JPH07130757A - 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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JPH07130757A
JPH07130757A JP29274193A JP29274193A JPH07130757A JP H07130757 A JPH07130757 A JP H07130757A JP 29274193 A JP29274193 A JP 29274193A JP 29274193 A JP29274193 A JP 29274193A JP H07130757 A JPH07130757 A JP H07130757A
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film
bipolar transistor
polysilicon
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emitter
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JP29274193A
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Makoto Motoyoshi
真 元吉
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は高速動作し、かつ動作特性が安定した
バイポーラトランジスタの製造方法を提案する。 【構成】エミツタコンタクトを形成した後、酸素を含ん
だ不活性ガスの雰囲気中でリフロー性の膜をリフローす
る。これにより雰囲気中に露出したエミツタコンタクト
領域表面に酸化膜を形成することができる。従つてリフ
ロー性の膜をリフローする際にリフロー性の膜から外方
拡散した不純物によつて真性ベース領域が汚染されるお
それをなくすことができる。この結果、真性ベース領域
及びエミツタ領域の不純物濃度を正確に管理することが
でき、高速動作し、かつ特性が安定したバイポーラトラ
ンジスタを容易に実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術(図6) 発明が解決しようとする課題(図7) 課題を解決するための手段(図1) 作用 実施例(図1〜図5) (1)製造工程の概要(図1) (2)製造工程(図2〜図5) (3)他の実施例 発明の効果
【0002】
【産業上の利用分野】本発明はバイポーラトランジスタ
の製造方法に関し、例えば電解効果トランジスタと同一
基板上に形成されるバイポーラトランジスタに適用して
好適なものである。
【0003】
【従来の技術】今日、機器のデイジタル化に伴つてアナ
ログ信号とデイジタル信号のインタフエースの高速化と
低消費電力化とを実現できるアナログデイジタル共存集
積回路の開発が積極的に進められている。この種の集積
回路としてはバイポーラ素子とCMOS回路を組み合わ
せたBiCMOS大規模集積回路が良く知られている。
【0004】この集積回路では複数ある配線層や絶縁膜
の段差を緩和する(すなわち平坦化する)ためにベース
とエミツタ層との間にBPSG(Boron-doped Phospho-
Silicate Glass)膜を用いることがある。例えばベース
電極とエミツタ電極とをそれぞれポリシリコンとする2
層構造のバイポーラトランジスタを製造する際にこのB
PSG膜が用いられる。
【0005】このバイポーラトランジスタの製造過程の
一例を図6に示す。この製造方法はシリコン基板1の全
面を覆うBPSG膜8を熱処理してリフローする際に基
板表面を平坦化すると同時にベースポリシリコン6から
ベース不純物を拡散することによりエピタキシヤル成長
されたシリコン層3中にベース領域9を形成するもので
ある。その後、BPSG膜8にエミツタコンタクトを形
成することによりベース領域9中にエミツタ10を形成
するようになされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このようにBPSG膜
8を堆積した後にエミツタコンタクトを形成するプロセ
スでは、BPSG膜8を熱処理してリフローする際に、
ベースポリシリコン6中に高濃度に添加されている不純
物が基板表面(すなわちエピタキシヤルシリコン層3の
表面)に入りベース領域9となる不純物層が形成される
ことになる。しかしこの拡散工程によるとベース領域9
の幅が広がるためバイポーラトランジスタの動作特性が
低下するおそれがあつた。
【0007】これに対して図7に示すように、エミツタ
コンタクト13を形成した後にBPSG膜8をリフロー
する方法がある。ところがこのプロセスではBPSG膜
8のリフロー時にエミツタコンタクトが既に開孔されて
いるため、真性ベース領域15がBPSG膜8から外方
拡散される不純物(リンやボロン)によつて汚染される
問題があつた。このとき外方拡散によつて形成される層
が汚染層14である。しかしこの場合には本来の不純物
注入工程とは別の工程時に無秩序に不純物が拡散される
ことになるため不純物濃度の管理が難しくバイポーラト
ランジスタの特性が大きく変動し易いという問題があつ
た。
【0008】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、従来に比して特性の安定したバイポーラトランジス
タを提案しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、ベースポリシリコンとエミツタポ
リシリコンの2層のポリシリコン電極を有するバイポー
ラトランジスタの製造方法において、半導体基板1、3
の一方の主表面にコレクタ2、5を形成する工程と、主
平面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜をエツチングし
て半導体基板3の表面に達するベースコンタクトを形成
する工程と、主表面に第1のポリシリコン層6を堆積す
る工程と、第1のポリシリコン層6に第1の不純物(ボ
ロン)を導入してベース引出電極を形成する工程と、主
平面にリフロー性の膜8を堆積する工程と、主平面にエ
ミツタコンタクト13を形成する工程と、酸素を含んだ
不活性ガス(N2 )の雰囲気中で熱処理し、エミツタコ
ンタクト領域13を酸化すると共にリフロー性の膜8を
リフローする工程と、エミツタコンタクト部分に形成さ
れた酸化膜20を除去してから第1の不純物(ボロン)
を導入する工程と、エミツタコンタクトホールの側面に
絶縁膜からなる側壁スペーサ11を形成する工程と、主
表面に第2のポリシリコン層12を堆積する工程と、第
2のポリシリコン層12に第2の不純物(ヒ素)を導入
する工程と、熱処理によつて第1及び第2の不純物を拡
散してベース9及びエミツタ10を形成する工程とを設
けるようにする。
【0010】
【作用】エミツタコンタクト13を形成した後、酸素を
含んだ不活性ガス(N2 )の雰囲気中でリフロー性の膜
8をリフローすることにしたことにより、雰囲気中に露
出したエミツタコンタクト領域13の表面に酸化膜20
を形成することができる。これにより真性ベース領域が
リフロー性の膜8から外方拡散した不純物によつて汚染
されるおそれを有効になくすことができる。この結果、
真性ベース領域及びエミツタ領域の不純物濃度を正確に
管理することができ、高速動作し、かつ特性が安定した
バイポーラトランジスタを容易に実現することができ
る。
【0011】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
【0012】(1)製造工程の概要 ここでは図7との対応部分に同一符号を付して示す図1
を用いて製造工程の概要を説明する。この実施例の製造
工程はエミツタコンタクトの形成後、酸素を含んだ雰囲
気中においてBPSG膜8を熱処理することを特徴とし
ている。すなわち図1(C)に示すように、真性ベース
領域15に相当するシリコン層の表面を酸化膜で覆うこ
とによりBPSG膜8から外方拡散した不純物が真性ベ
ース領域を汚染するおそれを回避するようになされてい
る。因にこのとき真性ベース領域15の表面を覆う酸化
膜はポリシリコンエミツタの形成には妨げとなるためエ
ミツタポリシリコンの堆積前にフツ酸系の洗浄液で除去
する。
【0013】(2)製造工程 図2〜図5を用いてnpnバイポーラトランジスタと電
解効果トランジスタとによつて形成されるスタテイツク
RAMの製造工程を説明する。まず図2(A)に示すよ
うに、p型シリコン基板21を用意し、その表面に熱酸
化膜22を形成する。次にフオトエツチ処理によつてア
ンチモン(Sb)を被着拡散してn+ 埋め込み層23を
形成する。このn+ 埋め込み層23はnpnバイポーラ
トランジスタのコレクタの一部になる。
【0014】次に図2(B)に示すように、熱酸化膜を
エツチング除去した後、全面にシリコンをエピタキシヤ
ル成長させ、厚さ1〔μm〕、比抵抗1〔Ω・cm〕のn
型シリコン層24を形成する。この後、nウエル25と
pウエル26を作り分け、シリコンナイトライド膜(S
i34 )をマスクとして選択酸化する。選択酸化法によ
つて素子形成領域を除いたn型シリコン層24に 400
〔nm〕の厚さを有するアイソレーシヨン用の酸化膜27
を形成する。このpウエル26の一部はnpnバイポー
ラトランジスタのアイソレーシヨン領域になる。因にp
型不純物層28は寄生チヤンネル防止層である。
【0015】この後、選択酸化用マスクを除去し、素子
形成領域部分のシリコン基板を露出させる。次にバイポ
ーラトランジスタのコレクタ引き出し部にフオトレジス
トをマスクとしてリンを50〔keV〕、5×1015〔atom
/cm2 〕でイオン注入し、さらに同じイオンを 360〔ke
V〕、1×1014〔atom/cm2 〕でイオン注入してコレ
クタ引き出し層29を形成する。
【0016】次に、熱酸化により露出表面に11〔nm〕の
薄いゲート酸化膜30を形成し、MOSトランジスタ形
成領域にフオトマスクを用いてしきい値調整用のボロン
をイオン注入する。続いてフオトレジストをマスクにゲ
ート酸化膜をバツフアードフツ酸でエツチングし、基板
コンタクト部31を形成する。
【0017】これらの工程が終わると、次は図3に示す
工程に移る。まず図3(C)に示すように、CVD法に
よりポリシリコン膜32を 620〔℃〕で 100〔nm〕堆積
する。続いてPOCL3 を用いてポリシリコン膜32にリン
を添加する。次に表面にできたリンガラスを除去した
後、タングステンシリサイド膜33をスパツタ又はCV
D法で 100〔nm〕堆積する。この後、フオトレジストを
マスクにタングステンシリサイド膜33とポリシリコン
膜32を異方性エツチングしてnチヤネルMOSトラン
ジスタのゲート電極34及びpチヤネルMOSトランジ
スタのゲート電極35を形成する。
【0018】次にフオトレジストをマスクにしてnチヤ
ネルMOSトランジスタ部にヒ素を3×1013〔atom/
cm2 〕でイオン注入し、n型低濃度ソースドレイン領域
36を形成する。同様にpチヤネルMOSトランジスタ
部にボロンを1×1013〔atom/cm2 〕でイオン注入
し、p型低濃度ソースドレイン領域37を形成する。次
にCVD法により酸化膜を 200〔nm〕堆積し、エツチバ
ツクすることによりMOSトランジスタの側面に側壁ス
ペーサ38を形成する。
【0019】次にフオトレジストをマスクにnチヤネル
MOSトランジスタ部にヒ素を5×1015〔atom/c
m2 〕でイオン注入してn+ 高濃度ソースドレイン領域
39を形成する。同様にpチヤネルMOSトランジスタ
部にボロンを2×1015〔atom/cm2 〕でイオン注入し
てp+ 高濃度ソースドレイン領域40を形成する。
【0020】続いて図3(D)に示すように、CVD法
により酸化膜41を 700〔nm〕堆積する。そしてこの酸
化膜41のうちメモリセルの接地部(この図では省
略)、ビツトコンタクト部42、周辺回路のコンタクト
部(この図では省略)及びバイポーラトランジスタのベ
ースコンタクト43に相当する部分をフオトレジストを
マスクとして選択的にエツチングし、シリコン層に達す
る開孔を形成する。
【0021】次にCVDによりポリシリコン膜44を 6
20〔℃〕で40〔nm〕堆積する。次にフオトレジストをマ
スクにメモリセルのビツト線コンタクトのパツド部4
5、グランド配線46及び周辺回路の一部(この図では
省略)にヒ素を5×1015〔atom/cm2 〕でイオン注入
する。またバイポーラトランジスタのベース配線領域4
7及び周辺回路の一部(この図では省略)にボロンを
2.5×1015〔atom/cm2〕でイオン注入する。
【0022】続いてスパツタ又はCVDにより全面にタ
ングステンシリサイド膜48を60〔nm〕堆積する。この
後、フオトレジストをマスクにタングステンシリサイド
膜48及びポリシリコン44を異方性エツチングしてメ
モリセルのグランド配線46等の二層目の配線層及びバ
イポーラトランジスタのベース配線領域47を形成す
る。
【0023】これら各配線及び配線領域の形成が終了す
ると、CVD酸化膜49及びBPSG膜50を基板の全
面に順次堆積する。この段階の部分断面図が図1(A)
に示す断面構造である。次にフオトレジストをマスクに
してバイポーラトランジスタのベース領域内のBPSG
膜50、CVD酸化49、タングステンシリサイド膜4
8及びポリシリコン44をエツチングしてエミツタコン
タクト51を形成する。この段階の断面図が図1(B)
に示す断面構造である。
【0024】次に酸素を流量比で10から50〔%〕混合し
た窒素又はアルゴン雰囲気を比較的低温から 850〔℃〕
〜 900〔℃〕までランピングアツプしてシリコン表面を
酸化する。これによりエミツタコンタクト51のシリコ
ン部分に保護酸化膜52を形成し、同時にBPSG膜を
リフローする。この段階の断面図が図1(C)に示す断
面図である。
【0025】このときエミツタコンタクト部は保護酸化
膜52で覆われているためBPSG膜50から外方拡散
された不純物によつて汚染されるおそれはない。またエ
ミツタコンタクト51を形成した後、熱処理を加えるた
めボロンドープされた2層目のポリシリコン44から高
濃度のボロンが後に作られる真性ベース領域に拡散する
こともない。
【0026】これら一連の処理工程が終了すると、次は
図4及び図5の処理に移る。まず図4(E)に示すよう
に、先の工程においてエミツタコンタクト51に形成さ
れた保護酸化膜52をフツ酸系の洗浄液で除去する。こ
の後、エミツタコンタクト51を通してシリコン層24
中にボロンを 3.5×1013〔atom/cm2 〕でイオン注入
し、p型不純物層を形成する。次にCVDによつて酸化
膜を 100〔nm〕堆積し、エツチバツクすることによりエ
ミツタコンタクト51の内側面に側壁スペーサ52を形
成する。
【0027】このときシリコン層24中に形成されたp
型不純物層は側壁スペーサ52の形成工程においてオー
バーエツチングされるためp型不純物層は側壁スペーサ
52の下にのみ残ることになる。これがグラフトベース
53となる。グラフトベース53は真性ベース54を電
気的に繋ぐ役割をする。続いて全面にポリシリコンを 6
20〔℃〕で 150〔nm〕堆積し、BF2 を60〔keV〕で2
×1014〔atom/cm2 〕でイオン注入する。この後、窒
素中で熱処理することによりボロンを拡散させて真性ベ
ース54を形成する。
【0028】次にヒ素を40〔keV〕、1×1016〔atom
/cm2 〕でポリシリコン膜中にイオン注入し、その後の
熱処理によつてヒ素を拡散させることによりエミツタ5
5を形成する。次にフオトレジストをマスクにポリシリ
コン膜をエツチングして配線の形状に加工することによ
りエミツタポリシリコン56を形成する。この段階の部
分断面図が図1(D)の図である。
【0029】この後、図4(F)に示すように、CVD
によつて酸化膜57を70〔nm〕堆積し、フオトレジスト
をマスクにしてメモリセルのドライバMOSとのコンタ
クト58を形成する。次に、全面にポリシリコンを 620
〔℃〕で50〔nm〕堆積し、全面にボロンを5×10
14〔atom/cm2 〕でイオン注入する。この後、フオトレ
ジストをマスクにしてポリシリコンをエツチングし、薄
膜トランジスタのゲート59を形成する。
【0030】次に、CVDによつて酸化膜60を40〔n
m〕堆積し、フオトレジストをマスクにしてメモリセル
の記憶ノード部に相当するコンタクト61を形成する。
その後、全面にアモルフアスポリシリコンを 480〔℃〕
で 500〔nm〕堆積し、さらに 600〔℃〕で結晶化アニー
ルする。次にフオトレジストをマスクにしてエツチング
し、薄膜トランジスタのチヤンネルポリシリコン62及
び給電線(この図では省略)を形成する。さらにその
後、フオトレジストをマスクにして薄膜トランジスタの
ソースドレイン領域63及び給電線にボロンを5×10
14〔atom/cm2 〕でイオン注入する。
【0031】この工程が終了すると、図5(G)に示す
ように、CVD酸化膜64及びBPSG膜65を順次堆
積して全面を覆う。その後、 900〔℃〕でアニールする
ことによりBPSG膜65をリフローする。次にフオト
レジストをマスクにして酸化膜を異方性エツチングし、
コンタクトホール66を形成する。この後、全面にメタ
ル膜(アルミニウム合金又はアルミニウム多層膜)をス
パツタして堆積する。続いてフオトレジストをマスクに
してメタル層をエツチングすることにより所望の下層メ
タル配線パターン67を形成する。
【0032】その後、CVDによつて酸化膜68を 400
〔℃〕で 400〔nm〕堆積し、その表面を 500〔nm〕の膜
厚のSOG(Spin On Glass )膜69でコートする。さ
らにエツチバツクした後、CVDによつて酸化膜70を
600〔nm〕堆積する。続いてフオトレジストをマスクに
して下層メタル配線パターン67とのコンタクトホール
71を形成する。次に全面にメタル膜(アルミニウム合
金又はアルミニウム多層膜)をスパツタによつて堆積す
る。続いてフオトレジストをマスクにエツチングするこ
とにより所望の上層メタル配線パターン72を形成す
る。
【0033】続いて 400〔℃〕のフオーミングガス中で
アニール処理することによりプラズマCVD窒化膜73
を1000〔nm〕の膜厚で堆積する。引き続きフオトレジス
トをマスクにしてプラズマCVD窒化膜73をエツチン
グし、ボンデイングパツド用の孔(この図では省略)を
あければSRAM装置を完成することができる。
【0034】以上の工程によれば、ベース幅が狭く、ま
たベース領域の不純物濃度の安定したバイポーラトラン
ジスタを形成することができるため装置全体の許容動作
範囲や信頼性を一段と向上することができる。
【0035】(3)他の実施例 なお上述の実施例においては、タングステンシリサイド
膜48をポリシリコン膜44上に積層した複合膜をベー
ス引出電極とする場合について述べたが、本発明はこれ
に限らず、他の高融点金属を成分とするシリサイド膜を
ポリシリコン膜44上に積層することにより形成した複
合膜(すなわちポリサイド膜)をベース引出電極として
用いても良い。
【0036】また上述の実施例においては、エミツタ電
極をエミツタポリシリコンとする場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、ポリシリコン膜上に金属シ
リサイド層を重ねて形成した複合膜(すなわちポリサイ
ド膜)を用いても良い。
【0037】さらに上述の実施例においては、ベース引
出電極の上層に堆積されるリフロー性の膜をBPSG膜
50とする場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、他の材料でなるリフロー性膜を用いても良い。
【0038】また上述の実施例においては、npnトラ
ンジスタの製造工程について述べたが、本発明はこれに
限らず、pnpトランジスタの製造工程の場合にも適用
し得る。
【0039】さらに上述の実施例においては、バイポー
ラトランジスタを含む集積回路としてスタテイツクRA
Mの場合について述べたが、本発明はこれに限らず、バ
イポーラトランジスタを含む他の集積回路を製造する場
合に広く適用し得る。
【0040】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、エミツタ
コンタクトの形成後にリフロー性の膜をリフローする
際、酸素を含んだ雰囲気中でリフロー性の膜をリフロー
することによつて真性ベース領域の表面を酸化膜で保護
することにより、リフロー性の膜から外方拡散した不純
物が真性ベース領域を汚染するおそれをなくすことがで
きる。これによりベース幅が狭く、また動作特性の安定
したバイポーラトランジスタを容易に得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるバイポーラトランジスタの製造方
法の概略工程を示す略線図である。
【図2】バイポーラトランジスタを含む集積回路の製造
工程の説明に供する略線図である。
【図3】バイポーラトランジスタを含む集積回路の製造
工程の説明に供する略線図である。
【図4】バイポーラトランジスタを含む集積回路の製造
工程の説明に供する略線図である。
【図5】バイポーラトランジスタを含む集積回路の製造
工程の説明に供する略線図である。
【図6】従来用いられているバイポーラトランジスタ製
造方法の概要を示す略線図である。
【図7】従来用いられているバイポーラトランジスタ製
造方法の概要を示す略線図である。
【符号の説明】
1、21……シリコン基板、2、23……埋め込み層、
3、24……シリコン層、4、22……素子分離酸化
膜、5、29……コレクタ引出層、6……ベースポリシ
リコン、7、20、27、41、57、60、68、7
0……酸化膜、8、50、65……BPSG膜、9……
ベース領域、10、55……エミツタ、12、56……
エミツタポリシリコン、13、51……エミツタコンタ
クト、14……汚染層、15、54……真性ベース領
域、25……nウエル、26……pウエル、27、28
……p型不純物層、30……ゲート酸化膜、32、44
……ポリシリコン膜、33……タングステンシリサイド
膜、34、35……ゲート電極、36、37、39、4
0……低濃度ソースドレイン領域、38……側壁スペー
サ、42……ビツトコンタクト部42、43……ベース
コンタクト、45……パツド部、46……グランド配
線、47……ベース配線領域、48……タングステンシ
リサイド膜、49、64……CVD酸化膜、52……保
護酸化膜、53……グラフトベース、58、61……コ
ンタクト、59……ゲート、62……チヤンネルポリシ
リコン、63……ソース、ドレイン、66、71……コ
ンタクトホール、67、72……メタル配線パターン、
69……SOG膜、73……プラズマCVD窒化膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/06

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ベースポリシリコンとエミツタポリシリコ
    ンの2層のポリシリコン電極を有するバイポーラトラン
    ジスタの製造方法において、 半導体基板の一方の主表面にコレクタを形成する工程
    と、 上記主平面に絶縁膜を形成する工程と、 上記絶縁膜をエツチングして上記半導体基板の表面に達
    するベースコンタクトを形成する工程と、 上記主表面に第1のポリシリコン層を堆積する工程と、 上記第1のポリシリコン層に第1の不純物を導入してベ
    ース引出電極を形成する工程と、 上記主平面にリフロー性の膜を堆積する工程と、 上記主平面にエミツタコンタクトを形成する工程と、 酸素を含んだ不活性ガスの雰囲気中で熱処理し、上記エ
    ミツタコンタクト領域を酸化すると共に上記リフロー性
    の膜をリフローする工程と、 上記エミツタコンタクト部分に形成された酸化膜を除去
    してから第1の不純物を導入する工程と、 上記エミツタコンタクトホールの側面に絶縁膜からなる
    側壁スペーサを形成する工程と、 上記主表面に第2のポリシリコン層を堆積する工程と、 上記第2のポリシリコン層に第2の不純物を導入する工
    程と、 熱処理によつて上記第1及び第2の不純物を拡散してベ
    ース及びエミツタを形成する工程とを具えることを特徴
    とするバイポーラトランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】上記熱処理に用いる不活性ガスを窒素ガス
    とすることを特徴とする請求項1に記載のバイポーラト
    ランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】上記第1のポリシリコン層はポリサイドに
    よつて形成され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。
  4. 【請求項4】上記第2のポリシリコン層はポリサイドに
    よつて形成されることを特徴とする請求項1又は請求項
    3に記載のバイポーラトランジスタの製造方法。
JP29274193A 1993-10-28 1993-10-28 バイポーラトランジスタの製造方法 Pending JPH07130757A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100392081B1 (ko) * 1996-07-16 2003-10-22 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 패턴형성방법
JP2006005207A (ja) * 2004-06-18 2006-01-05 Renesas Technology Corp 半導体装置

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KR100392081B1 (ko) * 1996-07-16 2003-10-22 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 패턴형성방법
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