KR20070001754A - Method for manufacturing semiconductor device having step gate - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 스텝 게이트를 가지는 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.1A to 1F are diagrams illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a step gate according to the prior art.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 스텝 게이트 형성시 발생하는 문제점을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.2 and 3 are views for explaining a problem occurring when forming a step gate according to the prior art.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 따른 스텝 게이트를 가지는 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.4A through 4G are views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a step gate according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
400 : 반도체 기판 428 : 게이트 스택400: semiconductor substrate 428: gate stack
432 : 비트라인컨택노드부 434 : 제1 마스크막 패턴432: bit line contact node portion 434: first mask layer pattern
436 : 스토리지노드부 444 : 제2 마스크막 패턴436: storage node portion 444: second mask layer pattern
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스텝 게이트를 가지는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device having a step gate.
반도체 집적회로에 있어서 메모리 용량의 증가 현상에 따라 단위 면적당 소자의 집적도를 늘리기 위하여 소자의 밀도를 높여야 하는데, 이러한 소자의 밀도는 소자 개개의 크기를 줄이고 소자간 간격을 좁힘으로써 가능하다. 그러나 상기 방법은 디자인 룰의 감소를 가져오게 되어 이에 따라 여러 가지 문제를 유발하고 있다. In semiconductor integrated circuits, the density of devices must be increased in order to increase the density of devices per unit area in accordance with an increase in memory capacity. The density of such devices can be achieved by reducing the size of individual devices and narrowing the spacing between devices. However, this method leads to a reduction in design rules, which causes various problems.
특히, 일반적인 구조인 수평 채널 반도체 소자의 크기를 축소할 경우 채널의 길이가 짧아진다. 소자의 채널의 길이가 짧아지게 되면 단채널 효과(short channel effect)가 발생한다. 이에 따라 종래와 같은 수평 채널 반도체 소자에서는 유효 채널 길이 영역을 확보하기가 점점 어려워지게 된다. 따라서 이러한 구조적 한계를 극복하기 위하여, 통상의 수평 채널 반도체 소자의 채널 영역을 계단식으로 형성하여 유효 채널 길이가 길어지는 반도체 소자로 바꿈으로써 소자의 집적도를 높이고자 하는 연구가 제안되고 있다. In particular, when the size of a horizontal channel semiconductor device having a general structure is reduced, the length of the channel is shortened. If the channel length of the device is shortened, a short channel effect occurs. Accordingly, it is increasingly difficult to secure an effective channel length region in a conventional horizontal channel semiconductor device. Therefore, in order to overcome such structural limitations, a study has been proposed to increase the degree of integration of a device by forming a channel region of a conventional horizontal channel semiconductor device in a stepwise manner to replace the semiconductor device having an effective channel length.
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 스텝 게이트를 가지는 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.1A to 1F are diagrams illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a step gate according to the prior art.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 스텝 게이트 형성시 발생하는 문제점을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.2 and 3 are views for explaining a problem occurring when forming a step gate according to the prior art.
먼저 도 1a를 참조하면, 소자분리막(102)에 의해 활성영역과 소자분리영역으로 구분된 반도체 기판(100) 상에 감광막을 도포하고, 사진식각공정을 실시하여 계단형 프로파일의 형성 영역을 정의하는 스텝마스크 패턴(104)을 형성한다. 계속해서 스텝마스크 패턴(104)을 마스크로 반도체 기판(100)을 식각하여 하부면(A)과 수직면(B) 및 상부면(C)을 포함하는 계단형 프로파일을 형성하고, 스텝마스크 패턴 (104)은 제거한다.First, referring to FIG. 1A, a photosensitive film is coated on a
다음에 도 1b를 참조하면, 계단형 프로파일을 포함하는 반도체 기판(100) 전면에 게이트 절연막(108), 도전막(110), 금속막(112) 및 하드마스크용 질화막(114)을 순차적으로 형성한다. 계속해서 하드마스크용 질화막(114) 상에 감광막을 도포하고 사진식각공정을 통해 스텝 게이트가 형성될 영역을 정의하는 감광막 패턴(116)을 형성한다.Next, referring to FIG. 1B, the
다음에 도 1c를 참조하면, 감광막 패턴(116)을 마스크로 한 식각공정을 수행하여 하드마스크막 패턴(124), 금속막패턴(122), 도전막 패턴(120) 및 게이트 절연막 패턴(118)을 포함하는 계단형 프로파일을 가지는 게이트 스택(126)을 형성한다. 그리고 게이트 스택(126) 측면에 스페이서막(128)을 배치한다.Next, referring to FIG. 1C, an etching process using the
다음에 도 1d를 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 스토리지노드부(130)는 덮고, 비트라인컨택노드부(132)는 노출시키는 개구부를 갖는 마스크막 패턴(134)을 형성한다. 다음에 이 마스크막 패턴(134)과 일부 노출되는 게이트 스택(126)을 이온주입 마스크막으로 셀-할로 이온주입공정을 수행한다. 셀-할로 이온주입은, 반도체 기판(100)의 스토리지노드부(130)는 덮고, 비트라인컨택노드부(132)만을 노출시킨 후에 보론(B)과 같은 반대도전형의 불순물이온을 주입시키는 방법으로서, 디램소자의 리플래시 특성을 향상시키고, 그 외의 소자의 각종 동작특성들을 향상시키는 효과를 나타내는 것으로 잘 알려져 있다.Next, referring to FIG. 1D, a
다음에 도 1e 및 도 1f를 참조하면, 상기 마스크막 패턴(134)을 제거한 후, 하드마스크막 패턴(124)을 마스크로 하여 정션 형성을 위한 이온주입 공정을 두 단 계에 걸쳐 진행한다. 이를 위해 먼저, 도 1e에 도시된 바와 같이, 첫 번째 이온주입을 진행하여 스토리지노드부(130)와 비트라인컨택노드부(132)간에 1차 비대칭 정션 영역(136)을 형성한다. 다음에 도 1f에 도시된 바와 같이, 두 번째 이온주입을 진행하여 스토리지노드부(130)와 비트라인컨택노드부(132)간에 2차 비대칭 정션 영역(138)을 형성한다. 이때, 주입되는 불순물이온으로는 n형 불순물이온을 사용하며, 대표적인 것으로 인(P) 이온을 사용할 수 있다. 이때, 상술한 비트라인컨택노드부(132)에는 셀-할로 이온주입공정을 통해 보론(B)이온이 주입된 상태에서 n형 불순물이온을 주입하면서, 비트라인컨택노드부(132)과 스토리지노드부(130)에 비대칭적인 정션 프로파일(138)이 형성된다.1E and 1F, after removing the
한편, 도 2를 참조하면, 이렇게 형성된 계단형 프로파일을 가지는 게이트 스택(126)은 비트라인컨택노드부(132)에 불순물 이온을 주입한 상태에서 상술한 정션 형성을 위한 이온주입 공정을 두 단계에 걸쳐 진행하면서 비트라인컨택노드부(132)에 n형 불순물과 p형 불순물이 경계를 이루면서 정션 아일랜드(junction island)(200)가 생성되어 스토리지노드부(130)와의 정션 깊이가 유사하게 형성되면서 소스/드레인간 펀치 스루(punch-through) 특성이 열화된다. 이에 따라 정션 아일랜드(200)가 발생하는 현상을 제거하기 위해 이온주입공정을 종래 2단계에서 1단계로 변경하고 높은 에너지로 이온주입을 진행하는 방법이 제시되었다. 이 경우, 도 3을 참조하면, 이온주입공정을 종래 2단계에서 1단계로 변경하고 높은 에너지로 이온주입을 진행할 경우, 정션 아일랜드(200)를 제거하는 효과는 있지만, 종래 2단계로 이온주입을 진행할 때보다 높은 에너지로 이온주입을 진행하면서 전계가 증가 하여 디램(DRAM)의 리프레시 특성이 열화되는 문제가 발생한다. Meanwhile, referring to FIG. 2, in the
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 셀-할로 이온주입공정을 개선하여 비트라인컨택영역과 스토리지노드컨택영역의 정션 프로파일을 최적화하여 리프레시 타임을 개선하는 스텝 게이트를 가지는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device having a step gate that improves the refresh time by improving the cell-halo ion implantation process to optimize the junction profile of the bit line contact region and the storage node contact region. have.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 스텝 게이트를 가지는 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 기판 상에 스텝마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 스텝마스크 패턴을 마스크로 하여 상기 반도체 기판을 식각하여 하부면, 수직면 및 상부면을 포함하는 계단형 프로파일을 형성하는 단계, 상기 계단형 프로파일과 중첩하는 게이트 스택을 형성하는 단계; 상기 게이트 스택 상에 비트라인컨택노드부를 노출시키는 제1 마스크막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 마스크막 패턴을 마스크로 상기 비트라인컨택노드부에 제1 이온주입을 수행하고, 상기 제1 마스크막 패턴은 제거하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 제2 이온주입을 수행하는 단계; 상기 게이트 스택 상에 상기 비트라인컨택노드부를 차단하는 제2 마스크막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제2 마스크막 패턴을 마스크로 상기 비트라인컨택노드부를 제외한 나머지 영역에 제3 이온주입을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a method of manufacturing a semiconductor device having a step gate according to the present invention, forming a step mask pattern on the semiconductor substrate, by etching the semiconductor substrate using the step mask pattern as a mask Forming a stepped profile comprising a face, a vertical face, and a top face; forming a gate stack overlapping the stepped profile; Forming a first mask layer pattern exposing a bit line contact node portion on the gate stack; Performing first ion implantation into the bit line contact node with the first mask layer pattern as a mask, and removing the first mask layer pattern; Performing a second ion implantation on the semiconductor substrate; Forming a second mask layer pattern on the gate stack to block the bit line contact node; And performing a third ion implantation into the remaining region except for the bit line contact node portion using the second mask layer pattern as a mask.
본 발명에 있어서, 비트라인컨택노드부에 제1 이온주입을 수행하는 단계에서 는, n형 또는 p형의 불순물 가운데 하나를 이용할 수 있다.In the present invention, in the step of performing the first ion implantation into the bit line contact node, one of n-type or p-type impurities may be used.
상기 제2 이온주입은, n형의 불순물을 주입하는 것이 바람직하다.The second ion implantation is preferably implanted with n-type impurities.
상기 비트라인컨택노드부을 제외한 나머지 영역에 제3 이온주입을 수행하는 단계에서는, n형의 불순물을 주입하는 것이 바람직하다.In the step of performing the third ion implantation in the remaining region except for the bit line contact node, it is preferable to implant an n-type impurity.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 실시예에 따른 스텝 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.4A through 4G are views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a step gate according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 4a를 참조하면, 소자분리막(402)에 의해 활성영역과 소자분리영역으로 구분된 반도체 기판(400) 상에 감광막을 도포하고, 사진식각공정을 실시하여 계단형 프로파일의 형성 영역을 정의하는 스텝마스크 패턴(404)을 형성한다. First, referring to FIG. 4A, a photosensitive film is coated on a
다음에 도 4b를 참조하면, 스텝마스크 패턴(404)을 식각마스크로 하여 반도체 기판(400)을 식각하면 하부면(A)과 수직면(B) 및 상부면(C)을 포함하는 계단형 프로파일이 형성되고, 상기 수직면(B)은 이후 채널이온주입공정을 통하여 수직 채널 영역이 된다. Next, referring to FIG. 4B, when the
다음에 도 4c를 참조하면, 계단형 프로파일을 포함하는 반도체 기판(400) 전 면에 게이트 절연막(408), 도전막(410), 금속막(412) 및 하드마스크막(414)을 순차적으로 형성한다. 여기서 게이트 절연막(408)은 열공정을 이용하여 산화막으로 형성할 수 있고, 도전막(410)은 폴리실리콘 등을 도포하여 폴리실리콘막으로 형성할 수 있다. 또한, 금속막(412)은 텅스텐실리사이드(WSix)막으로 형성할 수 있고, 하드마스크막(414)은 질화막으로 형성할 수 있다. 계속해서 하드마스크막(414) 상에 감광막을 도포하고 사진식각공정을 통해 스텝 게이트가 형성될 영역을 정의하는 감광막 패턴(416)을 형성한다.Referring next to FIG. 4C, the
다음에 도 4d를 참조하면, 감광막 패턴(416)을 마스크로 한 식각공정을 실시하여 게이트 스택(428)을 형성한다. 게이트 스택(428)은 하드마스크막패턴(424), 금속막패턴(422), 도전막패턴(420) 및 게이트절연막패턴(418)을 포함하여 형성할 수 있다. 한편 상기 게이트 스택(428)을 형성하면, 측벽 부분의 도전막이 노출된다. 이에 따라 후속하는 습식 공정시 게이트 스택(428)은 식각성 용액에 손상을 입을 염려가 있고, 또한 이후 형성될 게이트 스페이서용 절연막과 도전막패턴(420) 사이에 밀착성이 약해 들뜸(lifting)현상이 발생할 수 있다. 이에 따라 게이트절연막패턴(418)의 상부와 도전막패턴(420)의 측벽을 산화시키는 공정을 실시하여 측벽산화막(426), 예를 들어 게이트폴리산화막 등을 더 형성함으로써 이를 방지할 수 있다. 이어서 게이트 스택(428) 전면에 스페이서용 절연막으로서 질화막을 형성한 후, 소정의 공정을 거쳐 게이트 스택(428) 측벽에 스페이서 질화막(430)을 배치한다. 이후 감광막 패턴(416)은 통상의 스트립(strip) 방법을 사용하여 제거된다. Next, referring to FIG. 4D, an etching process using the
다음에 도 4e를 참조하면, 게이트 스택(428)을 포함하는 반도체 기판(400)에 감광막을 도포한 후, 사진식각공정을 진행하여 제1 마스크막 패턴(434)을 형성한다. 제1 마스크막 패턴(434)은 반도체 기판(400)의 활성영역 중 비트라인컨택노드부(432)를 노출시키는 개구부를 갖는다. 반면에 반도체기판(400)의 활성영역 중에서 스토리지노드부(436)는 제1 마스크막 패턴(436)에 의해 덮인다.Next, referring to FIG. 4E, after the photoresist is coated on the
이후 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 제1 마스크막 패턴(436)을 이온주입마스크막으로 하여 제1 이온주입공정을 수행하여 반도체 기판(400)의 비트라인컨택노드부(432)에 불순물이온을 주입한다. 주입되는 불순물이온으로는 n형 또는 p형의 불순물 가운데 하나를 이용하며, 대표적인 것으로 보론(B) 또는 인(P) 이온을 사용할 수 있다. 이와 같은 제1 이온주입에 의해 반도체 기판(400)의 비트라인컨택노드부(432)에 불순물영역(438)이 형성된다. 여기서 제1 이온주입은, 반도체 기판(400)의 스토리지노드부(436)는 덮고, 비트라인컨택노드부(432)만을 노출시킨 후에 보론(B)과 같은 반대도전형의 불순물이온을 주입하여 디램소자의 리플래시 특성을 향상시키고, 그 외의 소자의 각종 동작특성들을 향상시키는 효과를 나타낸다. 제1 이온주입을 수행한 후에는 제1 마스크막 패턴(434)을 제거한다. 한편 상기 제1 이온주입을 수행하기 전에, 혹시 있을지도 모르는 감광막 잔류물 제거공정을 먼저 수행할 수도 있다.Subsequently, as indicated by arrows in the drawing, impurity ions are applied to the bit line
다음에 도 4f를 참조하면, 게이트 스택(428)을 포함하는 반도체 기판(400)의 활성영역 중 스토리지노드부(436) 및 비트라인컨택노드부(432)를 노출시키는 개구부에 제2 이온주입을 수행하여 정션 프로파일(440, 442)을 형성한다. 여기서 주입되는 불순물이온으로는 n형 불순물이온을 사용하며, 대표적인 것으로 인(P) 이온을 사용할 수 있다. 여기서 비트라인컨택노드부(432)의 정션 프로파일(440)은 제1 이온주입 진행시 p형 불순물을 주입할 경우, 제2 이온주입으로 n형 불순물을 주입하면서 n형과 p형 영역에 경계면이 생성되어 정션 아일랜드(도시하지 않음)가 발생할 수 있다. 이에 따라 후속 공정에서 상기 정션 아일랜드를 제거하기 위한 이온주입을 진행한다.Referring next to FIG. 4F, a second ion implantation is applied to an opening that exposes the
도 4g를 참조하면, 게이트 스택(428)을 포함하는 반도체 기판(400)에 감광막을 도포한 후, 사진식각공정을 진행하여 제2 마스크막 패턴(444)을 형성한다. 상기 제2 마스크막 패턴(440)은 반도체 기판(400)의 활성영역 중 스토리지노드부(436)를 노출시키는 개구부를 갖는다. 반면에 반도체기판(400)의 활성영역 중에서 비트라인컨택노드부(432)는 제2 마스크막 패턴(444)에 의해 덮인다. 이에 따라 종래에서는 비트라인컨택노드부(432)에 이온주입이 반복하여 진행되어 스토리지노드부(436) 및 비트라인컨택노드부(432)간에 불순물이 주입되는 도핑 프로파일이 달라지면서 발생하는 정션 아일랜드(200, 도 2참조)를 제거할 수 있고, 상기 정션 아일랜드에 의해 발생하는 펀치 스루 현상도 개선할 수 있다. 또한, 정션 아일랜드를 제거하기 위해 고농도로 이온주입을 진행하여, 전계가 증가하면서 누설전류가 발생하게 되어 리프레시 타임이 감소하는 효과도 방지할 수 있다.Referring to FIG. 4G, after the photoresist is coated on the
이후 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 제2 마스크막 패턴(444)을 이온주입마스크막으로 한 정션 이온주입으로 반도체 기판(400)의 스토리지노드부(436)에 제3 이온주입공정을 진행하여 정션 프로파일(444, 448)을 형성한다. 여기서 주입되는 불순물이온으로는 n형 불순물이온을 사용하며, 대표적인 것으로 인(P) 이온 을 사용할 수 있다. 제3 이온주입을 수행한 후에는 제2 마스크막 패턴(444)을 제거한다. 한편 상기 제3 이온주입을 수행하기 전에, 혹시 있을지도 모르는 포토레지스트 잔류물 제거공정을 먼저 수행할 수도 있다. Subsequently, as indicated by arrows in the drawing, a junction ion implantation using the second
본 발명에 따른 스텝 게이트를 가지는 반도체 소자는, 종래 기술에서는 셀-할로 이온주입 공정 및 정션 형성이온주입공정을 진행하여 비트라인컨택노드부 및 스토리지노드부 간에 비대칭적인 정션이 형성되면서 소스/드레인간 펀치 스루 특성이 열화되는 반면, 본 발명에서는 비트라인컨택노드부를 덮는 마스크막 패턴을 이용하여 이온주입을 진행함으로써 비트라인컨택노드부 및 스토리지노드부 간에 정션 프로파일을 최적화하여 리프레시 타임이 증가시킬 수 있고, 펀치 스루 특성을 개선할 수 있다.In the prior art, the semiconductor device having the step gate according to the present invention performs a cell-halo ion implantation process and a junction formation ion implantation process to form an asymmetric junction between the bit line contact node portion and the storage node portion, and thus, between the source and the drain. While the punch-through property is deteriorated, in the present invention, the ion implantation is performed using a mask layer pattern covering the bit line contact node to optimize the junction profile between the bit line contact node and the storage node to increase the refresh time. The punch through characteristics can be improved.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아지고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of the invention.
예를 들어, 상술한 실시예에서는 스텝 게이트를 가지는 반도체 소자에 대하여 기술하였으나, 플래너(planar) 및 리세스 게이트를 가지는 반도체 소자에도 이용할 수 있다. For example, in the above-described embodiment, a semiconductor device having a step gate has been described, but it can also be used for a semiconductor device having a planar and a recess gate.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스텝 게이트를 가지는 반도체소자의 제조방법에 의하면, 이온주입공정방법을 개선하여 비트라인컨택영역 및 스토 리지노드컨택간에 정션 프로파일을 최적화하여 리프레시 타임이 증가시킬 수 있고, 펀치 스루 특성을 개선할 수 있다.As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device having a step gate according to the present invention, the ion implantation process method can be improved to optimize the junction profile between the bit line contact region and the storage node contact to increase the refresh time. And punch-through characteristics can be improved.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050057388A KR20070001754A (en) | 2005-06-29 | 2005-06-29 | Method for manufacturing semiconductor device having step gate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050057388A KR20070001754A (en) | 2005-06-29 | 2005-06-29 | Method for manufacturing semiconductor device having step gate |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20070001754A true KR20070001754A (en) | 2007-01-04 |
Family
ID=37869092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020050057388A KR20070001754A (en) | 2005-06-29 | 2005-06-29 | Method for manufacturing semiconductor device having step gate |
Country Status (1)
Country | Link |
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KR (1) | KR20070001754A (en) |
-
2005
- 2005-06-29 KR KR1020050057388A patent/KR20070001754A/en not_active Application Discontinuation
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