JP2000294770A - 半導体装置 - Google Patents
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- JP2000294770A JP2000294770A JP11103276A JP10327699A JP2000294770A JP 2000294770 A JP2000294770 A JP 2000294770A JP 11103276 A JP11103276 A JP 11103276A JP 10327699 A JP10327699 A JP 10327699A JP 2000294770 A JP2000294770 A JP 2000294770A
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/64—Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
- H10D30/66—Vertical DMOS [VDMOS] FETs
- H10D30/665—Vertical DMOS [VDMOS] FETs having edge termination structures
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
- H10D62/102—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H10D62/103—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices
- H10D62/105—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices by having particular doping profiles, shapes or arrangements of PN junctions; by having supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
- H10D62/106—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices by having particular doping profiles, shapes or arrangements of PN junctions; by having supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] having supplementary regions doped oppositely to or in rectifying contact with regions of the semiconductor bodies, e.g. guard rings with PN or Schottky junctions
Landscapes
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 L負荷などに伴い瞬時に逆方向のサージが加
わっても、トランジスタセルを破壊させないで、その破
壊耐量を向上させるMOSFETを提供する。 【解決手段】 ドレイン領域とされるn- 形半導体層1
の表面にp形のボディ領域2が複数個設けられ、その複
数個のそれぞれのボディ領域2の周辺にn形不純物が導
入されてソース領域3が形成され、その表面にゲート酸
化膜5を介してゲート電極6が設けられることにより複
数個のトランジスタセルTが形成されている。トランジ
スタセルTのソース領域3およびボディ領域2に接続し
てソース電極12が設けられている。また、半導体層1
の表面には、ボディ領域2とは別に少なくとも2個のp
形拡散領域7、8が形成されており、p形拡散領域7に
もソース電極12が接続されており、ボディ領域2同士
の間隔aよりもp形拡散領域7、8同士の間隔dが広く
なるようにp形拡散領域が形成されている。
わっても、トランジスタセルを破壊させないで、その破
壊耐量を向上させるMOSFETを提供する。 【解決手段】 ドレイン領域とされるn- 形半導体層1
の表面にp形のボディ領域2が複数個設けられ、その複
数個のそれぞれのボディ領域2の周辺にn形不純物が導
入されてソース領域3が形成され、その表面にゲート酸
化膜5を介してゲート電極6が設けられることにより複
数個のトランジスタセルTが形成されている。トランジ
スタセルTのソース領域3およびボディ領域2に接続し
てソース電極12が設けられている。また、半導体層1
の表面には、ボディ領域2とは別に少なくとも2個のp
形拡散領域7、8が形成されており、p形拡散領域7に
もソース電極12が接続されており、ボディ領域2同士
の間隔aよりもp形拡散領域7、8同士の間隔dが広く
なるようにp形拡散領域が形成されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コイルなどが負荷
に接続される(L負荷)MOSFETや絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタ(IGBT)などのドレイン・ソ
ース間のL負荷耐量を向上させたMOSFETを有する
半導体装置に関する。さらに詳しくは、L負荷によりス
イッチング時などに大きなサージがドレイン・ソース間
に加わっても、トランジスタセルの破壊を防止しその耐
量を向上させることができる半導体装置に関する。
に接続される(L負荷)MOSFETや絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタ(IGBT)などのドレイン・ソ
ース間のL負荷耐量を向上させたMOSFETを有する
半導体装置に関する。さらに詳しくは、L負荷によりス
イッチング時などに大きなサージがドレイン・ソース間
に加わっても、トランジスタセルの破壊を防止しその耐
量を向上させることができる半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、たとえば縦型MOSFETは、ス
イッチングスピードが速く、大出力のスイッチングデバ
イスとして用いられている。この縦型MOSFETは、
たとえば図4に一部の断面説明図が示されるように、n
+ 形の半導体基板21a上に、ドレイン領域とするn-
形の半導体層(エピタキシャル成長層)21がエピタキ
シャル成長され、その表面側にp形不純物を拡散するこ
とによりp形のボディ領域22が形成され、そのボディ
領域(ベース領域)22の表面側にn+ 形のソース領域
23が形成されている。ボディ領域22の端部およびそ
の外側の半導体層21の表面側にゲート酸化膜24を介
してゲート電極25が設けられている。そして、層間絶
縁膜26を介してソース領域23と接続するようにAl
などによりソース電極27が形成され、半導体基板21
aの裏面に図示しないドレイン電極が形成されることに
より、FET部(トランジスタセル領域)20が形成さ
れている。
イッチングスピードが速く、大出力のスイッチングデバ
イスとして用いられている。この縦型MOSFETは、
たとえば図4に一部の断面説明図が示されるように、n
+ 形の半導体基板21a上に、ドレイン領域とするn-
形の半導体層(エピタキシャル成長層)21がエピタキ
シャル成長され、その表面側にp形不純物を拡散するこ
とによりp形のボディ領域22が形成され、そのボディ
領域(ベース領域)22の表面側にn+ 形のソース領域
23が形成されている。ボディ領域22の端部およびそ
の外側の半導体層21の表面側にゲート酸化膜24を介
してゲート電極25が設けられている。そして、層間絶
縁膜26を介してソース領域23と接続するようにAl
などによりソース電極27が形成され、半導体基板21
aの裏面に図示しないドレイン電極が形成されることに
より、FET部(トランジスタセル領域)20が形成さ
れている。
【0003】また、セル領域の隣には、半導体層21の
表面に形成されたpウェル31上に絶縁膜32を介して
ゲート電極パッド33が形成され、そのゲート電極パッ
ド33と接続してゲート配線35が設けられている。p
ウェル31は、トランジスタセルのボディ領域22と半
導体層21との間に形成される空乏層が延びるようにし
て、ドレイン・ソース間の耐圧を高くするため設けられ
ている。このボディ領域22がマトリクス状に形成され
ることにより、トランジスタセルが沢山形成され、各セ
ルの電流の合計がドレイン電流となり、大電流に対応す
るパワーMOSFETが形成されている。
表面に形成されたpウェル31上に絶縁膜32を介して
ゲート電極パッド33が形成され、そのゲート電極パッ
ド33と接続してゲート配線35が設けられている。p
ウェル31は、トランジスタセルのボディ領域22と半
導体層21との間に形成される空乏層が延びるようにし
て、ドレイン・ソース間の耐圧を高くするため設けられ
ている。このボディ領域22がマトリクス状に形成され
ることにより、トランジスタセルが沢山形成され、各セ
ルの電流の合計がドレイン電流となり、大電流に対応す
るパワーMOSFETが形成されている。
【0004】この構造のパワーMOSFETでは、ボデ
ィ領域22やpウェル31のp形領域の間隔aがある程
度以上になると、図5に示されるように、間隔aが広く
なるほどブレークダウンしやすくなり、ドレイン・ソー
ス間の耐圧が低下するることが知られている。そのた
め、たとえば600V程度のドレイン・ソース間の耐圧
を保証する場合は、670V程度の耐圧が得られるよう
な間隔aに設定され、全てのp形領域(ボディ領域2
2)の間隔aが同じになるように形成されている。この
耐圧の低下の割合は、トランジスタセルの形状や不純物
濃度、所望の耐圧などにより変るが、たとえばボディ領
域22の大きさが15μm角で、耐圧が600V程度の
トランジスタセルで、間隔が0.25μm広くなると耐
圧が10V程度低下する。
ィ領域22やpウェル31のp形領域の間隔aがある程
度以上になると、図5に示されるように、間隔aが広く
なるほどブレークダウンしやすくなり、ドレイン・ソー
ス間の耐圧が低下するることが知られている。そのた
め、たとえば600V程度のドレイン・ソース間の耐圧
を保証する場合は、670V程度の耐圧が得られるよう
な間隔aに設定され、全てのp形領域(ボディ領域2
2)の間隔aが同じになるように形成されている。この
耐圧の低下の割合は、トランジスタセルの形状や不純物
濃度、所望の耐圧などにより変るが、たとえばボディ領
域22の大きさが15μm角で、耐圧が600V程度の
トランジスタセルで、間隔が0.25μm広くなると耐
圧が10V程度低下する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のこの種の半導体
装置では、通常の状態ではこの程度の耐圧があれば問題
ないが、コイルなどが負荷に接続されているL負荷の場
合、スイッチング時に瞬時に逆方向の大電流が流れてト
ランジスタセルが破壊するという問題がある。このトラ
ンジスタセルの破壊が、とくにpウェルの近くのセルで
破壊する傾向が大きいため、従来はゲート電極パッドま
たはゲートフィンガーが設けられるpウェルの近傍にト
ランジスタセルを作らない方法や、n形のソース領域2
3中に濃いp形拡散領域を2重に構成して高破壊耐量に
する方法などが採られているが、L負荷による破壊を充
分に防止することができていない。
装置では、通常の状態ではこの程度の耐圧があれば問題
ないが、コイルなどが負荷に接続されているL負荷の場
合、スイッチング時に瞬時に逆方向の大電流が流れてト
ランジスタセルが破壊するという問題がある。このトラ
ンジスタセルの破壊が、とくにpウェルの近くのセルで
破壊する傾向が大きいため、従来はゲート電極パッドま
たはゲートフィンガーが設けられるpウェルの近傍にト
ランジスタセルを作らない方法や、n形のソース領域2
3中に濃いp形拡散領域を2重に構成して高破壊耐量に
する方法などが採られているが、L負荷による破壊を充
分に防止することができていない。
【0006】また、セルのトレンチ化などによるオン抵
抗の低減技術を用いる場合、チップ面積の縮小が可能と
なるが、逆にL負荷などに対する耐量の減少を余儀なく
されるという問題がある。
抗の低減技術を用いる場合、チップ面積の縮小が可能と
なるが、逆にL負荷などに対する耐量の減少を余儀なく
されるという問題がある。
【0007】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、L負荷などに伴い瞬時に逆方向のサ
ージが加わっても、部分的にブレークダウンする部分を
形成することによりそのサージを吸収し、トランジスタ
セルを破壊させないで、その破壊耐量を向上させること
ができる半導体装置を提供することにある。
になされたもので、L負荷などに伴い瞬時に逆方向のサ
ージが加わっても、部分的にブレークダウンする部分を
形成することによりそのサージを吸収し、トランジスタ
セルを破壊させないで、その破壊耐量を向上させること
ができる半導体装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
(a)ドレイン領域とされる第1導電形の半導体層と、
(b)該半導体層の表面に第2導電形のボディ領域が複
数個設けられ、該複数個のそれぞれのボディ領域の周辺
に第1導電形不純物が導入されてソース領域とされ、該
ソース領域と前記半導体層との間に挟まれる前記ボディ
領域の表面にゲート酸化膜を介して設けられるゲート電
極により形成される複数個のトランジスタセルと、
(c)前記第1導電形の半導体層の表面に前記ボディ領
域とは別に形成される少なくとも2個の第2導電形拡散
領域と、(d)前記トランジスタセルのソース領域およ
びボディ領域に接続して設けられるソース電極とからな
り、前記第2導電形拡散領域に前記ソース電極が接続さ
れ、かつ、前記トランジスタセルのボディ領域同士の間
隔より前記第2導電形拡散領域同士の間隔が広くなるよ
うに前記第2導電形拡散領域が形成されている。
(a)ドレイン領域とされる第1導電形の半導体層と、
(b)該半導体層の表面に第2導電形のボディ領域が複
数個設けられ、該複数個のそれぞれのボディ領域の周辺
に第1導電形不純物が導入されてソース領域とされ、該
ソース領域と前記半導体層との間に挟まれる前記ボディ
領域の表面にゲート酸化膜を介して設けられるゲート電
極により形成される複数個のトランジスタセルと、
(c)前記第1導電形の半導体層の表面に前記ボディ領
域とは別に形成される少なくとも2個の第2導電形拡散
領域と、(d)前記トランジスタセルのソース領域およ
びボディ領域に接続して設けられるソース電極とからな
り、前記第2導電形拡散領域に前記ソース電極が接続さ
れ、かつ、前記トランジスタセルのボディ領域同士の間
隔より前記第2導電形拡散領域同士の間隔が広くなるよ
うに前記第2導電形拡散領域が形成されている。
【0009】この構造にすることにより、ドレイン・ソ
ース間にL負荷に伴う逆方向のサージなどが加わった場
合に、ボディ領域または第2導電形拡散領域の間隔の広
いところが耐圧が弱くなるため、トランジスタセルでは
ない第2導電形拡散領域の間にサージのアバランシェブ
レークダウン電流が流れる。この第2導電形領域には第
1導電形の拡散領域(ソース領域)が形成されていない
ため、寄生のバイポーラトランジスタができない。その
ため、増幅されて大電流になることもなく、単なるアバ
ランシェブレークダウン電流のみですみ、pn接合部が
破壊することがない。
ース間にL負荷に伴う逆方向のサージなどが加わった場
合に、ボディ領域または第2導電形拡散領域の間隔の広
いところが耐圧が弱くなるため、トランジスタセルでは
ない第2導電形拡散領域の間にサージのアバランシェブ
レークダウン電流が流れる。この第2導電形領域には第
1導電形の拡散領域(ソース領域)が形成されていない
ため、寄生のバイポーラトランジスタができない。その
ため、増幅されて大電流になることもなく、単なるアバ
ランシェブレークダウン電流のみですみ、pn接合部が
破壊することがない。
【0010】前記第2導電形拡散領域が、ゲート電極パ
ッドおよび/またはゲートフィンガーが設けられる場所
の近傍の前記半導体層の表面に設けられることにより、
従来のトランジスタセルの領域に殆ど影響を与えること
なく、また、従来のゲート電極パッドやゲートフィンガ
ーの下のpウェルを利用して、ブレークダウンさせる部
分を設けることができるため好ましい。
ッドおよび/またはゲートフィンガーが設けられる場所
の近傍の前記半導体層の表面に設けられることにより、
従来のトランジスタセルの領域に殆ど影響を与えること
なく、また、従来のゲート電極パッドやゲートフィンガ
ーの下のpウェルを利用して、ブレークダウンさせる部
分を設けることができるため好ましい。
【0011】前記第2導電形拡散領域には、前記トラン
ジスタセルのソース領域に相当する領域が形成されず、
かつ、該第2導電形拡散領域の表面には前記トランジス
タセルのゲート電極に相当する導電膜がゲート酸化膜を
介して設けられることが、特別のマスクを必要とするこ
となく、第2導電形拡散領域の間隔を精度よく制御する
ことができる。
ジスタセルのソース領域に相当する領域が形成されず、
かつ、該第2導電形拡散領域の表面には前記トランジス
タセルのゲート電極に相当する導電膜がゲート酸化膜を
介して設けられることが、特別のマスクを必要とするこ
となく、第2導電形拡散領域の間隔を精度よく制御する
ことができる。
【0012】前記第2導電形拡散領域の間隔が前記トラ
ンジスタセルのボディ領域の間隔より広くする程度が、
3μm以下であれば、通常の必要とされる耐圧をさほど
下げることなく、確実に第2導電形拡散領域の間でブレ
ークダウンさせることができる。
ンジスタセルのボディ領域の間隔より広くする程度が、
3μm以下であれば、通常の必要とされる耐圧をさほど
下げることなく、確実に第2導電形拡散領域の間でブレ
ークダウンさせることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体装置について説明をする。
明の半導体装置について説明をする。
【0014】本発明による半導体装置は、図1にその一
実施形態の縦型MOSFETの一部の断面説明図が示さ
れるように、ドレイン領域とされる第1導電形(たとえ
ばn - 形)の半導体層1の表面に第2導電形(p形)の
ボディ領域2が複数個設けられ、その複数個のそれぞれ
のボディ領域2の周辺に第1導電形(n形)不純物が導
入されてソース領域3が形成され、そのソース領域3と
半導体層1との間に挟まれるボディ領域2の表面にゲー
ト酸化膜5を介してゲート電極6が設けられることによ
り複数個のトランジスタセルTが形成されている。そし
て、トランジスタセルTのソース領域3およびボディ領
域2に接続してソース電極12が設けられている。ま
た、トランジスタセルTの領域とは異なる半導体層1の
表面には、ボディ領域2とは別に少なくとも2個の第2
導電形(p形)拡散領域7、8が形成されており、第2
導電形(p形)拡散領域7、8にも前述のソース電極1
2が接続されており、かつ、トランジスタセルTのボデ
ィ領域2同士の間隔aよりも第2導電形(p形)拡散領
域7、8同士の間隔dが広くなるように第2導電形(p
形)拡散領域7、8が形成されていることに特徴があ
る。
実施形態の縦型MOSFETの一部の断面説明図が示さ
れるように、ドレイン領域とされる第1導電形(たとえ
ばn - 形)の半導体層1の表面に第2導電形(p形)の
ボディ領域2が複数個設けられ、その複数個のそれぞれ
のボディ領域2の周辺に第1導電形(n形)不純物が導
入されてソース領域3が形成され、そのソース領域3と
半導体層1との間に挟まれるボディ領域2の表面にゲー
ト酸化膜5を介してゲート電極6が設けられることによ
り複数個のトランジスタセルTが形成されている。そし
て、トランジスタセルTのソース領域3およびボディ領
域2に接続してソース電極12が設けられている。ま
た、トランジスタセルTの領域とは異なる半導体層1の
表面には、ボディ領域2とは別に少なくとも2個の第2
導電形(p形)拡散領域7、8が形成されており、第2
導電形(p形)拡散領域7、8にも前述のソース電極1
2が接続されており、かつ、トランジスタセルTのボデ
ィ領域2同士の間隔aよりも第2導電形(p形)拡散領
域7、8同士の間隔dが広くなるように第2導電形(p
形)拡散領域7、8が形成されていることに特徴があ
る。
【0015】トランジスタセルT部は、図1に示される
ように、n+ 形半導体基板1a上にエピタキシャル成長
されたn- 形の半導体層1の表面側に形成されている。
すなわち、n- 形の半導体層1の表面側にp形ドーパン
トが導入されてボディ領域2がマトリクス状に設けられ
ている。このボディ領域2は、一旦p形不純物が拡散さ
れた後に、ゲート電極6をマスクとしてさらにその周囲
にチャネル領域4形成用の第2拡散領域2aが形成され
ているため、図1に示されるように段付き構造に形成さ
れている。そして、そのボディ領域2の外周部にn形不
純物が導入されてソース領域3が形成され、ソース領域
3とn- 形半導体層1とで挟まれるボディ領域2の周辺
のチャネル領域4上にゲート酸化膜5を介してゲート電
極6が設けられることにより、トランジスタセルT部が
形成されている。ボディ領域2は、その一辺が、たとえ
ば15μm程度で、その間隔aは半導体層1の比抵抗と
耐圧により定まるが、たとえば5μm程度に形成され
る。このボディ領域2は、図3に平面の説明図が示され
るようにマトリクス状に設けられ、トランジスタセルT
が並列に多数個形成されて、大電流が得られる縦型MO
SFETになっている。ゲート電極6上には、リンガラ
スなどからなる層間絶縁膜10が設けられると共にコン
タクト孔が開けられ、Alなどを真空蒸着などにより設
けることにより、各トランジスタセルTのソース領域3
およびボディ領域2と接続されるようにソース配線12
が形成されている。
ように、n+ 形半導体基板1a上にエピタキシャル成長
されたn- 形の半導体層1の表面側に形成されている。
すなわち、n- 形の半導体層1の表面側にp形ドーパン
トが導入されてボディ領域2がマトリクス状に設けられ
ている。このボディ領域2は、一旦p形不純物が拡散さ
れた後に、ゲート電極6をマスクとしてさらにその周囲
にチャネル領域4形成用の第2拡散領域2aが形成され
ているため、図1に示されるように段付き構造に形成さ
れている。そして、そのボディ領域2の外周部にn形不
純物が導入されてソース領域3が形成され、ソース領域
3とn- 形半導体層1とで挟まれるボディ領域2の周辺
のチャネル領域4上にゲート酸化膜5を介してゲート電
極6が設けられることにより、トランジスタセルT部が
形成されている。ボディ領域2は、その一辺が、たとえ
ば15μm程度で、その間隔aは半導体層1の比抵抗と
耐圧により定まるが、たとえば5μm程度に形成され
る。このボディ領域2は、図3に平面の説明図が示され
るようにマトリクス状に設けられ、トランジスタセルT
が並列に多数個形成されて、大電流が得られる縦型MO
SFETになっている。ゲート電極6上には、リンガラ
スなどからなる層間絶縁膜10が設けられると共にコン
タクト孔が開けられ、Alなどを真空蒸着などにより設
けることにより、各トランジスタセルTのソース領域3
およびボディ領域2と接続されるようにソース配線12
が形成されている。
【0016】トランジスタセルT部の隣には、従来の縦
型MOSFETと同様にゲート電極パッド9(図3の
G)がゲート電極6と同じ材料であるポリシリコン膜に
より絶縁膜5を介して形成されている。このゲート電極
パッド9の下側の半導体層1の表面には、前述のように
トランジスタセルTの領域の空乏層を安定にするため、
p形拡散領域(pウェル)8が形成されている。図1に
示される例では、後述するボディ領域2とは別のp形拡
散領域の1つとして、このpウェル8を利用しているた
め、このpウェル8にソース配線12が接続されてい
る。そして、前述のソース配線12と同様にAlの真空
蒸着などにより、層間絶縁膜10を介してゲート配線1
1が設けられている。なお、ゲート配線11は、図3に
一例の平面のレイアウトの説明図が示されるように、ゲ
ート電極パッドGから遠くのセルへのポリシリコン膜に
よる抵抗の増大を緩和するため、遠くのトランジスタセ
ルTのゲート電極を部分的に連結して抵抗を下げるゲー
トフィンガーGFがAl配線により形成されている。こ
のゲートフィンガーGFの下も、ゲート電極パッド9の
下と同様にp形拡散領域が形成されている。また、半導
体基板1aの裏面には、同様に電極メタルなどの真空蒸
着などにより図示しないドレイン電極が形成されてい
る。
型MOSFETと同様にゲート電極パッド9(図3の
G)がゲート電極6と同じ材料であるポリシリコン膜に
より絶縁膜5を介して形成されている。このゲート電極
パッド9の下側の半導体層1の表面には、前述のように
トランジスタセルTの領域の空乏層を安定にするため、
p形拡散領域(pウェル)8が形成されている。図1に
示される例では、後述するボディ領域2とは別のp形拡
散領域の1つとして、このpウェル8を利用しているた
め、このpウェル8にソース配線12が接続されてい
る。そして、前述のソース配線12と同様にAlの真空
蒸着などにより、層間絶縁膜10を介してゲート配線1
1が設けられている。なお、ゲート配線11は、図3に
一例の平面のレイアウトの説明図が示されるように、ゲ
ート電極パッドGから遠くのセルへのポリシリコン膜に
よる抵抗の増大を緩和するため、遠くのトランジスタセ
ルTのゲート電極を部分的に連結して抵抗を下げるゲー
トフィンガーGFがAl配線により形成されている。こ
のゲートフィンガーGFの下も、ゲート電極パッド9の
下と同様にp形拡散領域が形成されている。また、半導
体基板1aの裏面には、同様に電極メタルなどの真空蒸
着などにより図示しないドレイン電極が形成されてい
る。
【0017】本発明では、これらの他に、トランジスタ
セルTを形成しないp形拡散領域7が、トランジスタセ
ルTの領域とpウェル8との間に形成されている。この
p形拡散領域は少なくとも2個形成されるが、図1に示
される例では、ゲート電極パッド9の下側に形成される
p形拡散領域(pウェル)8をそのうちの1個として利
用しているため、新たなp形拡散領域7としては1個の
みが示されている。すなわち、このp形拡散領域7、8
は、トランジスタセルTを構成するボディ領域2のよう
に、さらにその外周部にn形不純物が拡散されない構
造、すなわちソース領域3が形成されない状態で設けら
れている。また、このp形拡散領域7、8の間隔dは、
トランジスタセルTを構成するボディ領域2の間隔aよ
り大きくなるようにp形拡散領域7、8が形成されてい
る。しかし、他のゲート電極6や第2拡散領域7a(ポ
リシリコン膜(ゲート電極)6をマスクとしてp形不純
物が導入される領域)の形成、ソース配線12との接続
などは、トランジスタセルTの部分と同様に形成されて
いる。このp形領域7がボディ領域2と同様に形成され
ることにより、特別の工程を設けなくてもトランジスタ
セルTの形成と同じ工程で形成することができると共
に、第2拡散領域7aも形成することにより、p形拡散
領域7、8の間隔dをゲート電極6とするポリシリコン
膜のパターニングの寸法により制御することができるた
め、p形拡散領域7、8の間隔dを精度よく設定するこ
とができる。
セルTを形成しないp形拡散領域7が、トランジスタセ
ルTの領域とpウェル8との間に形成されている。この
p形拡散領域は少なくとも2個形成されるが、図1に示
される例では、ゲート電極パッド9の下側に形成される
p形拡散領域(pウェル)8をそのうちの1個として利
用しているため、新たなp形拡散領域7としては1個の
みが示されている。すなわち、このp形拡散領域7、8
は、トランジスタセルTを構成するボディ領域2のよう
に、さらにその外周部にn形不純物が拡散されない構
造、すなわちソース領域3が形成されない状態で設けら
れている。また、このp形拡散領域7、8の間隔dは、
トランジスタセルTを構成するボディ領域2の間隔aよ
り大きくなるようにp形拡散領域7、8が形成されてい
る。しかし、他のゲート電極6や第2拡散領域7a(ポ
リシリコン膜(ゲート電極)6をマスクとしてp形不純
物が導入される領域)の形成、ソース配線12との接続
などは、トランジスタセルTの部分と同様に形成されて
いる。このp形領域7がボディ領域2と同様に形成され
ることにより、特別の工程を設けなくてもトランジスタ
セルTの形成と同じ工程で形成することができると共
に、第2拡散領域7aも形成することにより、p形拡散
領域7、8の間隔dをゲート電極6とするポリシリコン
膜のパターニングの寸法により制御することができるた
め、p形拡散領域7、8の間隔dを精度よく設定するこ
とができる。
【0018】p形拡散領域7、8の間隔dは、前述のよ
うに、トランジスタセルのボディ領域2の間隔aより大
きく形成されるが、あまり大きくすると、前述のように
その間隔が広がるにつれてドレイン・ソース間の耐圧が
弱くなるため、L負荷に拘らず耐圧が低下することにな
る。そのため、ボディ領域2の間隔aより若干大きくな
る程度に形成することが好ましい。製品による構造や不
純物濃度などにより所望の耐圧は変るため、一概にはこ
の間隔dを特定することはできないが、たとえば前述の
ように、ボディ領域2の大きさが一辺15μm程度で、
その間隔aが5μm程度である場合に、間隔が0.25
μm程度大きくなると、耐圧が10V程度下がる。一
方、たとえば600V程度の耐圧を保証するMOSFE
Tで実力は670V程度になるように製造されるため、
10〜20V程度の耐圧が下がるように間隔dが設定さ
れても通常の動作に支障を来さない。すなわち、ボディ
領域2の間隔aより3μm以下大きくなる程度、好まし
くは2〜0.2μm程度、さらに好ましくは1〜0.5μ
m程度ボディ領域2の間隔より大きくなるようにp形拡
散領域7、8の間隔が設定されることにより、通常の耐
圧に支障を来すことなく、L負荷によるサージが加わっ
ても半導体装置の破壊を防止することができる。
うに、トランジスタセルのボディ領域2の間隔aより大
きく形成されるが、あまり大きくすると、前述のように
その間隔が広がるにつれてドレイン・ソース間の耐圧が
弱くなるため、L負荷に拘らず耐圧が低下することにな
る。そのため、ボディ領域2の間隔aより若干大きくな
る程度に形成することが好ましい。製品による構造や不
純物濃度などにより所望の耐圧は変るため、一概にはこ
の間隔dを特定することはできないが、たとえば前述の
ように、ボディ領域2の大きさが一辺15μm程度で、
その間隔aが5μm程度である場合に、間隔が0.25
μm程度大きくなると、耐圧が10V程度下がる。一
方、たとえば600V程度の耐圧を保証するMOSFE
Tで実力は670V程度になるように製造されるため、
10〜20V程度の耐圧が下がるように間隔dが設定さ
れても通常の動作に支障を来さない。すなわち、ボディ
領域2の間隔aより3μm以下大きくなる程度、好まし
くは2〜0.2μm程度、さらに好ましくは1〜0.5μ
m程度ボディ領域2の間隔より大きくなるようにp形拡
散領域7、8の間隔が設定されることにより、通常の耐
圧に支障を来すことなく、L負荷によるサージが加わっ
ても半導体装置の破壊を防止することができる。
【0019】本発明によれば、ドレイン電極とソース電
極との間に、たとえばL負荷による逆方向の大きな電力
のサージが加わった場合、p形拡散領域7、8とn形半
導体層1との間のpn接合がブレークダウンして、アバ
ランシェブレークダウン電流がソース・ドレイン間に流
れる。この場合、トランジスタセルT部のボディ領域2
と半導体層1との間にも同様のpn接合が形成されてお
り、ブレークダウンする可能性があるが、ボディ領域2
の間隔aと、p形拡散領域7、8の間隔dは異なり、前
述のように、その間隔が広いほど耐圧が弱くなる。今、
p形拡散領域7、8の間隔dが、ボディ領域2の間隔よ
り広くなるように形成されているため、ブレークダウン
を起こす場合は、まずp形拡散領域7、8の間のpn接
合部でブレークダウンを起す。その結果、p形拡散領域
7とpウェル8の間のpn接合部でブレークダウンを起
し、このp形拡散領域7、8にアバランシェブレークダ
ウン電流が流れる。この電流は一瞬であり、そのL負荷
によるサージが消滅するとpn接合は正常の状態に復帰
する。もし、このp形拡散領域7、8に、トランジスタ
セルT部のようにさらにn形拡散領域が形成されている
と、寄生のバイポーラトランジスタが形成されるため、
その電流が増幅されて非常に大きくなりpn接合部が破
壊されて不良になるが、本発明では、p形拡散領域7、
8内にn形拡散領域が形成されていないため、寄生バイ
ポーラトランジスタが形成されない。そのため、アバラ
ンシェブレークダウン電流が流れても破壊せず、結果と
して、L負荷に対して破壊しないMOSFETを有する
半導体装置が得られる。
極との間に、たとえばL負荷による逆方向の大きな電力
のサージが加わった場合、p形拡散領域7、8とn形半
導体層1との間のpn接合がブレークダウンして、アバ
ランシェブレークダウン電流がソース・ドレイン間に流
れる。この場合、トランジスタセルT部のボディ領域2
と半導体層1との間にも同様のpn接合が形成されてお
り、ブレークダウンする可能性があるが、ボディ領域2
の間隔aと、p形拡散領域7、8の間隔dは異なり、前
述のように、その間隔が広いほど耐圧が弱くなる。今、
p形拡散領域7、8の間隔dが、ボディ領域2の間隔よ
り広くなるように形成されているため、ブレークダウン
を起こす場合は、まずp形拡散領域7、8の間のpn接
合部でブレークダウンを起す。その結果、p形拡散領域
7とpウェル8の間のpn接合部でブレークダウンを起
し、このp形拡散領域7、8にアバランシェブレークダ
ウン電流が流れる。この電流は一瞬であり、そのL負荷
によるサージが消滅するとpn接合は正常の状態に復帰
する。もし、このp形拡散領域7、8に、トランジスタ
セルT部のようにさらにn形拡散領域が形成されている
と、寄生のバイポーラトランジスタが形成されるため、
その電流が増幅されて非常に大きくなりpn接合部が破
壊されて不良になるが、本発明では、p形拡散領域7、
8内にn形拡散領域が形成されていないため、寄生バイ
ポーラトランジスタが形成されない。そのため、アバラ
ンシェブレークダウン電流が流れても破壊せず、結果と
して、L負荷に対して破壊しないMOSFETを有する
半導体装置が得られる。
【0020】この半導体装置を製造するには、まず、た
とえばn+ 形半導体基板1aの表面に比抵抗が0.1〜
数十Ω・cm程度で、数μm〜数十μm程度の厚さのエ
ピタキシャル成長によりn形半導体層1を形成し、その
表面にマスクを形成してp形不純物を導入し、トランジ
スタセルを構成するボディ領域2、p形拡散領域7およ
びゲート電極パッド9の下のウェルを構成するp形拡散
領域(pウェル)8を同時に形成する。つぎに、半導体
層1の表面にゲート酸化膜5を形成し、ポリシリコン膜
をたとえばCVD法により成膜する。そして、ポリシリ
コン膜をパターニングし、トランジスタセルTのゲート
電極6およびゲート電極パッド部9を形成する。この
際、p形拡散領域7上のポリシリコン膜の大きさをトラ
ンジスタセルT部のゲート電極6の大きさより、たとえ
ば一辺が0.5〜1μm程度大きくなるようにパターニ
ングをする。ついで、ゲート電極6をマスクとしてp形
不純物を導入してチャネル領域形成用の第2拡散領域2
a、7aを半導体層1の表面に形成する。この際、pウ
ェル8の部分にはマスクを施して拡散を行わない。
とえばn+ 形半導体基板1aの表面に比抵抗が0.1〜
数十Ω・cm程度で、数μm〜数十μm程度の厚さのエ
ピタキシャル成長によりn形半導体層1を形成し、その
表面にマスクを形成してp形不純物を導入し、トランジ
スタセルを構成するボディ領域2、p形拡散領域7およ
びゲート電極パッド9の下のウェルを構成するp形拡散
領域(pウェル)8を同時に形成する。つぎに、半導体
層1の表面にゲート酸化膜5を形成し、ポリシリコン膜
をたとえばCVD法により成膜する。そして、ポリシリ
コン膜をパターニングし、トランジスタセルTのゲート
電極6およびゲート電極パッド部9を形成する。この
際、p形拡散領域7上のポリシリコン膜の大きさをトラ
ンジスタセルT部のゲート電極6の大きさより、たとえ
ば一辺が0.5〜1μm程度大きくなるようにパターニ
ングをする。ついで、ゲート電極6をマスクとしてp形
不純物を導入してチャネル領域形成用の第2拡散領域2
a、7aを半導体層1の表面に形成する。この際、pウ
ェル8の部分にはマスクを施して拡散を行わない。
【0021】その後、所望のレジストマスクを形成し、
n形不純物を導入することにより、ボディ領域2内にソ
ース領域3を設けてトランジスタセルTを形成する。こ
の際、p形拡散領域7にはn形不純物が導入されないよ
うにその表面にレジストマスクを設けておく。その後、
全面にたとえば常圧CVD法によりPSG膜を成膜して
層間絶縁膜10を形成し、コンタクト孔を形成して、A
lなどを真空蒸着などにより全面に設けて、パターニン
グすることによりゲート配線11およびソース配線12
を形成する。この際、p形拡散領域7、8にもソース配
線12が接続されるようにコンタクト孔を設けておく。
n形不純物を導入することにより、ボディ領域2内にソ
ース領域3を設けてトランジスタセルTを形成する。こ
の際、p形拡散領域7にはn形不純物が導入されないよ
うにその表面にレジストマスクを設けておく。その後、
全面にたとえば常圧CVD法によりPSG膜を成膜して
層間絶縁膜10を形成し、コンタクト孔を形成して、A
lなどを真空蒸着などにより全面に設けて、パターニン
グすることによりゲート配線11およびソース配線12
を形成する。この際、p形拡散領域7、8にもソース配
線12が接続されるようにコンタクト孔を設けておく。
【0022】前述の例は、ゲート電極パッド9の下の半
導体層およびその近傍にp形拡散領域7、8を形成し、
アバランシェブレークダウン電流を流す部分を形成した
が、図2に示される例は、図3のソース電極パッドS部
分の下の半導体層の表面に形成した例である。このよう
にトランジスタセルTの形成領域またはその近傍に形成
することもできるし、ゲートフィンガーGFの下または
その近傍に形成することもできる。ゲートフィンガーG
Fの下には、p形拡散領域が形成されているため、それ
を利用することにより、少なくとももう1個p形拡散領
域を形成するだけでブレークダウンさせる領域を形成す
ることができる。
導体層およびその近傍にp形拡散領域7、8を形成し、
アバランシェブレークダウン電流を流す部分を形成した
が、図2に示される例は、図3のソース電極パッドS部
分の下の半導体層の表面に形成した例である。このよう
にトランジスタセルTの形成領域またはその近傍に形成
することもできるし、ゲートフィンガーGFの下または
その近傍に形成することもできる。ゲートフィンガーG
Fの下には、p形拡散領域が形成されているため、それ
を利用することにより、少なくとももう1個p形拡散領
域を形成するだけでブレークダウンさせる領域を形成す
ることができる。
【0023】また、図2に示される例は、p形拡散領域
7がそれぞれの間隔が同じ間隔dになるように3個形成
されている。このように3個以上形成することにより、
ブレークダウンしたときに、電流の流れる領域が2倍以
上に広くなるため、大きな電流に対しても破壊しにくく
なる。そのため、L負荷のサージの電力が大きい場合に
は、このp形拡散領域7の数を多くすることが好まし
い。しかし、この領域の数を多くすると、トランジスタ
セルの領域を小さくするか、チップ面積を大きくしなけ
ればならないため、使用目的に応じて両者の均衡により
p形拡散領域7の数は設定される。なお、図2におい
て、図1と同じ部分には同じ符号を付して、その説明を
省略する。
7がそれぞれの間隔が同じ間隔dになるように3個形成
されている。このように3個以上形成することにより、
ブレークダウンしたときに、電流の流れる領域が2倍以
上に広くなるため、大きな電流に対しても破壊しにくく
なる。そのため、L負荷のサージの電力が大きい場合に
は、このp形拡散領域7の数を多くすることが好まし
い。しかし、この領域の数を多くすると、トランジスタ
セルの領域を小さくするか、チップ面積を大きくしなけ
ればならないため、使用目的に応じて両者の均衡により
p形拡散領域7の数は設定される。なお、図2におい
て、図1と同じ部分には同じ符号を付して、その説明を
省略する。
【0024】前述の各例は、縦型MOSFETの例であ
ったが、この縦型MOSFETにさらにバイポーラトラ
ンジスタが作り込まれる絶縁ゲート型バイポーラトラン
ジスタ(IGBT)でも同様である。
ったが、この縦型MOSFETにさらにバイポーラトラ
ンジスタが作り込まれる絶縁ゲート型バイポーラトラン
ジスタ(IGBT)でも同様である。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、特別な製造工程を増や
すことなく、L負荷などに対しても破壊耐量の大きなM
OSFETを有する半導体装置が安価に得られる。その
結果、非常に信頼性が向上する。
すことなく、L負荷などに対しても破壊耐量の大きなM
OSFETを有する半導体装置が安価に得られる。その
結果、非常に信頼性が向上する。
【図1】本発明の半導体装置の一実施形態の縦型MOS
FETの断面説明図である。
FETの断面説明図である。
【図2】本発明の半導体装置の他の実施形態の縦型MO
SFETの断面説明図である。
SFETの断面説明図である。
【図3】縦型MOSFETの平面のレイアウトの一例の
説明図である。
説明図である。
【図4】従来の縦型MOSFETの断面の説明図であ
る。
る。
【図5】図4の構造で、p形領域の間隔aに対する耐圧
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
1 n形半導体層 2 ボディ領域 3 ソース領域 6 ゲート電極 7 p形拡散領域 8 pウェル(p形拡散領域) 9 ゲート電極パッド
Claims (4)
- 【請求項1】 (a)ドレイン領域とされる第1導電形
の半導体層と、(b)該半導体層の表面に第2導電形の
ボディ領域が複数個設けられ、該複数個のそれぞれのボ
ディ領域の周辺に第1導電形不純物が導入されてソース
領域とされ、該ソース領域と前記半導体層との間に挟ま
れる前記ボディ領域の表面にゲート酸化膜を介して設け
られるゲート電極により形成される複数個のトランジス
タセルと、(c)前記第1導電形の半導体層の表面に前
記ボディ領域とは別に形成される少なくとも2個の第2
導電形拡散領域と、(d)前記トランジスタセルのソー
ス領域およびボディ領域に接続して設けられるソース電
極とからなり、前記第2導電形拡散領域に前記ソース電
極が接続され、かつ、前記トランジスタセルのボディ領
域同士の間隔より前記第2導電形拡散領域同士の間隔が
広くなるように前記第2導電形拡散領域が形成されてな
る半導体装置。 - 【請求項2】 前記第2導電形拡散領域が、ゲート電極
パッドおよび/またはゲートフィンガーが設けられる場
所の近傍の前記半導体層の表面に設けられてなる請求項
1記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記第2導電形拡散領域には、前記トラ
ンジスタセルのソース領域に相当する領域が形成され
ず、かつ、該第2導電形拡散領域の表面には前記トラン
ジスタセルのゲート電極に相当する導電膜がゲート酸化
膜を介して設けられてなる請求項1または2記載の半導
体装置。 - 【請求項4】 前記第2導電形拡散領域の間隔が前記ト
ランジスタセルのボディ領域の間隔より広くする程度
が、3μm以下である請求項1、2または3記載の半導
体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11103276A JP2000294770A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11103276A JP2000294770A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000294770A true JP2000294770A (ja) | 2000-10-20 |
Family
ID=14349853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11103276A Pending JP2000294770A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000294770A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005150348A (ja) * | 2003-11-14 | 2005-06-09 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置 |
| JP2007110002A (ja) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置 |
| WO2011125274A1 (ja) * | 2010-04-06 | 2011-10-13 | 三菱電機株式会社 | 電力用半導体装置およびその製造方法 |
| WO2012001837A1 (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-05 | 三菱電機株式会社 | 電力用半導体装置 |
| US8492836B2 (en) | 2009-10-14 | 2013-07-23 | Mitsubishi Electric Corporation | Power semiconductor device |
| JP2014112739A (ja) * | 2014-03-19 | 2014-06-19 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| WO2015080162A1 (ja) * | 2013-11-28 | 2015-06-04 | ローム株式会社 | 半導体装置 |
| WO2016046984A1 (ja) * | 2014-09-26 | 2016-03-31 | 新電元工業株式会社 | 炭化ケイ素半導体装置 |
| JP2017069551A (ja) * | 2015-10-01 | 2017-04-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 半導体素子 |
-
1999
- 1999-04-09 JP JP11103276A patent/JP2000294770A/ja active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005150348A (ja) * | 2003-11-14 | 2005-06-09 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置 |
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| US8492836B2 (en) | 2009-10-14 | 2013-07-23 | Mitsubishi Electric Corporation | Power semiconductor device |
| US9006819B2 (en) | 2010-04-06 | 2015-04-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Power semiconductor device and method for manufacturing same |
| WO2011125274A1 (ja) * | 2010-04-06 | 2011-10-13 | 三菱電機株式会社 | 電力用半導体装置およびその製造方法 |
| WO2012001837A1 (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-05 | 三菱電機株式会社 | 電力用半導体装置 |
| JP5692227B2 (ja) * | 2010-06-30 | 2015-04-01 | 三菱電機株式会社 | 電力用半導体装置 |
| WO2015080162A1 (ja) * | 2013-11-28 | 2015-06-04 | ローム株式会社 | 半導体装置 |
| JPWO2015080162A1 (ja) * | 2013-11-28 | 2017-03-16 | ローム株式会社 | 半導体装置 |
| US9917102B2 (en) | 2013-11-28 | 2018-03-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US10438971B2 (en) | 2013-11-28 | 2019-10-08 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US10886300B2 (en) | 2013-11-28 | 2021-01-05 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US11367738B2 (en) | 2013-11-28 | 2022-06-21 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US11908868B2 (en) | 2013-11-28 | 2024-02-20 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| JP2014112739A (ja) * | 2014-03-19 | 2014-06-19 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| WO2016046984A1 (ja) * | 2014-09-26 | 2016-03-31 | 新電元工業株式会社 | 炭化ケイ素半導体装置 |
| JP2017069551A (ja) * | 2015-10-01 | 2017-04-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 半導体素子 |
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