JPH05175209A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH05175209A
JPH05175209A JP34541391A JP34541391A JPH05175209A JP H05175209 A JPH05175209 A JP H05175209A JP 34541391 A JP34541391 A JP 34541391A JP 34541391 A JP34541391 A JP 34541391A JP H05175209 A JPH05175209 A JP H05175209A
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layer
type
conductivity
conductive type
film
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Application number
JP34541391A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Iwai
洋 岩井
Yasuhiro Katsumata
康弘 勝又
Kazumi Inou
和美 井納
Chihiro Yoshino
千博 吉野
Koji Usuda
宏治 臼田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ベースとベース引き出し電極とのコンタクト
を良好にすると共に、ベース抵抗を低減化することを目
的とする。 【構成】 半導体基板1に形成された第1導電型埋め込
み層2上に第1導電型コレクタ層31が形成され、第1
導電型コレクタ層31上に第2導電型ベース層5が形成
され、第2導電型ベース層5上に第2導電型半導体層9
が形成され、第2導電型半導体層9に開口部12が形成
され、開口部12に臨む第2導電型ベース層5の表面部
に第1導電型エミッタ層16が形成された。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
方法に係り、より詳しくはバイポーラトランジスタ及び
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高速LSIを実現するために高速
シリコンバイポーラ技術の開発が進められ、選択エピタ
キシャル技術を用いた高性能バイポーラトランジスタを
形成する技術が提案されている。
【0003】以下、かかるバイポーラトランジスタの製
造方法を図23を参照して述べる。先ず、高濃度のn型
埋め込み層(図示略す)を含むシリコン基板20上にn
型コレクタエピタキシャル層21を成長させ、このn型
コレクタエピタキシャル層21を酸化膜絶縁分離層22
により絶縁分離する。そして、酸化膜絶縁分離層22及
びn型コレクタエピタキシャル層21上にベース引き出
し電極となる多結晶シリコン層23を形成し、これにp
型不純物をイオン注入する。その後、多結晶シリコン層
23上に酸化膜24,窒化膜25をCVD法により順次
堆積し、n型コレクタエピタキシャル層21上の多結晶
シリコン層23、酸化膜24及び窒化膜25に開口部3
3を形成する。更に、開口部33の下部にp型不純物が
ドープされたベースとなるシリコン結晶層26を選択的
にエピタキシャル成長させる。その後、全面に酸化膜を
CVD法により堆積し、この酸化膜を異方性イオンエッ
チングし、開口部33の上部側面に酸化膜のサイドウォ
ールスペーサ27を形成する。そして、全面に多結晶シ
リコン層28を堆積し、これにn型不純物をイオン注入
した後、熱処理を加えることによりn型不純物を拡散し
てシリコン結晶層26の表面部にエミッタ29を形成す
る。その後、前記多結晶シリコン層28を所定の形状に
パターニングした後、この多結晶シリコン層28上に金
属電極30が形成されていた。このように、ベースとな
るシリコン結晶層26を選択エピタキシャル成長により
薄膜に形成し、イオン注入と拡散技術とで形成されるベ
ース層を有するトランジスタに比べ高い高速性を有する
バイポーラトランジスタを製造していた。
【0004】更に、シリコン又はSiGeのエピタキシ
ャル成長による真性ベース領域を有するバイポーラトラ
ンジスタの他の製造方法について図24を参照して述べ
る。先ず、n型シリコン基板80上に高濃度のn+ 型埋
め込み層81を形成した後、このn+ 型埋め込み層81
上にn型コレクタエピタキシャル層83を成長させ、こ
のn型コレクタエピタキシャル層83を酸化膜絶縁分離
層82により絶縁分離する。そして、酸化膜絶縁分離層
82及びn型コレクタエピタキシャル層83上に薄膜の
p型エピタキシャルベース層84を成長する。その後、
このp型エピタキシャルベース層84の所定部上に絶縁
膜88を形成する。そして、全面にp+型ポリシリコン
層85を堆積し、これをパターニングした後、絶縁膜8
8及びp+ 型ポリシリコン層85にエミッタの窓89を
開口する。その後、p+ 型ポリシリコン層85を酸化膜
86で覆った後、エミッタの窓89上にエミッタとなる
n+ 型ポリシリコン層87を形成していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、上述した従
来のバイポーラトランジスタにおいては、多結晶シリコ
ン層23の開口部33に選択的なエピタキシャル技術に
よりベースとなるシリコン結晶層26を形成するため、
シリコン結晶層26のベース引き出し電極となる多結晶
シリコン層23との境界部26aの結晶性が悪くなり、
シリコン結晶層26と多結晶シリコン層23との十分な
コンタクトが取り難くなる。そこで、十分なコンタクト
を取るために多結晶シリコン層23からのp型不純物の
拡散を大きくし、外部ベース26bを拡大させなければ
ならない。ところが、外部ベース26bを大きくする
と、ベース/コレクタ間の容量が増大し、トランジスタ
の高速化ができなくなるという問題点があった。その
上、多結晶シリコン核の発生で境界部26aにおけるシ
リコン結晶層26の形状が変形し、その表面が平坦でな
くなるため、サイドウォールスペーサ27の形成が困難
になり、エミッタ29の制御性が低下する他、サイドウ
ォールスペーサ27を形成する際、シリコン結晶層26
もエッチングしてしまいベース幅の制御性が低下すると
共に、欠陥の発生を招くという問題点があった。
【0006】また、p型エピタキシャルベース層84の
真性ベース領域84aとベース引き出し電極となるp+
型ポリシリコン層85とを接続するp型エピタキシャル
ベース層84の外部ベース領域84bの膜厚が250〜
1000オングストローム程度と極めて薄いため、抵抗
が、例えばシート抵抗5kΩと高くなり、トランジスタ
の高速化ができないという問題点があった。
【0007】本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、
ベースとベース引き出し電極とのコンタクトを良好にす
ると共に、ベース抵抗の低減化ができる半導体装置及び
その製造方法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上述した目的を
達成するため、半導体基板に形成された第1導電型埋め
込み層上に第1導電型コレクタ層が形成され、前記第1
導電型コレクタ層上に第2導電型ベース層が形成され、
前記第2導電型ベース層上に第2導電型半導体層が形成
され、前記第2導電型半導体層に開口部が形成され、前
記開口部に臨む前記第2導電型ベース層の表面部に第1
導電型エミッタ層が形成されたものであり、その製造方
法は半導体基板に形成された第1導電型埋め込み層上に
第1導電型コレクタ層を形成する工程と、前記第1導電
型コレクタ層を絶縁分離した後、所定の厚さだけエッチ
ングして溝を形成する工程と、前記第1導電型コレクタ
層上に第2導電型ベース層を選択的にエピタキシャル成
長させる工程と、前記第2導電型ベース層の所定部上に
絶縁膜を形成する工程と、前記第2導電型ベース層及び
前記絶縁膜上に第2導電型半導体層を形成する工程と、
前記絶縁膜及び前記第2導電型半導体層に開口部を形成
する工程と、前記開口部に第1導電型誘電体を埋設する
工程と、前記第1導電型誘電体より第1導電型不純物を
拡散して前記第2導電型ベース層の表面部に第1導電型
エミッタ層を形成する工程とを含むものである。
【0009】また、半導体基板に形成された第1導電型
埋め込み層上に少なくとも上部に第2導電型高濃度不純
物を含む分離絶縁膜により素子分離された第1の第1導
電型半導体層を形成する工程と、前記第1の第1導電型
半導体層及び前記分離絶縁膜上に第1導電型半導体被膜
を形成する工程と、前記分離絶縁膜上の前記第1導電型
半導体被膜に選択的に前記分離絶縁膜から第2導電型不
純物を拡散させ、第2導電型不純物領域を形成する工程
と、前記第1導電型半導体被膜及び前記第2導電型不純
物領域上に第2導電型半導体被膜をエピタキシャル成長
させる工程と、前記第1導電型半導体被膜上に前記第2
導電型半導体被膜を介して第2の第1導電型半導体層を
選択的に形成する工程とを含むものである。
【0010】
【作用】本発明においては、ベース層上にベース引き出
し電極となる半導体層が形成されたので、ベースとベー
ス引き出し電極とのコンタクトが良好になる。また、分
離絶縁膜上の第1導電型半導体被膜に分離絶縁膜から第
2導電型不純物を拡散させ、選択的に第2導電型不純物
領域を形成するので、外部ベース領域としての第2導電
型不純物領域が厚く形成され、ベース抵抗が低減する。
【0011】
【実施例】以下、本発明に係わる半導体装置及びその製
造方法を図1乃至図22に基づいて説明する。
【0012】最初に、npn型バイポーラトランジスタ
の構成について図1を参照して述べる。
【0013】即ち、p型シリコン基板1にn型埋め込み
層2が形成され、このn型埋め込み層2上に酸化膜絶縁
物4により素子分離されたn型コレクタエピタキシャル
層31が形成され、n型コレクタエピタキシャル層31
上にはp型シリコン結晶層5が形成されている。更に、
p型シリコン結晶層5の所定部上には酸化膜61,窒化
膜71が順次形成され、全面に多結晶シリコン層9,酸
化膜10,窒化膜11が順次積層されている。そして、
酸化膜61及び窒化膜71にエミッタ開口部14が形成
され、多結晶シリコン層9、酸化膜10及び窒化膜11
には側面にサイドウォールスペーサ13を有する開口部
12が形成されている。また、エミッタ開口部14に臨
むp型シリコン結晶層5の表面部にはエミッタ16が形
成され、エミッタ開口部14及び開口部12に多結晶シ
リコン層15が埋設され、この多結晶シリコン層15上
には金属電極17が形成されている。
【0014】次に、かかる構成を有するnpn型バイポ
ーラトランジスタの製造方法を図2乃至図12を参照し
て述べる。
【0015】先ず、p型シリコン基板1に通常の拡散技
術を用いて高濃度のn型埋め込み層2を形成した後、こ
のn型埋め込み層2上にn型コレクタエピタキシャル層
31を成長させる。その後、前記n型コレクタエピタキ
シャル層31を2つ以上の酸化膜絶縁物4によりバイポ
ーラトランジスタのエミッタ及びベースとなる領域に絶
縁分離する(図2)。
【0016】次に、反応性イオンエッチングを用いて絶
縁分離されたn型コレクタエピタキシャル層31を所定
の厚さだけエッチングして溝32を形成する。この際、
反応性イオンエッチングによりn型コレクタエピタキシ
ャル層31の表面に欠陥が入る可能性があるので、欠陥
を発生させない等方性のエッチングによってその欠陥層
を除去するか、熱処理によって欠陥を回復させる(図
3)。
【0017】その後、選択的なエピタキシャル技術によ
ってn型コレクタエピタキシャル層31上にベースとな
るp型シリコン結晶層5を成長させる。このとき、所定
の圧力、温度及びガス流量で、例えばジボラン(B2
6 )を混入させれば、エピタキシャル層を成長させなが
らp型にドープできる。更に、例えばモノゲルマン(G
eH4 )を所定の圧力、温度及びガス流量で加えればS
iGe層を形成することも可能である(図4)。
【0018】次に、p型シリコン結晶層5の表面を薄く
酸化し酸化膜6を形成し、全面に所定の膜厚の窒化膜7
を堆積する(図5)。
【0019】その後、窒化膜7上にCVD法により酸化
膜8を堆積した後、この酸化膜8をフォトリソグラフィ
ー技術によりパターニングし、少なくともエミッタ及び
べース形成予定領域上に残す。尚、このときの酸化膜8
の幅は後工程における窒化膜7のエッチング時間及びエ
ッチング後に残存する窒化膜7の位置を決定することに
なるので、最適に選ばなくてはならない(図6)。
【0020】次いで、パターニングされた酸化膜8をマ
スクとして、窒化膜7を熱燐酸でエッチングして所定の
幅を有する窒化膜71を残した後、酸化膜8を除去す
る。ところで、前記窒化膜71はその後のエミッタ開口
する際の保護膜として作用するものであり、また、窒化
膜71は自己整合的にその幅が決定されるので、エミッ
タ及びベース形成予定領域に対してフォトリソグラフィ
ーで形成するときのような合わせ余裕を見込む必要がな
く、その分エミッタ及びベース形成予定領域を小さくで
きるので、ベース/コレクタ間容量が低減でき、高速化
に有効であると共に、低消費電力化及び高集積化に効果
がある(図7)。
【0021】その後、窒化膜71をマスクとして、例え
ばフッ化アンモニウム(NH4 F)のような溶液エッチ
ングにより酸化膜6をエッチングして窒化膜71の下に
のみ残し、これを酸化膜61とする。この場合、溶液エ
ッチングを行うので、p型シリコン結晶層5のエッチン
グ及び欠陥の発生が防止される。次いで、全面にベース
引き出し電極となる所定膜厚の多結晶シリコン層9をC
VD法により堆積した後、この多結晶シリコン層9にp
型の不純物、例えばボロンをイオン注入する。尚、この
とき、ボロンイオン注入の代わりにボロンがすでにドー
プされた多結晶シリコンを堆積しても良い。その後、前
記多結晶シリコン層9上に所定の膜厚の酸化膜10,窒
化膜11を順次CVD法によって堆積する。そして、若
干の熱工程を加えることによってp型の不純物を含んだ
多結晶シリコン層9とp型シリコン結晶層5とのコンタ
クトを取る。この場合、多結晶シリコン層9の直下にp
型シリコン結晶層5が存在するので、多結晶シリコン層
9とp型シリコン結晶層5とのコンタクトが取り易くな
る。このため、多結晶シリコン層9からのp型不純物の
拡散を大きくする必要がないので、外部ベース51が小
さくでき、ベース/コレクタ間の容量が低減でき、高速
化に有効である(図8)。
【0022】次に、所定のフォトリソグラフィーを以て
窒化膜71上の多結晶シリコン層9、酸化膜10及び窒
化膜11にエミッタ形成のための開口部12を形成す
る。このとき、窒化膜71によりp型シリコン結晶層5
に対するエッチング及び欠陥の発生が抑えられる。つま
り、窒化膜71は反応性イオンエッチングからp型シリ
コン結晶層5を保護する(図9)。
【0023】その後、酸化膜を所定の厚さで堆積し、反
応性イオンエッチングにより開口部12の内面にサイド
ウォールスペーサ13を形成する(図10)。
【0024】次いで、熱燐酸を用いて窒化膜71の開口
部12に面した部分をエッチング除去し、更にその下の
酸化膜61をエッチング除去して、エミッタ開口部14
を形成する(図11)。
【0025】その後、前記エミッタ開口部14上に多結
晶シリコン層15を埋め込み、これに砒素をイオン注入
後、熱工程を加えてp型シリコン結晶層5の表面部に砒
素を拡散させ、エミッタ16を形成する。尚、ここで、
砒素をイオン注入する代わりに多結晶シリコン層15を
予め砒素がドープされた多結晶シリコンにすることも可
能である。また、多結晶シリコン層15の代わりに砒素
がドープされたシリコン結晶をエピタキシャル成長させ
ても良い。しかる後、多結晶シリコン層15上に所定の
金属電極17を形成する。また、コレクタ電極(図示略
す)は酸化膜絶縁物4に対してn型コレクタエピタキシ
ャル層31とは反対側に形成され、n型埋め込み層2を
介してn型コレクタエピタキシャル層31に接続され
る。かくして、バイポーラトランジスタが完成する(図
12)。
【0026】更に、バイポーラトランジスタの他の製造
方法について図13乃至図19を参照して説明する。
【0027】先ず、n型Si基板90上にn+ 層91を
形成し、この上にエピタキシャル成長法によりn型Si
領域92を成長させる。その後、前記n型Si領域92
を部分的にエッチング除去する(図13)。
【0028】その後、全面に高濃度のボロンを含んだB
SG膜93をデポジションした後、これをn型Si領域
92の表面が出るまでエッチバックして平坦化し、素子
分離を行う(図14)。
【0029】次に、全面に厚さが、例えば3000オン
グストロームのn型シリコン層94をデポジションす
る。このとき、フィールドBSG膜93上には多結晶シ
リコン層95が成長する。尚、この場合、フィールドB
SG膜93のエッヂに近い部分には基板露出部から延長
して成長した単結晶シリコンが成長する場合もある。そ
して、フィールドBSG膜93上の多結晶シリコン層9
5はデポ時の熱工程によりBSG膜93からボロンが拡
散してp+ 領域が成長する。デポ時の温度が低くボロン
が充分に拡散されないときはデポ終了後に熱工程を施し
てBSG膜93よりボロンが拡散するようにしても良い
(図15)。
【0030】次に、全面に真性ベースを形成するため
に、例えば膜厚400オングストロームのp型Si膜
(又はp型SiGe膜)96をエピタキシャル成長させ
る。このとき、フィールドBSG膜93上のp型Si膜
96はBSG膜93からのボロンの拡散によりp+ 領域
となる(図16)。
【0031】その後、前記p型Si膜96上に酸化膜9
7,窒化膜98を順次積層した後、全面にp+ 型多結晶
シリコン層99を堆積する(図17)。
【0032】続いて、酸化膜97、窒化膜98及びp+
型多結晶シリコン層99にエミッタの窓104を開口す
る(図18)。
【0033】しかる後、SiO2 膜100により酸化膜
97、窒化膜98及びp+ 型多結晶シリコン層99を覆
った後、エミッタの窓104上にエミッタとなるn+ 型
ポリシリコン層101を形成して、バイポーラトランジ
スタを完成する(図19)。
【0034】尚、本実施例ではフィールド全面をBSG
膜93としたが、図20に示すように、フィールドの上
部のみをBSG膜93としても良い。ここで、102は
SiO2 膜を示す。また、図21に示すように、BSG
膜93に限定されず、p+ 型ポリシリコン層(又は金属
ボロン)103をフィールド上部に形成しても良い。更
に、図14に示す構造を形成する方法としては、図22
に示すように、n+ 層91上のBSG膜93を開口した
後、この開口部にn型Siを選択成長等により形成して
も良い。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ベ
ース層上にベース引き出し電極となる半導体層が形成さ
れたので、ベースとベース引き出し電極とのコンタクト
が良好になる。従って、外部ベースを拡大する必要がな
いので、寄生容量が減少し、トランジスタの高速化がで
きると共に、信頼性が向上できる。また、分離絶縁膜上
の第1導電型半導体被膜に分離絶縁膜から第2導電型不
純物を拡散させ、選択的に第2導電型不純物領域を形成
するので、外部ベース領域としての第2導電型不純物領
域が厚く形成され、ベース抵抗が低減する。従って、ト
ランジスタの高速動作ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明バイポーラトランジスタの断面図であ
る。
【図2】本発明バイポーラトランジスタの製造工程図で
ある。
【図3】本発明バイポーラトランジスタの製造工程図で
ある。
【図4】本発明バイポーラトランジスタの製造工程図で
ある。
【図5】本発明バイポーラトランジスタの製造工程図で
ある。
【図6】本発明バイポーラトランジスタの製造工程図で
ある。
【図7】本発明バイポーラトランジスタの製造工程図で
ある。
【図8】本発明バイポーラトランジスタの製造工程図で
ある。
【図9】本発明バイポーラトランジスタの製造工程図で
ある。
【図10】本発明バイポーラトランジスタの製造工程図
である。
【図11】本発明バイポーラトランジスタの製造工程図
である。
【図12】本発明バイポーラトランジスタの製造工程図
である。
【図13】本発明バイポーラトランジスタの他の製造工
程図である。
【図14】本発明バイポーラトランジスタの他の製造工
程図である。
【図15】本発明バイポーラトランジスタの他の製造工
程図である。
【図16】本発明バイポーラトランジスタの他の製造工
程図である。
【図17】本発明バイポーラトランジスタの他の製造工
程図である。
【図18】本発明バイポーラトランジスタの他の製造工
程図である。
【図19】本発明バイポーラトランジスタの他の製造工
程図である。
【図20】本発明バイポーラトランジスタの他の製造方
法を説明する図である。
【図21】本発明バイポーラトランジスタの他の製造方
法を説明する図である。
【図22】本発明バイポーラトランジスタの他の製造方
法を説明する図である。
【図23】従来のバイポーラトランジスタの断面図であ
る。
【図24】従来の他のバイポーラトランジスタの断面図
である。
【符号の説明】
1 p型シリコン基板 2 n型埋め込み層 4 酸化膜絶縁物 5 p型シリコン結晶層 6,8,10,61 酸化膜 9,15,95 多結晶シリコン層 11,98 窒化膜 12 開口部 13 サイドウォールスペーサ 14 エミッタ開口部 16 エミッタ 31 n型コレクタエピタキシャル層 90 n型Si基板 91 n+ 層 92 n型Si領域 93 フィールドBSG膜 94 n型シリコン層 96 p型Si膜 97 酸化膜 99 p+ 型多結晶シリコン層 101 n+ 型ポリシリコン層 104 エミッタの窓
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉野 千博 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝総合研究所内 (72)発明者 臼田 宏治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝総合研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に形成された第1導電型埋め
    込み層上に第1導電型コレクタ層が形成され、前記第1
    導電型コレクタ層上に第2導電型ベース層が形成され、
    前記第2導電型ベース層上に第2導電型半導体層が形成
    され、前記第2導電型半導体層に開口部が形成され、前
    記開口部に臨む前記第2導電型ベース層の表面部に第1
    導電型エミッタ層が形成されたことを特徴とする半導体
    装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板に形成された第1導電型埋め
    込み層上に第1導電型コレクタ層を形成する工程と、前
    記第1導電型コレクタ層を絶縁分離した後、所定の厚さ
    だけエッチングして溝を形成する工程と、前記第1導電
    型コレクタ層上に第2導電型ベース層を選択的にエピタ
    キシャル成長させる工程と、前記第2導電型ベース層の
    所定部上に絶縁膜を形成する工程と、前記第2導電型ベ
    ース層及び前記絶縁膜上に第2導電型半導体層を形成す
    る工程と、前記絶縁膜及び前記第2導電型半導体層に開
    口部を形成する工程と、前記開口部に第1導電型誘電体
    を埋設する工程と、前記第1導電型誘電体より第1導電
    型不純物を拡散して前記第2導電型ベース層の表面部に
    第1導電型エミッタ層を形成する工程とを含むことを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 半導体基板に形成された第1導電型埋め
    込み層上に少なくとも上部に第2導電型高濃度不純物を
    含む分離絶縁膜により素子分離された第1の第1導電型
    半導体層を形成する工程と、前記第1の第1導電型半導
    体層及び前記分離絶縁膜上に第1導電型半導体被膜を形
    成する工程と、前記分離絶縁膜上の前記第1導電型半導
    体被膜に選択的に前記分離絶縁膜から第2導電型不純物
    を拡散させ、第2導電型不純物領域を形成する工程と、
    前記第1導電型半導体被膜及び前記第2導電型不純物領
    域上に第2導電型半導体被膜をエピタキシャル成長させ
    る工程と、前記第1導電型半導体被膜上に前記第2導電
    型半導体被膜を介して第2の第1導電型半導体層を選択
    的に形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11274171A (ja) * 1998-01-30 1999-10-08 St Microelectronics Sa 単結晶シリコン領域の堆積法
WO2003026018A1 (fr) * 2001-09-18 2003-03-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dispositif a semi-conducteur et son procede de production

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