JPH04233236A - バイポーラトランジスタの製法 - Google Patents

バイポーラトランジスタの製法

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JPH04233236A
JPH04233236A JP3199971A JP19997191A JPH04233236A JP H04233236 A JPH04233236 A JP H04233236A JP 3199971 A JP3199971 A JP 3199971A JP 19997191 A JP19997191 A JP 19997191A JP H04233236 A JPH04233236 A JP H04233236A
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はバイポーラトランジスタ
の製法に関する。
【0002】
【従来の技術】基板内に集積されたバイポーラトランジ
スタを、自己整合された二重ポリシリコン工程で製造す
ることは公知である[例えばニング(T.H.Ning
)その他の論文、“IEEE  Trans.on  
Electron.DevicesED−28”、(1
981)、第1010頁以降;リー(G.P.Li)そ
の他の論文、“IEEE  Electron.Dev
ice  Lett.EDL−8”、(1987)、第
338頁以降参照]。この場合基板上に互いに逆型にド
ープされている2つのポリシリコン層が順次に設けられ
る。一方のポリシリコン層からはベース端子が、また他
の層からはエミッタ端子及びコレクタ端子が形成される
。この両ポリシリコン層はいわゆる酸化物スペーサによ
って互いに分離されている。酸化物スペーサは絶縁性の
縁被覆物であり、これは完成ベース端子に第2のポリシ
リコン層を設ける前に作られるか又は完成エミッタ端子
にベース端子用のポリシリコン層を設ける前に作られる
。このようにしてベース端子とエミッタ端子との間の間
隔は使用されるフォトリソグラフィによって影響される
ことはない。
【0003】生じるトランジスタは高集積回路にあって
は欠点である極めて起伏に富んだ構造的特徴を有する。
【0004】第1のポリシリコン層の構造化及びスペー
サの形成に際しては、基板表面を削り取りまた基準面を
損傷する過エッチング工程が必要である。その結果端子
に問題を生じる。
【0005】ベース端子の側面に酸化物スペーサを有す
るバイポーラトランジスタを製造する場合、第1のポリ
シリコン層の構造化に際してもまたスペーサの形成に際
しても、後のエミッタ接触面の、エッチングを補助する
プラズマが必要である。これは歩留まりを損なう危険性
がある。
【0006】ベース端子の側面に酸化物スペーサを有す
るトランジスタは、その製造において、例えば分離され
たホモ又はヘテロベース、又は分離されたヘテロエミッ
タのような進歩した技術には馴染まない。
【0007】酸化物スペーサが最初に製造されたエミッ
タ端子の側面を覆う製法では、自己整合的にいわゆるポ
デストコレクタ(Podest−Kollektor)
を補充することは不可能である。ポデストコレクタは活
性トランジスタ領域内へのコレクタの付加的な注入によ
るものである[エーインガ(K.Ehinger)その
他の論文、“ESSDERC’89”、第797頁以降
、Springer出版、1989参照]。
【0008】公知製造法の他の欠点は、両ポリシリコン
層に対して珪化法を適用することが困難な点にある。珪
化法を導入するに当たっては、いずれの場合にも珪化物
は、デバイスの特性を損なうことなく高温処理工程に耐
えることができなければならない。まずベース端子を作
り、酸化物スペーサで覆うという方法では、ベース端子
の珪化物はエミッタ分離工程を無傷で切り抜ける必要が
ある。またまずエミッタ端子を作り、スペーサを設ける
という方法では、エミッタ端子の珪化物はベース端子を
作る際の温度工程に耐え得るものでなければならない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、エッ
チングプラズマ負荷による歩留まりリスクを減少させ、
進歩した製造技術と適合し得るプレーナバイポーラトラ
ンジスタの製造法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め本発明によれば、 a)  基板上に全面的に第1の導電型にドープされた
平坦な層を作り、 b)  平坦な層上に平坦な層に対して選択的にエッチ
ング可能で、ベース端子のための平坦な層の領域を覆う
第1の補助構造を作り、この補助構造がエミッタ端子及
びコレクタ端子のための平坦な層の領域を決定し、c)
  第1の補助構造を注入マスクとして使用して、エミ
ッタ端子及びコレクタ端子のための領域をイオン注入に
より、第1の導電型とは逆の第2の導電型によりドープ
し、 d)  エミッタ端子及びコレクタ端子のための領域を
被覆し平坦な層に対して選択的にエッチング可能な第2
の補助構造を第1の補助構造に対して自己整合的に作り
、e)  平坦な層を構造することによりベース端子、
エミッタ端子及びコレクタ端子を作るため、第1の補助
構造を第2の補助構造と共にエッチングマスクとして使
用する。
【0011】本発明による製造法では、ベース端子、エ
ミッタ端子及びコレクタ端子は例えばポリシリコンから
なる唯一の層から作られるから、先行技術においては2
つのポリシリコン層及び両層を絶縁する酸化物層を重ね
合わせることにより不可避の非平坦性は回避される。本
発明による製造法に基づき得られるバイポーラトランジ
スタは平坦な表面を有する。
【0012】ベース端子、エミッタ端子及びコレクタ端
子が同時に1回のエッチング工程で平坦な層から得られ
るため、エッチングプラズマ負荷及びそれと関連するエ
ミッタ用領域内での歩留まりリスクはなくなる。
【0013】本発明による製造法では、基板内における
ベース領域の生成に関して何等制約がない。完成バイポ
ーラトランジスタに対するハンディキャップに応じて、
活性ベース領域に対する基板内のドーパント集中を注入
、拡散又はエピタキシャル析出により行う。注入は平坦
な層を作る前に行う。同様にエピタキシャル析出も平坦
な層の生成前に行う。その際例えばシリコンからなる基
板上に例えば厚さ50nmのSi又はSi1−x Ge
x (x=0.1〜0.3)からなる層をベース用とし
て、また厚さ50nmのSi又はSi1−x Gex 
(x=0.1〜0.3)からなる層をエミッタ用として
析出させる。拡散によりベースのドーピングを行う場合
これを平坦な層から行う。
【0014】第1の補助構造を注入マスクとして使用し
て、第2の導電型のドーパントを付加的に高エネルギー
で注入することによりポデストコレクタをエミッタの下
方に作ることが可能である。
【0015】第2の補助構造を自己整合的に作るために
、第1の補助構造及び平坦な層の露出している領域上に
第1の補助層を全面的にまた同形に析出させることは本
発明の枠内にある。第1の補助層は第1の補助構造及び
平坦な層に対して選択的にエッチング可能である。第1
の補助層の厚さは、第1の補助層の表面が第1の補助構
造の形を反映するくぼみを有するように選定する。第1
の補助層上に第2の補助層を作るが、これは第1の補助
層に対して選択的にエッチング可能である。第2の補助
層は第1の補助層の表面を完全に覆い、第1の補助層の
表面内にあるくぼみを完全に満たす。第2の補助層は例
えば平坦化可能の燐−硼素−珪酸塩−ガラス層からなる
か又は同形に析出された酸化珪素層からなる。第2の補
助層をくぼみ以外の第1の補助層の表面が露出するまで
エッチング除去し、引続き第1の補助層の露出部分をそ
の下にある平坦な層の表面までエッチング除去すること
により、第2の補助構造を作る。第1の補助構造と第2
の補助構造との間に生じた間隙の幅は、第1の補助層が
析出される厚さによって決定される。これらの層の析出
を厚さ20〜500nmの範囲で正確に調整することが
できるから、この幅の間隔が得られる。
【0016】本発明の他の構成は他の請求項に記載され
ている。
【0017】
【実施例】次に本発明を図面による実施例に基づき詳述
する。
【0018】図1に示した構造を以下の処理工程により
作る。単結晶の、pドープされたシリコンからなる基板
1内に埋め込まれたコレクタ2を、例えばnドープされ
たイオンを注入することにより作る。次の工程でnドー
プされたエピタキシャル層3を全面的に設ける。基板1
内の隣合うトランジスタを分離するため絶縁領域4及び
チャネル・ストッパー領域5を作る。このためフォトラ
ッカマスクを形成した後絶縁槽を異方性エッチングによ
り作る。絶縁槽は例えば埋め込まれたコレクタ2よりも
100〜500nm深く基板1中に装入する。nドープ
されたイオンを注入することによりチャネル・ストッパ
−領域5を作る。最後にCVD酸化物中に絶縁槽を満た
すことにより絶縁領域4を作る。必要に応じて表面をエ
ッチング除去することにより平坦化する。このBOX絶
縁法と呼ばれる絶縁法は例えばシバタ(T.Shiba
ta)その他の論文、“IEDM  Techn.Di
g.”、1983、第27〜30頁に記載されている。
【0019】埋め込まれたコレクタ2、エピタキシャル
層3、絶縁領域4及びチャネル・ストッパ−領域5の製
造は、上記のBOX絶縁法以外に、いわゆるリセス酸化
物法(Recessed−Oxide−Technik
)[これに関しては例えばウィドマン(D.Widma
nn)その他の論文、“Technologie  h
ochintegrierter  Schaltun
gen、Reihe  Halbleiter  El
ektronik”、第19巻、Springer出版
、1988年、第293〜297頁参照]によってか又
はトレンチ絶縁法(Trench−Isolation
s−Tecknik)[これは例えばトライチンガ(L
.Treitinger)その他の論文、“Ultra
fast  Silicon  Bipolar  T
echnology,Springer  Serie
s  in  Electronics  and  
Photonics”Springer出版、1988
年に記載されている]によって行われる。
【0020】酸化物の島6をエピタキシャル層3内に作
る(図2参照)が、これはエピタキシャル層3を後のエ
ミッタ/ベース領域を収容するためのエピタキシャル島
31及びコレクタ端子領域32に分割する。コレクタ端
子領域32は残りの領域を相応してマスキングした後例
えばイオン注入し、引続きnドープされたイオンを拡散
することにより作る。
【0021】絶縁領域4、エピタキシャル島31、酸化
物島6及びコレクタ端子領域32の各表面上に平坦な層
7を全面的に設ける(図3参照)。平坦な層7は導電性
でありまた第1の導電型によって例えばpドープされて
いる。平坦な層7は例えばポリシリコンからなる。これ
は例えばCVD法で200nmの厚さに非晶質又は結晶
性に析出される。ドーピングは析出中にその場でか又は
析出後に例えば硼素を8×1015cm−2の量及びエ
ネルギー10keVで注入することにより行う。
【0022】平坦な層7(図3参照)上に、平坦な層7
に対して選択的にエッチング可能の第1の層8を設ける
。第1の層8は例えば酸化珪素からなり、例えば50n
mの厚さを有する。この第1の層8上に、更に第1の層
8に対して選択的にエッチング可能の第2の層9を設け
る。第2の層9は例えばポリシリコンからなり、例えば
50nmの厚さを有する。この第2の層9上に、第2の
層9に対して選択的にエッチング可能の第3の層10を
設ける。第3の層10は例えば酸化珪素からなり、例え
ば200nmの厚さを有する。
【0023】エピタキシャル島31の表面でベース領域
11を例えば平坦な層7から拡散により作る。コレクタ
端子領域32の領域内では平坦な層7から拡散されたド
ーピングをコレクタ端子領域32の逆型のより高いドー
ピングにより補償する。
【0024】ベース領域11を作る他の可能性は、平坦
な層7を析出する前で適当なマスキング後に例えば硼素
を2.8×1013cm−2の量でまた5keVのエネ
ルギーで注入することである。ベース領域11を作るも
う1つの可能性は、平坦な層7を作る前にベースをエピ
タキシャル析出し、引続き同様に平坦な層7の生成前に
エミッタ領域をエピタキシャル析出することにある。こ
の場合例えば厚さ50nmの硼素ドープされたベース及
び50nmのエミッタを有するホモ接合トランジスタ又
は例えばベース用としての50nmのSi1−x Ge
x (x=0.1〜0.3)及びエミッタ用としての5
0nmのSiを有するヘテロ接合トランジスタを析出す
ることができる。同様にホモ接合ベース及びヘテロ接合
エミッタを有するトランジスタ又はヘテロ接合ベース及
びヘテロ接合エミッタを有するトランジスタを製造する
ことも可能である。
【0025】下方にベース端子を有する第3の層10の
領域は覆っているがその下方にエミッタ端子及びコレク
タ端子を有する第3の層10の表面領域は露出している
フォトラッカマスクを作る。異方性エッチングにより、
例えばCHF3/O2での反  応性イオンエッチング
により酸化珪素からなる第3の層10をフォトラッカマ
スクに相応して構造化する。その際第2の層9はエッチ
ングストッパとして作用する。エッチングの遮断後また
必要に応じて場合によっては生じるエッチングポリマー
を除去するための適切な後処理の後に、フォトラッカマ
スクを除去する(図4参照)。
【0026】引続き異方性エッチングにより、例えばB
Cl3/Cl2での反応性イオンエ  ッチングにより
第2の層9を構造化する。第2の層9を構造化する際同
時にフォトラッカマスクも除去することができる。第2
の層9の構造化の際その下にある第1の層8はエッチン
グストッパとして利用する(図4参照)。構造化された
第3の層10及び構造化された第2の層9は共通の側面
を形成する。構造化された第2の層9は構造化された第
3の層10と共に第1の補助構造12を形成する。
【0027】例えば砒素を有するドナーを2×1016
cm−2の量及び80keVのエネルギーで注入するこ
とによって、エミッタ端子71及びコレクタ端子72用
の平坦な層7の領域をドープする(図5参照)。その際
ベース端子73用の平坦な層7の領域を第1の補助構造
12により被覆する。場合によっては第1の補助構造1
2によって被覆されていない平坦な層7の他の領域を、
注入前に相応するフォトラッカマスクによって遮蔽する
必要がある。注入に際して第1の層8は、注入時にイオ
ン流に混入される中性粒子流によって平坦な層7が汚染
されるのを阻止するための遮蔽酸化物(screen 
 oxide)として作用する。
【0028】ドナー、例えば燐を付加的に高エネルギー
で注入することにより、ベース領域11の下方にエピタ
キシャル島31内のエミッタ端子71に対して自己整合
的にポデストコレクタ13を作る(図5参照)。ポデス
トコレクタ13は埋込まれた0レクタにまで達する。ポ
デストコレクタ13はコレクタの抵抗を改善し、従って
完成トランジスタの性能獲得をもたらす[例えばエーイ
ンガー(B.K.Ehinger)その他の論文、“E
SSDERC’89”、第797頁以降、Spring
er出版、1989参照]。高エネルギー注入時に残り
の領域は遮蔽される。
【0029】注入後半導体ウエハの洗浄を行う。第1の
補助構造12の露出している表面上及びその側面上並び
に第1の層8の露出している表面上に、同形に第1の補
助層14を析出させる(図6参照)。第1の補助層14
は第3の層10に対してもまた第1の層8に対しても選
択的にエッチング可能である。第1の補助層14は例え
ばポリシリコンからなり、例えば50nmの厚さを有す
る。この第1の補助層14上に第2の補助層15を析出
させる。エミッタ端子71及びコレクタ端子72上に構
成された、第1の補助層14中のくぼみが第2の補助層
15によって完全に満たされるように第2の補助層15
を析出させる。これは例えば第2の補助層15を可能な
限り同形に析出させることによって達成される。第2の
補助層15は例えば酸化珪素からなる。第1の補助層1
4の表面のくぼみを満たすもう1つの可能性は、第2の
補助層15として平坦化した硼素−燐−珪酸塩ガラスを
使用することにある。
【0030】第2の補助層15の材料は、これが第1の
補助層14に対して選択的にエッチング可能ように選択
する(図6参照)。
【0031】引続き第2の補助層15を異方性にエッチ
ング除去することにより、ベース端子73の上方領域に
おける第1の補助層14の表面を露出させる。その際エ
ミッタ端子71の上方及びコレクタ端子72の上方領域
には栓状のエッチング残分152(プラグ)が残る(図
7参照)。
【0032】引続き第1の補助層14を異方性にエッチ
ング除去する。これは例えば2つの部分工程で行い、第
1の部分工程で第1の補助層14の露出表面を除去する
(図8参照)。その際第1の補助構造12の表面はエッ
チングストッパとして作用する。第1の補助層のうちこ
の第1の部分工程後には、第1の補助構造12とエッチ
ング残分152との間に配置されている垂直部分141
及びエッチング残分152と第1の層8との間に配置さ
れている被覆部分142が残留する。
【0033】第2の部分工程で第1の補助層14の垂直
部分141を異方性エッチングにより除去する。その際
第1の層8の表面はエッチングストッパとして作用する
(図9参照)。この場合エッチング残分152とその下
にある第1の補助層14の被覆部分142とからなる第
2の補助構造16が形成される。第2の補助構造16は
第1の補助構造12に対して自己整合的に配置されてい
る。第1の補助構造12と第2の補助構造16のそれぞ
れ隣接する部分との間隔は、第1の補助層14のエッチ
ング除去された垂直部分141の幅によってのみ決定さ
れる。従ってこの間隔は同形に析出された第1の補助層
14の層厚にのみ関係する。
【0034】次に第1の補助構造12を第2の補助構造
16と共に平坦な層7を構造化するためのエッチングマ
スクとして使用する。その際ベース端子73、エミッタ
端子71及びコレクタ端子72が生じる。この場合第2
の補助構造16はエミッタ端子71及びコレクタ端子7
2を覆い、一方第1の補助構造12はベース端子73を
覆う。従って第1の補助構造12と第2の補助構造16
との間隔はベース端子73とエミッタ端子71との間隔
である。従ってこの間隔は上記実施例においては第1の
補助層14の層厚によってのみ調節される。第1の補助
層14の層厚は3%〜5%の精度で500〜10nmの
範囲で生成可能である。
【0035】第1の補助構造12及び第2の補助構造1
6に関するこの製造法に基づいた場合、垂直部分141
をエッチング除去することにより形成された、第1の補
助構造12と第2の補助構造16の間の空隙は、エミッ
タ端子71とコレクタ端子72の縁部に確実に配置され
る。従って平坦な層を構造化のためのエッチングマスク
として、第1の補助構造12及び第2の補助構造16を
使用することにより、平坦な層7をエミッタ端子71及
びコレクタ端子72の縁部で切断することができる。
【0036】異方性エッチングを行うことにより、露出
している酸化珪素、すなわちエッチング残部152、構
造化された第3の層10及び第1の層8の露出部分を除
去する(図10参照)。
【0037】ポリシリコンからなる第2の層9、ポリシ
リコンからなる第1の補助層14の、露出している被覆
された部分142並びに同様にポリシリコンからなる平
坦な層7の露出部分を異方性エッチングする。その際第
2の層9及び被覆部分142は完全に除去されるが、平
坦な層7はベース領域11又は酸化物島6又は絶縁領域
4の表面まで切断される(図11参照)。ベース領域1
1上で終端点をより良好にコントロールするには、まず
第2の層9の大表面部分及び被覆された部分142を除
去することが有利であり、その際酸化珪素からなる第1
の層8がエッチングストッパとして作用する。その後正
確に決定された過エッチングで平坦な層7を完全に切断
する。その際エミッタ端子71、コレクタ端子72及び
ベース端子73が生じる。平坦な層7を構造化する場合
、バイポーラトランジスタ以外に例えば抵抗器又は導電
路のような他の回路素子を平坦な層7から構造化するこ
ともできる。
【0038】第1の補助構造12と第2の補助構造16
との間の隙間が製造上エミッタ端子71及びコレクタ端
子72の縁部に生じることから、形成されたベース端子
73はpドーピングされ、また形成されたエミッタ端子
71及びコレクタ端子72はnドーピングされている。 平坦な層7を構造化する前にエミッタ端子71及びコレ
クタ端子72の領域からベース端子73の領域にドナー
が拡散した場合には、この領域において支配するアクセ
プタドーピングにより補償することができる。
【0039】全面的に酸化物層17を析出させることに
より、ベース端子73、エミッタ端子71及びコレクタ
端子72間の間隙を閉鎖する(図12参照)。その際酸
化物層17は第1の層8の残りの部分をも包囲する。高
温処理は例えば光学的急速回復法(ROA)により10
50℃で10秒間行うか又は炉熱処理法により900℃
で10分間行う。その際エミッタ端子71からドナーが
拡散することによりエミッタ領域18が生じる。この場
合同様にして不活性ベース111がベース端子73から
拡散することにより形成される。活性ベース領域112
はエミッタ領域18とボデストコレクタ13との間に生
じる(図12参照)。
【0040】エミッタ端子71、コレクタ端子72及び
ベース端子73の上方で酸化物層17の接触孔を開口す
ることにより、及び公知方法で接触孔を金属化すること
により、バイポーラトランジスタを完成させる(図13
参照)。
【0041】他の実施例においては、酸化物層17をま
ずエッチング除去工程で例えば反応性イオンエッチング
により、ベース端子73、エミッタ端子71及びコレク
タ端子72の表面が露出するまで除去する。これらの露
出範囲は珪化法により珪化することができる。これは例
えば白金又はチタンを設け、引続き珪化し、未反応の金
属成分を除去することにより行う。こうしてベース端子
73、エミッタ端子71及びコレクタ端子72上に選択
的に良導電性層19を作る(図14参照)。導電性層1
9はタングステンをCVD析出させるか又はWSiX 
をCVD析出させることにより形成することができる。
【0042】この方法の利点は珪化物が高温処理に曝さ
れず、従って珪化物中に化合物が生じることによりドー
パントが不動化又は分離することはない。
【0043】最後に構造を例えば酸化物からなる安定化
層20で被覆する。安定化層20内に例えば反応性イオ
ンエッチングにより、金属被覆M2を有する接触孔K2
を開ける。金属被覆M2としては例えばPtSi/Ti
W/Al(Si,Cu)、TiN/Al(Si,Cu)
又はW/Al(Si,Cu)が好ましい。完成したバイ
ポーラトランジスタは図15に示す。
【0044】平坦な層7はドープされたポリシリコンか
らなる代わりに、エミッタ領域18を除去する高温処理
に耐えるドープされた珪化物、例えばWSix からな
るか又はドープされたポリシリコン、拡散障壁層、例え
ばTiN、珪化物の組合せ層からなっていてもよい。
【0045】第1の層8、第2の層9、第3の層10、
第1の補助層14、第2の補助層15は上記の各物質の
代わりに他の互いに選択的にエッチング可能の物質から
なっていてもよい。
【0046】npnトランジスタに関して記載した本発
明の製造法はそのままpnpトランジスタに転用するこ
とができる。
【0047】ドープされたポリシリコンからなるベース
端子73の電気抵抗は、アクセプタ、例えば硼素を付加
的に注入することによって減少させることができる。こ
の注入に際して、nドープされた平坦な層7の領域を遮
断するのに、非臨界的な写真技術により製造されるマス
クを使用する。この工程は平坦な層7の構造化後及びエ
ミッタ領域18を作るための高温処理工程前に行う。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1工程におけるバイポーラトランジ
スタの断面図である。
【図2】本発明の第2工程におけるバイポーラトランジ
スタの断面図である。
【図3】本発明の第3工程におけるバイポーラトランジ
スタの断面図である。
【図4】本発明の第4工程におけるバイポーラトランジ
スタの断面図である。
【図5】本発明の第5工程におけるバイポーラトランジ
スタの断面図である。
【図6】本発明の第6工程におけるバイポーラトランジ
スタの断面図である。
【図7】本発明の第7工程におけるバイポーラトランジ
スタの断面図である。
【図8】本発明の第8工程におけるバイポーラトランジ
スタの断面図である。
【図9】本発明の第9工程におけるバイポーラトランジ
スタの断面図である。
【図10】本発明の第10工程におけるバイポーラトラ
ンジスタの断面図である。
【図11】本発明の第11工程におけるバイポーラトラ
ンジスタの断面図である。
【図12】本発明の第12工程におけるバイポーラトラ
ンジスタの断面図である。
【図13】本発明方法により製造され完成したバイポー
ラトランジスタの断面図である。
【図14】本発明方法により製造された、ベース端子、
エミッタ端子及びコレクタ端子の珪化後におけるバイポ
ーラトランジスタの断面図である。
【図15】図14に基づく完成したバイポーラトランジ
スタの断面図である。
【符号の説明】
1  基板 7  平坦な層 8  第1の層 9  第2の層 10  第3の層 11  ベース領域 12  第1の補助構造 13  ポデストコレクタ 14  第1の補助層 15  第2の補助層 16  第2の補助構造 18  エミッタ領域 71  エミッタ端子 72  コレクタ端子 73  ベース端子
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