JPH03276770A - ソリッドステートリレー用素子 - Google Patents
ソリッドステートリレー用素子Info
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- JPH03276770A JPH03276770A JP2078063A JP7806390A JPH03276770A JP H03276770 A JPH03276770 A JP H03276770A JP 2078063 A JP2078063 A JP 2078063A JP 7806390 A JP7806390 A JP 7806390A JP H03276770 A JPH03276770 A JP H03276770A
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Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
- Element Separation (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (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。
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〕
本発明はソリッドステートリレー用素子に関する。
ソリッドステートリレーは、機械的な可動部を持たずに
電気機械的なリレーの作用と同じ機能を発揮するように
光起電力ダイオード部及び制御回路部及びMOS電界効
果トランジスタ部をモノリシック集積化して構成される
。
電気機械的なリレーの作用と同じ機能を発揮するように
光起電力ダイオード部及び制御回路部及びMOS電界効
果トランジスタ部をモノリシック集積化して構成される
。
第7図はソリッドステートリレーの一例を示す等価回路
図である。
図である。
第7図に示すように、発光ダイオード部8からなる入力
部と、発光ダイオードの放射光を入力する光起電力ダイ
オード5と光起電力ダイオード部5に接続された出力制
御部とを有して構成され、これらは電気機械的リレーの
コイルに相当に入出力間を絶縁すると共に入力信号を受
けて出力の制御信号を発生する機能を有する。またソリ
ッドステートリレーのMOS電界効果トランジスタ部7
は、電気機械的リレーの接点に相当し、負荷回路の開閉
を行なう。
部と、発光ダイオードの放射光を入力する光起電力ダイ
オード5と光起電力ダイオード部5に接続された出力制
御部とを有して構成され、これらは電気機械的リレーの
コイルに相当に入出力間を絶縁すると共に入力信号を受
けて出力の制御信号を発生する機能を有する。またソリ
ッドステートリレーのMOS電界効果トランジスタ部7
は、電気機械的リレーの接点に相当し、負荷回路の開閉
を行なう。
上述したソリッドステートリレーにおける光起電力ダイ
オード部5.制御回路部6及びMOS電界効果トランジ
スタ部7は、第5図に示すように1チツプにモノリシッ
ク集積素子19化されており、誘電体絶縁基板上にそれ
ぞれ分離したシリコン単結晶島に各素子を形成している
。さらに各素子を形成しているシリコン単結晶島は同−
深さで絶縁分離されている。また第6図に示すように、
ソリッドステートリレー用素子として、光起電力ダイオ
ード部5を22段直列接続し、サイリスタ1個とダイオ
ード2個で制御回路部6を構成し、さらに双方向の電流
を流すためMOS電界効果1〜ランジスタ部7を2個ソ
ース部に対し逆側直列接続された1チツプに集積化して
いる。
オード部5.制御回路部6及びMOS電界効果トランジ
スタ部7は、第5図に示すように1チツプにモノリシッ
ク集積素子19化されており、誘電体絶縁基板上にそれ
ぞれ分離したシリコン単結晶島に各素子を形成している
。さらに各素子を形成しているシリコン単結晶島は同−
深さで絶縁分離されている。また第6図に示すように、
ソリッドステートリレー用素子として、光起電力ダイオ
ード部5を22段直列接続し、サイリスタ1個とダイオ
ード2個で制御回路部6を構成し、さらに双方向の電流
を流すためMOS電界効果1〜ランジスタ部7を2個ソ
ース部に対し逆側直列接続された1チツプに集積化して
いる。
上述した従来のソリッドステートリレー用素子は、誘電
体絶縁基板の光起電力ダイオード部、制御回路部、MO
S電界効果トランジスタ部を形成している単結晶島領域
の深さが同−深さに構成しているため、各素子の特性を
最大限に生かすことができないという欠点がある。この
欠点について説明すると光起電力ダイオード部は、誘電
体層で囲まれているため、通常の単結晶基板上に形成さ
れた光起電力ダイオードと違い、ソリッドステートリレ
ーの動作速度に寄与する光電流は、シリコン単結晶島深
さと強く係わっている。これは、第3図に示すように単
結晶島深さと光電流の関係から50μm以上必要であり
、実際には、加工時の精度を考慮して最大島深さ60μ
mに設定する必要がある。これに反してMOS電界効果
トランジスタは電流が基板下方向から上方向に流れる縦
形MOSFETm造をとっているためドレイン−ソース
間耐圧とオン抵抗の関係から単結晶島の深さを最適化し
てドレイン−ソース間耐圧に対する抵抗を最小化する必
要があり、250V耐圧のMOS電界効果トランジスタ
は30μmのシリコン単結晶島が最適になる。したがっ
て誘電体分離基板の単結晶島を同−深さにした場合、光
起電力ダイオードの光電流効率あるいは、MOS電界効
果トランジスタのオン抵抗のどちらかを犠牲にするこに
なる。
体絶縁基板の光起電力ダイオード部、制御回路部、MO
S電界効果トランジスタ部を形成している単結晶島領域
の深さが同−深さに構成しているため、各素子の特性を
最大限に生かすことができないという欠点がある。この
欠点について説明すると光起電力ダイオード部は、誘電
体層で囲まれているため、通常の単結晶基板上に形成さ
れた光起電力ダイオードと違い、ソリッドステートリレ
ーの動作速度に寄与する光電流は、シリコン単結晶島深
さと強く係わっている。これは、第3図に示すように単
結晶島深さと光電流の関係から50μm以上必要であり
、実際には、加工時の精度を考慮して最大島深さ60μ
mに設定する必要がある。これに反してMOS電界効果
トランジスタは電流が基板下方向から上方向に流れる縦
形MOSFETm造をとっているためドレイン−ソース
間耐圧とオン抵抗の関係から単結晶島の深さを最適化し
てドレイン−ソース間耐圧に対する抵抗を最小化する必
要があり、250V耐圧のMOS電界効果トランジスタ
は30μmのシリコン単結晶島が最適になる。したがっ
て誘電体分離基板の単結晶島を同−深さにした場合、光
起電力ダイオードの光電流効率あるいは、MOS電界効
果トランジスタのオン抵抗のどちらかを犠牲にするこに
なる。
本発明のソリッドステートリレー用素子は、多結晶シリ
コン層を支持体とし、酸化膜で包まれて相互に絶縁分離
された複数の単結晶島領域を有する誘電体分離基板の前
記単結晶島領域内に光起電力ダイオード部及び制御回路
部及びMOS電界効果トランジスタ部をモノリシック集
積化して設けたソリッドステートリレー用素子において
、互に深さの異なる前記単結晶島領域に形成した光起電
力ダイオード部とMOS電界効果トランジスタ部とを有
する。
コン層を支持体とし、酸化膜で包まれて相互に絶縁分離
された複数の単結晶島領域を有する誘電体分離基板の前
記単結晶島領域内に光起電力ダイオード部及び制御回路
部及びMOS電界効果トランジスタ部をモノリシック集
積化して設けたソリッドステートリレー用素子において
、互に深さの異なる前記単結晶島領域に形成した光起電
力ダイオード部とMOS電界効果トランジスタ部とを有
する。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の第1の実施例のソリッドステートリレ
ー用素子の断面図である。
ー用素子の断面図である。
多結晶シリコン層1を支持体として、酸化シリコン膜2
により多結晶シリコン層1と絶縁分離された単結晶シリ
コン領域3を有する。誘電体分離基板4の単結晶シリコ
ン領域3に光起電力ダイ第−ド部5と制御回路部6及び
MOS電界効果トランジスタ部7を夫々形成している。
により多結晶シリコン層1と絶縁分離された単結晶シリ
コン領域3を有する。誘電体分離基板4の単結晶シリコ
ン領域3に光起電力ダイ第−ド部5と制御回路部6及び
MOS電界効果トランジスタ部7を夫々形成している。
さらにそれぞれの素子は、第6図に示すレイアウト図の
ように、光起電力ダイオード5を22段と、制御回路6
としてサイリスタとダイオードを2個(第1図の断面図
ではサイリスタのみ記載)と、MOS電界効果トラジス
タ7を2個とを含んで集積化している。第1図は、上述
した従来技術の問題点を改善するため光起電力ダイオー
ド部5の単結晶島深さρlを50μmに設定し光電流効
率の最適化を図っている。またMOS電界効果トランジ
スタ部7はドレンイン・ソース間耐圧が250■の素子
とし、オン抵抗を最適化するため単結晶島深さρ2を3
0μmに設定した構造をとっている。よって光起電力ダ
イオード部5の単結晶島深さ(1とMOS電界効果トラ
ンジスタ部7の単結晶島深さ(2との関係はρ1〉p2
となっている。次に、この光起電力ダイオード部5とM
OS電界効果トラジスタ部7の誘電体分離基板4上にお
ける単結晶島の深さを異なるように構成する誘電体分離
基板4の製造方法を説明する。
ように、光起電力ダイオード5を22段と、制御回路6
としてサイリスタとダイオードを2個(第1図の断面図
ではサイリスタのみ記載)と、MOS電界効果トラジス
タ7を2個とを含んで集積化している。第1図は、上述
した従来技術の問題点を改善するため光起電力ダイオー
ド部5の単結晶島深さρlを50μmに設定し光電流効
率の最適化を図っている。またMOS電界効果トランジ
スタ部7はドレンイン・ソース間耐圧が250■の素子
とし、オン抵抗を最適化するため単結晶島深さρ2を3
0μmに設定した構造をとっている。よって光起電力ダ
イオード部5の単結晶島深さ(1とMOS電界効果トラ
ンジスタ部7の単結晶島深さ(2との関係はρ1〉p2
となっている。次に、この光起電力ダイオード部5とM
OS電界効果トラジスタ部7の誘電体分離基板4上にお
ける単結晶島の深さを異なるように構成する誘電体分離
基板4の製造方法を説明する。
第4図(a)〜(f)は誘電体分離基板の製造方法を説
明するための工程順に示した断面図である。
明するための工程順に示した断面図である。
まず、第4図(a)に示すように、(100)面を表面
とする単結晶シリコン基板9の表面にマスク材として酸
化シリコン膜10をフォトリソグラフィ技術によりパタ
ーニングして設ける。
とする単結晶シリコン基板9の表面にマスク材として酸
化シリコン膜10をフォトリソグラフィ技術によりパタ
ーニングして設ける。
次に、第4図(b)に示すように、酸化シリコン膜10
をマスクとしてエツチングにより所望の深さd3を有す
る凹部11を形成する。一般にこのエツチングは水酸化
カリウム(K OH)水溶液などのアルカリ性水溶液に
よる異方性エッチが用いられている。
をマスクとしてエツチングにより所望の深さd3を有す
る凹部11を形成する。一般にこのエツチングは水酸化
カリウム(K OH)水溶液などのアルカリ性水溶液に
よる異方性エッチが用いられている。
次に、第4図(C)に示すように、単結晶シリコン基板
9の表面の所定の位置に単結晶島の深い素子部を形成す
るための所望の深さd、の深い第1の7字形溝12をさ
らに単結晶島の浅い素子部となるくぼみ部11の所定の
位置に所望の深さd2の浅い第2の7字形溝13をフォ
トリソグラフィ技術と異方性エツチング技術とにより形
成する。
9の表面の所定の位置に単結晶島の深い素子部を形成す
るための所望の深さd、の深い第1の7字形溝12をさ
らに単結晶島の浅い素子部となるくぼみ部11の所定の
位置に所望の深さd2の浅い第2の7字形溝13をフォ
トリソグラフィ技術と異方性エツチング技術とにより形
成する。
ここで、第1の7字形溝12と第2の7字形溝13の先
端はほぼ同一平面上にあるように形成されることが望ま
しい。
端はほぼ同一平面上にあるように形成されることが望ま
しい。
次に、第4図(d)に示すように、高濃度不純物領域1
5と、絶縁膜14を形成する。
5と、絶縁膜14を形成する。
次に、第4図(e)に示すように、支持体としての多結
晶シリコン層16を厚く堆積する。
晶シリコン層16を厚く堆積する。
次に、第4図(f)に示すように、研磨などにより第1
の7字形溝12、第2の7字形溝13の先端部まで単結
晶シリコン基板1つを除去し、深い単結晶シリコン島1
7と浅い単結晶シリコン島18を形成する。このような
異なった深さの単結晶シリコン島の製造法は、特許願6
0−230202に記載されている深い単結晶シリコン
島と浅い単結晶シリコン島をマスク厚を変えるとで製造
する数々の方法がある。
の7字形溝12、第2の7字形溝13の先端部まで単結
晶シリコン基板1つを除去し、深い単結晶シリコン島1
7と浅い単結晶シリコン島18を形成する。このような
異なった深さの単結晶シリコン島の製造法は、特許願6
0−230202に記載されている深い単結晶シリコン
島と浅い単結晶シリコン島をマスク厚を変えるとで製造
する数々の方法がある。
第2図は、本発明の第2の実施例のソリッドステートリ
レー用素子の断面図である。第1の実施例と同様な構成
で誘電体分離基板上に光起電力ダイオード部5と制御回
路部6及びMOS電界効果トランジスタ部7を搭載して
いる。この第2の実施例は、500V以上の高耐圧MO
S電界効果トランジスタを搭載するため高耐圧化した際
の空乏層ののびを確保するために単結晶島深さ(3を6
0μm以上にする必要がある。ただし、光起電力ダイオ
ード部の単結晶島深さρlは50μmに設定し、第1の
実施例と同様に充電流効率を最大にしている。よって光
起電力ダイオード部とMOS電界効果トランジスタ部の
単結晶島深さはρlくp3となっている。誘電体分離基
板の製造方法は、第1の実施例と第2の実施例共に同一
方法で基板の製造が行なえる。
レー用素子の断面図である。第1の実施例と同様な構成
で誘電体分離基板上に光起電力ダイオード部5と制御回
路部6及びMOS電界効果トランジスタ部7を搭載して
いる。この第2の実施例は、500V以上の高耐圧MO
S電界効果トランジスタを搭載するため高耐圧化した際
の空乏層ののびを確保するために単結晶島深さ(3を6
0μm以上にする必要がある。ただし、光起電力ダイオ
ード部の単結晶島深さρlは50μmに設定し、第1の
実施例と同様に充電流効率を最大にしている。よって光
起電力ダイオード部とMOS電界効果トランジスタ部の
単結晶島深さはρlくp3となっている。誘電体分離基
板の製造方法は、第1の実施例と第2の実施例共に同一
方法で基板の製造が行なえる。
以上説明したように本発明は、多結晶シリコン層により
支持され酸化膜で包まれて相互に絶縁分離された複数の
単結晶領域を有する誘電体分離基板に、光起電力ダイオ
ード部と制御回路部及びMOS電界効果トランジスタ部
をモノリシック集積化したソリッドステートリレー用素
子において深さの異なる単結晶島半導体領域に光起電力
ダイオード部とMOS電界効果トランジスタ部を形成す
ることにより、ソリッドステートリレーの特性として、
光起電力ダイオード部の充電流効率を最大限にすること
ができ、ソリッドステートリレーの高速化が図れ、同時
にスイッチング素子としてのMOS電界効果トランジス
タの耐圧とオン抵抗を最適化する素子が構成できる。そ
の上、それぞれの素子を最適化したことでソリッドステ
ート用素子のチップ面積を大幅に縮小することができる
のでコストダウンの効果もある。
支持され酸化膜で包まれて相互に絶縁分離された複数の
単結晶領域を有する誘電体分離基板に、光起電力ダイオ
ード部と制御回路部及びMOS電界効果トランジスタ部
をモノリシック集積化したソリッドステートリレー用素
子において深さの異なる単結晶島半導体領域に光起電力
ダイオード部とMOS電界効果トランジスタ部を形成す
ることにより、ソリッドステートリレーの特性として、
光起電力ダイオード部の充電流効率を最大限にすること
ができ、ソリッドステートリレーの高速化が図れ、同時
にスイッチング素子としてのMOS電界効果トランジス
タの耐圧とオン抵抗を最適化する素子が構成できる。そ
の上、それぞれの素子を最適化したことでソリッドステ
ート用素子のチップ面積を大幅に縮小することができる
のでコストダウンの効果もある。
第1図及び第2図は本発明の第1及び第2の実施例のソ
リッドステートリレー用素子の断面図、第3図は光起電
力ダイオード部の単結晶深さと光電流比との関係を示す
特性図、第4図(a)〜(f)は本発明の誘電体絶縁分
離基板の製造方法を説明するための工程順に示した断面
図、第5図0 は従来のソリッドステートリレー用素子の断面図、第6
図はソリッドステートリレー用素子のレイアウト図、第
7図はソリッドステートリレーの等価回路図である。 1・・・多結晶シリコン層、2・・・酸化シリコン膜、
3・・・単結晶シリコン領域、4・・・誘電体分離基板
、5・・・光起電力ダイオード部、6・・・制御回路部
、7・・・MOS電界効果トランジスタ部、8・・・発
光ダイオード、9・・・単結晶シリコン基板、10・・
・酸化シリコン膜、11・・・凹部、12.13・・・
V字形溝、14・・・絶縁膜、15・・・高濃度不純物
領域、16・・・多結晶シリコン層、17.18・・・
単結晶シリコン島。
リッドステートリレー用素子の断面図、第3図は光起電
力ダイオード部の単結晶深さと光電流比との関係を示す
特性図、第4図(a)〜(f)は本発明の誘電体絶縁分
離基板の製造方法を説明するための工程順に示した断面
図、第5図0 は従来のソリッドステートリレー用素子の断面図、第6
図はソリッドステートリレー用素子のレイアウト図、第
7図はソリッドステートリレーの等価回路図である。 1・・・多結晶シリコン層、2・・・酸化シリコン膜、
3・・・単結晶シリコン領域、4・・・誘電体分離基板
、5・・・光起電力ダイオード部、6・・・制御回路部
、7・・・MOS電界効果トランジスタ部、8・・・発
光ダイオード、9・・・単結晶シリコン基板、10・・
・酸化シリコン膜、11・・・凹部、12.13・・・
V字形溝、14・・・絶縁膜、15・・・高濃度不純物
領域、16・・・多結晶シリコン層、17.18・・・
単結晶シリコン島。
Claims (1)
- 多結晶シリコン層を支持体とし、酸化膜で包まれて相
互に絶縁分離された複数の単結晶島領域を有する誘電体
分離基板の前記単結晶島領域内に光起電力ダイオード部
及び制御回路部及びMOS電界効果トランジスタ部をモ
ノリシック集積化して設けたソリッドステートリレー用
素子において、互に深さの異なる前記単結晶島領域に形
成した光起電力ダイオード部とMOS電界効果トランジ
スタ部とを有することを特徴とするソリッドステートリ
レー用素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2078063A JPH03276770A (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | ソリッドステートリレー用素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2078063A JPH03276770A (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | ソリッドステートリレー用素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03276770A true JPH03276770A (ja) | 1991-12-06 |
Family
ID=13651391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2078063A Pending JPH03276770A (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | ソリッドステートリレー用素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03276770A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5767562A (en) * | 1995-08-29 | 1998-06-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Dielectrically isolated power IC |
| US6025610A (en) * | 1997-01-23 | 2000-02-15 | Nec Corporation | Solid relay and method of producing the same |
-
1990
- 1990-03-27 JP JP2078063A patent/JPH03276770A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5767562A (en) * | 1995-08-29 | 1998-06-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Dielectrically isolated power IC |
| US6025610A (en) * | 1997-01-23 | 2000-02-15 | Nec Corporation | Solid relay and method of producing the same |
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