JP3179794B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高集積・高速動作を
可能とするラテラルPNPトランジスタに係る半導体装
置およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のラテラルPNPトランジスタの製
造方法を図5(A)〜(D)に示し、以下順を追って説
明する。
【0003】まず、図5(A)に示すように、P- 型シ
リコン基板201上にN+ 型埋め込み拡散層202を形
成し、このN+ 型埋め込み拡散層202上にN- 型エピ
タキシャル層の島領域203a,203bを形成すると
ともに、残りのP- 型シリコン基板201上及びN+
埋め込み拡散層202上に素子分離酸化膜204を形成
する。その後、N- 型エピタキシャル層の島領域203
a,203bと素子分離酸化膜204上に厚さ約300
0Åの多結晶シリコン205を形成し、表面に厚さ20
0Å程度のパッド酸化膜206を形成したのち、窒化膜
207をエミッタ電極部208a、コレクタ電極部20
8b、ベース電極部208cに選択的に形成する。
【0004】次に、図5(B)に示すように、多結晶シ
リコン205を選択酸化し、多結晶シリコン酸化膜20
9により分割された多結晶シリコン205a,205
b,205cを得る。
【0005】次に、ベース電極部208cの窒化膜20
7を図5(C)に示すように選択的に除去し、ベース電
極部の多結晶シリコン205cに燐をイオン注入し、熱
処理を行なって、N+ 型拡散層210を形成する。その
後、エミッタ電極部の多結晶シリコン205aとコレク
タ電極部の多結晶シリコン205bに窒化膜207を介
して硼素を1〜5×1015原子/cm2 程度イオン注入
し、さらに900℃程度の温度でアニールを行なって、
エミッタ電極部の多結晶シリコン205aとコレクタ電
極部の多結晶シリコン205b中の硼素原子濃度を均一
化する。
【0006】次いで、熱処理を更に加えることにより、
図5(D)に示すように、P+ 拡散層211a,211
bをエミッタ電極部の多結晶シリコン205aとコレク
タ電極部の多結晶シリコン205bからの拡散により島
領域203a内にそれぞれ形成する。ここでP+ 拡散層
211aがラテラルPNPトランジスタにおけるエミッ
タとして、またP+ 拡散層211bがコレクタとして動
作する領域となる。その後、コンタクトホールを開口し
た後、ベース電極部の多結晶シリコン205c上に多結
晶シリコン212を形成し、さらに金属電極213a,
213b,213cの形成を行ないラテラルPNPトラ
ンジスタが完成する。
【0007】実際に、ラテラルPNPトランジスタを集
積回路の要素素子として用いる場合は、NPNトランジ
スタと一緒に使用されることが殆どである。従って、ラ
テラルPNPトランジスタを実現する製造方法は、同時
に作製するNPNトランジスタの製造方法を利用して行
なわれるのが普通である。ここで述べた従来技術による
ラテラルPNPトランジスタの製造方法は、特開昭63
−261746号公報に記載された高性能NPNトラン
ジスタの製造方法を利用したものである。したがって、
前記ラテラルPNPトランジスタは、上記公報の製造方
法において、不活性ベースであるP+ 拡散層を、当該ラ
テラルPNPトランジスタのエミッタ及びコレクタとす
る構造を有するものである。
【0008】尚、前記従来技術の説明においては、P+
拡散層211aをエミッタ、又P+ 拡散層211bをコ
レクタとして説明したが、構造の対称性からも理解でき
るよに、P+ 拡散層211aをコレクタ、又P+ 拡散層
211bをエミッタとして用いても、同等の性能が得ら
れることは明らかである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べた従来のラテラルPNPトランジスタの構造及び製造
方法に於ては、以下に示す問題点があった。
【0010】即ち、先にも述べたように、従来技術によ
るラテラルPNPトランジスタは、前記公報の製造方法
における不活性ベースであるP+ 拡散層を、ラテラルP
NPトランジスタのエミッタ及びコレクタとするもので
あるため、拡散深さ(図5(D)にXjで示す)を大き
くし、且つベース幅(図5(D)にWB で示す)を縮小
して、ラテラルPNPトランジスタの高性能化を自由に
行なうことはできなかった。このことは、前記公報の製
造方法によりNPNトランジスタを作製するとき、大き
なXjはコレクタ・ベース間接合寄生容量の増大を招
き、又ベース幅の縮小はエミッタと不活性ベース間距離
の減少のためにエミッタ・ベース接合耐圧低下を引き起
こすことを考慮すれば、理解できる。したがって、従来
技術により得られるラテラルPNPトランジスタは、N
PNトランジスタと同時に作製した場合、直流電流増幅
率において1〜10、又遮断周波数において数十メガヘ
ルツとなり、NPNトランジスタの直流電流増幅率が5
0〜150、遮断周波数が十数ギガヘルツであることと
比較して著しく劣る性能しか得られなかった。
【0011】この発明は上記の点に鑑みなされたもの
で、ラテラルPNPトランジスタのエミッタとコレクタ
領域の拡散深さ及びベース幅をNPNトランジスタから
の制限を受けることなく自由に設定することができ、大
幅にラテラルPNPトランジスタの性能向上を図ること
ができる半導体装置およびその製造方法を提供すること
を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明では、半導体基
体上に左右一対多結晶シリコン層パターンを形成し、こ
の多結晶シリコン層パターン間の基体部に、各多結晶シ
リコン層パターンの端部に隣接して溝を掘り、この溝を
埋込み部材で埋め、この埋込み部材と前記多結晶シリコ
ン層パターンからの不純物拡散で左右一対の拡散層を半
導体基体内に形成する。また、側壁窒化膜(サイドウォ
ール)を除去した部分の前記基体をエッチングして前記
溝を掘り、前記埋込み部材を埋め、前記拡散層を形成す
る。
【0013】
【作用】上記この発明においては、多結晶シリコン層パ
ターンからの不純物拡散で形成される拡散層部分の深さ
が、NPNトランジスタとの関連で制限されても、埋込
み部材からの不純物拡散で形成される拡散層により、前
記拡散層部分より深く、かつ任意の深さにラテラルPN
Pトランジスタのエミッタ・コレクタ領域を形成するこ
とが可能となる。
【0014】また、多結晶シリコン層パターンからの不
純物拡散で形成される左右一対の拡散層部分の間隔が、
同様にNPNトランジスタとの関連で制限されても、前
記拡散層の内側に連続して、埋込み部材からの不純物拡
散で拡散層が形成されるので、左右一対の拡散層間の間
隔(ベース幅)は従来に比較し縮小される。さらに、側
壁窒化膜(サイドウォール)を除去した部分の半導体基
体をエッチングして溝を掘り、その溝に前記埋込み部材
を埋込み、周囲に不純物拡散で前記内側の拡散層を形成
することにより、該拡散層部分の幅を前記側壁窒化膜の
幅で任意に制御でき、付随して、ベース幅を前記側壁窒
化膜の幅で任意に制御できる。
【0015】
【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1および図2はこの発明の第1の実施例を工程
順に示す断面図であり、まずこの第1の実施例を製造工
程順に説明する。
【0016】まず、図1(A)に示すように、P- 型シ
リコン基板101上にN+ 型埋め込み拡散層102を形
成し、このN+ 型埋め込み拡散層102上にN- 型エピ
タキシャル層の島領域103a,103bを形成すると
ともに、残りのP- 型シリコン基板101上及びN+
埋め込み拡散層102上に素子分離酸化膜104を形成
する。その後、N- 型エピタキシャル層の島領域103
a,103bと素子分離酸化膜104上に厚さ約300
0Åの多結晶シリコン105を形成し、その表面に厚さ
200Å程度のパッド酸化膜106を形成し、更にはそ
の上にCVD技術を用いて厚さ約2000Åの窒化膜1
07を形成する。さらにその窒化膜107上に、厚さ約
5000ÅのCVD酸化膜108a,108b,108
cをエミッタ電極部109a、コレクタ電極部109
b、ベース電極部109cの各々において選択的に形成
する。
【0017】次に、半導体基体上の全面に厚さ約500
0Åの窒化膜を生成した後、公知のRIE技術を用いて
エッチバックすることにより、図1(B)に示すよう
に、前記CVD酸化膜108a,108b,108cの
側壁に側壁窒化膜110a〜110fを形成する。この
時、CVD酸化膜108a,108b,108cおよび
側壁窒化膜110a〜110fで覆われていない部分の
窒化膜107が除去されて、該領域に、パッド酸化膜1
06が露出する。
【0018】次に、公知のホトリソ技術により、図1
(C)に示すように側壁窒化膜110b,110cを覆
うレジスト111をパターン形成した後、公知のCF4
ガス等を用いたドライエッチングにより、レジスト11
1で覆われていない側壁窒化膜110a,110d,1
10e,110fをエッチングして除去する。
【0019】次に、レジスト111を除去した後、残存
する窒化膜107および側壁窒化膜110b,110c
を耐酸化性マスクとして多結晶シリコン105を選択的
に酸化し、図1(D)に示すように多結晶シリコン酸化
膜112a〜112dを得ると同時に、多結晶シリコン
105をエミッタ電極多結晶シリコン105a、コレク
タ電極多結晶シリコン105bおよびベース電極多結晶
シリコン105cの複数部分に分割する。
【0020】次に、公知のホトリソ技術により形成した
レジストパターン(図示せず)をマスクにして、ベース
電極多結晶シリコン105cにCVD酸化膜108cお
よび窒化膜107とパッド酸化膜106を介して燐原子
を1〜2×1016原子/cm2 程度、イオン注入により導
入する。尚、この時、CVD酸化膜108cおよび窒化
膜107を除去してから、前記イオン注入を行なっても
よい。
【0021】次に、側壁窒化膜110b,110cと、
その下の窒化膜107端部を公知の方法、例えば約16
0℃の熱リン酸を用いてエッチング除去した後、露出し
たパッド酸化膜106の端部を緩衝HF等を用いてエッ
チング除去して、エミッタ電極多結晶シリコン105a
とコレクタ電極多結晶シリコン105bの対向側端部表
面を露出させる。更に、公知のRIE技術を用いて、前
記露出した多結晶シリコン端部を概略垂直にエッチング
し、さらにN- 型エピタキシャル層の島領域103aを
エッチングすることにより、図2(A)に示すように、
該島領域103aに幅が0.2〜0.3μmの垂直な溝
113を左右一対形成する。
【0022】次に、厚みが5000Å程度の多結晶シリ
コンを全面に付着形成した後、エッバックして、図2
(B)に示すように溝113を多結晶シリコン114で
埋め戻した後、該多結晶シリコン114表面をCVD酸
化膜又は熱酸化によるキャップ酸化膜115で覆う。
【0023】次に、公知のホトリソ技術により形成した
レジストパターン(図示せず)をマスクにして、エミッ
タ電極多結晶シリコン105aとコレクタ電極多結晶シ
リコン105b並びに、溝内部の多結晶シリコン114
に、キャップ酸化膜115あるいはCVD酸化膜108
a,108bと窒化膜107およびパッド酸化膜106
を介して硼素原子を1〜5×1015原子/cm2 程度、イ
オン注入により導入する。尚、この時、CVD酸化膜1
08a,108bおよび窒化膜107の全て、又はそれ
らの一部を除去してから、前記イオン注入を行なっても
よい。
【0024】次に、900℃程度の温度でアニールを行
なって、エミッタ電極多結晶シリコン105aとコレク
タ電極多結晶シリコン105b並びに多結晶114中の
硼素原子濃度を均一化する。尚、この均一化アニールは
必要に応じて行ない、省略してもよい。
【0025】次いで、熱処理を更に加えることにより、
図2(B)に示すように、P+ 拡散層116a,116
bをエミッタ電極多結晶シリコン105aとコレクタ電
極多結晶シリコン105bからの不純物拡散により島領
域103a中に形成する。又、この時、同時に、硼素原
子が導入された、溝内部のP+ 型多結晶シリコン114
からの不純物拡散で、それらの周囲の島領域103a内
にP+ 拡散層117a,117bが形成される。更に、
この間の熱処理により、ベース電極多結晶シリコン10
5cからの不純物拡散で、島領域103bにN+ 型拡散
層118が形成される。
【0026】その後、図2(C)に示すように、各電極
多結晶シリコン105a,105b,105c上にコン
タクトホールを開口した後、それらの多結晶シリコン1
05a,105b,105cに接続されるように金属電
極119a,119b,119cを形成して、この発明
の第1の実施例のラテラルPNPトランジスタを完成さ
せる。
【0027】このラテラルPNPトランジスタを構造的
に要部のみ簡単に説明すると、半導体基体上に左右一対
多結晶シリコン(多結晶シリコンパターン)105a,
105bが設けられ、その多結晶シリコン105a,1
05b間の基体部(島領域103a)に、前記多結晶シ
リコン105a,105bの各端部に隣接して多結晶シ
リコン114が埋込まれ、この多結晶シリコン114の
周囲と前記多結晶シリコン105a,105bの下に連
続して左右一対P+ 拡散層が形成されるといえる。そし
て、P+ 拡散層は、一方の埋込み多結晶シリコン114
の周囲に形成された図2(C)のP+ 拡散層117aが
ラテラルPNPトランジスタにおけるエミッタとして、
また他方の埋込み多結晶シリコン114の周囲に形成さ
れたP+ 拡散層117bがコレクタとして動作する領域
となり、それらに接続されて多結晶シリコン105a,
105bの下に形成されたP+ 拡散層116a,116
bは、エミッタおよびコレクタに繋がる低抵抗接続領域
として働く。なお、構造の対称性からも理解できるよう
に、P+ 拡散層117aをコレクタ、又P+ 拡散層11
7bをエミッタとして用いても、同等の性能が得られる
ことは明らかである。
【0028】なお、上記の製造方法の説明においては、
溝113内部に埋め込む多結晶シリコンとして硼素原子
が含まれていない、所謂ノンドープ多結晶シリコンを用
いて、後で硼素原子をイオン注入により導入する方法を
説明したが、溝113内部を埋め込む多結晶シリコンと
して、硼素原子を含む所謂ドープドP+ 多結晶シリコン
を用いて行なうことも可能である。
【0029】図3および図4はこの発明の第2の実施例
を工程順に示す断面図である。上述した第1の実施例で
は、島領域103aに形成された溝113を埋込む埋込
み部材として多結晶シリコンを用いたが、この第2の実
施例ではBSG膜(硼素原子を含むCVD酸化膜)を用
いる。
【0030】この第2の実施例では、図3(A)〜
(D)および図4(A)に示すように、溝113を形成
するまでは第1の実施例と同一工程を進める。これら同
一工程については、図3(A)〜(D)と図4(A)中
の図1および図2と同一部分に、図1および図2と同一
符号を付して説明を省略する。
【0031】溝113を形成したならば、次に、公知の
CVD技術を用いて、厚みが5000Å程度のBSG膜
を全面に付着形成した後、公知のRIE技術を用いてエ
ッチバックすることにより、溝113を図4(B)に示
すようにBSG膜120で埋め戻す。この時、CVD酸
化膜108a〜108cのすべてを除去し、かつ多結晶
シリコン酸化膜112a〜112dの一部を除去して窒
化膜107が露出するまでエッチングする様にすれば、
概ね平坦な表面形状が得られる。
【0032】次に、公知のホトリソ技術により形成した
レジストパターン(図示せず)をマスクにして、エミッ
タ電極多結晶シリコン105aとコレクタ電極多結晶シ
リコン105bに窒化膜107とパッド酸化膜106を
介して硼素原子を1〜5×1015原子/cm2 程度、イオ
ン注入により導入する。
【0033】次に、800〜900℃程度の温度でアニ
ールを行なって、エミッタ電極多結晶シリコン105a
とコレクタ電極多結晶シリコン105b中の硼素原子濃
度を均一化する。尚、この均一化アニールは必要に応じ
て行ない、省略してもよい。
【0034】次いで、熱処理を更に加えることにより、
図4(C)に示すように、P+ 拡散層116a,116
bをエミッタ電極多結晶シリコン105aとコレクタ電
極多結晶シリコン105bからの不純物拡散により島領
域103a中に形成する。又、この時、同時に、硼素原
子が導入された、溝内部のBSG膜120からの不純物
拡散で、それらの周囲の島領域103a内にP+ 拡散層
117a,117bが形成される。更に、この間の熱処
理により、ベース電極多結晶シリコン105cからの不
純物拡散で、島領域103bにN+ 型拡散層118が形
成される。
【0035】その後、同じく図4(C)に示すように、
各電極多結晶シリコン105a,105b,105c上
にコンタクトホールを開口した後、それらの多結晶シリ
コン105a,105b,105cに接続されるように
金属電極119a,119b,119cを形成すること
により、この発明の第2の実施例のラテラルPNPトラ
ンジスタを完成させる。
【0036】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば、半導体基体上に左右一対多結晶シリコン層パタ
ーンを形成し、この多結晶シリコン層パターン間の基体
部に、各多結晶シリコン層パターンの端部に隣接して溝
を掘り、この溝を埋込み部材で埋め、この埋込み部材と
前記多結晶シリコン層パターンからの不純物拡散で左右
一対の拡散層を半導体基体内に形成するようにしたの
で、 (1)多結晶シリコン層パターンからの不純物拡散で形
成される拡散層部分の深さ(図2(C)、図4(C)に
Xjで示す)が、NPNトランジスタとの関連で制限さ
れても、埋込み部材からの不純物拡散で形成される拡散
層により、図2(C)および図4(C)にXB で示すよ
うに、前記拡散層部分より深く、かつ任意の深さにラテ
ラルPNPトランジスタのエミッタ・コレクタ領域を形
成することができる。 (2)多結晶シリコン層パターンからの不純物拡散で形
成される左右一対の拡散層部分の間隔が、同様にNPN
トランジスタとの関連で制限されても、前記拡散層の内
側に連続して、埋込み部材からの不純物拡散で拡散層が
形成されるので、左右一対の拡散層間の間隔(ベース
幅)を図2(C)および図4(C)にWB ′で示すように
従来に比較して縮小できる。 という効果を得ることができる。
【0037】さらにこの発明によれば、側壁窒化膜(サ
イドウォール)を除去した部分の半導体基体をエッチン
グして前記溝を掘り、その溝を埋込み部材で埋め、周囲
に不純物拡散で前記内側の拡散層を形成するようにした
ので、該拡散層部分の幅を前記側壁窒化膜の幅で任意に
制御でき、付随して、ベース幅(WB ′)を前記側壁窒
化膜の幅で任意に制御することが可能となる。
【0038】以上のように、この発明によれば、ラテラ
ルPNPトランジスタのエミッタとコレクタ領域の拡散
深さ及びベース幅をNPNトランジスタからの制限を受
けることなく、自由に設定することができるようにな
る。従って、大きな直流電流増幅率や、高い遮断周波数
を得ることが可能になり、大幅にラテラルPNPトラン
ジスタの性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例の一部を製造工程順に
示す断面図である。
【図2】この発明の第1の実施例の一部を製造工程順に
示す断面図である。
【図3】この発明の第2の実施例の一部を製造工程順に
示す断面図である。
【図4】この発明の第2の実施例の一部を製造工程順に
示す断面図である。
【図5】従来の製造方法を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
101 P- 型シリコン基板 103a 島領域 105 多結晶シリコン 105a エミッタ電極多結晶シリコン 105b コレクタ電極多結晶シリコン 107 窒化膜 108a,108b CVD酸化膜 110b,110c 側壁窒化膜 112a〜112d 多結晶シリコン酸化膜 113 溝 114 多結晶シリコン 116a,116b P+ 拡散層 117a,117b P+ 拡散層 120 BSG膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/08 H01L 29/73

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に多結晶シリコン層および
    第1の窒化膜を順次推積させ、その第1の窒化膜の選択
    された表面に酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜の側面を覆う側壁窒化膜を形成すると同時
    に、その側壁窒化膜および前記酸化膜で覆われていない
    前記第1の窒化膜を除去する工程と、 その後、前記側壁窒化膜および残存第1の窒化膜をマス
    クとして前記多結晶シリコン層を選択酸化し、溝形成用
    の多結晶シリコン酸化膜と素子分離用の多結晶シリコン
    酸化膜を同時に形成する工程と、 前記溝形成用の多結晶シリコン酸化膜により分割された
    左右一対の多結晶シリコン層パターンの対向する各端部
    表面上の前記側壁窒化膜および第1の窒化膜を除去し、
    前記各端部表面を露出させる工程と、 その露出した多結晶シリコン層パターンの各端部をエッ
    チングし、更に半導体基体をエッチングして該基体に左
    右一対の溝を形成する工程と、 その溝を埋込み部材で埋込む工程と、 その埋込み部材からの不純物拡散、および前記左右一対
    の多結晶シリコン層パターンからの不純物拡散により半
    導体基体の第1導電型領域内に左右一対の第2導電型の
    拡散層を形成する工程とを具備してなる半導体装置の製
    造方法。
JP09971591A 1990-07-17 1991-04-05 半導体装置の製造方法 Expired - Fee Related JP3179794B2 (ja)

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