JP2010034188A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】静電破壊耐量が大きくすることができ、且つ、高温逆バイアステスト後のゲート/ソース間のリーク測定におけるリーク電流を低減できる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体基板上に形成された酸化膜3と、酸化膜3の上層に形成されたツェナーダイオード10と、ツェナーダイオード10の上層に形成された層間膜5と、層間膜5の上層に形成されたゲートアルミ7及びソースアルミ6と、を有し、ツェナーダイオード10は、ゲートアルミ7とソースアルミ6との間に接続され、同心状に形成されたN型領域10BとP型領域10Aとが交互に接合されてなり、ツェナーダイオード10の平面形状は、ゲートアルミ7の平面形状と略相似であり、ゲートアルミ7は、ツェナーダイオード10のP型領域10Aの最外周の縁部より外側に所定距離延出するように構成した。
【選択図】図1
【解決手段】半導体基板上に形成された酸化膜3と、酸化膜3の上層に形成されたツェナーダイオード10と、ツェナーダイオード10の上層に形成された層間膜5と、層間膜5の上層に形成されたゲートアルミ7及びソースアルミ6と、を有し、ツェナーダイオード10は、ゲートアルミ7とソースアルミ6との間に接続され、同心状に形成されたN型領域10BとP型領域10Aとが交互に接合されてなり、ツェナーダイオード10の平面形状は、ゲートアルミ7の平面形状と略相似であり、ゲートアルミ7は、ツェナーダイオード10のP型領域10Aの最外周の縁部より外側に所定距離延出するように構成した。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、パワーMOSFETなどの半導体装置に関する。
パワーMOSFET(Power metal oxide semiconductor field effect transistor)などの半導体装置では、薄いゲート酸化膜を保護するため、ゲート抵抗をゲート電極に接続する場合がある。また、ゲート酸化膜を保護するため、ゲート電極とソース電極との間にツェナーダイオードを接続する場合もある。
例えば、特許文献1には、いわゆるトレンチゲート型のMOSFETが記載されている。特許文献1に記載のMOSFETでは、N+半導体基板上にN−型エピタキシャル層からなるドレイン領域を設け、ドレイン領域の上にP型チャネル層を設け、P型チャネル層にトレンチを設けている。また、P型チャネル層の上にゲート酸化膜を設け、ゲート酸化膜の上にツェナーダイオードを設けている。ツェナーダイオードは、ポリシリコン層にN型不純物、P型不純物を交互にイオン注入して形成されている。また、ツェナーダイオードの一端はゲート電極に接続され、他端はソース電極に接続されている。即ち、ゲート電極とソース電極の間にツェナーダイオードを接続している。また、ツェナーダイオードでは、N型不純物が導入されたN型半導体領域とP型不純物が導入されたP型半導体領域とが同心円状に交互に配置されている。これにより、ゲート電極とソース電極の間に印加された過電圧を逃がし、ゲート酸化膜の破壊を回避している。
ところで、ゲート電極とソース電極との間に接続されたツェナーダイオードは、レイアウト上の理由からゲート電極の下に構成されることが多い。また、ツェナーダイオードの構成は、ゲート電極とソース電極との間の電圧の保証値(VGSS保証値)、ゲートワイヤー径、ダイオードの特性(周囲長)に制約される。
一方、車載用半導体の分野では、電子制御の進展により搭載される電子回路が増大している。そのため、車室内では、電子回路を搭載するスペースが不足し、電子機器をエンジンルームに搭載する必要が出てきている。そして、車載用半導体に対し、より広い温度での信頼性が求められている。例えば、175℃の高温での信頼性が求められている。そのため、車載用パワーMOSFETの分野では、例えば、175℃、168時間以上で高温逆バイアステストが行われる。
しかしながら、特許文献1に記載されているパワーMOSFETなどで、当該高温逆バイアステストを行うと、ゲート/ソース間のリーク電流が増加するという問題があった。
そして、特許文献2には、ゲート電極とソース電極との間に2つのツェナーダイオードを直列に接続したトレンチゲート型のMOSFETが記載されている。そして、2つのツェナーダイオードの間にN型半導体領域を設けることにより、リーク電流の低減を図っている。
特開2002−118258号公報
特開2002−043574号公報
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載の技術では、ツェナーダイオードにおいて、N型半導体領域とP型半導体領域とが同心円状に形成されるため、N型半導体領域とP型半導体領域との接合部分(以下、PN接合部分と称する。)の長さが短くなっている。そのため、ツェナーダイオードの動作抵抗が大きくなる。動作抵抗が大きいと、ツェナーダイオードの電圧吸収能が低下する。したがって、ツェナーダイオードの静電破壊耐量が小さくなってしまう。
本発明の第1の態様にかかる半導体装置は、半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上層に形成されたツェナーダイオードと、前記ツェナーダイオードの上層に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の上層に形成されたゲート電極及びソース電極と、を有している。そして、前記ツェナーダイオードは、前記ゲート電極と前記ソース電極との間に接続されている。また、前記ツェナーダイオードは、同心状に形成されたN型半導体領域とP型半導体領域とが交互に接合されてなる。また、前記ツェナーダイオードの平面形状は、前記ゲート電極の平面形状と略相似となっている。また、前記ゲート電極は、前記ツェナーダイオードの前記P型半導体領域の最外周の縁部より外側に所定距離延出している。
本発明の第1の態様においては、ツェナーダイオードの平面形状がゲート電極の平面形状と略相似となっているため、ツェナーダイオードのPN接合部分の長さがより長くなっている。そのため、ツェナーダイオードの動作抵抗をより小さくすることができる。したがって、ツェナーダイオードの電圧吸収能を向上することができる。よって、ツェナーダイオードの静電破壊耐量を大きくすることができる。
また、本発明の第1の態様においては、ゲート電極は、ツェナーダイオードのP型半導体領域の最外周の縁部より外側に所定距離延出している。即ち、ツェナーダイオードの全てのP型半導体領域は、その上側がゲート電極により覆われている。そのため、高温逆バイアステストを行うために、ゲート電極及びソース電極を0Vとし、ドレイン電極に電圧を印加しても、ゲート電極とソース電極との間に入り込んだ陽イオンがP型半導体領域表面に反転層を形成することができない。そのため、高温逆バイアステスト後の測定におけるゲート/ソース間のリーク電流を低減することができる。
本発明により、静電破壊耐量が大きくすることができ、且つ、高温逆バイアステスト後のゲート/ソース間のリーク測定におけるリーク電流を低減できる。
以下に、本発明を適用可能な実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態では、半導体装置としてパワーMOSFETを例に挙げて説明する。しかし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
実施の形態1.
図1に、本発明の実施の形態1にかかるパワーMOSFET100の平面図を示す。また、図3に、図1におけるIII−III矢視断面図を示す。
パワーMOSFET100は、図1に示すように、平面視略矩形状に形成されている。また、パワーMOSFET100は、図3に示すように、エピタキシャル層1、ウェル2、酸化膜(絶縁膜)3、ポリシリコン層4、層間膜(層間絶縁膜)5、ソースアルミ(ソース電極)6、ゲートアルミ(ゲート電極)7、カバー膜8、ポリイミド9を有している。
実施の形態1.
図1に、本発明の実施の形態1にかかるパワーMOSFET100の平面図を示す。また、図3に、図1におけるIII−III矢視断面図を示す。
パワーMOSFET100は、図1に示すように、平面視略矩形状に形成されている。また、パワーMOSFET100は、図3に示すように、エピタキシャル層1、ウェル2、酸化膜(絶縁膜)3、ポリシリコン層4、層間膜(層間絶縁膜)5、ソースアルミ(ソース電極)6、ゲートアルミ(ゲート電極)7、カバー膜8、ポリイミド9を有している。
図1に示すように、ゲートアルミ7は、平面視略矩形状に形成された部分を有している。また、ソースアルミ6は、ゲートアルミ7の平面視略矩形状の部分を取り囲むように、平面視略コ字状に形成されている。なお、図2に示すように、ソースアルミ6は、ゲートアルミ7の平面視略矩形状の部分を取り囲むように、平面視略L字状に形成されていてもよい。
また、ゲートアルミ7の平面視略矩形状の部分の下層側には、ツェナーダイオード10が形成されている。
また、ゲートアルミ7の平面視略矩形状の部分の下層側には、ツェナーダイオード10が形成されている。
ツェナーダイオード10の平面形状は、ゲートアルミ7の平面形状と略相似となっている。具体的には、ツェナーダイオード10は、ゲートアルミ7の平面視略矩形状の部分と略同一の平面視略矩形状に形成されている。
また、ツェナーダイオード10は、ツェナーダイオード10は、複数のP型領域(P型半導体領域)10Aと、複数のN型領域(N型半導体領域)10Bと、を有している。P型領域10AとN型領域10Bとは、略矩形の環状に形成されている。そして、P型領域10AとN型領域10Bとは、ゲートアルミ7の平面視略矩形状の中心部分を同心として、ツェナーダイオード10の外縁に向かって、交互に配置されている。即ち、ツェナーダイオード10は、P型領域10AとN型領域10Bとが交互に接合されてなる。
また、ツェナーダイオード10は、ツェナーダイオード10は、複数のP型領域(P型半導体領域)10Aと、複数のN型領域(N型半導体領域)10Bと、を有している。P型領域10AとN型領域10Bとは、略矩形の環状に形成されている。そして、P型領域10AとN型領域10Bとは、ゲートアルミ7の平面視略矩形状の中心部分を同心として、ツェナーダイオード10の外縁に向かって、交互に配置されている。即ち、ツェナーダイオード10は、P型領域10AとN型領域10Bとが交互に接合されてなる。
ソースアルミ6の下層側には、ソースアルミ6と最も外側のN型領域10Bとを接続するためのコンタクト11が形成されている。コンタクト11は、ソースアルミ6の平面形状と略同一に形成されており、平面視略コ字状に形成されている。なお、ソースアルミ6が平面視略L字状に形成されている場合、コンタクト11も平面視略L字状に形成される。また、コンタクト11は、ソースアルミ6の下層の層間膜5が、ソースアルミ6がゲートアルミ7と対向する縁部に沿ってエッチングされることにより形成されている。
また、ゲートアルミ7の下層側であって、ツェナーダイオード10の最も内側のN型領域10Bに相当する部分には、コンタクト12が形成されている。コンタクト12は、平面視略矩形の環状に形成されている。また、コンタクト12は、ゲートアルミ7の下層の層間膜5が最も内側のN型領域10Bの縁部に沿ってエッチングされることにより形成されている。
また、ゲートアルミ7の下層側であって、ツェナーダイオード10の最も内側のN型領域10Bに相当する部分には、コンタクト12が形成されている。コンタクト12は、平面視略矩形の環状に形成されている。また、コンタクト12は、ゲートアルミ7の下層の層間膜5が最も内側のN型領域10Bの縁部に沿ってエッチングされることにより形成されている。
図3に示すように、エピタキシャル層1は、例えば、シリコンなどで形成されたN+型半導体基板(図示省略)の上層に形成される。エピタキシャル層1は、例えば、N−型半導体である。そして、エピタキシャル層1は、N+型半導体基板とともに、縦型パワーMOSFET100のドレインとして動作する。
ウェル2は、エピタキシャル層1の上層に形成される。ウェル2は、例えば、ボロンを含むP型チャネル層である。
酸化膜3は、ウェル2の上層に形成される。酸化膜3の上層には、ポリシリコン層4が形成される。
ポリシリコン層4には、ツェナーダイオード10が形成されている。ツェナーダイオード10のP型領域10Aは、ポリシリコン層4にP型不純物をイオン注入することにより形成される。また、ツェナーダイオード10のN型領域10Bは、ポリシリコン層4にN型不純物をイオン注入することにより形成される。
層間膜5は、ポリシリコン層4の上層に形成される。層間膜5は、例えば、BPSG(Boron doped Phospho−Silicate Glass)などで形成されている。層間膜5のツェナーダイオード10の最外周のN型領域10Bの上層となる部分には、コンタクト11が形成されている。また、層間膜5のツェナーダイオード10の最も内側のN型領域10Bの上層となる部分には、コンタクト12が形成されている。
ソースアルミ6及びゲートアルミ7は、層間膜5の上層に形成されている。具体的には、層間膜5の上層にソースアルミ6及びゲートアルミ7となる金属層が形成される。そして、当該金属層がエッチングされることにより、ソースアルミ6及びゲートアルミ7が形成される。
ソースアルミ6は、層間膜5のコンタクト11の上層部分に形成される。そして、ソースアルミ6は、コンタクト11を介して、ツェナーダイオード10の最外周のN型領域10Bと接続されている。
ゲートアルミ7は、層間膜5のコンタクト12の上層部分に形成される。そして、ゲートアルミ7は、コンタクト12を介して、ツェナーダイオード10の最も内側のN型領域10Bと接続されている。
また、ゲートアルミ7は、図1及び図3に示すように、ゲートアルミ7とソースアルミ6とが対向する部分において、ツェナーダイオード10のP型領域10Aの最外周の縁部から外側に所定距離(図3に示す距離A)延出している。
なお、ゲートアルミ7は、ツェナーダイオード10の最も外周側のP型領域10Aの上層を覆うように形成されていればよい。また、ゲートアルミ7のパターン形成時の製造ばらつきや、ツェナーダイオード10のP型領域10AとN型領域10Bとが接合する長さ(以下、PN接合長と称する。)と当該所定距離とのトレードオフ、チップサイズの拡大を抑制する観点から、当該所定距離は、10μm以下であることが望ましい。従って、当該所定距離は0μm以上10μm以下であることが好ましい。
ゲートアルミ7は、層間膜5のコンタクト12の上層部分に形成される。そして、ゲートアルミ7は、コンタクト12を介して、ツェナーダイオード10の最も内側のN型領域10Bと接続されている。
また、ゲートアルミ7は、図1及び図3に示すように、ゲートアルミ7とソースアルミ6とが対向する部分において、ツェナーダイオード10のP型領域10Aの最外周の縁部から外側に所定距離(図3に示す距離A)延出している。
なお、ゲートアルミ7は、ツェナーダイオード10の最も外周側のP型領域10Aの上層を覆うように形成されていればよい。また、ゲートアルミ7のパターン形成時の製造ばらつきや、ツェナーダイオード10のP型領域10AとN型領域10Bとが接合する長さ(以下、PN接合長と称する。)と当該所定距離とのトレードオフ、チップサイズの拡大を抑制する観点から、当該所定距離は、10μm以下であることが望ましい。従って、当該所定距離は0μm以上10μm以下であることが好ましい。
カバー膜8は、ソースアルミ6及びゲートアルミ7の上層に形成される。カバー層8は、例えば、PSG膜(リンシリケートガラス膜)やSiON膜(シリコン酸窒化膜)などである。
ポリイミド9は、カバー膜8の上層に形成される。
ポリイミド9は、カバー膜8の上層に形成される。
図4に、図1における一点鎖線により囲まれた部分の拡大図を示す。図4に示すように、実施の形態1では、ソースアルミ6とゲートアルミ7との間隔は一定である。
また、ゲートアルミ7は、ゲートアルミ7とソースアルミ6とが対向する部分において、ツェナーダイオード10のP型領域10Aの最外周の縁部から外側に所定距離延出している。
また、コンタクト11は、ソースアルミ6の外周より内側の位置に形成されている。
また、ゲートアルミ7は、ゲートアルミ7とソースアルミ6とが対向する部分において、ツェナーダイオード10のP型領域10Aの最外周の縁部から外側に所定距離延出している。
また、コンタクト11は、ソースアルミ6の外周より内側の位置に形成されている。
以上、説明したように、実施の形態1にかかるパワーMOSFET100においては、ツェナーダイオード10の平面形状がゲートアルミ7の平面形状と略相似となっているため、ツェナーダイオード10のPN接合部分の長さがより長くなっている。そのため、ツェナーダイオード10の動作抵抗をより小さくすることができる。したがって、ツェナーダイオード10の電圧吸収能を向上することができる。よって、ツェナーダイオード10の静電破壊耐量を大きくすることができる。
通常、高温逆バイアステストでは、半導体装置を高温炉の中に入れ、例えば、175℃の高温で168時間以上の長時間保持する。また、この時、ゲートアルミ7とソースアルミ6とが0V、ドレインをプラス電位にした状態が保たれる。次いで、半導体装置を高温炉から取り出し、ドレインとソースアルミ6とをショートし、0Vにした状態で、ゲートアルミ7に、例えば、+20V及び−20Vの電圧を順に印加する。そして、ゲートアルミ7とソースアルミ6との間のリーク電流を測定する。
そして、従来のパワーMOSFETの高温逆バイアステストでは、当該リーク電流が増加するという問題点があった。本願発明者は、鋭意検討の結果、当該リーク電流の増加のメカニズムを解明した。当該リーク電流の増加のメカニズムを図5に示す。
そして、従来のパワーMOSFETの高温逆バイアステストでは、当該リーク電流が増加するという問題点があった。本願発明者は、鋭意検討の結果、当該リーク電流の増加のメカニズムを解明した。当該リーク電流の増加のメカニズムを図5に示す。
図5に示すように、ソースアルミ60とゲートアルミ70とが0電位、ドレインが+電位の状態では、ポリイミド90などのパッケージ樹脂やカバー膜80に含まれる可動イオンは、ゲートアルミ70及びソースアルミ60の表面近傍に集まる。そして、可動イオンの多くは陽イオンである。このとき、図5に示すように、ゲートアルミ70とソースアルミ60の間にツェナーダイオード111のP型領域111Aが露出していると、ゲートアルミ70とソースアルミ60との間に入り込んだ陽イオンが層間膜50を介してP型領域111Aの表面に反転層を形成する。そして、この反転層がリークパスとなってリーク電流が上昇してしまう。
しかし、実施の形態1にかかるパワーMOSFET100では、ゲートアルミ7は、ツェナーダイオード10のP型領域10Aの最外周の縁部より外側に所定距離延出している。即ち、ツェナーダイオード10の全てのP型領域10Aは、その上側がゲートアルミ7により覆われている。そのため、高温逆バイアステストを行うために、ソースアルミ6とゲートアルミ7とを0Vとし、ドレインに電圧を印加しても、ゲートアルミ7とソースアルミ6との間に入り込んだ陽イオンがP型領域10A表面に反転層を形成することができない。そのため、高温逆バイアステストにおけるゲート/ソース間のリーク電流を低減することができる。
なお、ツェナーダイオード10の最外周のP型領域10Aをソースアルミ6で覆う構造も考えられる。しかし、この場合、ゲートアルミ7からソースアルミ6に横断する部分において、ゲートアルミ7とソースアルミ6との間隔にP型領域10Aが露出してしまう。そのため、当該部分にリーク電流が発生する。従って、リーク電流を防止するためには、ツェナーダイオード10の全てのP型領域10Aをゲートアルミ7で覆う必要がある。
実施の形態2.
図6に、本発明の実施の形態2にかかるパワーMOSFET200の平面図を示す。また、図7に、図6におけるVII−VII矢視断面図を示す。
図6に示すように、実施の形態2にかかるパワーMOSFET200は、実施の形態1にかかるパワーMOSFET100と同様に、平面視略矩形状に形成されている。また、パワーMOSFET200のソースアルミ106、ゲートアルミ107、ツェナーダイオード110、コンタクト112以外の構成は、パワーMOSFET100と同様であるため、同一の符号を付すとともにその説明を省略する。
図6に、本発明の実施の形態2にかかるパワーMOSFET200の平面図を示す。また、図7に、図6におけるVII−VII矢視断面図を示す。
図6に示すように、実施の形態2にかかるパワーMOSFET200は、実施の形態1にかかるパワーMOSFET100と同様に、平面視略矩形状に形成されている。また、パワーMOSFET200のソースアルミ106、ゲートアルミ107、ツェナーダイオード110、コンタクト112以外の構成は、パワーMOSFET100と同様であるため、同一の符号を付すとともにその説明を省略する。
図6に示すように、実施の形態2にかかるパワーMOSFET200のコンタクト112の大きさは、実施の形態1にかかるパワーMOSFET100のコンタクト12に比べて、小さくなっている。それに伴い、実施の形態2にかかるツェナーダイオード110の大きさも、実施の形態1にかかるツェナーダイオード10より小さくなっている。そのため、ゲートアルミ107及びソースアルミ106の範囲を従来のゲートアルミ及びソースアルミより大きく変えなくても、ゲートアルミ107はツェナーダイオード110の最外周のP型領域110Aの上を十分に覆うことができる。
換言すれば、パワーMOSFET200では、ツェナーダイオード110の全てのP型領域110Aがゲートアルミ107に覆われるようにコンタクト112の大きさが決定されている。これにより高温逆バイアステスト後の測定におけるゲート/ソース間のリーク電流を低減することができる。
換言すれば、パワーMOSFET200では、ツェナーダイオード110の全てのP型領域110Aがゲートアルミ107に覆われるようにコンタクト112の大きさが決定されている。これにより高温逆バイアステスト後の測定におけるゲート/ソース間のリーク電流を低減することができる。
なお、アルミは、ゲート電極及びソース電極の材料の一例であって、ゲート電極及びソース電極は、アルミ合金、銅、及び銅合金などの金属材料によって形成されてもよい。
1 エピタキシャル層(半導体基板)
2 ウェル(半導体基板)
3 酸化膜(絶縁膜)
5 層間膜(層間絶縁膜)
6、106 ソースアルミ(ソース電極)
7、107 ゲートアルミ(ゲート電極)
10、110 ツェナーダイオード
10A、110A P型領域(P型半導体領域)
10B、110B N型領域(N型半導体領域)
11 コンタクト
12、112 コンタクト
100、200 パワーMOSFET(半導体装置)
2 ウェル(半導体基板)
3 酸化膜(絶縁膜)
5 層間膜(層間絶縁膜)
6、106 ソースアルミ(ソース電極)
7、107 ゲートアルミ(ゲート電極)
10、110 ツェナーダイオード
10A、110A P型領域(P型半導体領域)
10B、110B N型領域(N型半導体領域)
11 コンタクト
12、112 コンタクト
100、200 パワーMOSFET(半導体装置)
Claims (7)
- 半導体基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上層に形成されたツェナーダイオードと、
前記ツェナーダイオードの上層に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の上層に形成されたゲート電極及びソース電極と、を有し、
前記ツェナーダイオードは、前記ゲート電極と前記ソース電極との間に接続され、
同心状に形成されたN型半導体領域とP型半導体領域とが交互に接合されてなり、
前記ツェナーダイオードの平面形状は、前記ゲート電極の平面形状と略相似であり、
前記ゲート電極は、前記ツェナーダイオードの前記P型半導体領域の最外周の縁部より外側に所定距離延出している半導体装置。 - 前記ゲート電極は、平面視略矩形状に形成され、
前記ソース電極は、前記ゲート電極を取り囲むように平面視略コ字状又は平面視略L字状に形成され、
前記ゲート電極は、前記ゲート電極と前記ソース電極とが対向する部分において、前記ツェナーダイオードの前記P型半導体領域の最外周の縁部より外側に所定距離延出している請求項1に記載の半導体装置。 - 前記所定距離は、0μm以上10μm以下である請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極は、平面視略矩形状に形成され、
前記ツェナーダイオードにおいて、前記N型半導体領域及び前記P型半導体領域は、同心の平面視略矩形の環状に形成されている請求項1乃至3の何れか一項に記載の半導体装置。 - 前記ソース電極と、前記ツェナーダイオードの最外周のN型半導体領域とを接続する、前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトは、前記ゲート電極と対向する前記ソース電極の縁部に沿って配置されている請求項1乃至4の何れか一項に記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極と、前記ツェナーダイオードの最も内側のN型半導体領域とを接続する、前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトは、前記最も内側のN型半導体領域の縁部に沿って配置されている請求項1乃至5の何れか一項に記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極と前記ソース電極との間隔は一定である請求項1乃至6の何れか一項に記載の半導体装置。
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---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (4)
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---|---|---|---|---|
US9069924B2 (en) * | 2011-12-29 | 2015-06-30 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | ESD protection circuit cell |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0997901A (ja) * | 1995-10-02 | 1997-04-08 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
JP2002009285A (ja) * | 2000-06-26 | 2002-01-11 | Sanyo Electric Co Ltd | Mosfetの保護装置 |
JP2002043574A (ja) * | 2000-07-27 | 2002-02-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Mosfetの保護装置およびその製造方法 |
JP2008071964A (ja) * | 2006-09-14 | 2008-03-27 | Nec Electronics Corp | 半導体装置 |
Family Cites Families (3)
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---|---|---|---|---|
JP4917709B2 (ja) * | 2000-03-06 | 2012-04-18 | ローム株式会社 | 半導体装置 |
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JP2002141507A (ja) * | 2000-10-31 | 2002-05-17 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置とその製造方法 |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0997901A (ja) * | 1995-10-02 | 1997-04-08 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
JP2002009285A (ja) * | 2000-06-26 | 2002-01-11 | Sanyo Electric Co Ltd | Mosfetの保護装置 |
JP2002043574A (ja) * | 2000-07-27 | 2002-02-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Mosfetの保護装置およびその製造方法 |
JP2008071964A (ja) * | 2006-09-14 | 2008-03-27 | Nec Electronics Corp | 半導体装置 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101430674B1 (ko) | 2012-12-20 | 2014-08-18 | 주식회사 케이이씨 | 제너 다이오드를 갖는 반도체 디바이스 |
KR101570483B1 (ko) | 2014-07-30 | 2015-11-20 | 파워큐브세미(주) | 과도전압 보호용 다이오드 소자를 내장하는 전력 반도체 장치 및 그 제조방법 |
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