JPS63119264A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS63119264A
JPS63119264A JP22353086A JP22353086A JPS63119264A JP S63119264 A JPS63119264 A JP S63119264A JP 22353086 A JP22353086 A JP 22353086A JP 22353086 A JP22353086 A JP 22353086A JP S63119264 A JPS63119264 A JP S63119264A
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JP
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film
collector
substrate
region
insulating film
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JP22353086A
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English (en)
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Katsutada Horiuchi
勝忠 堀内
Katsuyoshi Washio
勝由 鷲尾
Toru Nakamura
徹 中村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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〕 本発明は半導体装置に係り、特に素子占有面積の低減化
と寄生容量及び寄生抵抗の低減化に好適なバイポーラト
ランジスタに関する。
〔従来の技術〕
ベース・コレクタ間寄生容量を低減化し、動作速度の高
速化を図るため、ベース側壁から引出し電極を取り出す
バイポーラトランジスタは公知であり、その−例を第2
図に示す。この種の文献としては例えば特開昭56−1
556号、特願昭58−73156号等があげられる。
第2図において、1はP型Sj基板、21及び22はN
生型埋込み層、3はS i、 02からなる絶縁膜で素
子間分離又はベース・コレクタ間絶縁の役割を有してい
る。4はN型コレクタ領域、51及び52はP型ベース
領域、6及び61はベース端子を取り出すための多結晶
Siからなる外部ベース領域、71及び72はN型エミ
ッタ領域、81及び82はエミッタ電極、91はベース
電極、100は第1のトランジスタのコレクタ電極であ
り、第2のトランジスタのベース領域と接続されている
状態を示す。102は第2のトランジスタのコレクタ電
極である。第2図で示す従来のトランジスタ構造はベー
ス領域5]及び52の側壁から外部ベース領域6によっ
てベース電極91を取り出している。外部ベース領域6
は厚い絶縁膜3上に形成されるため、ベース・コレクタ
間の寄生容量が小さく、高速な性能が実現される。さら
に外部ベース領域61は一つの配線層として取り扱える
ため回路レイアウトの自由度が増し、集積回路の微細化
が図れる利点も有している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
」1記従来技術に関する利点もMO8型トランジスタに
比べれば集積度の点については十分とは言い難い。すな
わち従来トランジスタに於てはコレクタ領域4はN十埋
込み層21を介してSi基板表面でコレクタ端子を取り
出しており1例えば別トランジスタの外部ベース領域6
1と接続する場合に於てもSi基板表面部に設けた金属
電極101を介して接続をする必要があった。すなわち
、上記接続の為にはN十埋込み層21から表面に達する
N十型領域をSj基板内に確保する必要があり、l−ラ
ンジスタ占有面積の低減が極めて難しく、外部ベース領
域61を配線層として用いる利点が低減される問題があ
った。
さらに従来技術において、所望の回路構成の関係でN十
埋込み層21又22をSj基板1内部で延在さぜること
が多々存在するが、この場合コレクタ抵抗が増大する問
題があった。従来技術の他の問題はN十埋込み層21及
び22間の間隔、すなわち素子間分離間隔に関する。す
なわち従来技術における素子間分離絶縁膜3の底面はN
十埋込み層21及び22の底面より上部に位置していた
したがってコレクタ間最短間隔はN十埋込み層間の最短
間隔で決定されるため、所望のコレクタ間耐圧を確保す
る為には絶縁膜3幅を十分せまくすることができず集積
化上の問題となっていた。
本発明の目的は上記従来の問題を解決し、コレクタ接続
の為の占有面積の低減と素子間分離間隔の低減を図るこ
とにある。さらに本発明の他の目的はコレクタ抵抗を低
減することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するために本発明においてはN十埋込み
層成面に達する溝をS:I基板に設け、溝底部への素子
間分離絶縁膜の形成と上記絶縁膜上に設置した外部コレ
クタ電極によりN十埋込み層側面からコレクタ領域との
接続を行った。上記構成において、隣接するコレクタ間
の実効間隔は素子間分離絶縁膜底面に沿つ′た径路とな
るため、上記絶縁膜底面をN十埋込み層成面より深くな
るごとく溝形成を施せばせまい素子間分離絶縁膜幅の構
成でも実効間隔を十分確保できコレクタ間耐圧を十分保
証することができる。さらに上記構成において外部コレ
クタ電極は一配線層としての働きを有し、外部ベース電
極との接続等もSi基板表面を介さず実現できる。した
がって回路構成レイアウトの自由度が増し、集積回路の
微細化が一段と図れる。特にコレクタ端子の為の活性領
域が不要となる為、活性領域の微細化すなわちトランジ
スタ寸法の低減上極めて有効である。
〔作用〕
本発明において外部コレクタ電極はN十埋込み層側壁と
接続され、かつ活性領域を規定する素子間分離絶縁膜−
ヒに設けられるのでコレクタ端子設置の為の活性領域確
保を必要としない。したがってトランジスタ占有面積は
従来のコレクタ接続領域弁だけ低減することができる。
さらに外部コレクタ電極は多結晶シリコン単層膜、多結
晶シリコン膜と金属硅化物膜あるいは高融点金属膜この
積層膜などで構成できるためコレクタ抵抗を低減化でき
る。外部コレクタ電極を設けることの他の作用はコレク
タ領域の外周を取り囲む素子間分離絶縁膜上の全体又は
部分よりコレクタ領域との接続ができることに基づく。
これにより従来コレクタ領域の一端から取り出していた
接続法にくらべ素子面積を増大させることなくコレクタ
抵抗をさらに低減化することが可能となる。
本発明においては素子間分離絶縁膜底面がN十理込み層
成面より深部になるごとく構成できるので隣接コレクタ
間の実効間隔を素子間分離絶縁膜の間隔よりも十分広く
することができる。したがって所望のコレクタ間耐圧を
確保しつつ素子間分離間隔を従来技術に比べて十分にせ
まく設定することができ半導体装置の超高集積化が可能
となる。
本発明においては、素子間分離絶縁膜」二に外部コレク
タ電極を設置するが、隣接するコレクタに関し、所望で
ない接続がおこなわれるをの防止する必要がある。所望
コレクタとの接続のみを実施する手法として、本発明に
おいては溝形成をN+埋込み層から離し、接続予定領域
にはN上層が露出しない構成にしておく。接続を欲しな
い隣接コレクタに対しては溝形成でN十埋込み層側壁が
露出するごとくあらかじめ配置しておく。上記構成にお
いて、溝底面に素子間分離絶縁膜を選択的に形成した後
、上記選択形成に用いたシリコン窒化膜等を溝側面から
除去し、この状態より湿式低温酸化を実施する。上記酸
化によりN上層露出部には厚いシリコン酸化膜が、N上
層がない領域には薄い酸化膜が形成される、上記の薄い
酸化膜のみを選択的に除去しSj基板側壁を露出してか
ら熱拡散を施し、続いて外部コレクタ電極を素子間分離
絶縁膜」二の溝内部に設ければ、接続所望コレクタの°
N十埋込み層とは新たに形成した拡散層を介して接続さ
れる。一方接続を所望しない隣接コレクタとの間には厚
い酸化膜がN十埋込み層と自己整合的に介在されており
接続は行なわれない。
外部コレクタ電極の設置に関しては上記手法以夕1には
N十埋込み層が露出された素子間分離溝側壁にのみ外部
コ1ノクタ電極を自己整合的に残置させることもスパッ
タイオンエツチング法を用いれば実現できる。この場合
、上記溝底部の素子間分離絶縁1鴎」−に於ては、溝側
壁部近傍を除いて外部11ノクタ電極を除去しておけば
よい。
〔実施例〕
以ド、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。
説明の都合」二1図面をもって説明するが%部が拡大し
て示されているので注意を要する。
また、説明を簡明にするため各部の材質、半導体層の導
電型、及び製造条件を規定して述べるが材質、半導体層
の導電型、及び製造条件はこれに限定されるものでない
ことは言うまでもない。
実施例1 第3図(A)乃至(F)は本発明の第1−の実施例を製
造工程順に示した断面図で、P型Si基板1に熱拡散法
によりSiを選択的に拡散させ、深さ1μm、不純物濃
度3X1010(7)−8のN十型埋込み層2]、及び
22を形成する。次にN十型埋込み層2]及び22上に
エピタキシャル成長法により厚さ1μmのエピタキシャ
ル層4を形成する。
その後、エピタキシャル層4の」二に熱酸化法により厚
さ50膜mのS j、 0211jJ 33、CVD法
による厚さ120 n mの5isN+膜34、CV 
l)法による厚±900nmのSiO2膜を順次形成し
、ホトリソプラノイ技術によって上記積層絶縁1模33
乃至35をパターニングする。次に上記積層絶縁膜33
乃至35をマスクとしてSi基板1を深さ2μmエツチ
ングした。Si基板1に形成した溝は1μm幅で、外部
コレクタ電極との接続予定領域においてN十埋込み層2
1とはQ、5μm隔離しく9) て設「イした。次いで、熱酸化法による5jOx膜とC
VD法による5iaN4膜を全面に形成した後、反応性
イオンスパッタリング法により新たに形成した積層絶縁
膜をエツチングし、Sj溝側面にのみ選IR的に残置さ
せる。この状態より熱酸化を行って厚さ700nmのS
:i、02膜をSj溝底面に選択的に形成し素子間分離
絶縁膜30とした。その後、Sj層側面残置した積層絶
縁膜を熱燐酸液で選択的に除去した(第3図(A))。
次に酸化?!;、1度800℃の低温湿式酸化法により
N十埋込み層21及び22の側面が露出されている部分
に600 n mの厚いS]02を形成した。
」1記熱酸化においてN十埋込み層が露出していたいS
i基板側壁面には1.80 n m L、か5iOz膜
が成長されない。この状態より18.0 n mの5i
Oz膜を除去することによりN十埋込み層側面に400
n rrl厚のSiO2膜を選択的に残置させた。この
状態よりPocQnを拡散源とする熱拡散を施し、)l
つ側面でSi基板が露出している領域にN十拡散層を形
成し、N十埋込み層2】及び22と接続さく10) せた。次に多結晶シリコン(又は非晶質シリコン)膜を
厚く堆積しSi溝部を埋めた後、平坦化エツチングによ
り溝内部にのみ残置させた。溝内部に残置した多結晶シ
リコン膜に熱拡散を施し、低抵抗化して所望N十埋込み
層とのみ接続された外部コレクタ領域212及び213
とした。次にCVD法によるSj、aN4膜36とSj
○2膜37を堆積し、溝部が平坦化されるまでS i、
 02膜37を反応性イオンスパッタリング法によりエ
ツチングした(第3図(B))。
第3図(B)の状態よりSj、Oz膜35、S−i、J
+膜34、及びSiOx膜33からなる積層絶縁膜をホ
トリソグラフィ技術により再び選択エツチングした後、
上記積層絶縁膜をマスクとしてSj基板]を深さ0.7
μmエツチングした。上記のエツチングにおいて、外部
コレクタ領域212及び213上のSi○2膜37膜厚
7構成されていて同時には除去されないので81基板エ
ツチング後、5j02膜37のみ選択的に除去した。次
いで再び熱酸化と5i−sNa膜を堆積した後、反応性
イオンスパツタリング法を用いてエツチングを行なうと
Si基板の側面にのみSiO2膜とS j、s N 4
膜の積層膜38が残置される。積層膜38や8j8N4
膜34及び36をマスクとし、Si基板露出面を熱酸化
することにより厚さ400nmのSiO2膜を形成しベ
ース・コレクタ間の分離用絶縁膜31を形成した。次に
反応性イオンスパッタリング法により外部コレクタ領域
212及び2]、3上の5i8Nt膜を選択的に除去し
、多結晶シリコン膜を露出させた。この状態より全面に
W膜をスパッタリング法により蒸着し、700℃のN2
雰囲気による加熱により多結晶シリコンと反応させてタ
ングステン硅化膜(シリサイド)110及び]11を外
部コレクタ領域」―に自己整合的に形成した。上記熱処
理においてSi 1lN4膜38及びSi○2膜31及
び35」二のW膜は反応しない。過酸化水素(H2O2
)水溶液により未反応W膜は除去した(第3図(C))
第3図(C)の状態よりSj基板側面に形成された81
1IN4股と5jO2の積層膜38を熱燐酸、及び希釈
弗酸水溶液で除去した後、厚さ700nmの多結晶シリ
コン膜を堆積し、Si基板の凸形状部上の堆積膜をウェ
ットエツチングにより除去した。次にマスクを用いて所
望領域以外の多結晶シリコン膜を除去した後、加速エネ
ルギ30KeO1打込み量lX1014■−2の条件で
多結晶シリコン膜へのBイオン注入をおこない、その後
900C。
20分の条件の熱処理を行い注入イオンの活性化をおこ
ない外部ベース領域6及び61を形成した(第3図(D
))。
しかる後、Si基板の凸部領域表面に形成されていたS
i、Oz膜35.5111N4膜34、Si○2膜33
をウェットエツチングにより除去し、表面からP型不純
物Bイオンを加速エネルギ25KeO1打込み量1. 
X 10 ”a++−2の条件で注入して深さ0.3μ
mのベース領域51及び52を形成し、さらにn型不純
物Asを加速エネルギ80KeO1打込み量2.OX 
101B国−2の条件でイオン打込みして深さ0.15
μmのエミッタ領域71及び72を形成した。尚両イオ
ン打込み後の活性化熱処理はAsイオン打込み後に実施
した。この状態より全面に厚さ200nmのSiO2膜
を堆積しエミッタ領域71及び72、外部ベース領域6
及び61、外部コレクタ領域213又は111上に開孔
を施した(第3図(E))。
最後にAQを主成分とする金属膜の蒸着とそのパターニ
ングによりベース電極91.エミッタ電極81及び82
、コレクタ電極102等を含む電極及び配線を所望の回
路構成にしたがって形成した(第3図(F))。
−1−記の製造工程を経て製造された本実施例に基づく
半導体装置においてはコレクタ端子をN十埋込み層側面
から外部コレクタ領域を介して引出しており、かつ」1
記外部コレクタ領域は素子間分離絶縁膜上に設けられて
いるのでコレクタ端子の為に従来要していた活性領域が
不要となった。上記によりnpnl−ランジメタ2ケに
よって構成されるフリップフロップ回路のセル面積は従
来に比べ2/3にまで低減され、基板−コレクタ間容量
も大幅に低減された。さらに本実施例に基づく半導体装
置においては素子間分離絶縁膜をN十埋込み層成面より
さらに深部にまで構成でき、実効コレクタ間間隔を大き
くとれる為、素子間分離距離を従来の1/4である1μ
mにしても耐圧上の問題は何ら生ぜず集積化が実現でき
た。上記トランジスタの活性領域の低減及び素子間分離
距離幅の縮少によりフリップフロップ回路を用いたメモ
リセル面積は従来の約1/2にまで縮少することができ
た。さらに、外部コレクタ領域は多結晶シリコン膜と金
属硅化膜又は高融点金属膜の重合せ構造が用いられる為
コレクタ抵抗も従来の100Ω/口から10Ω/口以下
に低下することができた。
尚、本実施例においては金属珪化膜(シリサイド膜)1
」0及び111としてWの硅化膜について述べたが上記
は他の金属、例えばT ]、 l M o + P t
; rPd、Ta、Zr、Ni、Cr、V、Hf等の硅
化膜または金属膜であってもよい。
実施例2 第4図及び第1図は本発明の他の実施例を示す図である
。前記第1の実施例において、素子間分離絶縁膜の形成
予定領域の開溝に先だってベース・コレクタ間分離絶縁
膜の形成予定領域を区画するSi基板1のエツチングを
反応性イオンエツチングにより行う。続いて素子間分離
絶縁膜の形成予定領域のSi基板部にも溝を形成した。
上記溝とN十埋込み層の配置に関しては前記第1の実施
例のごとき制限を設けなくともよく、上記溝側面にN十
埋込み層が露出された構成であってもよい。
Si基板1への第2の溝形成の後、溝側面にSj 02
膜と5i8N<膜の積層膜を前記第1−の実施例に従っ
て選択的に残置させた。しかる後、上記5isNa膜お
よび51gNi膜34をマスクにして700nmのSi
、Oz膜をSj基板主表面部を除く表面部に形成し、素
子間分離絶縁膜30及びベース・コレクタ分離絶縁膜3
1−を形成した。次に素子間分離絶縁膜31.の選択形
成に用いた第2の溝側壁部に残置されているS i 8
N4膜とS 、i、 02膜をフォトリソグラフィ技術
を用いて選択的に除去し、N十埋込み層側面を露出させ
た。続いて多結晶シリコン膜の堆積とn型不純物Pの熱
拡達により上記多結晶シリコン膜の低11(杭化しN十
埋込み層と接続させた。
この状態より反応性スパッタイオンエツチング法により
上記多結晶シリコン膜をS)基板表面と垂直方向にのみ
エツチングを施し第2のSj溝側面にのみ残置させ、N
十埋込み層領域を囲うごとく構成し外部コレクタ領域2
11,212,21.3とした。ベース・コレクタ分離
絶縁膜上のSj基板側壁部に残置している多結晶シリコ
ン膜はフォトリソグラフィ技術により選択的に除去した
。第2のSj溝側壁の外部コレクタ領域に関しても所望
箇所を選択的に除去し、N十理込み層周辺を完全に囲わ
ない構成としてもよい。しかる後、W膜をスパッタリン
グ法により全面に蒸着し、所望領域以外のMO膜をフォ
トリソグラフィ技術により選択的に除去した。その後、
所望領域上に残置されているW膜と多結晶シリコン膜で
構成される外部コレクタ領域を反応させ、金属硅化膜1
.10 。
111を外部コレクタ領域の所望箇所に形成した。
この状態よりCVD法によるSj、02膜3Pの堆積と
その平坦化エツチングにより第2のSj基板溝内を埋め
るごとく処理した(第4図)。
第4図の状態において、電子線レジスト液RE5000
p (商品名)を全面に塗布後照射量10μC/ ry
Nなる電子線を金属硅化膜110、及び1、1.1.1
を含む箇所に粗く位置合せして照射し、現像したところ
、金属硅化膜11−0、及び111」ユのレジスト膜が
自己整合的に除去され、他領域−にのレジスト残膜は残
置したままであった。上記レジスタ膜の選択的残膜効果
を利用し、Wの金属硅化膜110及び111上の5iO
z膜39の選択的に除去した。電子線照射によるレジス
ト膜の選択的残膜効果は第5図に示す特性に基づく。曲
線イはS iO2膜下にWやMO又はそれらによる金属
硅化膜のごとく質量の大きい物質が存在する場合であり
曲線口はS j、 02膜下がSi基板の場合について
の電子線照射、及び現像後のレジスト残膜率である。す
なわち10μc / alなる条件で電子線照射を行う
とW膜等のごとき質量の大きな物質」二ではレジスト残
膜は完全に除去されるが、Si基板−1−では約50%
厚のレジスト膜が残置される。
電子線の反射量が下地物質の質量差に依存する」1記現
象を利用してSj、02膜3Pの選択除去を実施した後
、前記第1の実施例に従って51gNa膜38の除去及
び外部ベース領域6,61形成以降の製造工程を施した
(第1図)。
」1記の製造工程を経て製造された半導体装置は前記第
1の実施例に基づいて製造された半導体装置と同様の特
長、すなわちトランジスタ活性領域面積の低減、及び素
子間分離間隔の低減、さらにはコレクタ抵抗の低抵抗化
の特長を有していた。
それに加えるに本実施例に基づく半導体装置においては
N十埋込み層21又22と接続される外部コレクタ領域
211乃至214を活性領域を囲うごとく構成すること
ができる為、コレクタ抵抗の低減化がさらに進展され、
合せてコレクタ配線に関する自由度の増大とコレクター
基板間容量の低減が図れた。
尚、本実施例において金属硅化膜1.10,111とし
てWのシリサイド膜の場合について記載したが」二記金
属硅化膜はMo、Pd、Pt、Ta。
Hf、Tiなど質量の大きい高融点金属又はその金属硅
化膜であってもよい。
本実施例に基づく半導体装置において、外部コレクタ領
域62を第6図のごとく素子間分離絶縁n+J 30」
二でN十理込み層21−の側面から取り出し、かつ活性
領域1−まで延在させて活性領域表面」二でコレクタ電
極102と接続させてもよい。」1記によりエミッタ面
積は相対的に増大し大電流化、超高速化が図れる。
〔発明の効果〕
本発明によればコレクタ端子を活性領域上のSj基板表
面から取り出すことなく埋込み層側壁から素子間分離領
域上の外部コレクタを介して取り出すことができるため
活性領域面積を従来の2/;3以下にまで低減できる効
果がある。さらに本発明によれば素子間分離絶縁膜底面
をN十埋込み層より深部にまで構成でき実効的なコレク
タ間間隔を実寸法具」−に大きくとれるため、素子間分
離距離を従来の1. / 4にまで低減でき超高集積化
を実現できる効果がある。さらに本発明によれば外部コ
レクタ領域を高融点金属又はその金属硅化膜を構成材料
として用いることができるためコレクタ抵抗を従来の1
710以下にまで低減できる効果がある。また外部コレ
クタ領域で活性領域を囲うごとく構成することができる
のでコレクタ接続に関するレイアウトの自由度を占有面
積の増大なしに飛躍的に高め、かつコレクター基板間容
量も大幅に低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図、第4図及び第6図は本発明の主なる実施例に基
づく半導体装置を示した断面図、第2図は従来の半導体
装置の代表例を示す断面図、第3図(A)乃至(F)は
本発明の第1の実施例に基づく半導体装置を製造工程順
に示した断面図、第5図はポジ型電子線レジストの電子
線照射量とレジスト残膜率の関係について下地物質依存
性をパラメータとして示した図であり、本発明の第2の
実施例における自己整合開孔技術を説明する図である。 1・・・半導体基板、4・・・コレクタ領域、21・・
・埋込み層、30・・・素子間分離用絶縁膜、31・・
・分離用絶縁膜、51・・・ベース領域、61・・・外
部ベース領域、7]、・・・エミッタ領域、1]○・・
・金属硅化膜、212・・・外部コレクタ領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板内の埋込み不純物層を一構成要素とし、
    該埋込み不純物層で領域が規定される複数の単結晶活性
    領域が素子間分離絶縁膜により互いに分離された半導体
    装置において、該埋込み不純物層は少なくともその側壁
    において素子間分離絶縁膜上に設けられた引出し電極と
    接続され、かつ該引出し電極を介して異なる活性領域の
    構成要素と接続されることを特徴とする半導体装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において、
    該引用し電極は該埋込み不純物層を囲むごとく設けられ
    たことを特徴とする半導体装置。 3、特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において、
    該引出し電極の少なくとも一部は金属硅化物膜により構
    成されることを特徴とする半導体装置。
JP22353086A 1986-09-24 1986-09-24 半導体装置 Pending JPS63119264A (ja)

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JP (1) JPS63119264A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008130617A (ja) * 2006-11-16 2008-06-05 Nec Corp フレキシブルプリント基板の固定構造
US7752745B2 (en) 2003-12-15 2010-07-13 Nitto Denko Corporation Method of making wired circuit board holding sheet

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