JPS6174363A - 半導体集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置およびその製造方法

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JPS6174363A
JPS6174363A JP59198120A JP19812084A JPS6174363A JP S6174363 A JPS6174363 A JP S6174363A JP 59198120 A JP59198120 A JP 59198120A JP 19812084 A JP19812084 A JP 19812084A JP S6174363 A JPS6174363 A JP S6174363A
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film
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low
metal silicide
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JP59198120A
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Tadashi Hirao
正 平尾
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0214Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L
    • H01L27/0229Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L of bipolar structures
    • H01L27/0233Integrated injection logic structures [I2L]

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  • Element Separation (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路装置、とくに半導体基体内の分
離領域により他の部分と分離された部分に形成されベー
スに信号が入力され複数個のコレクタにそれぞれ信号が
出力されるトランジスタと、このトランジスタのベース
へ定電流を供給する定電流回路素子とからなる論理ゲー
ト回路を有する半導体集積回路装置およびその製造方法
に関するものである。以下インテグレーテ・ノド・イン
ジェクション・ロジック(Integrated In
jection Logic)回路装置(以下rlIL
−ICJという)を例にとって説明する。
〔従来の技術〕
第4図(a)〜(e)は従来のIIL−ICの構造をよ
りよく理解するためにその製造主要工程における状態を
示す断面図である。ただし、ここで示すのは出力(fa
n−out)  1個の場合である。すなわち、このF
IL−rcはバイポーラICで、一般に行なわれている
ように、p形シリコン基板1上にn形高不純物濃度(n
”形と言い、以下これに準する)埋込みN2を形成した
のち、n形低不純物濃度(n−形と言い、以下これに準
する)エピタキシャル層3を成長させ、ついで酸化膜1
01と耐酸化膜である窒化膜201とを順次形成して、
所定形状にパターニングし、これをマスクにしてn−形
エピタキシャル層3を所定深さだけエツチング除去して
から、イオン注入法によりチャネルカット防止層p形イ
オン注入層4を形成し、窒化膜201をマスクとして選
択酸化を行なって分離酸化膜102を形成する〔第4図
(a)〕。・次に窒化膜201と酸化膜101とを除去
してあらためて薄い酸化膜103を形成した後、この酸
化FJ103を通し所要のレジストマスク(図示されて
いない)を介しホウ素イオンを注入してn−形エピタキ
シャルN3に選択的にp−形層6を形成し、しかる後あ
らためて所要パターンのレジストマスク301を形成し
、これを用いて酸化膜103を通してホウ素イオンを注
入して、n−形エピタキシャル層3にp゛形層?、8.
9を形成する〔第4図(b)〕。
次にレジストマスク301を除去後、全上面にCVD法
によってリンガラス膜401を成長させた上で、このリ
ンガラス膜401.p−形層6およびp+形層7,8.
9のアニーリングを同時に行なって、p−形層6aおよ
びp゛形層7a、8a、9aを形成させる〔第4図(C
)〕。
次にp−形層6aの上の一部のリンガラス膜401およ
び酸化膜103に窓をあけ、ここからn形不純物を導入
しアニールすることによってn゛形層10aを形成する
とともにp−形層6aをp−形層6bに、p°形層7a
、8a、9aをp゛形Nib、8b、9bにそれぞれ成
長させる〔第4図(d)〕。
つづいてp°形層7bおよび9b上にそれぞれ窓をあけ
、n゛形層10aの上の窓の部分とともにそれぞれ金属
シリサイド膜501を介して電極配線を行ない、定電流
回路素子としてのpnpトランジスタのエミッタである
p3形層7bにインジェクタ端子1)を、pnp )ラ
ンジスタのコレクタであり、かつ、逆方向動作npnト
ランジスタのベースであるp−形層6bにつながる電極
取出し用p゛形層bにベース端子12を、さらに、逆方
向動作npn)ランジスタのコレクタであるn°形N 
10 aにコレクタ端子13をそれぞれ接続形成して、
r IL−ICとしての置ゲートを完成させる〔第4図
(e)〕。
以上基本的な1出力のTILゲートを示したが、第3図
はこの従来構造になる3出力と2本のゲート間配線とを
有するTILゲートの平面図で、■3.14.15はそ
れぞれ第1のコレクタC+ 、第2のコレクタCz、第
3のコレクタC3につながれた3つのコレクタ端子、2
1.22は論理ゲート回路装置相互間配線である。3つ
のコレクタC1、cm、 c:lはベース端子12から
近い順に配列されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
逆方向動作npn)ランジスタの電流増幅率βUは第5
図に示すようにベース端子から遠いコレクタはどコレク
タ電流1cの高電流域で大きく低下する。これはベース
抵抗がベース端子から遠いコレクタはど大きくなるから
であると考えられる。
また、IILゲートのゲート伝播遅延時間t、dと消費
電力P、との間には第6図に示されるような電力遅延特
性のあることが知られている。(半導体トランジスタ研
究会、信学技報5SD76〜89 、  p 37 :
 High 5peed IIL with Self
−AlignedDouble Diffusion 
Injector (S2L) )。
同一ベース面積、同−pnp)ランジスタ特性であれば
第7図に示すようにt、d□17=k・βU(kは比例
定数)の関係が成立するので、第8図に示すようにベー
ス端子から遠いコレクタはど(コレクタとベース端子と
の距離り、−8が大きいほど)ゲート最小遅延時間t□
12..が大きくなる。
よって、このように従来の製造方法によるIILゲート
の性能には第1表にその一例を示すように各コレクタ端
子間で特性の差異があり、ベース端子に最も遠いコレク
タ端子の大きい遅延時間で制約される。
第1表 さらに同一製造法であっても、電流増幅率βUは第9図
に示すようにコレクタ面積Scのベース面積Sllに対
する比Sc/S++に比例する。従来の構造では第3図
に示したようにp−影領域6bとこれにつながるp+形
領領域8b9bからなるベースが論理ゲート回路装置相
互間配線21.22の下にまでわたって存在し、第1表
に示すようにベース面積S3が大きく、従ってコレクタ
面積S0との比Sc/Sl+が非常に小さくなり、電流
増幅率βUが小さくなり、ベース端子に最も近いコレク
タC1でも最小遅延時間j pa+++inは大きくな
り、さらに、インジェクタからのベース電流1)fij
を200μA/gate程度としたときの遅延速度t□
も大きくなる。
また、第10図は各端子の関係位置によってゲート最小
遅延時間tpdm=nが異なることを示す図で、同一の
コレクタベース間圧FiiDC−8であっても、インジ
ェクタ端子がベース端子に近い側にある場合(曲線A)
よりもインジェクタ端子がコレクタ端子に近い側にある
場合(曲線B)の方がゲート最小遅延時間tpd+ni
。が小さい。第1)図は前者(インジェクターベース−
コレクタの配置)の場合、第12図は°後者(インジェ
クターコレクターベースの配置)の場合の構成とその動
作を説明するための模式断面図で、■はインジェクタ端
子、Bはベース端子、Cはコレクタ端子、Eは接地エミ
ッタ端子である。第1)図、第12図とも    □に
、図Ta)はゲート出力が低レベルから高レベルへスイ
ッチング(L−H)するときの電流、図(blはゲート
出力が高レベルから低レベルへスイッチング(H−L)
するときの電流を矢印で示す。H−Lとは逆方向動作の
npn)ランジスタがON状態となってコレクタ電流I
。、lが流れる時で、これはインジェクタから供給され
るベース電流1 iajがnpn トランジスタのベー
ス電流として働くことであって、ベース電流供給源とし
てのpnpトランジスタのコレクタ接合からスイッチン
グトランジスタとなるnpn )−ランジスタの活性ベ
ース領域までの距離は第12図の場合の方が小さく、ベ
ース電流は早く供給され、npn)ランジスタがON状
態になるのは第12図の方が第1)図の場合よりも早い
。また、L−HとはnpnトランジスタがOFF状態と
なることでIILは飽和形ロジック〔但し、ショットキ
ー・クランプ(Schottky clan+p)すれ
ば飽和は小さい〕であって、スイッチングトランジスタ
であるnpnトランジスタが深いON状態からOFF状
態に移るには活性領域にたまった過剰電荷(正孔)をベ
ース端子から抜いてやらねばならない。一方、インジェ
クタからベース電流1 injはいつも流れこんでいて
、ベース端子へ抜ける流れができている。従って、第1
2図のようにベース端子とインジェクタとの間に活性ベ
ース領域があると過剰電荷はベース電流I injの流
れとともにベース端子にドリフトして流れ抜けてしまう
が、第1)図のようにベース電流I in□の流れと離
れて活性ベース領域があると過剰電荷は拡散による流れ
しか発生せず、過剰電荷を抜き去るには第12図の場合
に比して長時間が必要で、結局、L−Hの切換えについ
ても第12図の方が第1)図の場合より早い。つまり、
ゲートの動作速度はインジェクターコレクターベースの
配置にした方が早くなることが分かるであろう。しかし
、従来のIIL−ICの構造ではコレクタ出力の数が多
くなるとこの配置がとることが困難であった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、コレクタが複数個あってもその
相互間に特性差異をなくするとともにゲート最小遅延時
間j pdMinの短い半導体集積回路装置およびその
製造方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
このような目的を達成するために本発明は、入力端子を
構成するベース端子と各コレクタに対応する各ベースと
ベースへ定電流を供給する定電流回路素子とを結ぶ第1
の低抵抗導体を設けるとともに、各コレクタに対応する
各インジェクタと各インジェクタ端子とを結ぶ第2の低
抵抗導体を設けるようにしたものである。また、コレク
タ・ベース端子間を自己整合的に形成するようにしたも
のである。
〔作用〕
本発明はコレクタ・ベース端子間を自己整合的に形成す
るようにしたので、コレクタ・ベース間距離り、−8が
短くなり、このためにベース電流1)1)7は早く供給
され、npnl−ランジスタは早<ON状態となる。
〔実施例〕
本発明を実施例に基づき詳細に説明する。第1図に本発
明に係わる半導体集積回路装置の一実施例を示し、第2
図にその主要製造工程を説明するための断面図を示す。
第1図において、601゜61).701はポリシリコ
ン膜である。第1図において第3図と同一部分又は相当
部分には同一符号が付しである。
まず、このような構造を有する装置の主要製造工程を第
2図を用いて説明する。第2図において第4図と同一部
分又は相当部分には同一符号が付しである。この実施例
においても従来例における第4図(a)および(b)ま
での工程は全く同様に処理する。
その後、ベース端子およびインジェクタ端子取出し層と
なるべきp゛形層9および7の上の酸化膜103に窓を
あけたのちに全上面にポリシリコン膜601をデポジシ
ョンし、ホウ素イオンを注入してアニール処理する。こ
のときp−形層6a、p゛形層7a、8a、9aが形成
される〔第2図(a)〕。
次にポリシリコン膜601にパターニングを施し、p゛
形層9a、7aの上からこれに隣接する分1yiIf領
域としての分離酸化膜102の上にわたる部分60La
、601bを残す。このときに、除去された酸化膜10
3の代わりに上述の残されたポリシリコン膜601aお
よび601bの上を含めて薄い酸化膜105を形成し、
更にその上に全上面にわたってリンガラス膜401を形
成する〔第2図(b)〕。
p−形層6aの上のリンガラス膜401および酸化膜1
05に窓明けを行なった後にポリシリコン膜(701)
をデポジションし、ヒ素イオンを注入してコレクタ層と
なるべきn“形[10をp−形層6aの表面部の一部に
形成するとともに、少なくともコレクタ層となった領域
を覆いかくず様にポリシリコン膜701を残すべ(パタ
ーニングおよびエツチングを行なう〔第2図(C)〕。
次にアニールを施してnpnトランジスタのn′″形コ
レクタ層10aを完成するとともに、p−形層6bおよ
びp°形層3b、9bを完成する。ベース電極となる側
のコレクタ層上のポリシリコン膜701をマスクとして
、また、pnpトランジスタを構成する層、p°形層7
a、n−形エピタキシャル層3.p°形層8b上を覆い
かくず様にレジスト302を形成して選択的にポリシリ
コン膜601a、601bおよびそれにつながるp。
形層の上の酸化膜105.401を除去する〔第2図c
d)〕。
次いで低温(800℃〜900℃程度)での酸化を行な
って、n゛形層ポリシリコン膜701上に厚い酸化膜1
0−8を、また、p゛形層シリコン基板上とp゛形層ポ
リシリコン膜601a、601b上に薄い酸化膜107
を形成する〔第2図(e)〕。
次に酸化膜107のみをウォッシュアウトする〔第2図
(f)〕。
その後に全上面にP t、Pd、W、Moなどのシリサ
イド形成金属膜を形成した後シンタリングを行なって金
属シリサイド膜501をp゛形層シリコン基板上および
ポリシリコン膜601a。
601b上にのみ形成し、次に王水等によってシリサイ
ド形成金属膜のみを除去する。なお、ポリシリコン膜6
01aと金属シリサイド膜501とは第1の低抵抗導体
、ポリシリコン膜601bと金属シリサイド膜501と
は第2の低抵抗導体を形成する〔第2図(g)〕。
その上にリンガラス膜等のパッシベーション膜402を
デポジションした後、所要のレジストマスク(図示され
てない)を用いてコンタクト用の窓明けを行ない、Al
、Auなどの第3の低抵抗導体としての低抵抗金属で、
従来と同様、コレクタ電極配線としてのコレクタ端子1
3を形成して、この実施例は完成する〔第2図(h)〕
この実施例の第1の利点は、コレクタ端子13とベース
端子12との距離り、−8がほぼ半減できることである
。すなわち、従来の半導体集積回路装置ではAl配線の
幅がベース端子12.コレクタ端子13のコンタクト部
の幅よりもはみ出しているので、コレクタベース間距離
DC−I+は配線幅で制約を受けて小さくできなかった
が、本実施例では低抵抗のポリシリコン膜601aと金
属シリサイド膜501とから成る第1の低抵抗導体とベ
ース端子との接続部分を分離酸化膜102の上へ追い出
したので、従来装置におけるような制約はなくなり、第
2図(glにAで示した部位で、金属シリサイド膜50
1の端部は、直接、酸化膜105の端部と接しており、
この酸化膜105のパターニングはコレクタ層のポリシ
リコン膜701によって自己整合的に形成されてポリシ
リコン膜701と重なる幅が実質的にコレクタ・ベース
間距離り、−6と等しくなるので、その値を小さくでき
る。
本実施例から分かるように、npnトランジスタの各コ
レクタについて、各ベースは金属シリサイド膜501で
低抵抗化されたポリシリコン膜601aでベース端子に
連結され、また、定電流回路素子であるpnpトランジ
スタのコレクタもベース端子に接続され、さらに、各イ
ンジェクタもポリシリコン膜6A l b上の金属シリ
サイド膜501でインジェクタ端子1)に接続されてい
るので、各コレクタ間の電気的差異はなくなり、第2表
に示すように、各npn)ランジスタの特性も同一とな
る。
第2表 さらに、ベース端子12が非活性領域上のポリシリコン
膜601aとその上の金属シリサイド膜501とによっ
ているので、従来構造では必須であったゲート間配線2
1.22の直下のベース拡散JW6b、8b、9bが不
要となり、ベース面積Ss自体が小さくなり、コレクタ
面積S、との比Sc/Ssが大きく、従って電流増幅率
βUも大きくなる。また、第12図で説明したインジェ
クターコレクターベース配置にできるので、ゲート動作
速度も速くできる。
なお、上記実施例では選択酸化を使用したゲート分離方
式について述べたが、その他の通常のゲート分離方式や
高不純物濃度領域によるカラー分離方式についても本発
明は適用でき、また、へ−ス層をグラフト構造の場合に
ついて説明したが、埋込みベース構造についても本発明
は適用できる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明は、各コレクタに対応する各ベ
ースを金属シリサイド膜を重ねたポリシリコン膜で構成
された低抵抗導体で定電流回路素子へ接続するとともに
各インジェクタも同様の低抵抗導体で接続するようにし
たので、各コレクタの位置とベース端子との距離に差異
があっても特性は均一化され、また、上述の構成にした
ので、インジェクターコレクターベース配置が実現でき
動作速度を速くすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる半導体集積回路装置の一実施例
を示す平面図、第2図はその主要製造工程を説明するた
めの断面図、第3図は従来の半導体集積回路装置として
のI IL−ICを示す平面図、第4図はその主要製造
工程を説明するための断面図、第5図および第6図は3
つのコレクタC1+  C2,C3を有する従来のII
Lゲートのコレクタ電流■。と電流増幅率βUとの関係
および消費電力P6とゲート伝播遅延時間tpdとの関
係をそれぞれ示す特性図、第7図は電流増幅率βUとゲ
ート最小遅延時間t、。inとの関係を示す特性図、第
8図はコレクタとベース端子との距iiiIDc−mと
ゲートi手遅延時間tpd+*inとの関係を示す特性
図、第9図はコレクターベース面積比S C/ S 1
と電流増幅率βUとの関係を示す特性図、第10図は各
端子の関係位置によってゲート最小遅延時間tpd+a
ifiが異なることを示す特性図、第1)図はインジェ
クターベース−コレクタの配置の場合の構成とその動作
を説明するための模式断面図、第12図はインジェクタ
ーコレクターベース配置の場合の構成とその動作を説明
するための模式断面図である。 1・・・・p形シリコン基板、2・・・・n゛形埋込み
層、3・・・・n−形エピタキシャル層、10a・・・
・n1形層、1)・・・・インジェクタ端子、12・・
・・ベース端子、13,14.15・・・・コレクタ端
子、21.22− ・・・論理ゲート回路装置相互間配
線、102・・・・分離酸化膜、105.108・・・
・酸化膜、401・・・・リンガラス膜、402・・・
・パッシベーション膜、501・・・・金属シリサイド
膜601,61),701・・・・ポリシリコン膜。 第1図 12=<−ス4) +3.14.+5 :  プレ7り嶋千第2図 第20 第2図 第30 b 第4図 第4図 手続補正書(自発〕 1.事件の表示   N顆昭59−198120号2、
発明の名称   半導体集積回路装置およびその製造方
法3 補正をする者 (2)明細書の発明の詳細な説明の欄 6、補正の内容 (1)  明細書の特許請求の範囲を別紙の通り補正す
る。 (2)明細書第16頁第5行〜第6行の「形成し、次に
王水等によってシリサイド形成金属膜のみを除去する。 」を「形成する。」と補正する。 以上 別紙 「(1)半導体基体内の分離領域により他の部分と分離
された部分に形成されベースに信号が入力され複数個の
コレクタにそれぞれ信号が出力されるトラ′  ンジス
タと、このトランジスタの前記ベースへ定電流を供給す
る定電流回路素子とからなる論理ゲート回路を有する半
導体集積回路装置において、前記トランジスタの各コレ
クタに対応する前記各ベ一旦前記各ベース上に形成され
た金属シリサイド膜と金属シリサイド膜を重ねたシリコ
ン膜からなる第1の低抵抗導体とで接続するとともに、
前記定電流回路素子へ電流をつなぐインジェクタ端子と
前記各コレクタに対応する各インジェクタとを前記基体
上に形成されたすくなくとも金属シリサイド膜を重ねた
シリコン膜からなる第2の低抵抗導体で接続し、前記各
コレクタとそれぞれのコレクタ端子とをコレクタの形成
に使用された高濃度不純物を含むシリコン膜を介して繋
がっている低抵抗金属配線の°第3の低抵抗感体で接続
したことを特徴とする半導体集積回路装置。 (2)第1および第2の低抵抗導体は分離領域の上を通
るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の半導体集積回路装置。 (3)第1および第2の低抵抗導体はコレクタ端子と論
理ゲート回路装置相互間配線とに直角な方向に配線され
たことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
記載の半導体集積回路装置。 (4)少なくとも第1の低抵抗導体を形成する半導体集
積回路装置の製造方法において、コレクタへの不純物拡
散源として使用したシリコン膜をマスクの一部として選
択的に低抵抗導体の金属シリサイド膜を形成する領域の
絶縁膜を除去する工程と、コレクタ上のシリコン膜上に
厚い酸化膜、前工程で露わにされた低抵抗導体の金属シ
リサイド膜形成部上に薄い酸化膜を比較的低温で酸化す
ることによって形成する工程と、前工程で形成された低
抵抗導体の金属シリサイド膜形成部上の薄い酸化膜をウ
ォッシュアウトする工程と、前工程で露わになったシリ
コン基板およびシリコン膜上に金属シリサイド膜を形成
する工程とを有することを特徴とする半導体集積回路装
置の製造方法。」□りQつ−

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基体内の分離領域により他の部分と分離さ
    れた部分に形成されベースに信号が入力され複数個のコ
    レクタにそれぞれ信号が出力されるトランジスタと、こ
    のトランジスタの前記ベースへ定電流を供給する定電流
    回路素子とからなる論理ゲート回路を有する半導体集積
    回路装置において、前記トランジスタの各コレクタに対
    応する前記各ベースと前記定電流回路素子とを前記各ベ
    ース上に形成された金属シリサイド膜と金属シリサイド
    膜を重ねたシリコン膜からなる第1の低抵抗導体とで接
    続するとともに、前記定電流回路素子へ電流をつなぐイ
    ンジェクタ端子と前記各コレクタに対応する各インジェ
    クタとを前記基体上に形成されたすくなくとも金属シリ
    サイド膜を重ねたシリコン膜からなる第2の低抵抗導体
    で接続し、前記各コレクタとそれぞれのコレクタ端子と
    をコレクタの形成に使用された高濃度不純物を含むシリ
    コン膜を介して繋がっている低抵抗金属配線の第3の低
    抵抗導体で接続したことを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  2. (2)第1および第2の低抵抗導体は分離領域の上を通
    るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の半導体集積回路装置。
  3. (3)第1および第2の低抵抗導体はコレクタ端子と論
    理ゲート回路装置相互間配線とに直角な方向に配線され
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
    記載の半導体集積回路装置。
  4. (4)少なくとも第1の低抵抗導体を形成する半導体集
    積回路装置の製造方法において、コレクタへの不純物拡
    散源として使用したシリコン膜をマスクの一部として選
    択的に低抵抗導体の金属シリサイド膜を形成する領域の
    絶縁膜を除去する工程と、コレクタ上のシリコン膜上に
    厚い酸化膜、前工程で露わにされた低抵抗導体の金属シ
    リサイド膜形成部上に薄い酸化膜を比較的低温で酸化す
    ることによって形成する工程と、前工程で形成された低
    抵抗導体の金属シリサイド膜形成部上の薄い酸化膜をウ
    ォッシュアウトする工程と、前工程で露わになったシリ
    コン基板およびシリコン膜上に金属シリサイド膜を形成
    する工程とを有することを特徴とする半導体集積回路装
    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
US5298779A (en) * 1991-02-13 1994-03-29 France Telecom-Establissement Autonome De Droit Public Collector of a bipolar transistor compatible with MOS technology

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