JP3168971B2 - バイポーラトランジスタの製造方法 - Google Patents

バイポーラトランジスタの製造方法

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JP3168971B2
JP3168971B2 JP00882898A JP882898A JP3168971B2 JP 3168971 B2 JP3168971 B2 JP 3168971B2 JP 00882898 A JP00882898 A JP 00882898A JP 882898 A JP882898 A JP 882898A JP 3168971 B2 JP3168971 B2 JP 3168971B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に、バイポーラトランジスタのコ
レクタ電極の引き出し構造及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
【0003】従来例に係る半導体装置を図3を用いて説
明する。図3(e)に示すように、従来例に係る半導体
装置においては、エミッタ領域45直下の真性トランジ
スタ領域から、n型埋込層31及びn型拡散層35を用
いてコレクタを表面まで引き出している。
【0004】次に、従来例に係る半導体装置の製造方法
を図3に基づいて説明する。まず、図3(a)に示すよ
うに、p型半導体基板30にn型埋込層31を形成し、
基板全面にn型エピタキシャル層32を成長させる。次
に、シリコンを異方性エッチングして素子分離用の溝を
形成し、熱酸化によりシリコン酸化膜33を素子分離用
溝内に形成し、その素子分離用溝内をBPSG膜34で
埋め込み、その後にシリコン酸化膜を形成し、フォトリ
ソグラフィおよび異方性エッチングにより、コレクタ引
き出し領域のシリコン酸化膜を除去し、高濃度にリンを
拡散させ、n型拡散層35を形成する(図3(b))。
【0005】次に、図3(b)に示すように、シリコン
酸化膜の除去後、基板全面にシリコン酸化膜36を形成
し、基板全面に多結晶シリコン37を形成した後、ボロ
ン等の不純物を多結晶シリコン37に添加し、フォトリ
ソグラフィ及び異方性エッチングにより、ベース引き出
し部の多結晶シリコン37を残し、基板全面にシリコン
窒化膜38を形成する。
【0006】引き続いて図3(c)に示すように、フォ
トリソグラフィ及び異方性エッチングにより、シリコン
窒化膜38および多結晶シリコン37をエッチングして
凹部を形成した後、露出したシリコン酸化膜36を等方
性エッチングして多結晶シリコン37の下に庇部を形成
し、多結晶シリコン40を形成し、庇部を埋め込んだ
後、多結晶シリコン40を等方性エッチングし、露出し
たエピタキシャル層32と多結晶シリコン37と多結晶
シリコン40の表面を酸化して、シリコン酸化膜39を
形成する。
【0007】次に、図3(d)に示すように、熱処理を
行い多結晶シリコン37から多結晶シリコン40および
エピタキシャル層32にボロンを拡散させ、ベース引き
出し領域43を形成し、シリコン酸化膜39を通してボ
ロンのイオン注入を行ってベース領域44を形成し、シ
リコン窒化膜41を形成した後、異方性エッチングによ
り凹部の側壁にのみシリコン窒化膜41を残し、ベース
領域上のシリコン酸化膜39を除去し、多結晶シリコン
42をベース領域上に成長させ、多結晶シリコン42に
砒素等のn型不純物を導入し、フォトリソグラフィおよ
び異方性エッチングにより、エミッタ電極部を残し、熱
処理により多結晶シリコン42から不純物を拡散させエ
ミッタ領域45を形成する。
【0008】次に、図3(e)に示すように、シリコン
酸化膜48を形成し、フォトリソグラフィ及び異方性エ
ッチングにより、シリコン酸化膜48にコンタクトホー
ルを開口した後、全面にタングステンを形成し、タング
ステンをエッチバックして、コンタクトホール内をタン
グステン46で埋め込み、アルミ膜を形成した後、フォ
トリソグラフィおよび異方性エッチングにより、アルミ
膜をパターニングし、ベース及びエミッタ並びにコレク
タの各アルミ電極47を形成する。
【0009】図3に示す従来例は、自己整合プロセスを
採用することにより、エミッタ領域と、その周りのベー
ス領域を小さく形成することができる。
【0010】次に、コレクタ−半導体基板間の寄生容量
を低減することを目的とした半導体装置の構造が特開平
3−4538号公報に開示されている。
【0011】特開平3−4538号に開示された半導体
装置では図4(g)に示すように、p型半導体基板50
に凸型のn型半導体領域を残し、凸型半導体領域の一方
の側面にエミッタ−ベース領域およびエミッタ引き出し
電極を形成し、他の側面にコレクタおよびコレクタ引き
出し電極を形成し、凸型半導体領域の上面にベース引き
出し電極を形成している。
【0012】次に、特開平3−4538号に開示された
半導体装置の製造方法を図4に基づいて説明する。ま
ず、図4(a)に示すように、p型半導体基板50にn
型エピタキシャル層51を成長し、熱酸化によりシリコ
ン酸化膜52を形成し、シリコン窒化膜53、シリコン
酸化膜54を順次積層する。
【0013】次に、図4(b)に示すように、フォトリ
ソグラフィおよび異方性エッチングにより、凸型の半導
体領域を形成する部分以外のシリコン酸化膜52、シリ
コン窒化膜53、シリコン酸化膜54を順次除去する。
【0014】次に、図4(c)に示すように、シリコン
を異方性エッチングし、凸型の半導体領域を形成し、シ
リコン酸化膜54を除去し、熱酸化によりシリコン酸化
膜55を形成し、シリコン窒化膜56を成長させた後、
エッチバックし、凸部の側壁にシリコン窒化膜56を残
す。
【0015】引き続いて図4(d)に示すように、シリ
コン窒化膜56をマスクにして選択酸化を行い、シリコ
ン酸化膜57を形成する。
【0016】次に、図4(e)に示すように、シリコン
窒化膜56を除去し、フォトリソグラフィにより凸部側
壁の一方の側面と上面の一部をマスクするようにレジス
ト58を残し、基板表面に高濃度のイオン注入を行い、
ベース引き出し領域59を形成し、かつ凸部側壁の側面
に低濃度のイオン注入を行い、ベース領域60を形成す
る。
【0017】次に、図4(f)に示すように、n型の多
結晶シリコン61を形成後、エッチバックしてシリコン
酸化膜57の表面に多結晶シリコン61を残し、フォト
リソグラフィおよび異方性エッチングにより多結晶シリ
コン61をパターニングし、エミッタ引き出し電極、コ
レクタ引き出し電極を形成し、シリコン酸化膜52とシ
リコン酸化膜60を除去し、多結晶シリコン62を成長
後、エッチバックして、n型エピタキシャル層51と多
結晶シリコン61の隙間を多結晶シリコン62で埋め込
み、シリコン酸化膜63を形成し、熱処理を行い、コレ
クタ引き出し領域64とエミッタ領域65を形成する。
【0018】最後に、図4(g)に示すように、フォト
リソグラフィおよび異方性エッチングによりシリコン酸
化膜63をエッチングしてコンタクトホールを開口した
後、アルミ膜を形成し、フォトリソグラフィおよび異方
性エッチングにより、アルミ膜をパターニングし、アル
ミ電極66を形成している。図4に示す特開平3−45
38号に開示された半導体装置では、コレクタ引き出し
用の埋込層を必要としない構造になっている。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3に
示す従来例は、自己整合プロセスを採用することによ
り、エミッタ領域と、その周りのベース領域を小さく形
成することができるが、コレクタ電極を外部に引き出す
ために大きな埋込層を必要とし、コレクタと半導体基板
との間の寄生容量が大きくなるという問題がある。
【0020】また、図4に示す半導体装置では、埋込層
がなく、コレクタ−半導体基板の接合面積が小さいた
め、コレクタ−半導体基板間の容量は小さくできるが、
高濃度のベース引き出し領域とコレクタ引き出し領域が
接近しているため、ベース−コレクタ間の容量が増加
し、かつベース−コレクタ間の耐圧が低くなり、さらに
は、エミッタを多結晶シリコンで横方向に長く引き出し
ているため、エミッタ引き出し抵抗が増加するという問
題がある。
【0021】本発明の目的は、バイポーラトランジスタ
のコレクタ−半導体基板間の寄生容量を減少させ動作速
度を高速化するバイポーラトランジスタの製造方法を提
供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るバイポーラトランジスタの製造方法
は、一導電型半導体基板の全面に逆導電型拡散層を形成
する工程と、前記逆導電型拡散層が形成された基板上に
第1のシリコン酸化膜及び第1のシリコン窒化膜を順次
形成する工程と、ベース−エミッタ形成予定領域以外
の、前記第1のシリコン窒化膜,第1のシリコン酸化
膜,逆導電型拡散層,半導体基板の一部を順次異方性エ
ッチングし凸型状の逆導電拡散層を形成する工程と、
基板上に第2のシリコン窒化膜を成長後、第2のシリコ
ン窒化膜を異方性エッチングし、前記凸型状の逆導電型
拡散層に第2のシリコン窒化膜を残す工程と、熱酸化を
行いフィールド部に第2のシリコン酸化膜を形成する工
程と、引き続いて基板上に一導電型の第1の多結晶シリ
コンを成長する工程と、前記第1の多結晶シリコンが形
成された基板上に第3のシリコン酸化膜を成長する工程
と、さらにリフロー性の平坦化膜を成長し、熱処理によ
り平坦化する工程と、前記平坦化膜と第3のシリコン酸
化膜を等速でエッチングし、前記第1の多結晶シリコン
の上部を露出させる工程と、少なくとも前記フィールド
部の第2のシリコン酸化膜上に第1の多結晶シリコンの
膜厚分の多結晶シリコンが残るように、前記第1の多結
晶シリコンを等方性エッチングする工程と、前記平坦化
膜と第3のシリコン酸化膜を除去し、かつ前記第1のシ
リコン窒化膜と第2のシリコン窒化膜を除去して、前記
凸型状の逆導電型拡散層に第2の多結晶シリコンを成長
する工程と、表面に露出している前記第2の多結晶シリ
コンを熱酸化して第3のシリコン酸化膜を形成する工程
と引き続いて基板全面にリフロー性の平坦膜を成長した
後、熱処理によりリフローさせてからエッチバックして
該平坦膜の平坦化を行い、このリフローの熱処理により
前記第1の多結晶シリコンから前記第2の多結晶シリコ
ンに不純物が拡散し、凸型状の逆導電型拡散層にコレク
タ引き出し領域が形成される工程と、コレクタ引き出し
領域が形成された凸型状の逆導電型拡散層の上面にベー
ス領域及びエミッタ領域を形成する工程とを有するもの
である。
【0023】また前記逆導電型拡散層を形成する工程
は、逆導電型のエピタキシャル層を形成するものであ
【0024】また前記逆導電型拡散層を形成する工程
は、逆導電型埋込拡散層を形成した後、逆導電型のエピ
タキシャル層を形成するものである
【0025】
【0026】
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
【0028】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
1に係る半導体装置及びその製造方法を示す図である。
【0029】図に示すように、本発明に係る半導体装置
は基本的構成として、一導電型半導体基板の一主面に、
凸型状の逆導電型半導体領域を有し、前記凸型状半導体
領域の側面の下部全周に接続する多結晶半導体層を有
し、かつ前記半導体基板と前記多結晶半導体層の間に絶
縁膜を有し、さらに、前記凸型状半導体領域を囲み前記
半導体基板と前記多結晶半導体層および前記絶縁膜上に
絶縁膜を有するものである。
【0030】そして、本発明に係る半導体装置の製造方
法は、一導電型半導体基板の全面に逆導電型拡散層を形
成する工程と、前記逆導電型拡散層が形成された基板上
に第1のシリコン酸化膜及び第1のシリコン窒化膜を順
次形成する工程と、ベース−エミッタ形成予定領域以外
の、前記第1のシリコン窒化膜,第1のシリコン酸化
膜,逆導電型拡散層,半導体基板の一部を順次異方性エ
ッチングし凸型状の逆導電型拡散層を形成する工程と、
基板上に第2のシリコン窒化膜を成長後、第2のシリコ
ン窒化膜を異方性エッチングし、前記凸部側壁に第2の
シリコン窒化膜を残す工程と、熱酸化を行いフィールド
部に第2のシリコン酸化膜を形成する工程と、引き続い
て基板上に第1の多結晶シリコンを成長する工程と、前
記第1の多結晶シリコンが形成された基板上に第3のシ
リコン酸化膜を成長する工程と、さらにリフロー性の平
坦化膜を成長し、熱処理により平坦化する工程と、前記
平坦化膜と第3のシリコン酸化膜を等速でエッチング
し、前記第1の多結晶シリコンの上部を露出させる工程
と、少なくとも前記フィールド部の第2のシリコン酸化
膜上に第1の多結晶シリコンの膜厚分の多結晶シリコン
が残るように、前記第1の多結晶シリコンを等方性エッ
チングする工程と、前記平坦化膜と第3のシリコン酸化
膜を除去する工程と、前記第1のシリコン窒化膜と第2
のシリコン窒化膜を全て除去する工程と、少なくとも側
壁に形成した前記第2のシリコン窒化膜の膜厚の1/2
以上の膜厚の第2の多結晶シリコンを成長する工程と、
表面に露出している前記第2の多結晶シリコンを熱酸化
する工程とを行うものである。
【0031】次に、本発明の具体例を実施形態1として
図1に基づいて説明する。
【0032】まず、図1(a)に示すように、p型半導
体基板1の全面にn型不純物をイオン注入および拡散に
より導入して、n型拡散層2を形成し、その後に基板全
面にシリコン酸化膜3、シリコン窒化膜4を順次形成
し、フォトリソグラフィによりベース−エミッタ形成予
定領域にのみレジスト5を残存させる。
【0033】次に、図1(b)に示すように、レジスト
5をマスクとして、シリコン窒化膜4、シリコン酸化膜
3、n型拡散層2、p型半導体基板1の一部を順次異方
性エッチングし、凸型状の逆導電型(n型)半導体拡散
層領域を形成する。
【0034】引き続いて図1(c)に示すように、レジ
スト5を除去した後、凸型状逆導電型半導体拡散層上に
シリコン窒化膜6を成長し、シリコン窒化膜6をエッチ
バックして凸部の側壁にシリコン窒化膜6を残存させ
る。
【0035】次に、図1(d)に示すように、シリコン
窒化膜4とシリコン窒化膜6をマスクとして選択酸化を
行いシリコン酸化膜7を形成し、リンドープの多結晶シ
リコン8を成長し、フォトリソグラフィおよび異方性エ
ッチングにより多結晶シリコン8をパターニングし、そ
の多結晶シリコン8上にシリコン酸化膜9を成長し、シ
リコン酸化膜9上にリフロー性のBPSG膜10を成長
後、熱処理によりリフローしBPSG膜10を平坦化さ
せる。このとき、多結晶シリコン8は、ノンドープ膜を
成長後、イオン注入して形成してもよい。
【0036】さらに、図1(e)に示すように、BPS
G膜10とシリコン酸化膜9を等速でエッチバックし、
多結晶シリコン8の一部上面を露出させ、多結晶シリコ
ン8を等方性エッチングする。このとき、シリコン窒化
膜6に接する多結晶シリコン8が多結晶シリコン8の膜
厚程度残るようにする。
【0037】次に、図1(f)に示すように、BPSG
膜10とシリコン酸化膜9を除去し、かつシリコン窒化
膜4とシリコン窒化膜6を除去し、基板全面に多結晶シ
リコン11を成長する。多結晶シリコン11の膜厚は、
多結晶シリコン8とn型拡散層2の間に生じる隙間の1
/2以上とし、その隙間が多結晶シリコン11で埋まる
ようにする。
【0038】次に、図1(g)に示すように、表面に露
出している多結晶シリコン11を熱酸化しシリコン酸化
膜12を形成する。
【0039】引き続いて図1(h)に示すように、基板
全面にリフロー性のBPSG膜13を成長した後、熱処
理によりリフローさせてからエッチバックしてBPSG
膜13の平坦化を行う。このリフローの熱処理により、
多結晶シリコン8から多結晶シリコン11に不純物が拡
散し、多結晶シリコン8とn型拡散層2は、電気的に接
続可能となる。また、ここで、高エネルギーイオン注入
を行いp型半導体基板1とn型拡散層2の接合付近にn
型不純物を導入し、n型拡散層2の抵抗を下げることも
可能である。
【0040】また、公知の自己整合プロセスにより、ベ
ース、エミッタを形成した後、配線を形成する。例え
ば、シリコン酸化膜14を形成し、多結晶シリコン17
を形成後、ボロン等の不純物を多結晶シリコン17に添
加し、フォトリソグラフィおよび異方性エッチングによ
り、ベース引き出し部の多結晶シリコン17を残し、シ
リコン窒化膜15を形成する。
【0041】次に、フォトリソグラフィおよび異方性エ
ッチングにより、シリコン窒化膜15および多結晶シリ
コン17をエッチングし凹部を形成した後、シリコン酸
化膜14とシリコン酸化膜12とシリコン酸化膜3を等
方性エッチングして多結晶シリコン17の下に庇部を形
成し、多結晶シリコン28を形成し、庇部を埋め込んだ
後、多結晶シリコン28を等方性エッチングし、庇部に
埋め込んだ多結晶シリコン28を残す。
【0042】次に、露出したn型拡散層2と多結晶シリ
コン17と多結晶シリコン28の表面を熱酸化しシリコ
ン酸化膜29を形成する。
【0043】次に、熱処理を行い多結晶シリコン17か
ら多結晶シリコン28およびn型拡散層2にボロンを拡
散させ、ベース引き出し領域23を形成し、シリコン酸
化膜29を通してボロンのイオン注入を行いベース領域
26を形成し、シリコン窒化膜16を形成した後、異方
性エッチングにより凹部の側壁にのみシリコン窒化膜1
6を残し、ベース領域上のシリコン酸化膜29を除去
し、多結晶シリコン18をベース領域上に成長させ、多
結晶シリコン18に砒素等のn型不純物を導入し、熱処
理により不純物を拡散させエミッタ領域27を形成し、
フォトリソグラフィおよび異方性エッチングにより、多
結晶シリコン18をパターニングしてエミッタ引き出し
電極を形成し、シリコン酸化膜19を形成し、フォトリ
ソグラフィおよび異方性エッチングにより、シリコン酸
化膜19にコンタクトホールを開口し、全面にタングス
テンを形成後、タングステンをエッチバックして、タン
グステン20をコンタクトホール内に埋め込み、アルミ
膜を形成後、フォトリソグラフィおよび異方性エッチン
グにより、アルミ膜をパターニングし、アルミ電極21
を形成すると、図1(i)に示す半導体装置となる。
【0044】以上のように本発明の実施形態1において
は、素子領域側面からコレクタ電極を多結晶シリコンに
より引き出すことができる。
【0045】(実施形態2)前記実施形態1におけるn
型拡散層を、高濃度のn型拡散層を形成後にn型エピタ
キシャル層を形成することで構成する場合を本発明の実
施形態2として説明する。
【0046】本発明の実施形態2においては、まず、図
2(a)に示すように、p型半導体基板1に、n型不純
物を導入してn型拡散層70を形成し、その後に基板全
面にn型エピタキシャル層71を形成し、さらに、基板
全面にシリコン酸化膜3、シリコン窒化膜4を順次成長
し、フォトリソグラフィによりベース−エミッタ形成予
定領域にレジスト5を残存させる。
【0047】これ以降の工程を前記実施形態1と同様の
手順で処理することにより、図2(b)に示す半導体装
置を得る。
【0048】図2に示す本発明の実施形態2によれば、
高濃度のn型拡散層を有するため、低濃度のn型拡散層
のみの場合に比べ、コレクタ−半導体基板間の寄生容量
は、やや増加するが、接合面積は小さく、コレクタ−半
導体基板間の寄生容量は従来より小さくできるため、本
発明の目的が達成されることは勿論、コレクタ引き出し
抵抗を低減できるという利点がある。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
レクタを多結晶シリコンで引き出すことにより、コレク
タ−半導体基板の接合面積を小さくすることができ、コ
レクタ−半導体基板間の寄生容量を低減することがで
き、素子の高速化を図ることができる。
【0050】また、エミッタ−ベースは、従来の自己整
合プロセスで形成することができるため、素子特性を低
下させることがない。
【0051】なお、本発明は上記各実施形態に限定され
ず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は
適宜変更され得ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1を工程順に説明する断面図
である。
【図2】本発明の実施形態2を工程順に説明する断面図
である。
【図3】従来例に係る半導体装置の製造方法を工程順に
説明する断面図である。
【図4】別の従来例に係る半導体装置の製造方法を工程
順に説明する断面図である。
【符号の説明】
1 p型半導体基板 2 n型拡散層 3、7、9、12、14、19、29 シリコン酸化膜 4、6、15、16 シリコン窒化膜 5 レジスト 8、11、17、18、28 多結晶シリコン 10、13、24 BPSG膜 20 タングステン 21 アルミ電極 22 コレクタ引き出し領域 23 ベース引き出し領域 26 ベース領域 27 エミッタ領域 70 n型拡散層 71 n型エピタキシャル層

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型半導体基板の全面に逆導電型拡
    散層を形成する工程と、 前記逆導電型拡散層が形成された基板上に第1のシリコ
    ン酸化膜及び第1のシリコン窒化膜を順次形成する工程
    と、 ベース−エミッタ形成予定領域以外の、前記第1のシリ
    コン窒化膜,第1のシリコン酸化膜,逆導電型拡散層,
    半導体基板の一部を順次異方性エッチングし凸型状の逆
    導電拡散層を形成する工程と、 基板上に第2のシリコン窒化膜を成長後、第2のシリコ
    ン窒化膜を異方性エッチングし、前記凸型状の逆導電型
    拡散層に第2のシリコン窒化膜を残す工程と、 熱酸化を行いフィールド部に第2のシリコン酸化膜を形
    成する工程と、 引き続いて基板上に一導電型の第1の多結晶シリコンを
    成長する工程と、 前記第1の多結晶シリコンが形成された基板上に第3の
    シリコン酸化膜を成長する工程と、 さらにリフロー性の平坦化膜を成長し、熱処理により平
    坦化する工程と、 前記平坦化膜と第3のシリコン酸化膜を等速でエッチン
    グし、前記第1の多結晶シリコンの上部を露出させる工
    程と、 少なくとも前記フィールド部の第2のシリコン酸化膜上
    に第1の多結晶シリコンの膜厚分の多結晶シリコンが残
    るように、前記第1の多結晶シリコンを等方性エッチン
    グする工程と、 前記平坦化膜と第3のシリコン酸化膜を除去し、かつ前
    記第1のシリコン窒化膜と第2のシリコン窒化膜を除去
    して、前記凸型状の逆導電型拡散層に第2の多結晶シリ
    コンを成長する工程と、 表面に露出している前記第2の多結晶シリコンを熱酸化
    して第3のシリコン酸化膜を形成する工程と引き続いて
    基板全面にリフロー性の平坦膜を成長した後、熱処理に
    よりリフローさせてからエッチバックして該平坦膜の平
    坦化を行い、このリフローの熱処理により前記第1の多
    結晶シリコンから前記第2の多結晶シリコンに不純物が
    拡散し、凸型状の逆導電型拡散層にコレクタ引き出し領
    域が形成される工程と、 コレクタ引き出し領域が形成された凸型状の逆導電型拡
    散層の上面にベース領域及びエミッタ領域を形成する工
    程とを有することを特徴とするバイポーラトランジスタ
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記逆導電型拡散層を形成する工程は、
    逆導電型のエピタキシャル層を形成するものであること
    を特徴とする請求項に記載のバイポーラトランジスタ
    製造方法。
  3. 【請求項3】 前記逆導電型拡散層を形成する工程は、
    逆導電型埋込拡散層を形成した後、逆導電型のエピタキ
    シャル層を形成するものであることを特徴とする請求項
    に記載のバイポーラトランジスタの製造方法。
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