JPS63284854A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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JPS63284854A
JPS63284854A JP11905487A JP11905487A JPS63284854A JP S63284854 A JPS63284854 A JP S63284854A JP 11905487 A JP11905487 A JP 11905487A JP 11905487 A JP11905487 A JP 11905487A JP S63284854 A JPS63284854 A JP S63284854A
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JP11905487A
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Tomoyuki Furuhata
智之 古畑
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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】 [産業上の利用分野] この発明は半導体集積回路装置に関し、とくにバイポー
ラトランジスタICの素子構造とその製造方法に関する
ものである。
[従来の技術] 従来のバイポーラトランジスタICのバイポーラトラン
ジスタは、高速化、高密度化を実現するために、多結晶
シリコン・エミッタ(場合によってはこれをウオシニト
争エミッタともいう)構造を採用している。第5図はこ
の種のバイポーラトランジスタの構造を示す断面説明図
である。
第5図に示す例えばnpn型バイポーラトランジスタに
おいて、このトランジスタはp型Sl基板1の主表面に
形成されたn型エピタキシャル層2内に形成されている
。n型エピタキシャル層2はコレクタ領域をなし、その
下にはに型埋込み層3が形成されている。また、このn
型エピタキシャル層2にp型ベース領域4が、さらにこ
のp型ベース領域4にに型多結晶Si層5からの拡散に
よりに型エミッタ領域6が形成されている。
また、このn型エピタキシャル層2の別の部分には一型
埋込み層3に達するに型コレクタ拡散層7が形成されて
いる。
なお、8はメ型チャネルストッパ領域、9は素子絶縁分
離膜、20は酸化(S10□)膜、5は前記のに型多結
晶81層5からなる多結晶St・エミッタ電極を形成す
るものであり、12は同じ°くに型多結晶81層からな
るコレクタ電極である。4aは第1ベース領域、4bは
第2ベース領域、4Cはベース電極引出しのためのp小
型拡散層である。
バイポーラトランジスタの動作すなわち各素子及びその
相互間の機能については、すでに周知の知識であるので
、その説明は省略する。
[発明が解決しようとする問題点] 上記のような従来の半導体IC装置におけるバイポーラ
トランジスタにおいては、下記に列挙するような主とし
てベース抵抗及び寄生容量等に起因する2、3の素子特
性上の問題点がある。
(1)従来のバイポーラトランジスタの構造においては
、ベース抵抗r 7及びベース−コレクタb 間容量CcBが高いため、トランジスタの高周波特性が
悪く、とくに動作速度が遅い。
(2)ベース抵抗「 、を低くするにはベース領b 域の不純物濃度を高くすればよい。しかしながら、第5
図に示す従来のバイポーラトランジスタの構造によれば
、p型ベース領域4の不純物濃度は均一であり、電流増
幅率hPEに影響を及ぼすエミッタ領域6下の第1ベー
ス領域4aの不純物濃度によりベース領域4全体の不純
物濃度を決定しなければならない。すなわち、所望のh
FEを得るために必要な第1ベース領域4aの不純物濃
度に合せて第2ベース領域4bの不純物濃度が決まるた
め、ベース抵抗はある程度までしか低くすることができ
ず、バイポーラトランジスタの動作速度を向上するのに
限界がある。
(3)ICの集積度を上げるための素子の微細化に伴う
接合のシャロー化によって、上記ベース抵抗が高くなり
、上記の場合と同様に素子の動作速度を遅くする。
(4)マスクの重ね合わせ精度の限界から、エミッタ電
極5とベース電極引き出しのためのプ型拡散層4Cとの
距離が決められ、ベース領域4の面積の低減には限界が
あり、ベース−コレクタ間容量C及びコレクター基板間
容量CC8等を低減でB きず、トランジスタの高密度化及び高性能化の障害とな
る。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、自己整合的に第2ベース領域を形成し、さら
に第2ベース領域の表面に金属シリサイド層を形成する
ことによりベース抵抗及び寄生容量を小さくして、バイ
ポーラトランジスタの高速動作素子を得ることを目的と
するものである。
[問題点を解決するための手段] この発明の第1の発明に係る半導体装置は、多結晶シリ
コンからなるエミッタ電極が接続されたエミッタ領域を
囲むようにして半導体基板に形成された第1ベース領域
を有する半導体装置において、エミッタ電極の側壁に形
成されたサイドウオールスペーサと、第1ベース領域よ
り不純物濃度が高く、かつサイドウオールスペーサをマ
スクとして第1ベース領域に隣接す′るように形成され
た第2ベース領域とを具備したものである。
また、この発明の第2の発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板中に第1ベース領域、エミッタ領域及
び半導体基板上にこのエミッタ領域と接するような多結
晶シリコンからなるエミッタ電極を形成する工程におい
て、工“ミッタ電極の側壁にサイドウオールを形成する
工程と、エミッタ電極及びサイドウオールスペーサをマ
スクとして不純物を導入し、第1ベース領域に隣接して
この第1ベース領域より不純物濃度の高い第2ベース領
域を自己整合的に形成する工程とを具備するものである
[作用] この発明においては、多結晶S、1からなるエミッタ電
極の側壁にサイドウオールスペーサを形成する構成とし
たから、エミッタ領域と第2ベース領域は第1ベース領
域を介して微小間隔をもって隔離される。また、上記サ
イドウオールスペーサをマスクとして自己整合的に第1
ベース領域に比べ不純物濃度の高い第2ベース領域を形
成することによって、電流増幅率hPEの低下をまねく
ことなく、ベース抵抗r 、を低下させる。さらに、第
b 2ベ一ス領域表面に高融点金属のシリサイド層を選択的
に形成することによって、よりベース抵抗を低下させる
。その上、上記構成により各領域の縮小化が可能となり
、ベース−コレクタ間の容量Cやコレクター基板間の容
量C6S等の寄生容量B の小さい素子が形成される。
[実施例] 以下、この発明の実施例を図によってその製造方法とと
もに説明する。
第1図はこの発明の一実施例を示す半導体装置の断面説
明図であり、1〜9、及び12.20は上記第5図の従
来装置と全く同一のものであるとともにその内部構造も
ほぼ同様のものである。10はりんガラス(P S G
)で形成されたサイドウオールスペーサで、11は金属
シリサイド層である。12は♂型コレクタ拡散層7の上
に形成されたに型多結晶St層からなるコレクタ電極で
ある。
第1図の構成において、メ型第2ベース領域4bはp−
型第1ベース領域4aに比べて不純物(この場合はボロ
ンB)の拡散深さが深く、濃度も高くなるように形成さ
れている。
また、りんガラスPSGからなるサイドウオールスペー
サlOは1型エミッタ領域6の上に設けられたに型多結
晶St層からなるエミッタ電極5の側壁に異方性イオン
エツチング(RI E)によって形成されたものである
。このサイドウオールスペーサIOは上記p型ベース領
域4を自己整合により形成する際に用いられる。
さらに、金属シリサイド層11はチタンTIを堆積した
のち熱処理によってメ型第2ベース領域4bの表面に選
択的に形成されたものである。なお、このプロセスと同
時に、このT1の金属シリサイド層11はエミッタ電極
5及びコレクタ電極12の表面にも同様にして形成され
て図示しない配線パターンとの接続に使用されている。
上記実施例の構造によれば、バイポーラトランジスタの
第1ベース領域4aと第2ベース領域4bとが別個に形
成され、第2ベース領域4bの不純物濃度を第1ベース
領域4aの濃度に比べ高くすることができるため、hF
Eの低下をまねくことなくベース抵抗r 、を低下させ
るとともに、b 第2ベース領域4bの表面に金属シリサイドを形成する
ことによりさらにベース抵抗を低下させ、トランジスタ
の動作速度は向上できる。
また、第2ベース領域4bの位置決めはサイドウオール
スペーサlOをマスクとして自己整合的になされるため
、従来の構造のようにマスクの重ね合せ精度を考慮する
必要はなく、ベース面積を大幅に縮小できる。その結果
、高集積化ができるとともに、ベース−コレクタ間容量
CCB及びコレクター基板間容量C68等の寄生容量を
低減でき、トランジスタを高速化ならしめるという効果
がある。
次に、第2図(a)〜(f)の断面説明図によって第1
図の半導体装置の製造方法を説明する。
■第2図(a)は従来の技術により予備加工されたSt
基板の要部である。p型基板1上にに埋込み層3及びp
中型チャネルストッパ領域8が形成され、その上にn型
エピタキシャル層2及び素子絶縁分離膜9、さらにに型
コレクタ拡散層7が形成されている。なお20は酸化膜
である。
■第2図(b)は、ベース形成領域4ヘボロンBを10
〜25keVでI X 10 〜I X 101101
3a程度イオン打込みを行った後、エミッタ形成領域及
びコレクタ電極形成領域の酸化膜20を選択的に除去し
た後、多結晶81層を全面に0.2〜0.4μm程度堆
積し、この多結晶Si層にひ素Asを50〜80keV
で5×lO〜I X 1011016a程度イオン打込
みを行った後、フォトエツチングにより一型多結晶Si
層よりなるエミッタ電極5及びコレクタ電極12を形成
した状態を示す。
■ついで第2図(C)は(b)で示す表面全体にPSG
(りんガラス)のCVD膜を堆積したのち、異方性イオ
ンエツチング(RI E)法によりエッチバックし、エ
ミッタ電極5及びコレクタ電極12の側壁に選択的にP
SG膜からなるサイドウオールスペーサ10を形成した
状態を示す。このサイドウオールIOの幅は平均的に0
.2〜0.3μmである。
■ひきつづき、第2図(d)は、ベース領域のみ露出す
るようにフォトレジスト13を形成し、サイドウオール
スペーサをマスクとして、ボロンBを25〜60keV
でlXl0 〜5XIQ15c+n″″2程度のイオン
打込みを行った状態を示している。
■さらに、第2図(e)は800〜900℃、20分程
度のアニールもしくは1000〜1050℃、10〜3
0秒のランプアニールを行った状態を示す。
この段階でバイポーラトランジスタの構造が形成される
が、エミッタ領域6及び第2ベース領域4bはそれぞれ
0.05〜0.15μm及び0.1〜0.3μmの深さ
となる。なお、この接合深さは熱処理により所望の深さ
に設定が可能である。
■第2図(f)は第2ベース領域4b、エミッタ電極5
及びコレクタ電極12の表面に金属シリサイド層11が
形成された状態を示す。すなわち。(θ)に示した第2
ベース領域4b上の酸化膜20を除去し、SI基板を露
出した後、基板の全面にチタンをスパッタリングで20
0〜1000人(オングストローム)被着したのち、6
00〜800℃、10〜60秒のランプアニールでチタ
ンのシリサイド化処理を行なう。この場合、Si及び多
結晶Si層が露出している領域のみがシリサイド化され
、他領域はチタンのま\である。さらに、未反応のチタ
ンを硫酸/過酸化水素(H2S04/H20□)溶液も
しくはNHOH/H20゜/H20溶液等により除去す
ることにより不要部のチタンを選択的に除去して、チタ
ンシリサイド(TiSi2)層を形成したものである。
以下、従来法により電極の引出しが行われて前記の効果
を有する半導体装置が得られる。
第3図はこの発明の他の実施例で、同一基板上にバイポ
ーラ素子と0MO8素子とを具備したIC半導体装置す
なわちBl−0MO8I Cの断面説明図である。図に
おいて、1〜12及び20の部分は第1図と同一の符号
を用いた。上記CMO8はNHO2及びPMO8で形成
されている。
バイポーラトランジスタ領域とPMO8)ランジスタ領
域、及びバイポーラトランジスタ領域とバイポーラトラ
ンジスタ領域の分離は、p型基板1上に形成された〆型
埋込み層31と、n型エピタキシャル層2内に形成され
、底部が前記p十型埋込み層31に接触するp型チャネ
ルストッパ領域8と、前記n型エピタキシャル層2表面
に選択的に形成されたフィールド酸化膜15とから構成
されている。
図中、1〜12及び20は第1図の説明で用いた符号と
同一部分を示した。第3図において2aはn型ウェル、
21はp型ウェルである。22及び22aはゲート電極
、23はゲート酸化膜、24及び25はNHO2の(f
型)ソース領域及びドレイン領域、24a及び25aは
NHO2の(n−型)オフセット領域、2B及び27は
PMO8の(p+型)ソース領域及びドレイン領域であ
る。
0MO8を構成するNHO2とPMO3の構造について
は、NHO2が微細化に伴う対ホットエレクトロン対策
と゛してLDD (ライトリ−ドープド ドレイン)構
造を採用したのに対して、PMO8の方は通常の構造に
よって作製されたものである。なお、PMO8もNHO
2と同様にLDD構造とすることに支障はない。
また、バイポーラトランジスタの構成は微細化のため第
1図にみられるコレクタ領域側の第2ベース領域4bを
なくした構造とした以外は第1図と全く同一のものであ
る。
上記各トランジスタの多結晶Si層からなる電極すなわ
ちNHO2のゲート電極22及びPMO9のゲート電極
22a1バイポーラトランジスタのエミッタ電極5及び
コレクタ電極12の側壁にはいずれもサイドウオールス
ペーサIOが形成されている。また、これらの電極表面
と、NHO2のソース/ドレイン24゜25、PMO8
のソース/ドレイン2B、27 、及びパイボ−ラトラ
ンジスタの第2ベース領域4bの表面には第1図と同様
に金属シリサイド層11が形成されている。
次に、第3図の半導体装置の製造方法を第4図の断面説
明図について順次説明する。
(1)まず、第4図(a)はこの半導体装置を製造する
ために予備加工された半導体基板の一部を示す。図にお
いてp型基板1にはn型エピタキシャル層2が形成され
、また基板1とエピタキシャル層2との間にはが型埋込
み層3及びp生型埋込み層31が形成されている。なお
、n十型埋込み層3はバイポーラ素子及びPMO9素子
の形成領域に、また−理込み層31は素子分離領域及び
NMO8素子の形成領域に形成される。
(2)第4図(b)はn型エピタキシャル層2にp型ウ
ェル21及びn型ウェル2aを形成した状態を示す。p
型ウェル21はNMO8素子領域のプ型埋込み層31上
に形成される。同様に、n型ウェル2aはそれぞれPM
O8素子及びバイポーラ素子領域のに型埋込み層3上に
形成される。
(3)第4図(c)は同図(b)の基板にp型チャネル
ストッパ領域8を形成した状態を示す。このp型チャネ
ルストッパ領域8は、イオン打込みとその後の引伸し拡
散とにより、p型ウェル21の周囲及び素子分離領域に
形成される。なお、図中20は酸化膜(810) 、2
8は窒化膜(S13N4)であり、この窒化膜28は素
子形成領域に選択的に形成される。
(4)第4図(d)において、まず、(c)の基板にL
OGOSによる厚いフィールド酸化膜15を成形した状
態であり、このフィールド酸化膜15は素子形成領域以
外の部分に形成される。また第4図(d)はこの後、コ
レクタ拡散領域7を形成した状態をも示す。この方法は
りん(P)をこの部に選択的にイオン打込みを行い、熱
処理して拡散したものである。
(5)第4図(e)において、まずゲート酸化膜23を
150〜400人形成した後、基板全面にボロンのイオ
ン打込みを30〜40key、1×10−1〜2×10
12国−2の条件で行い、0MO8としてのしきい値電
圧vTHの調整を行う。その後、バイポーラトランジス
タ部のベース形成領域のみを開孔とするレジスト膜13
を形成して、ベース領域4を形成するためのボロンのイ
オン打込みを行う、条件はlO〜25keVでI X 
10 〜I X lO’cm−”である。
(6)ついで、第4図(f)においてフォトエツチング
によりエミツタ形成領域6a部及びコレクタ電極形成領
域7a部のゲート酸化膜23の開孔を行ったのち、多結
晶Si層5を0.2〜0.4 p m CV Dにて堆
積する。その後、全面に、50〜80keV’。
5 X 10 〜I X 101Bc+n−2の条件で
′ひ素(As)のイオン打込みを行う。
(7)第4図(g)は、(f)に示したひ素Asをイオ
ン打込みした多結晶Si層5をフォトレジストを用いて
選択的に除去し、多結晶S1のゲート電極22及び22
a、エミッタ電極5及びコレクタ電極12が形成された
状態を示す。
(8)第4図(h)は、(g)の状態の全面にライト酸
化を行ったのち、NMO3領域を除いてフォトレジスト
膜13を形成し、りん(P)の40〜100keV、1
〜5 X 1G’cm−3のイオン打込みをしてざ型拡
散層32を形成した状態である。
(9)第4図(1)は、(h)のレジスト膜13を除去
したのち、CVDでPSG (りんガラス)膜を厚さ0
.4〜0.8μm堆積してからRIEによるエッチバッ
クを行い、各多結晶S1電極22.22a、5.12の
側壁にサイドウオールスペーサlOを形成したのち、全
面をライト酸化した状態を示す。
(10)ついで、第4図(j)に示すように、NMO8
領域を除いてフォトレジスト膜13を形成し、サイドウ
オールスペーサ10をマスクとして、ひ素(As)の8
0〜100keV、5X10〜1×1016CII+−
2のイオン打込みを行いに型拡散層33を形成する。
(11)さらに、第4図(k)に示すように、PMO8
領域を除いてフォトレジスト膜13を形成し、サイドウ
オールスペーサlOをマスクとして、ボロン(B)80
〜100keV、1〜5×1015CI11−2のイオ
ン打込みを行ないp十型拡散層34を形成する。
(12)  (11)のプロセス後、第4図Cll’)
に示すように、バイポーラトランジスタのエミッタ及び
ベース部のみ開孔したフォトレジスト膜13を形成し、
ボロンを25〜80keV、I X 10 〜5 X 
1015CI+−2でイオン打込みを行い、第2ベース
領域4bのt拡散層を形成する。この状態でフォトレジ
スト膜13を除去してから、全面を1000〜1050
℃、10〜30秒のランプ・アニールで高速熱処理を行
う。
(13)ついで、第2図の(f)で説明したと同様の方
法でチタンのシリサイド層を形成するプロセスを実施す
ることにより、第3図に示したB 1−0MO3IC素
子が得られる。
以上、第3図及び第4図で説明したように、この発明は
Bi−0MO8構造のICに適用して、0MO8と同一
基板上にかつ同一プロセスをもって簡単に構成すること
ができる。その結果、上記のように多結晶Si層からな
る電極の側壁にサイドウオールスペーサを備え、かつこ
の電極の表面及び拡散層上を金属シリサイドとすること
により、前述のようなバイポーラ素子の高速化とともに
、0MO8のソース/ドレイン領域が低抵抗化されるた
めに、0MO8の動作速度も向上し、全体的な高速度が
企れる特徴がある。
なお、上記の実施例においては、サイドウオールスペー
サとしてPSG膜を用いたが、この外に5IO2膜、ボ
ロンリンガラス(BPSG)膜、もしくはSiO□膜と
窒化(SIN)膜等の複合膜を用いてもよい。さらに、
エッチバック法に変えて熱酸化等によりサイドウオール
スペーサを形成してもよい。
このほか、シリサイド用の金属としてはチタンの代りに
、モリブデン、タングステン、白金やコバルトなどを用
いても差支えない。そしてシリサイド化の熱処理には、
上記ランプアニールの他に600〜tooo℃で20〜
30分間の熱処理法で行うこともできる。
また、本発明は上述の実施例に限定されず、その要旨を
逸しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでも
ない。
[発明の効果] この発明は以上説明したとおり、バイポーラトランジス
タの第1ベース領域と第2ベース領域とは別個に形成さ
れ、第2ベース領域の不純物濃度が第1ベース領域の不
純物濃度に比べ高くすることができるため、hFEの低
下をまねくことなくベース抵抗r 7を低下させるとと
もに、第2べ一b ス領域表面に金属シリサイド層を形成することによりさ
らにベース抵抗を低下させ、高周波特性の優れた高速動
作素子が実現できる。
さらに、第2ベース領域がサイドウオールスペーサをマ
スクとして自己整合的に形成できるために、マスクの重
ね合わせ精度等を考慮する必要なく、トランジスタの素
子面積を大幅に縮小することができ、寄生容量を減少せ
しめることが可能となる。その結果、トランジスタの高
速化と高密度化を同時に達成することができる。
また、製造工程が簡易であるため、0MO8との複合素
子であるB1−0MO8素子等への応用が可能となる効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す半導体装置の断面説
明図、第2図(a)〜(f)は第1図の半導体装置の製
造方法を示す断面説明図、第3図はこの発明の他の実施
例を示すBi−0MO3I C半導体装置の断面説明図
、第4図(a)〜(fI)は第3図の半導体装置の製造
方法を示す断面説明図、第5図ハ従来のバイポーラトラ
ンジスタの構造を示す断面説明図である。 図において、1はp型半導体基板、2はn型エピタキシ
ャル層、3はn中型埋込み層、4はp型ベース領域、4
aは第1ベース領域、4bは第2ベース領域、4cはp
十型拡散層、5はに型多結晶S1層、6はに型エミッタ
領域、7はに型コレクタ拡散層、8はp十型チャネルス
トッパ領域、9は素子絶縁分離膜、10はサイドウオー
ルスペーサ、11は金属シリサイド層、12はf型多結
晶S1層、13はフォトレジスト、15はフィールド酸
化膜、21はp型つェルs 22.22aはゲート電極
、23はゲート酸化膜、24.25はソース/ドレイン
領域、24a 、 25aは(n−型)オフセット領域
、26.27はソース/ドレイン領域、28は窒化(S
13N4)膜、31はp十型埋込み層、32はn−型拡
散層、33はヤ型拡散層、34はp生型拡散層である。 なお、図中同一符号は1同−又は相当部分を示す。 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士  佐々 木宗治 第 13:フ才 2図  、。 會 t 番 番 条 舎 す シ を トしツ゛スト

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)エミッタ電極が多結晶シリコンからなり、該エミ
    ッタ電極が接続されたエミッタ領域を囲むように半導体
    基板中に形成された第1ベース領域を有する半導体装置
    において、 前記エミッタ電極の側壁に形成されたサイドウォールス
    ペーサと、 前記第1ベース領域より不純物濃度が高く、かつ該サイ
    ドウォールスペーサをマスクとして前記第1ベース領域
    に隣接するように前記半導体基板中に形成された第2ベ
    ース領域とを具備することを特徴とする半導体装置。
  2. (2)半導体基板中に第1ベース領域、エミッタ領域及
    び半導体基板上に該エミッタ領域と接するように多結晶
    シリコンからなるエミッタ電極を形成する工程を有する
    半導体装置の製造方法において、 前記エミッタ電極の側壁にサイドウォールスペーサを形
    成する工程、 前記エミッタ電極及び該サイドウォールスペーサをマス
    クとして不純物を導入し、前記第1ベース領域に隣接し
    て前記第1ベース領域より不純物濃度の高い第2ベース
    領域を自己整合的に形成する工程を具備することを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
JP11905487A 1987-05-18 1987-05-18 半導体装置とその製造方法 Pending JPS63284854A (ja)

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