成されたソース拡散層とドレイン拡散層と、前記ソース拡散層と前記ドレイン拡散層との間の前記半導体基板上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有するメモリセルトランジスタと、
前記ゲート電極の上面及び側面を覆う絶縁膜と、
前記メモリセルトランジスタ上を覆い、前記ソース拡散層上に開口した第1のスルーホールが形成された第1の層間絶縁膜と、
前記第1のスルーホールの内壁及び底部に形成され、前記ソース拡散層に接続されたコンタクト部と、前記コンタクト部に接続され、前記第1の層間絶縁膜上に突出して形成された突出部とを有するキャパシタ蓄積電極と、前記キャパシタ蓄積電極を覆うように形成されたキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜を覆うように形成されたキャパシタ対向電極と、を有するキャパシタと
を有するメモリセル
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項20】
請求項19記載の半導体記憶装置において、
前記メモリセル上に形成され、前記第1の層間絶縁膜を介して前記ドレイン拡散層に達するビット線コンタクトホールが形成された第2の層間絶縁膜と、
前記第2の層間絶縁膜上に形成され、前記ビット線コンタクトホールを介して前記メモリセルの前記ドレイン拡散層に接続されたビット線とを更に有する
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項21】
請求項19又は20記載の半導体記憶装置において、
前記第1の層間絶縁膜には、前記ドレイン拡散層上に開口された第2のスルーホールが形成されており、
前記第2のスルーホール内壁及び底部に形成され、前記ドレイン拡散層と接続されたコンタクト用導電膜と、
前記メモリセル上に、第2の層間絶縁膜を介して形成され、前記コンタクト用導電膜接続されたビット線とを更に有する
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項22】
請求項19乃至21のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
前記第1の層間絶縁膜は、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜とを有し、
前記シリコン窒化膜は、前記ゲート電極上に形成されており、
前記シリコン酸化膜は、前記シリコン窒化膜上に形成されており、
前記第2の層間絶縁膜はシリコン酸化膜により形成されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項23】
請求項1乃至22のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
前記第1のコンタクト用導電膜、前記第2のコンタクト用導電膜又は前記キャパシタ蓄積電極は、N形シリコン及びP形シリコンにコンタクトする導電材料である
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項24】
請求項1乃至23のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
前記ビット線コンタクトホールは、ビット線の延在する方向に長く伸びた形状である
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項25】
請求項1乃至24のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
前記ビット線は、前記ビット線間の間隔の半分以下の膜厚である
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項26】
並行に配された複数のビット線と
複数の前記ビット線に交差する方向に並行に配された複数のワード線と、
それぞれの前記ビット線の一方の端に設けられたセンスアンプと
それぞれの前記ワード線の一方の端に設けられたデコーダと
前記ビット線と前記ワード線のそれぞれの交差部に設けられた請求項1乃至25のいずれかに記載のメモリセルとを有し、
複数の前記センスアンプは2組に分けられ、前記メモリセルが形成されたメモリセル領域の対向する側部にそれぞれの組が設けられており、
複数の前記デコーダは2組に分けられ、前記メモリセル領域の他の対向する側部にそれぞれの組が設けられている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項27】
半導体基板上に形成されたソース拡散層とドレイン拡散層と、前記ソース拡散層と前記ドレイン拡散層との間の前記半導体基板上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有するメモリセルトランジスタと、
前記メモリセルトランジスタ上を覆い、前記ソース拡散層上に開口した第1のスルーホールと、前記ドレイン拡散層上に開口した第2のスルーホールとが形成された第1の層間絶縁膜と、
前記第1のスルーホール内に埋め込まれた埋め込み導電体と、
前記第1の層間絶縁膜上に形成され、前記埋め込み導電体を介して前記ソース拡散層に接続されたキャパシタ蓄積電極と、前記キャパシタ蓄積電極を覆うように形成されたキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜を覆うように形成されたキャパシタ対向電極とを有するキャパシタと
を有するメモリセルと、
前記第1の層間絶縁膜上に形成され、前記第2のスルーホールを介して前記ドレイン拡散層に接続されたビット線と
を有し、
前記埋め込み導電体と前記ビット線は、同一の導電層により形成されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項28】
請求項27記載の半導体記憶装置において、
前記埋め込み導電体は、前記第1のスルーホールの側壁及び底部に形成されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項29】
請求項27又は28記載の半導体記憶装置において、
前記第1のスルーホール及び前記第2のスルーホールは、前記ゲート電極の外側に離間して形成されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項30】
請求項27乃至29のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
前記ビット線の上面及び側面は、前記ビット線上に形成する第2の層間絶縁膜に対してエッチングストッパとして機能する絶縁膜により覆われている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項31】
請求項30記載の半導体記憶装置において、
前記第2の層間絶縁膜には、その内部に前記埋め込み導電体が露出する第3のスルーホールが形成されており、
前記キャパシタ誘電体膜は、前記第3のスルーホールの側壁及び底面に形成されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項32】
半導体基板上に、第1の導電膜と第1の絶縁膜を積層して堆積した後、前記第1の導電膜と前記第1の絶縁膜をパターニングし、上面が前記第1の絶縁膜で覆われた前記第1の導電膜からなるゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に不純物を導入し、ソース拡散層及びドレイン拡散層を形成する拡散層形成工程と、
前記ゲート電極の側壁に第1のサイドウォール絶縁膜を形成する第1のサイドウォール絶縁膜形成工程と、
前記ソース拡散層上に開口された第1のスルーホールと、前記ドレイン拡散層上に開口された第2のスルーホールが形成された第1の層間絶縁膜を形成する第1の層間絶縁膜形成工程と、
前記第1の層間絶縁膜が形成された前記半導体基板上に第2の導電膜を堆積する第2の導電膜堆積工程と、
前記第1のスルーホールと前記第2のスルーホールの内部に前記第2の導電膜を残存させるように前記第1の層間絶縁膜上の前記第2の導電膜を除去し、前記第1のスルーホール内に形成された前記第2の導電膜からなるキャパシタ蓄積電極と、前記第2のスルーホール内に形成された第2の導電膜からなる第1のコンタクト用導電膜を形成する導電膜除去工程と、
前記キャパシタ蓄積電極と、前記第1のコンタクト用導電膜とが形成された前記半導体基板上に、キャパシタ誘電体膜となる第2の絶縁膜と、キャパシタ対向電極となる第3の導電膜とを堆積した後、前記第3の導電膜をパターニングし、前記キャパシタ対向電極を形成するキャパシタ対向電極形成工程と
を有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項33】
請求項32記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記キャパシタ対向電極形成工程では、前記第3の導電膜上に堆積した第3の絶縁膜と前記第3の導電膜をパターニングし、前記キャパシタ対向電極と、前記第2のスルーホール上に開口されたビット線コンタクトホールを形成し、
前記キャパシタ対向電極形成工程の後、第4の絶縁膜を堆積し、前記第4の絶縁膜を異方性エッチングすることにより前記ビット線コンタクトホールの内壁に第2のサイドウォール絶縁膜を形成すると同時に、前記ビット線コンタクトホール底部の前記第2の絶縁膜を除去する第2のサイドウォール絶縁膜形成工程と、
前記第3の絶縁膜上に形成され、前記ビット線コンタクトホール内に露出した前記第1のコンタクト用導電膜と接続されたビット線を形成するビット線形成工程と
を更に有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項34】
半導体基板上に、第1の導電膜と第1の絶縁膜を積層して堆積した後、前記第1の導電膜と前記第1の絶縁膜をパターニングし、メモリセルトランジスタを形成する第1の領域に、上面が前記第1の絶縁膜で覆われた前記第1の導電膜からなる第1のゲート電極を、周辺回路用トランジスタを形成する第2の領域に、上面が前記第1の絶縁膜で覆われた前記第1の導電膜からなる第2のゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に不純物を導入し、前記第1の領域に前記メモリセルトランジスタのソース拡散層及びドレイン拡散層を形成し、前記第2の領域に前記周辺回路用トランジスタのソース拡散層及びドレイン拡散層を形成する拡散層形成工程と、
前記ゲート電極の側壁に第1のサイドウォール絶縁膜を形成する第1のサイドウォール絶縁膜形成工程と、
前記メモリセルトランジスタの前記ソース拡散層上に開口された第1のスルーホールと、前記メモリセルトランジスタの前記ドレイン拡散層上に開口された第2のスルーホールとが形成された第1の層間絶縁膜を形成する第1の層間絶縁膜形成工程と、
前記第1の層間絶縁膜が形成された前記半導体基板上に第2の導電膜を堆積する第2の導電膜堆積工程と、
前記第1のスルーホールと、前記第2のスルーホールとの内部に前記第2の導電膜を残存させるように前記第1の層間絶縁膜上の前記第2の導電膜を除去し、前記第1のスルーホール内に形成された前記第2の導電膜からなるキャパシタ蓄積電極と、前記第2のスルーホール内に形成された第2の導電膜からなる第1のコンタクト用導電膜を形成する導電膜除去工程と、
前記キャパシタ蓄積電極と、前記第1のコンタクト用導電膜上に、キャパシタ誘電体膜となる第2の絶縁膜と、キャパシタ対向電極となる第3の導電膜と、第3の絶縁膜とを堆積した後、前記第3の絶縁膜と前記第3の導電膜をパターニングし、前記キャパシタ対向電極と、前記第2のスルーホール上に開口されたビット線コンタクトホールとを形成するビット線コンタクトホール形成工程と、
前記ビット線コンタクトホールが形成された前記第3の絶縁膜上に第4の絶縁膜を堆積した後、前記第4の絶縁膜を異方性エッチングすることにより前記ビット線コンタクトホールの内壁に第2のサイドウォール絶縁膜を形成すると同時に、前記ビット線コンタクトホール底部の前記第2の絶縁膜を除去する第2のサイドウォール絶縁膜形成工程と、
前記キャパシタ対向電極上の前記第3の絶縁膜に開口された第3のスルーホールと、前記周辺回路用トランジスタの前記ソース拡散層、前記ドレイン拡散層、又は前記第2のゲート電極上の前記第1の層間絶縁膜に開口された第4のスルーホールとを形成する第2のスルーホール形成工程と、
前記ビット線コンタクトホール内に露出した前記第1のコンタクト用導電膜と接続されたビット線と、前記第3のスルーホールを介して前記キャパシタ対向電極と接続された第1の配線層と、前記第4のスルーホールを介して前記周辺回路用トランジスタと接続された第2の配線層とを形成する配線層形成工程と
を有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項35】
請求項34記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記第2のサイドウォール絶縁膜形成工程の後に、
前記ビット線コンタクトホール内に露出した前記コンタクト用導電膜と接続されたビット線を形成するビット線形成工程と、
前記ビット線が形成された前記半導体基板上に第2の層間絶縁膜を形成する第2の層間絶縁膜形成工程と、を更に有し、
前記第2のスルーホール形成工程では、前記第2の層間絶縁膜と前記第3の絶縁膜に、前記キャパシタ対向電極に達する第3のスルーホールを形成するとともに、前記第2の層間絶縁膜と前記第1の層間絶縁膜に、前記周辺回路用トランジスタの前記ソース拡散層、前記ドレイン拡散層、又は前記第2のゲート電極に達する第4のスルーホールを形成し、
前記配線層形成工程では、前記第3のスルーホールを介して前記キャパシタ対向電極と接続された第1の配線層と、前記第4のスルーホールを介して前記周辺回路用トランジスタと接続された第2の配線層を形成する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項36】
請求項35記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記第2のスルーホール形成工程において、前記ビット線と前記配線層とを接続する第5のスルーホールを形成する場合には、
前記ビット線コンタクトホール形成工程において、前記ビット線と前記配線層とを接続するコンタクトホールを形成する領域の前記第1の層間絶縁膜上に、前記第3の導電膜と前記第3の絶縁膜との積層膜よりなるエッチング保護パターンを形成する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項37】
半導体基板上に、第1の導電膜と第1の絶縁膜を積層して堆積した後、前記第1の導電膜と前記第1の絶縁膜をパターニングし、メモリセルトランジスタを形成する第1の領域に、上面が前記第1の絶縁膜で覆われた前記第1の導電膜からなる第1のゲート電極を、周辺回路用トランジスタを形成する第2の領域に、上面が前記第1の絶縁膜で覆われた前記第1の導電膜からなる第2のゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に不純物を導入し、前記第1の領域に前記メモリセルトランジスタのソース拡散層及びドレイン拡散層を形成し、前記第2の領域に前記周辺回路用トランジスタのソース拡散層及びドレイン拡散層を形成する拡散層形成工程と、
前記ゲート電極の側壁に第1のサイドウォール絶縁膜を形成する第1のサイドウォール絶縁膜形成工程と、
前記メモリセルトランジスタの前記ソース拡散層上に開口された第1のスルーホールと、前記メモリセルトランジスタの前記ドレイン拡散層上に開口された第2のスルーホールとが形成された第1の層間絶縁膜を形成する第1の層間絶縁膜形成工程と、
前記第1の層間絶縁膜が形成された前記半導体基板上に第2の導電膜を堆積する第2の導電膜堆積工程と、
前記第1のスルーホールと、前記第2のスルーホールとの内部に前記第2の導電膜を残存させるように前記第1の層間絶縁膜上の前記第2の導電膜を除去し、前記第1のスルーホール内に形成された前記第2の導電膜からなるキャパシタ蓄積電極と、前記第2のスルーホール内に形成された第2の導電膜からなる第1のコンタクト用導電膜を形成する導電膜除去工程と、
前記キャパシタ蓄積電極と、前記第1のコンタクト用導電膜上に、キャパシタ誘電体膜となる第2の絶縁膜と、キャパシタ対向電極となる第3の導電膜と、第3の絶縁膜とを堆積した後、前記第3の絶縁膜と前記第3の導電膜をパターニングし、前記キャパシタ対向電極と、前記第2のスルーホール上に開口されたビット線コンタクトホールとを形成し、前記周辺回路用トランジスタの前記ソース拡散層、前記ドレイン拡散層、又は前記第2のゲート電極上に開口する第3のスルーホールを前記第2の絶縁膜上まで開口するビット線コンタクトホール形成工程と、
前記ビット線コンタクトホールを覆うフォトレジストを選択的に形成した後、前記第3のスルーホール内の前記第2の絶縁膜と、前記第1の層間絶縁膜とをエッチングし、前記周辺回路用トランジスタの前記ソース拡散層、前記ドレイン拡散層、又は前記第2のゲート電極上まで達する前記第3のスルーホールを形成する第2のスルーホール形成工程と
を有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項38】
請求項37記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記ビット線コンタクトホール形成工程では、前記キャパシタ蓄積電極と、前記第2の導電膜上に、キャパシタ誘電体膜となる前記第2の絶縁膜と、キャパシタ対向電極となる前記第3の導電膜と、前記第3の絶縁膜と、エッチングストッパーとして機能するマスク膜を連続して堆積した後、前記マスク膜、前記第3の絶縁膜と前記第3の導電膜をパターニングし、前記キャパシタ対向電極と、前記第2のスルーホール上に開口されたビット線コンタクトホールとを形成し、前記周辺回路用トランジスタの前記ソース拡散層、前記ドレイン拡散層、又は前記第2のゲート電極上に開口する前記第3のスルーホールを前記第2の絶縁膜上まで開口し、
前記第2のスルーホール形成工程では、前記ビット線コンタクトホールを覆うフォトレジストを選択的に形成した後、前記マスク膜と前記フォトレジストをエッチングマスクとして前記第3のスルーホール内の前記第2の絶縁膜と、前記第1の層間絶縁膜とをエッチングし、前記周辺回路用トランジスタの前記ソース拡散層、前記ドレイン拡散層、又は前記第2のゲート電極上まで達する前記第3のスルーホールを形成する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項39】
請求項38記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記マスク膜は、シリコン膜である
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項40】
半導体基板上に、第1の導電膜と第1の絶縁膜を積層して堆積した後、前記第1の導電膜と前記第1の絶縁膜をパターニングし、メモリセルトランジスタを形成する第1の領域に、上面が前記第1の絶縁膜で覆われた前記第1の導電膜からなる第1のゲート電極を、周辺回路用トランジスタを形成する第2の領域に、上面が前記第1の絶縁膜で覆われた前記第1の導電膜からなる第2のゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に不純物を導入し、前記第1の領域に前記メモリセルトランジスタのソース拡散層及びドレイン拡散層を形成し、前記第2の領域に前記周辺回路用トランジスタのソース拡散層及びドレイン拡散層を形成する拡散層形成工程と、
前記ゲート電極の側壁に第1のサイドウォール絶縁膜を形成する第1のサイドウォール絶縁膜形成工程と、
前記メモリセルトランジスタの前記ソース拡散層上に開口された第1のスルーホールと、前記メモリセルトランジスタの前記ドレイン拡散層上に開口された第2のスルーホールと、前記周辺回路用トランジスタの前記ソース拡散層、前記ドレイン拡散層又は前記第2のゲート電極上に開口する第3のスルーホールとが形成された第1の層間絶縁膜を形成する第1の層間絶縁膜形成工程と、
前記第1の層間絶縁膜が形成された前記半導体基板上に第2の導電膜を堆積する第2の導電膜堆積工程と、
前記第1のスルーホールと、前記第2のスルーホールと、前記第3のスルーホールの内部に前記第2の導電膜を残存させるように前記第1の層間絶縁膜上の前記第2の導電膜を除去し、前記第1のスルーホール内に形成された前記第2の導電膜からなるキャパシタ蓄積電極と、前記第2のスルーホール内に形成された前記第2の導電膜からなる第1のコンタクト用導電膜と、前記第3のスルーホール内に形成された第2の導電膜からなる第2のコンタクト用導電膜とを形成する導電膜除去工程と、
前記キャパシタ蓄積電極と、前記第1のコンタクト用導電膜と、前記第2のコンタクト用導電膜とが形成された前記半導体基板上に、キャパシタ誘電体膜となる第2の絶縁膜と、キャパシタ対向電極となる第3の導電膜と、第3の絶縁膜とを堆積した後、前記第3の絶縁膜と前記第3の導電膜をパターニングし、前記キャパシタ対向電極と、前記第2のスルーホール上に開口されたビット線コンタクトホールを形成するビット線コンタクトホール形成工程と、
前記ビット線コンタクトホールが形成された前記第3の絶縁膜上に第4の絶縁膜を堆積した後、前記第4の絶縁膜を異方性エッチングすることにより前記ビット線コンタクトホールの内壁に第2のサイドウォール絶縁膜を形成すると同時に、前記ビット線コンタクトホール底部の前記第2の絶縁膜を除去する第2のサイドウォール絶縁膜形成工程と、
前記ビット線コンタクトホール内に露出した前記第1のコンタクト用導電膜と接続されたビット線と、前記第3のスルーホール内に形成された前記第2のコンタクト用導電膜に接続された配線層を形成する配線層形成工程と
を有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項41】
請求項32乃至40のいずれかに記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記キャパシタ対向電極形成工程では、前記第3の導電膜表面が平坦になるように、前記第3の導電膜を前記第1のスルーホール又は前記第2のスルーホール内に埋め込む
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項42】
請求項32乃至41のいずれかに記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記第2の導電膜堆積工程の後に、
第5の絶縁膜を堆積して前記第5の絶縁膜を異方性エッチングすることにより、前記第2の導電膜が形成された前記第1のスルーホール及び前記第2のスルーホールの内壁に第3のサイドウォール絶縁膜を形成する第3のサイドウォール絶縁膜形成工程と、
前記第3のサイドウォール絶縁膜が形成された前記第1のスルーホール及び前記第2のスルーホールを埋め込む第4の導電膜を堆積する第4の導電膜堆積工程とを、
前記導電膜除去工程の後に、前記第3のサイドウォール絶縁膜を除去することにより前記第1のスルーホール内に前記第4の導電膜よりなる第1の柱状導電体を、前記第2のスルーホール内に前記第4の導電膜よりなる第2の柱状導電体を形成する柱状導電体形成工程とを更に有し、
前記導電膜除去工程では、前記第3のサイドウォール絶縁膜が表面に露出するまで、前記第4の導電膜、前記第2の導電膜、前記第1の層間絶縁膜を除去する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項43】
請求項32乃至42のいずれかに記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記第1の層間絶縁膜形成工程では、前記第1の層間絶縁膜を堆積後、前記スルーホール形成前に、前記第1の層間絶縁膜の表面を研磨により平坦化する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項44】
請求項32乃至43のいずれかに記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記導電膜除去工程では、前記半導体基板表面を研磨し、前記第1の層間絶縁膜上の前記第2の導電膜を除去する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項45】
請求項32乃至44のいずれかに記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記第1の層間絶縁膜形成工程では、エッチング特性の異なる複数の絶縁材料を積層した積層膜により前記第1の層間絶縁膜を形成し、前記絶縁材料を一層づつエッチングすることにより前記スルーホールを開口する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項46】
請求項32乃至41のいずれかに記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記第2の導電膜堆積工程の後に、前記第2の導電膜上にフォトレジストを塗布し、前記第1のスルーホール、前記第2のスルーホール、又は前記第3のスルーホール内に埋め込むフォトレジスト塗布工程を、
前記導電膜除去工程の後に、前記第1のスルーホール、前記第2のスルーホール、又は前記第3のスルーホール内に埋め込まれた前記フォトレジストを剥離するフォトレジスト剥離工程を更に有し、
前記導電膜除去工程では、前記第1のスルーホール、前記第2のスルーホール、又は前記第3のスルーホール内部に前記第2の導電膜及び前記フォトレジストを残存させるように、前記第1の層間絶縁膜上の前記第2の導電膜及び前記フォトレジストを除去する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項47】
請求項32乃至41のいずれかに記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記第2の導電膜堆積工程の後に、前記第1の層間絶縁膜とはエッチング特性の異なる第6の絶縁膜を堆積し、前記第1のスルーホール、前記第2のスルーホール、又は前記第3のスルーホール内に埋め込む絶縁膜堆積工程を、
前記導電膜除去工程の後に、前記第1のスルーホール、前記第2のスルーホール、又は前記第3のスルーホール内に埋め込まれた前記第6の絶縁膜を除去する第6の絶縁膜除去工程を更に有し、
前記導電膜除去工程では、前記第1のスルーホール、前記第2のスルーホール、又は前記第3のスルーホール内部に前記第2の導電膜及び前記第6の絶縁膜を残存させるように、前記第1の層間絶縁膜上の前記第2の導電膜及び前記第6の絶縁膜を除去する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項48】
請求項47記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記第1の層間絶縁膜は、その表面に、前記第6の絶縁膜とエッチング特性が異なる絶縁膜を有する積層膜である
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項49】
請求項32乃至41のいずれかに記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記第2の導電膜堆積工程の後に、前記第1の層間絶縁膜とエッチング特性がほぼ等しい第6の絶縁膜を堆積し、前記第1のスルーホール、前記第2のスルーホール、又は前記第3のスルーホール内に埋め込む絶縁膜堆積工程を、
前記導電膜除去工程の後に、前記第1のスルーホール、前記第2のスルーホール、又は前記第3のスルーホール内に埋め込まれた前記第6の絶縁膜及び前記第1の層間絶縁膜を除去する絶縁膜除去工程を更に有し、
前記導電膜除去工程では、前記第1のスルーホール、前記第2のスルーホール、又は前記第3のスルーホール内部に前記第2の導電膜及び前記第6の絶縁膜を残存させるように、前記第1の層間絶縁膜上の前記第2の導電膜及び前記第6の絶縁膜を除去する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項50】
請求項49記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記第1の層間絶縁膜は、前記第6の絶縁膜とはエッチング特性の異なる絶縁膜上に、前記第6の絶縁膜とエッチング特性がほぼ等しい絶縁膜が堆積された積層膜であり、
前記絶縁膜除去工程では、前記第6の絶縁膜及び前記第6の絶縁膜とエッチング特性がほぼ等しい絶縁膜を除去する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項51】
半導体基板上に、第1の導電膜と第1の絶縁膜を積層して堆積した後、前記第1の導電膜と前記第1の絶縁膜をパターニングし、メモリセルトランジスタを形成する第1の領域に、上面が前記第1の絶縁膜で覆われた前記第1の導電膜からなる第1のゲート電極を、周辺回路用トランジスタを形成する第2の領域に、上面が前記第1の絶縁膜で覆われた前記第1の導電膜からなる第2のゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に不純物を導入し、前記第1の領域に前記メモリセルトランジスタのソース拡散層及びドレイン拡散層を形成し、前記第2の領域に前記周辺回路用トランジスタのソース拡散層及びドレイン拡散層を形成する拡散層形成工程と、
前記ゲート電極の側壁に第1のサイドウォール絶縁膜を形成する第1のサイドウォール絶縁膜形成工程と、
前記第1のサイドウォールが形成された前記半導体基板上に第1の層間絶縁膜を堆積した後、前記第1の層間絶縁膜の表面を平坦化する第1の層間絶縁膜形成工程と、
平坦化した前記第1の層間絶縁膜上に、前記第1の層間絶縁膜とはエッチング特性が異なる第2の絶縁膜を形成する第2の絶縁膜形成工程と、
前記第1の層間絶縁膜と前記第2の絶縁膜をパターニングし、前記ソース拡散層上に開口された第1のスルーホールと、前記ドレイン拡散層上に開口された第2のスルーホールと、前記周辺回路用トランジスタの前記ソース拡散層、前記ドレイン拡散層、又は前記第2のゲート電極上に開口する第3のスルーホールとを形成するスルーホール形成工程と、
前記スルーホールが開口された前記半導体基板上に第2の導電膜を堆積する第2の導電膜堆積工程と、
前記第2の導電膜の表面を、前記第2の絶縁膜が表面に露出するまで研磨し、前記第1のスルーホールに埋め込まれた第1の埋め込み導電体と、前記第2のスルーホールに埋め込まれた第2の埋め込み導電体と、前記第3のスルーホールに埋め込まれた第3の埋め込み導電体とを形成する埋め込み導電体形成工程と、
前記第1の埋め込み導電体上に開口された第4のスルーホールと、前記第2の埋め込み導電体上に開口された第5のスルーホールと、前記第3の埋め込み導電体上に開口する第6のスルーホールとが形成された、第2の層間絶縁膜を形成する第2の層間絶縁膜形成工程と、
前記第2の層間絶縁膜が形成された前記半導体基板上に第3の導電膜を堆積する第3の導電膜堆積工程と、
前記第4のスルーホールと、前記第5のスルーホールと、前記第6のスルーホールの内部に前記第2の導電膜を残存させるように前記第2の層間絶縁膜上の前記第3の導電膜を除去し、前記第4のスルーホール内に形成された前記第3の導電膜からなるキャパシタ蓄積電極と、前記第5のスルーホール内に形成された前記第3の導電膜からなる第1のコンタクト用導電膜と、前記第6のスルーホール内に形成された前記第3の導電膜からなる第2のコンタクト用導電膜とを形成する導電膜除去工程と
を有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項52】
請求項51記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記導電膜除去工程では、前記半導体基板表面を研磨し、前記第2の層間絶縁膜表面の前記第3の導電膜を除去する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項53】
請求項32乃至52のいずれかに記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記第1の絶縁膜及び前記第1のサイドウォールは、前記スルーホールを形成する際にエッチングストッパーとして機能し、
前記スルーホールは、前記第1の絶縁膜及び前記第1のサイドウォール絶縁膜に自己整合で形成する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項54】
半導体基板上に、第1の導電膜を堆積してパターニングし、前記第1の導電膜からなるゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に不純物を導入し、ソース拡散層及びドレイン拡散層を形成する拡散層形成工程と、
前記ソース拡散層上に開口された第1のスルーホールと、前記ドレイン拡散層上に開口された第2のスルーホールが形成された層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
前記第1のスルーホールより開口径が広く、前記半導体基板上に達しない開口を、前記第1のスルーホールを囲うように前記層間絶縁膜に形成する開口形成工程と、
前記層間絶縁膜が形成された前記半導体基板上に第2の導電膜を堆積する第2の導電膜堆積工程と、
前記第2のスルーホール及び前記開口の内部に前記第2の導電膜を残存させるように前記層間絶縁膜上の前記第2の導電膜を除去し、前記開口内に形成された前記第2の導電膜からなるキャパシタ蓄積電極と、前記第2のスルーホール内に形成された前記第2の導電膜からなる第1のコンタクト用導電膜を形成する導電膜除去工程と、
前記キャパシタ蓄積電極と、前記第1のコンタクト用導電膜とが形成された前記半導体基板上に、キャパシタ誘電体膜となる絶縁膜と、キャパシタ対向電極となる第3の導電膜とを堆積した後、前記第3の導電膜をパターニングし、前記キャパシタ対向電極を形成するキャパシタ対向電極形成工程と
を有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項55】
請求項54記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜形成工程の後に、第4の導電膜を堆積して前記第1のスルーホール及び前記第2のスルーホールを埋め込む第4の導電膜堆積工程を更に有し、
前記開口形成工程では、前記第1のスルーホール内に埋め込まれた前記第4の導電膜よりなる柱状導電体が、前記開口内に突出した状態で残留するように前記開口を形成する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項56】
請求項54又は55記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜形成工程において、前記第1のスルーホール及び前記第2のスルーホールは同時に形成する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項57】
請求項54乃至56のいずれかに記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜形成工程では、前記層間絶縁膜は、エッチング特性の異なる2層以上の絶縁膜よりなる積層膜により形成し、
前記開口形成工程では、前記開口は、前記エッチング特性の異なる絶縁膜間の界面まで開口する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項58】
半導体基板上に、第1の導電膜を堆積してパターニングし、前記第1の導電膜からなるゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に不純物を導入し、ソース拡散層及びドレイン拡散層を形成する拡散層形成工程と、
前記ソース拡散層上に開口された第1のスルーホールと、前記ドレイン拡散層上に開口された第2のスルーホールが形成された層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
前記層間絶縁膜が形成された前記半導体基板上に第2の導電膜を堆積する第2の導電膜堆積工程と、
前記第2の導電膜をパターニングし、前記第1のスルーホールを介して前記ドレイン拡散層に接続されたビット線と、前記第2のスルーホールに埋め込まれた埋め込み導電体とを形成する第2の導電膜パターニング工程と、
前記層間絶縁膜上に、前記埋め込み導電体を介して前記ソース拡散層に接続されたキャパシタ蓄積電極と、前記キャパシタ蓄積電極を覆うキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜を覆うキャパシタ対向電極とを有するキャパシタを形成するキャパシタ形成工程と
を有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項59】
請求項58記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記第2の導電膜堆積工程の後に、前記第2の導電膜上に第1の絶縁膜を堆積する第1の絶縁膜堆積工程を、
前記第2の導電膜パターニング工程の後に、前記ビット線側壁にサイドウォール絶縁膜を形成するサイドウォール絶縁膜形成工程を、更に有し、
前記第2の導電膜パターニング工程では、前記第1の絶縁膜と前記第2の導電膜を同一パターンに加工する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項60】
請求項58記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記第2の導電膜パターニング工程の後に、前記埋め込み導電体上に開口が形成された第2の絶縁膜を形成する第2の絶縁膜形成工程を更に有し、
前記キャパシタ形成工程では、前記キャパシタ蓄積電極を、前記開口の側壁及び底部に選択的に形成する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項61】
請求項54乃至60のいずれかに記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜形成工程は、
前記半導体基板上に、層間絶縁膜を堆積する層間絶縁膜形成工程と、
前記層間絶縁膜上に、前記第1のスルーホール及び前記第2のスルーホールを形成すべき領域に開口が形成され、前記層間絶縁膜とはエッチング特性が異なるエッチングストッパ膜を形成するエッチングストッパ膜形成工程と、
前記エッチングストッパ膜の側壁部に、前記層間絶縁膜とはエッチング特性の異なるサイドウォールを形成するサイドウォール形成工程と、
前記エッチングストッパ膜と前記サイドウォールをマスクとして、前記第2層間絶縁膜をエッチングし、前記第1のスルーホールと、前記第2のスルーホールが形成された前記層間絶縁膜を形成するスルーホール開口工程と
を有することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
【請求項62】
請求項54乃至60のいずれかに記載の半導体記憶装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜形成工程では、前記半導体基板上に前記層間絶縁膜を堆積した後、電子線描画法を用いてパターニングされたフォトレジストをマスクとして前記層間絶縁膜をエッチングし、前記第1のスルーホール及び前記第2のスルーホールを開口する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【図22】
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【図23】
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【図24】
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【図25】
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【図26】
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【図27】
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【図28】
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【図29】
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【図30】
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【図31】
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【図32】
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【図33】
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【図34】
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【図35】
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【図36】
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【図37】
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【図38】
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【図39】
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【図40】
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【図41】
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【図42】
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【図43】
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【図44】
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【図45】
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【図46】
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【図47】
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【図48】
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【図49】
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【図50】
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【図51】
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【図52】
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【図53】
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【図54】
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【図55】
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【図56】
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【図57】
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【図58】
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【図59】
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【図60】
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【公開番号】特開2012−89902(P2012−89902A)
【公開日】平成24年5月10日(2012.5.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−27020(P2012−27020)
【出願日】平成24年2月10日(2012.2.10)
【分割の表示】特願2006−338229(P2006−338229)の分割
【原出願日】平成7年11月29日(1995.11.29)
【出願人】(308014341)富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Fターム(参考)】