JPH01223769A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH01223769A
JPH01223769A JP63048763A JP4876388A JPH01223769A JP H01223769 A JPH01223769 A JP H01223769A JP 63048763 A JP63048763 A JP 63048763A JP 4876388 A JP4876388 A JP 4876388A JP H01223769 A JPH01223769 A JP H01223769A
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semiconductor
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layer
transistor
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JP63048763A
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English (en)
Inventor
Yasuhisa Omura
泰久 大村
Akikazu Oono
晃計 大野
Satoshi Matsumoto
聡 松本
Sadao Nakajima
定夫 中嶋
Katsutoshi Izumi
泉 勝俊
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NTT Inc
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

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、大電流、高電圧環境下で高信頼性。
高速度動作を行なう半導体装置およびその製造方法に関
するものである。
〔従来の技術〕
従来のこの種の半導体装置の一例を第3図に示す。第3
図において、1はn形の半導体基板、2は個別のトラン
ジスタを電気的に分離するための絶縁膜、3aは大電流
用のトランジスタのゲート酸化膜、3b、3ef′i大
電流用トランジスタを制御するために混載されたトラン
ジスタのゲート酸化膜、4龜は大電流用のトランジスタ
のゲート電極、4b、4eは大電流用トランジスタを制
御するために混載されたトランジスタのゲート電極、5
は大電流用nチャネル形トランジスタのp杉油性領域、
6はnチャネル形トランジスタのp杉油性領域、了、8
は大電流用nチャネル形トランジスタのn形ソース領域
、9はpチャネル形トランジスタのソース領域、10は
pチャネル形トランジスタのドレイン領域、11はnチ
ャネル形トランジスタのソース領域、12はnチャネル
形トランジスタのドレイン領域、13は犬1流用トラン
ジスタのドレイン領域、14aはpチャネル形トランジ
スタのゲート電極保腹換、14bはnチャネル形トラン
ジスタのゲート電極保撞膜、15は絶縁膜、16は大を
流用トランジスタのソース電極、11はpチャネル形ト
ランジスタのソース電極、18はpチャネル形トランジ
スタのドレイン!ffl、I9ハnチャネル形トランジ
スタのンース44.20はnチャネル形トランジスタの
ドレイン−1極である。
このように構成される半導体装置において、これまで、
犬を流用トランジスタは他のトランジスタと同じチップ
上に混載しないで製造されてさた。
これは、大電流用トランジスタの裏道方法と一般のトラ
ンジスタの製造方法がかけ離れていること、また大電流
用トランジスタ単体で足りるような用途が主流であった
からである。これに対して近年各種の民生用電気製品等
への適用が検討されはじめ、大電流用トランジスタを他
の一般的なトランジスタと混載することにより、高機能
な集積回路として組み込ませて応用方面を拡大する動き
がある。このような要求に応えるとすると、第3図の領
域A、に示すように大電流用トランジスタに加えて領域
Blに示すような比較的微小寸法のトランジスタを同一
チップに混載することがます考えられる。しかしながら
、このように構成すると、ソース領域9→半導体基板1
→p形活性領域5→n形ンース領域8もしくはドレイン
領域10→半導体基板1→P形活性領域6→ンース領域
11といった方向にpnpn接合構造の半導体装置が寄
生的に組み込まれることにより、外部からのトリガパル
スによplいわゆるラッチアップ現象が生じる危険性が
ある。このラッチアップ現象は、電源を遮断しない限り
復旧できない性質のものなので、放置すれば上記端子系
列に異常な大電流が流れて半導体装置が破損もしくは焼
損することになる。
このような問題を解決したものとしては、トランジスタ
相互間を絶縁分離する手法が提案されている。その−例
を第4図に示す。第4図において、21は多結晶半導体
を堆積して形成した基板、22m。
22bはトランジスタ間?絶縁分離する絶縁膜、23は
大電流用nチャネル形トランジスタのp杉油住層、24
はnチャネル形トランジスタのp杉油柱層、25は大電
流用トランジスタの低不純物濃度n形ドレイン領域、2
6はpチャネル形トランジスタのn杉油性領域、27は
大電流用トランジスタのドレイン領域、28はトランジ
スタを横方向に電気的に分離する絶縁膜、29a 、 
29b 、 29eはトランジスタのゲート絶縁膜、3
0a 、 30b 、 30cはトランジスタのゲート
電極、31a 、 31b 、 31cはトランジスタ
のゲート電極を保護する絶縁膜、32.33は大電流用
トランジスタのソース領域、34はnチャネル形トラン
ジスタのソース領域、35はnチャネル形トランジスタ
のドレイン領域、36はlヤネル形トランジスタのソー
ス領域、37はpチャネル形トランジスタのドレイン領
域、38は電極間を電気的に分離する絶縁膜、39は大
電流用のトランジスタのドレイン電極、40は大電流用
トランジスタのソース電極、41はnチャネル形トラン
ジスタのソース電極、42はnチャネル形トランジスタ
のドレイ/電極、43はpチャネル形トランジスタのソ
ース電極、44はpチャネル形トランジスタのドレイン
電極である。
このように構成される半導体装置の製造方法を第5図<
a)〜(j)を用いて説明する。まず、同図(a)に示
すように例えば主表面の結晶方位が(100)であるp
形の単結晶半導体基板45の第一の主表面の一部Kn形
領域46を形成する。次に同図(b)に示すように前記
半導体基板の主表面上にn形単結晶半導体偵域47i形
成し、さらにこの半導体領域47上に絶縁膜48を形成
する。その後、同図(C)に示すようにこの絶縁膜48
を所定の場所に所定の寸法でエツチングしてバタン48
a 、 48bを形成する。このとき、バタン48aは
その直下にn影領域46を含むように配置し、他方のバ
タン48bはn影領域を含まないように配置する。その
後、半導体領域47.n影領域46.半導体基板45の
方向に異方性エツチングして半導体基板45とドレイン
領域25との積層構成からなる島状領域と、活性領域2
6aと半導体基板45との積層構造および活性領域26
a 、 26bと半導体基板45との積層構造の領域が
隣接する構成の島状領域とを形成する。次に同図(d)
に示すようにバタン49B、48bを除去した後、バタ
ン48aの直下に形成された島状領域のみを絶縁膜49
で覆い、半導体基板45の第一の主面側にn形となる不
純物を選択的に拡散して大電流用トランジスタのドレイ
ン領域27を形成する。次に同図(e)に示すように絶
縁膜49を除去した後に半導体基板45の第一の主面側
に絶縁膜22を形成し、引き続いてこの絶縁膜22上K
例えば多結晶半導体層21を所定の厚さに堆積する。次
に同図(f)に示すように、前記半導体基板45の第二
の主面を多結晶半導体層21が現われるまで全面にわた
って研磨する。次に同図−)に示すように半導体基板4
5の第二の主面上に絶縁膜38a t−形成するととも
に領域B2にnチャネルトランジスタとpチャネルトラ
ンジスタとをともに形成するためにトランジスタ間を電
気的に分離するための絶縁物28を形成し、領域A、に
大電流用トランジスタのドレイン電極を接続するn影領
域27aとn形ンース領域50とを形成する。次に同図
(h)に示すように領域B2のnチャネル形トランジス
タ用p杉油性領域24の主表面上およびpチャネル形ト
ランジスタのn杉油性領域26の主表面上の絶縁物38
aの一部を除去して露出させ、また領域A、の大電流用
トランジスタのンース領域50上の絶縁物38aの一部
を除去し、かつソース領域50から活性層23およびド
レイン領域25の一部に至る半導体領域をエツチングし
てゲート電極用の溝51を形成する。その後、同図(1
)に示すように大成流用トランジスタのゲート絶縁膜2
9a 、 nチャネル形トランジスタのゲート絶縁膜2
9bおよびpチャネル形トランジスタのゲート絶縁膜2
9Cを形成した後、それぞれゲート電極30a。
30b 、 30eを形成する。その後、同図(j)に
示すようにゲート電極30a 、 30b 、 30c
 Q)露出表面に絶縁膜31a 、 31b 、 31
cをそれぞれ形成した後、nチャネル形トランジスタの
ソース領域34.ドレイン領域35およびpチャネル形
トランジスタのソース領域36.ドレイン領域31を形
成し、絶縁膜38bを半導体基板の第二の主面側に形成
し、その後、各トランジスタのンースおよびドレイン領
域上の一部をエツチングによりW出させ、電極39.4
0,41.42,43.44をそれぞれ形成する。
このように第4図に示したような構成によれば、第3図
の構成の場合に問題となっていたソース領域36−活性
領域26−活性層23−ソース領域33という経路での
ラッチアップについては解決することができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上述した第4図の構成によると、ソース
領域36−活性領域26−活性層24−ソース領域34
0経路が存在するために完全な解決には至っていない。
この経路を絶つにはnチャネル形トランジスタとpチャ
ネル形トランジスタとを個別に半導体基板の島状領域に
閉じ込める必要がある。実際に使用されている小型トラ
ンジスタを個別に島状領域に構成する場合、島状領域の
面積を安易に大きくしないためには、第5図(C)の工
程において形成される島状領域の底面バタンを極力縮小
する必要がある。しかしながら、第5図(e)から(f
)に至る半導体基板45を研磨する工程において、これ
までの技術では活性層23.24および領域25.26
.27の厚さを半導体基板45の全面にわたって均一に
約10μm以下に制御することは不可能である。このた
め、半導体基板45の異方性エツチングにより形成した
島状領域の表面寸法としては約20μmX20μm以上
となり、集積回路の寸法が大幅に増加する結果となる。
さらに研磨工程が必要となるためにコストの増加につな
がるという問題があった。また、上述した構成では、大
TJLK用トランジスタのドレイン領域面積が第3図の
構成の場合と比べて狭く、ドレイン領域の寄生抵抗が極
めて大きくな9、使用できる電流の最大値が大幅に制限
されるという問題があった。
したがって本発明は、上述した従来の問題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、同一半導体基板上に高耐
圧から低耐圧まで、また大電流用から小電流用までの各
種の電気特性を有する半導体装tjL’を組み合わせて
高機能で信頼度の極めて高い半導体装置と提供するとと
もに厳しい外部環境からのトリガパルス、′0A度変動
等に由来するラッチアップの危険性を除去できる半導体
装置の製造方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明による半導体装置は、各半導体装置が絶縁物によ
り個別に分版されて構成されている。
本発明による半導体装置の製造方法は、半導体基板の主
表面側から酸素もしくは窒素イオンを注入してこの半導
体基板の内部に埋め込み絶縁物層を形成した基板におい
て、主表面に露出した所定の半導体領域とこの半導体領
域直下の埋め込み絶縁物層とをともに除去し、埋め込み
絶縁層が除去された領域に大電流用もしくは高耐圧用ト
ランジスタを形成し、その他の領域に小電流用もしくは
低耐圧用トランジスタを形成するものである。
〔作用〕
本発明においては、製造開始時点で使用している高品位
の半導体基板そのものを大電流もしくは高耐圧トランジ
スタのドレイン領域として使用するので、トランジスタ
の特性を犠牲にすることはない。ま7ヒ、主表面胃の半
導体層を薄層化することにより、大電流もしくは高耐圧
トランジスタを制御するために混載された周辺のトラン
ジスタの高#&秋化および動作の高速化が図れる。さら
Kは周辺のトランジスタを個別に絶縁物層で分離するの
で、ラッチアップが除去される。
〔実施例〕
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
第1図は本発明による半導体装置の一実施例を示す断面
図である。同図において、52は主面の結晶軸を(10
0)とする半導体基板、53は酸素のイオン注入によっ
て形成された絶縁膜、54は主表面側の半導体層、55
は大電流用nチャネル形トランジスタのp杉油柱層、5
6はnチャネル形トランジスタのp杉油柱層、5TはP
チャネル形トランジスタのn杉油性領域、58a r 
58b+ 58cはトランジスタのゲート絶縁膜、59
a ! 59b 、 59cはトランジスタのゲート電
極、60は大電流用トランジスタのドレイン領域、61
は大電流用トランジスタのソース領域、62a 、 6
2b 、 62cはトランジスタのゲート電極を保護す
る絶縁膜、63はnチャネル形トランジスタのソース1
L64Unチヤネル形トランジスタのドレイン領域、6
5はPチャネル形トランジスタのソース領L66はpチ
ャネル形トランジスタのドレイン領域、67は電極間を
電気的に分離する絶縁膜、68は大電流用トランジスタ
と他のトランジスタの間を横方向に電気的に分離する絶
縁物、69は大電流用トランジスタのソース電極、7G
はnチャネル形トランジスタのソース電極、71はnチ
ャネル形トランジスタのドレイン電極、72はpチャネ
ル形トランジスタのソース電極、73はpチャネル形ト
ランジスタのドレイン電極、74はトランジスタの間を
横方向に電気的に分離する絶縁物層である。
第2図(a)〜(i)は、第1図に示した半導体装置の
製造方法の一実施例を説明するための工程の断面−図で
ある。同図において、まず、同図(a)に示すように例
えばn形の単結晶半導体基板52の第一の主表面側に半
導体層54を残すべく酸素イオン注入を行なって絶縁層
53を形成する。次に同図(b)に示すように前記半導
体基板52の主表面側の半導体層54上に絶縁物層74
を形成し、この絶縁物層T4の一部をエツチングして半
導体層54を露出させ、残った絶縁物層74をエツチン
グマスクとして露出した半導体基板52を半導体層54
から絶縁層53および半導体基板52に至る澤さ1でエ
ツチングして溝75を形成する。その後、同図(C)に
示すように半導体基板52の第一の主面側の溝T5の底
面に少なくとも半導体基板52がエピタキシャル成長す
るように例えばp形半導体膜を堆積する。これによって
下地が半導体基板52の部分には単結晶層55が、下地
が絶縁物層74の部分には多結晶層55′がそれぞれ形
成される。
次に同図((1)に示すように同図(C)の工程で堆積
した多結晶層55のみを化学的なエツチング方法により
選択的に除去し、絶縁物層74を除去した後に半導体基
板52の第一の主面側を絶縁膜76で覆い、引き続いて
この絶縁膜76上に例えは絶縁物68を堆積する。次に
同図(e)に示すよりに絶縁物68を半導体基板52の
第一の主面側から均一にエツチングして絶縁膜76を露
出させた後に半導体基板52の第一の主面側の大電流用
トランジスタ領域のみにn形ンース領域61を形成する
。次に同図(f)に示すように領域B3Knチャネル形
トランジスタのp杉油性領域56およびpチャネル形ト
ランジスタのn杉油性領域57を形成した後、領域B3
のnチャネル形トランジスタのp杉活性領域56の主表
面上およびpチャネル形トランジスタのn杉油性領域5
Tの主表面上の絶縁膜T6の一部を除去して露出させ、
また、領域A3の大電流用トランジスタのソース領域6
1上の絶縁膜76の一部を除去しかつソース領域61か
ら単結晶層55および半導体基板52の一部に至る半導
体領域をエツチングしてゲート電極用の溝78t−形成
する。また、領域B3にnチャネル形トランジスタとp
チャネル形トランジスタとを電気的に分離する絶縁物層
77a 、 77bを形成する。その後、同図憧)に示
すように大電流用トランジスタのゲート絶縁膜58a 
、 nチャネル形トランジスタのゲート絶縁膜58bお
よびpチャネル形トランジスタのゲート絶縁膜58cを
形成した後、それぞれゲート電極59a 、 59b 
、 59c を形成する。その後、同図(6)に示すよ
うにゲート電極59a 、 59b 、 59cの露出
機面に絶縁膜62m 、 62b 、 62cをそれぞ
れ形成した後、nチャネル形トランジスタおよびpチャ
ネル形トランジスタのそれぞれにソース、ドレイン領域
63,64,65.66を形成する。その後、同図(i
)に示すように各トランジスタ上の絶縁膜6γを形成し
、ンース、ドレイン領域61,63,64゜65.66
上の一部をエツチングにより露出させ1電極69,70
,71,72.73をそれぞれ形成して完成される。
このような構成および方法によれば、全てのトランジス
タが絶縁物により完全に電気的に分離され、ラッチアッ
プの危険性がなくなる。また、大電流用トランジスタの
ドレイン領域を第2の主面に配置できるので、ドレイン
の寄生抵抗を十分に低減させることができる。
なお、前述した第1図の構成において、単結晶半導体基
板52の主表面の面方位を(100)に限定させること
はない。面方位を(100)とした場合、他の面方位を
選んだ場合と比較して領域B3の活性領域56.57の
主表面側の電子および正孔の移動度が最も大きく、領域
B3に形成されたトランジスタのゲートは主表面と異な
る面方位に位置し、電子の移動度は面方位(100)の
場合と比較して小さくなるために大電流用トランジスタ
のオン抵抗は相対的に増加する。これに対して半導体基
板52の主表面の面方位を(4oO)以外にすれば、領
域B3のトランジスタの電子および正孔の移動度は減少
するが、領域A3のトランジスタの電子の移動度′t−
最大とすることができるので、大電流用トランジスタの
オン抵抗を最小とすることができる。したがっていずれ
かを選択するかは半導体装置の使用目的に応じて決定す
べき問題であり、一義的に定まる問題ではない。
〔発明の効果〕
以上、説明したように本発明によれば、以下に示すよう
に多岐にわたる極めて優れた効果が得られる。すなわち
、 (1)絶縁層の形成をイオン注入で行なうので、絶縁層
上に形成するトランジスタの活性領域厚さをある範囲内
で自在に制御でき、トランジスタの特性制御が可能とな
る。
(II)  大電流或は高耐圧トランジスタは、製造開
始時の高品質の半導体面上にエピタキシャル成長させた
半導体領域に製造するので、従来培われてきた技術をそ
のまま使用することができ、大電流もしくは高耐圧トラ
ンジスタの特性t−犠性にすることがない。
(itl)  MIS トランジスタ間を個別に完全絶
縁分離することが容易である。
11V)  厳しい外部環境からのトリガパルス、温度
変動等に由来するラッチアップの危険性から解放され、
この半導体装置を適用した装置の信頼度が飛躍的に向上
する。
(■)トランジスタを個別に絶縁分離する方法であるの
で、同一半導体基板上に高耐圧から低耐圧までの各種の
電気特性を有する半導体装置を任意に組み合わせること
ができ、設計の自由度が極めて高くなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による半導体装置の一実施例を示す断面
図、第2図(a)〜(1)は本発明による半導体装置の
製造方法の一実施例を説明する工程の断面医、第3図お
よび第4図は従来の半導体装置を示す断面図、第5図(
=)〜(j)は従来の半導体装置の製造方法を説明する
工程の断面図である。 以下、各部を詳細に説明する。 52・・・・主面の結晶軸を(100)とする半導体基
板、53・・φ・酸素のイオン注入によって形成された
絶縁膜、54・・・・半導体層、55・争・・大電流用
nチャネル形トランジスタのp杉油柱層、56中・・・
nチャネル形トランジスタのp杉油柱層、57・・・・
pチャネル形トランジスタのn杉油性領域、58a 、
 58b l 58c・・・・トランジスタのゲート絶
縁膜、59a 、 59b 。 58c・・・・トランジスタのゲート電極、60・・・
・大電流用トランジスタめドレイン領域、61・・・・
大電流用トランジスタのソース領域、62a 、 62
b 、 62c・・・・トランジスタのゲート電極を保
護する絶縁膜、63・・・・nチャネル形トランジスタ
のソース領域、64−・嗜・nチャネル形トランジスタ
のドレインa域、ss・・―・pチャネル形トランジス
タのソース領域、66・寺響・pチャネル形トランジス
タのドレイン領域、67・・・・電極量分電気的に分離
する絶縁膜、68・・・・大電流用トランジスタと他の
トランジスタの間を横方向に1!気的に分離する絶縁物
)ft、69・・・・犬′1流用トランジスタのソース
電ffl、70−−−・nチャネル形トランジスタのソ
ース電柩、71・・・・nチャネル形トランジスタのド
レイン電極、72・・・・pチャネル形トランジスタの
ソース電極、73・・・・pチャネル形トランジスタの
ドレイン電極、T4・・・・トランジスタの間を横方向
に電気的に分離する絶縁物層、T5・・・・溝、76・
・・・絶縁膜、77m 、 7γb・・・・絶縁物層。 特許出頭人  日本電信電話株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第一導電形を有する第一の半導体基板と、前記第
    一の半導体基板の第一の主面上の一部の領域に形成され
    た第一の絶縁層と、前記第一の絶縁層上の第一導電形の
    半導体層と、前記第一導電形の半導体層の主表面近傍に
    形成されたpチャネル形MISトランジスタおよびnチ
    ャネル形MISトランジスタと、前記第一の半導体基板
    の第一の主面上のうち第一の絶縁層の存在しない領域に
    第一電極および第二電極を有しかつ該第一の半導体基板
    の第二の主面に第三の電極を有するnチャネル形MIS
    トランジスタとから構成されることを特徴とした半導体
    装置。
  2. (2)少なくとも一種類の導電形領域を有する第一の半
    導体基板内へ酸素もしくは窒素をイオン注入して前記第
    一の半導体基板の第一の主面側から所要の深さの位置に
    第一の絶縁層を形成することにより前記第一の半導体基
    板から前記第一の絶縁層と第一の半導体層とが膜に積層
    される構成を有する第二の半導体基板を形成する工程と
    、前記第二の半導体基板の少なくとも第一の主面側の一
    部の領域において第一の半導体層から第一の絶縁層およ
    び第一の絶縁層直下の第一の半導体基板の一部に至る選
    択エッチング処理により前記第二の半導体基板の第一の
    主面側の一部の領域が前記第一の半導体基板と同等層構
    成からなる第三の半導体基板を形成する工程と、前記第
    三の半導体基板の第一の主面側の少なくとも第一の半導
    体領域の直上に第二の半導体層を形成することにより第
    四の半導体基板を形成する工程と、前記第四の半導体基
    板の第一の主面側において前記第一の絶縁層上の第一の
    半導体層もしくは第一の半導体層を含む第一の絶縁層上
    の半導体層の主表面近傍に第一の電極、第二の電極およ
    び第三の電極を有するpチャネル形MISトランジスタ
    およびnチャネル形MISトランジスタを形成する工程
    と、前記第四の半導体基板の第一の主面側において第一
    の半導体基板の直上に形成された第二の半導体層の主表
    面に第一の電極および第二の電極を有し第四の半導体基
    板の第二の主面側に第三の電極を有するnチャネル形M
    ISトランジスタを形成する工程とを含むことを特徴と
    した半導体装置の製造方法。
JP63048763A 1988-03-03 1988-03-03 半導体装置の製造方法 Pending JPH01223769A (ja)

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