JPS6123665B2 - - Google Patents

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JPS6123665B2
JPS6123665B2 JP9350877A JP9350877A JPS6123665B2 JP S6123665 B2 JPS6123665 B2 JP S6123665B2 JP 9350877 A JP9350877 A JP 9350877A JP 9350877 A JP9350877 A JP 9350877A JP S6123665 B2 JPS6123665 B2 JP S6123665B2
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JP
Japan
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silicon
film
polycrystalline silicon
substrate
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JP9350877A
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Kunio Aomura
Hiroshi Shiba
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5427774A publication Critical patent/JPS5427774A/ja
Publication of JPS6123665B2 publication Critical patent/JPS6123665B2/ja
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【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置に関し特に、多結晶シリ
コン薄膜を電極に使用する集積回路装置に関する
ものである。
従来、集積回路装置の電極や配線としては、多
結晶シリコン薄膜がその製造技術上の単純さ、便
利さならびに集積度および配線密度を高くするこ
とが容易な為に使用されている。
特に、多結晶シリコン薄膜の電極あるいは配線
への応用は一般化している。第1図A,Bはそれ
ぞれ従来の多結晶シリコン薄膜を電極として使用
した半導体装置の例を示す断面図であり、第1図
AはコレクタとしてのN型領域11にP型のベー
ス領域12およびN型のエミツタ領域13を設
け、ベース領域には2つの多結晶シリコンでなる
ベース電極15,15′が酸化シリコン膜14の
開口を通して接続して設けられてなるダブルベー
ス構のバイポーラトランジスタであり、第1図B
の例はN型コレクタ領域11′、P型ベース領域
12′、N型エミツタ領域13′に絶縁膜14′の
開口を通してコレクタ電極17、ベース電極1
5″およびエミツタ電極16′が多結晶シリコンに
よつて形成されているシングルベース構造のバイ
ポーラトランジスタの例である。
これらのいずれの例においてもシリコン基板1
1,11′への所定の不純物の拡散と共にその表
面にシリコン酸化膜14,14′を設け、電極取
り出し用の開孔部を設けた後、多結晶シリコン薄
膜の選択的な形成により、表面が電気絶縁物1
8,18′で被覆されたベース電極15,15′,
15″エミツタ電極16,16′、コレクタ電極1
7を設けた構造になつている。この構造では多結
晶シリコンからなるエミツタ、ベース、コレクタ
の各電極が、半導体基板上の同一平面上に相互に
絶縁間隔を有して形成される必要がある。この各
電極は、一様に被覆された多結晶シリコン薄膜を
写真食刻技術によつて選択的によつて除去して各
電極を分離することによつて形成されるためにこ
の各電極間の離間距離は写真食刻技術の精度によ
つて決定され、それ程、短かくすることはできな
い。即ち、このように従来の半導体装置の電極は
写真食刻技術により制限された構造であり、半導
体装置の小形化、高集積化には限界を有するもの
である。
本発明の目的は、上記の欠点を除去し、小形か
つ高集積化に適した新規なる半導体装置を提供す
ることにある。
本発明による半導体装置は、複数の半導体領域
を含む半導体基板と、この基板上に設けられ半導
体領域に電気的に、特に抵抗性接続(オーム接
続)した複数の多結晶シリコン電極とを有し、こ
の内の一部の電極は他の電極上に電気絶縁物を間
に介することにより部分的に重畳して設けられて
いることを特徴とする。本発明はダイオード、バ
イポーラトランジスタを含む半導体装置や集積回
路への適用は勿論電界効果型半導体装置の電極や
配線にも適用しうるものである。また本発明にお
いては電極の半導体領域との接続部近傍において
重なるように各電極を重畳するのが好ましい。
本発明の一態様によれば、多結晶シリコンから
なるエミツタ引き出し電極が、多結晶シリコンか
らなるベース引き出し電極上に電気絶縁物を介し
て互に電気的に分離されて部分的に重畳する如く
設けられるか、あるいは、多結晶シリコンからな
るエミツタ引き出し電極が、多結晶シリコンから
なるコレクタ引き出し電極上に電気絶縁物を介し
て、互に電気的に分離されて部分的に重畳して設
けられる。即ち、従来、多結晶シリコンからなる
エミツタ、ベース、コレクタ引き出し電極が、半
導体基板上の同一面上に形成されていたものを、
本発明では、電気絶縁物を介して、互に重ね合わ
せることにより、相互の距離を実質的にゼロに
し、それ故、半導体装置の面積を縮少し、集積度
の高い、半導体装置を実現できる効果がある。
また本発明による半導体装置の製造方法は、半
導体基板の一主面に所定の開口部を有する二酸シ
リコン等の絶縁保護膜と、この開口部内に選択的
に設けられたシリコン窒化膜等の耐熱性保護膜と
を形成する工程と、この一主面上に多結晶シリコ
ン薄膜を選択的に形成して第1の電極パターンと
する工程と、この第1の電極パターンが半導体基
板に接する部分を通して半導体基板に一導電型の
不純物を添加して第1の半導体領域を形成する工
程と、耐熱性保護膜の少なくとも一部を除去し、
この耐熱性保護膜の除去によつて露出した半導体
基板の領域表面に少なくとも接するようにかつ、
第1の電極パターン上に電気絶縁物を間に介して
重なるように多結晶シリコン薄膜を選択時に形成
して第2の電極パターンとする工程と、この第2
の電極パターンが半導体基板の領域に接する部分
を通して半導体基板の領域に不純物を添加する工
程とを含むことを特徴とする。
本発明による半導体装置の製造方法の一態様に
よれば、半導体基板の一主面に所定開口を有する
二酸化シリコン膜等の絶縁保護膜を形成する工程
と、この開口部内にシリコン窒化膜等の耐熱性保
護膜を選択的に形成する工程と、一端がこの開口
内において半導体基板に接しかつ絶縁保護膜上に
延びるように第1の電極パターンの多結晶シリコ
ン薄膜を選択的に形成する工程と、この第1の電
極パターンが半導体基板に接する部分を通して半
導体基板に一導電型の不純物を添加して第1の半
導体領域を形成する工程と、耐熱性保護膜下の領
域から第1の半導体領域に至る部分の半導体基板
に一導電型の不純物を所定の深さに注入して第1
の半導体領域の拡大領域を設ける工程と、半導体
基板の露出部および第1の電極パターン表面に二
酸化シリコン等の電気絶縁膜を形成する工程と、
耐熱性保護膜を除去して半導体基板を部分的に露
出させ、この露出した部分に接しかつ第1の電極
パターン上に電気絶縁膜を介して重なるように第
2の電極パターンの多結晶シリコン膜を形成する
工程と、第2の電極パターンが半導体基板に接す
る部分を通して逆導電型の不純物を第1の半導体
領域の拡大領域に選択的に添加して第2の半導体
領域を形成する工程とを含むことを特徴とする。
ここで第1および第2の半導体領域はそれぞれ第
1および第2の電極パターンを通して異なる導電
型の不純物を半導体基板に導入することによつて
形成できる。あるいは予め一導電型の不純物を添
加した第1の電極パターンを形成し、この第1の
電極パターンに含まれた一導電型の不純物をその
接する部分から半導体基板内に導入して第1の半
導体領域を形成し、第2の半導体領域は第2の電
極パターンを通して逆導電型の不純物を基板内に
導くことによつて形成しても良い。さらには第1
および第2の電極パターンのいずれにもそれぞれ
異なる不純物を含有した状態で形成し、これらの
各電極パターンから不純物を導入してそれぞれ第
1および第2の半導体領域を形成しても良い。
また本発明による半導体装置の製造方法の他の
一態様によれば、一導電型の半導体基板の一主面
に所定の開口を有する絶縁保護膜とこの開口内に
島状に設けられた耐熱性保護膜とを形成する工程
と、一端がこの開口内の一部および耐熱性保護膜
の一部分に位置する如く選択的に多結晶シリコン
でなるコレクタ電極パターンを形成する工程と、
一端が開口内の他の一部に接するようにして多結
晶シリコンでなるベース電極パターンを形成する
工程と、コレクタ電極パターンが半導体基板に接
する部分を通して一導電型の不純物を基板に導入
して高濃度領域を形成する工程と、ベース電極パ
ターンと半導体基板との接する部分から逆導電型
の不純物を導入して逆導電型領域を形成する工程
と、この逆導電型領域から耐熱性保護膜下に至る
半導体基板の領域に逆導電型の不純物を逆導電型
領域よりも浅く注入してベース領域を形成する工
程と、コレクタ電極およびベース電極の表面に電
気絶縁膜を形成する工程と、耐熱性保護膜の一部
をベースを露出するように除去する工程と、露出
したベース領域表面に接するとともにコレクタ電
極およびベース電極上に電気絶縁膜を介して重な
るように多結晶シリコンでなるエミツタ電極パタ
ーンを形成する工程と、エミツタ電極パターンと
ベース領域との接する部分を通して一導電型の不
純物をベース領域内に添加してエミツタ領域を形
成する工程とを含むことを特徴とする。
次に本発明をその実施例につき説明する。
第2図を参照すると、本発明の第1の実施例は
コレクタ領域21、ベース領域22、エミツタ領
域23を有し、表面に電極取り出しのための開口
を有する絶縁膜24が設けられたシリコン基板上
にベース領域22にオーム接続する多結晶シリコ
ンからなる2つのベース引き出し電極25,2
5′と、エミツタ領域23にオーム接続する多結
晶シリコンからなるエミツタ引き出し電極26と
を備え、かつ、エミツタ引き出し電極26がベー
ス引き出し電極25,25′上にシリコン酸化膜
29,29′を介して互に電気的に分離された上
で、部分的に重畳するようにして設けられてい
る。すなわちエミツタ引き出し電極26と2つの
ベース引き出し電極25,25′との間には平面
的な離間距離が不要でむしろ部分的に重なり合つ
て全体としての電極の占有面を小さくすることが
可能となつている。またエミツタ電極26表面は
二酸化シリコン保護膜29″が設けられている。
第3図は、本発明の第2の実施例の断面図であ
る。開口形状の二酸化シリコン膜34、この開口
内に設けられた窒化シリコン膜34′とが表面に
設けられコレクタ領域31、ベース領域32、エ
ミツタ領域33、及び、コレクタ高濃度領域38
を有するシリコン基板上に、ベース領域32にオ
ーム接続する多結晶シリコンからなるベース引き
出し電極35と、エミツタ領域33にオーム接続
する多結晶シリコンからなるエミツタ引き出し電
極36と、コレクタ高濃度領域38にオーム接続
する多結晶シリコンからなるコレクタ引き出し電
極37とを備え、かつ、エミツタ引き出し電極3
6が、ベース引き出し電極35及びコレクタ引き
出し電極37上に、シリコン酸化膜39,39′
を介して互に電極的に分離されて、エミツタ電極
36の周囲部近傍が重なり合つて設けられてい
る。
次に、本発明の第3の実施例を第4図A〜Iを
参照して主な製造工程に沿つて説明する。
N型シリコン基板41の表面を熱酸化により厚
さ0.5μmのシリコン酸化膜44で覆つた後、該
シリコン酸化膜44に、選択的にシリコン基板4
1に達する開孔部を設け、さらに、該開孔部で露
出したシリコン基板41の表面に厚さ0.1μmの
シリコン窒化膜411を選択的に形成する(第4
図A)。
次に、該、シリコン酸化膜44、シリコン窒化
膜411、及び露出したシリコン基板41表面上
にモノシランの熱分解により、多結晶シリコン薄
膜45を厚さ0.5μmで被着させたあと、さら
に、該多結晶シリコン薄膜45の表面に厚さ0.1
μmのシリコン窒化膜412,412′を選択的
に形成する(第4図B)。この際、シリコン窒化
膜412,412′の開孔部の下に、多結晶シリ
コン薄膜45の下の前記シリコン窒化膜411が
来るようにする。
次に、前記、シリコン窒化膜412,412′
をマスクにして、多結晶シリコン薄膜45を選択
的に熱酸化し、シリコン基板41、及びシリコン
窒化膜411に達する。シリコン酸化膜421に
変換する(第4図C)。
次に、シリコン窒化膜412,412′を除去
し、多結晶シリコン薄膜45,45′の表面を露
出した後、該多結晶シリコン薄膜45,45′に
ボロンを添加すると共に、熱拡散をして、シリコ
ン基板41にP型領域42,42′を形成する
(第4図D)。ここで前記シリコン酸化膜421で
覆われたシリコン基板41の領域にはこれらの膜
がマスクになり、P型領域は形成されない。
次に、多結晶シリコン薄膜を選択的に熱酸化す
ることにより形成したシリコン酸化膜421を除
去し、シリコン窒化膜411及びシリコン基板4
1の表面を露出させる(第4図E)。
次に、該露出したシリコン基板41及びシリコ
ン窒化膜411で覆われているシリコン基板41
にイオン注入法によりボロンを添加し、シリコン
基板中にP型領域を形成すると共に、前記のP型
領域42′,42″とも電気的に接続させ、ベース
領域42を形成し、さらに熱酸化によりシリコン
窒化膜411で覆われているシリコン基板表面以
外のシリコン基板表面及び多結晶シリコン薄膜表
面を0.2μmのシリコン酸化膜49,49′で覆う
(第4図F)。
次に、この状態で熱リン酸液に浸すことにより
シリコン窒化膜411のみを選択的に除去し、シ
リコン酸化膜49,49′にベース領域42に達
する開孔部を設ける(第4図G)。
次に、該開孔部を覆い、かつ前記多結晶シリコ
ン薄膜45,45′上にシリコン酸化膜49,4
9′を介して重なるように厚さ0.5μmの多結晶シ
リコン薄膜46を選択的に形成する(第4図
H)。ここで、多結晶シリコン薄膜45,45′と
多結晶シリコン薄膜46とはシリコン酸化膜4
9,49′を介さている為、電気的に分離されて
いる。
次に、前工程で形成した多結晶シリコン薄膜4
6にN型不純物のリンを添加し、熱拡散すること
により、前記シリコン酸化膜49,49′中の開
孔部を通してベース領域42内にN型のエミツタ
領域43を形成し、多結晶シリコン薄膜46の表
面をシリコン酸化膜49″で覆う。これにより、
P型に添加された多結晶シリコン薄膜45,4
5′はP型ベース領域42の引き出し電極とし
て、又、N型に添加された多結晶シリコン薄膜4
6はN型エミツタ領域43の引き出し電極として
使用される(第4図I)。
ここで、本実施例では第4図Fで示したように
P型ベース領域42を形成後、シリコン酸化膜4
9,49′を形成したが、製造技術上シリコン酸
化膜49,49′を形成後、イオン注入によりP
型ベース領域42を形成することも可能である。
次に本発明の第4の実施例を第5図A〜Hを参
照して製造方法に沿つて説明する。
N型シリコン基板51の表面を熱酸化により厚
さ0.5μmのシリコン酸化膜54で覆つた後、該
シリコン酸化膜54に選択的にシリコン基板51
に達する開孔部を設け、さらに該開孔部で露出し
たシリコン基板51の表面に厚さ0.1μmのシリ
コン窒化膜511を選択的に形成する(第5図
A)。
次に、該シリコン酸化膜54、シリコン窒化膜
511及び露出したシリコン基板51表面上に、
ボロンを含んだP型の多結晶シリコン薄膜55を
厚さ0.5μmに被着させたあと、さらに、該多結
晶シリコン薄膜55の表面に厚さ0.3μmのシリ
コン酸化膜521,521′を選択的に形成する
(第5図B)。この際、シリコン酸化膜521,5
21′の開孔部の下に、多結晶シリコン薄膜55
の下の前記シリコン窒化膜511が来るようにす
ることは前述した第3の実施例と同様である。
次に、シリコン酸化膜521,521′をマス
クにして、多結晶シリコン薄膜55を選択的に除
去し、シリコン基板51、及びシリコン窒化膜5
11に達する開孔部を設ける(第5図C)。ここ
で、シリコン基板51と多結晶シリコン薄膜とで
添加されている不純物の量に大きな差がある為、
エツチング速度に差が生じる為、容易に上記の構
造を実現することができる。
次に、酸化性雰囲気中で熱処理することにより
残存した多結晶シリコン薄膜55,55′よりシ
リコン基板51中に不純物が拡散されP型領域5
2′,52″が形成されると共にシリコン窒化膜5
11で覆われているシリコン基板表面以外のシリ
コン基板表面、及び多結晶シリコン薄膜表面を厚
さ0.2μmのシリコン酸化膜59,59′で覆う
(第5図D)。
次に、シリコン酸化膜59,59′とシリコン
窒化膜511とで覆われたシリコン基板51にイ
オン注入法によりボロンを添加し、シリコン基板
中にP型領域を形成しP型領域52′,52″と電
気的に接続したP型ベース領域52を形成する
(第5図E)。
これ以降の第5図F〜第5図Hによつて示され
る工程は、前述した第3の実施例の第4図G〜第
4図Iと同様の製造方法であるので、ここでは省
略する。
次に本発明の第5の実施例を第6図A〜Jを参
照して製造方法に沿つて説明する。
N型シリコン基板61の表面を熱酸化により厚
さ0.5μmのシリコン酸化膜64で覆つた後、該
シリコン酸化膜64に選択的にシリコン基板61
に達する開孔部を設け、さらに、該開孔部で露出
したシリコン基板61の表面に厚さ0.1μmのシ
リコン窒化膜611を選択的に形成する。(第6
図A)。
次に、該シリコン酸化膜64、シリコン窒化膜
611及び露出したシリコン基板61表面上に厚
さ0.5μmの多結晶シリコン薄膜65を被着させ
たあと、さらに、該多結晶シリコン薄膜65の表
面に厚さ0.1μmのシリコン窒化膜612,61
2′を選択的に形成する(第6図B)。この際、シ
リコン窒化膜612,612′の開孔部の下に、
多結晶シリコン薄膜65の下のシリコン窒化膜6
11の一部が来るようにする。
次に、シリコン窒化膜612,612′をマス
クにして、多結晶シリコン薄膜65を選択的に酸
化し、シリコン基板61及びシリコン窒化膜61
1に達するシリコン酸化膜621に変換し、該シ
リコン酸化膜621で多結晶シリコン薄膜65,
67を分離する(第6図C)。
次に、シリコン窒化膜612′を選択的に除去
し、多結晶シリコン薄膜67の表面を露出した
後、該多結晶シリコン薄膜67にリンを添加し、
熱拡散して、シリコン基板61にN型高濃度領域
68を形成すると共に、多結晶シリコン薄膜67
の表面をシリコン酸化膜で覆う(第6図D)。
次に、他方のシリコン窒化膜612を除去し、
多結晶シリコン薄膜65の表面を露出した後、該
多結晶シリコン薄膜65にボロンを添加し、熱拡
散して、シリコン基板61にP型領域62′を形
成すると共に、多結晶シリコン薄膜65の表面を
シリコン酸化膜で覆う(第6図E)。
次に、熱酸化により、多結晶シリコン薄膜より
変換したシリコン酸化膜621を選択的に除去
し、シリコン窒化膜611及びシリコン基板61
の表面を露出させる(第6図F)。
次に、該露出したシリコン基板61及びシリコ
ン窒化膜611で覆われているシリコン基板61
に、イオン注入法によりボロンを添加し、シリコ
ン基板61中にP型領域を形成し、前記のP型領
域62′と電気的に接続させ、ベース領域62を
形成し、さらに、熱酸化により、シリコン窒化膜
611で覆われているシリコン基板以外のシリコ
ン基板表面、及び多結晶シリコン薄膜表面を0.2
μmのシリコン酸化膜69,69′で覆う(第6
図G)。
次に、この状態で熱リン酸液に浸すことによ
り、シリコン窒化膜611のうち、外部に露出し
た部分のみが選択的に除去され、ベース領域62
に達する開孔部が設けられる。(第6図H)。
次に、該開孔部を覆い、かつ、前記多結晶シリ
コン薄膜65,67上にシリコン酸化膜69,6
9′を介して厚さ0.5μmの多結晶シリコン薄膜6
6を選択的に形成する(第6図I)。ここで、多
結晶シリコン薄膜65,67と多結晶シリコン薄
膜66とは、シリコン酸化膜69,69′を介し
ている為、電気的に分離されている。
次に、前工程で形成した多結晶シリコン薄膜6
6にN型不純物のリンを添加し、熱拡散すること
により、前記開孔部を通してベース領域62内
に、N型のエミツタ領域63を形成すると共に、
多結晶シリコン薄膜66の表面をシリコン酸化膜
69″で覆う。これにより、P型に添加された多
結晶シリコン薄膜65はP型ベース領域62の引
き出し電極として、又、N型に添加された多結晶
シリコン薄膜67はN型シリコン基板61即ちコ
レクタ領域の引き出し電極として、さらに、N型
に添加された多結晶シリコン薄膜66はN型エミ
ツタ領域63の引き出し電極として使用される
(第6図)。
なお本実施例において第6図Gに基いて示した
工程で、P型ベース領域62の形成と、シリコン
酸化膜69,69′の形成との工程を入れ変える
ことは前述した第3の実施例同様可能である。さ
らに、シリコン基板61内のN型高濃度領域68
と、P型領域62′との形成順序も入れ変えるこ
とができる。また上記各実施例において、ベー
ス、エミツタ領域の形成は多結晶シリコンを通し
て不純物を添加することにより形成したが電極形
成前に予め拡散等により基板に形成しておいても
良い。
上記各実施例で説明したように、本発明は、従
来、多結晶シリコンからなるエミツタ、ベース、
コレクタ領域の引き出し電極が半導体基板上の同
一平面に形成されていたものを、電気絶縁物を介
して、互に重ね合せることにより、相互の離間距
離を全く不要にし、それ故、半導体装置の面積を
縮少し、集積度の高い半導体装置を実現できる。
以上は、本発明をNPN型バイポーラトランジ
スタに実施した場合を説明したが、導電型を変え
ることにより同様にPNP型バイポーラトランジス
タにも適用できる。。又、トランジスタのみなら
ず、ダイオードや電界効果型素子にも適用でき、
又、これらを含む集積回路装置にも適用できる。
それ故、本発明の権利は特許請求の範囲に示す全
てに及ぶ。
【図面の簡単な説明】
第1図A,Bはそれぞれ従来の半導体装置の断
面図であり、第2図、第3図は本発明のそれぞれ
第1および第2の実施例の半導体装置の断面図で
あり、第4図A〜I、第5図A〜H、第6図A〜
Jはそれぞれ本発明第3乃至第5の実施例をその
製造工程に沿つて示す主な製造工程での断面図で
ある。 図中において、11,11′,21,31,4
1,51,61はシリコン基板、12,12′,
22,32,42,42′,42″,52,5
2′,52″,62,62′はP型ベース領域、1
3,13′,23,33,43,53,63はN
型エミツタ領域、14,14′,24,26,2
9,29′,34,39,39′,44,49,4
9′,49″,421,54,59,59′,5
9″,521,521′,64,69,69′,6
9″,621,621′,621″はシリコン酸化
膜、15,15′,15″,16,16′,17,
25,25′,26,35,36,37,45,
45′,46,55,55′,56,65,66,
67は多結晶シリコン薄膜、18,38,68は
N型高濃度領域を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体基板の一主面に所定の開口部を有する
    第1の絶縁保護を形成する工程と、この開口部内
    に第2の絶縁膜を選択的に形成する工程と、この
    一主面上に多結晶シリコン膜を選択的に形成し
    て、該開口部内で該基板と接するとともにその端
    部が該開口部内に位置する第1の電極パターンを
    形成する工程と、この第1の電極パターンが半導
    体基板と接する部分を通して半導体基板に一導電
    型の不純物を添加して第1の半導体領域を形成す
    る工程と、前記開口部内で露出している第2の絶
    縁膜の周辺の前記開口部内の半導体基板表面と第
    1電極パターンの表面および側面上に選択的に第
    2の絶縁膜とは材質の異なる第3の絶縁膜を形成
    する工程と、前記第3の絶縁膜を除去することな
    く第2の絶縁膜の前記開口部内に露出した部分を
    選択食刻によつて除去し、この第2の絶縁膜の除
    去により露出した半導体基板の領域表面に少なく
    とも接するように、かつ第1の電極パターン上に
    上記第3の絶縁パターン上に上記第3の絶縁膜を
    介して重なるように多結晶シリコン膜を選択的に
    形成して第2の電極パターンを得る工程と、この
    第2の電極パターンが半導体基板の領域に接する
    部分を通して半導体基板の領域に逆導電型の不純
    物を添加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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