JP2615667B2 - Mos電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents
Mos電界効果トランジスタの製造方法Info
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は、MOS電界効果トランジスタの製造方法に
関し、特に、より微細な横方向不純物分布を実現するた
めの製造方法に関する。
関し、特に、より微細な横方向不純物分布を実現するた
めの製造方法に関する。
従来のMOS電界効果トランジスタの製造法としては、
例えば第3図に示すようなものがある。これは従来の二
重拡散法を利用した縦型MOSFETの製造法である(例え
ば、特開昭56−10971号公報に記載)。
例えば第3図に示すようなものがある。これは従来の二
重拡散法を利用した縦型MOSFETの製造法である(例え
ば、特開昭56−10971号公報に記載)。
第3図の工程を順に説明すると、まず、(A)におい
て、低抵抗基板1上にエピタキシャル成長法によって高
抵抗エピタキシャル層2を形成し、高抵抗エピタキシャ
ル層2の上部に熱酸化法によってゲート酸化膜3を形成
し、さらにゲート酸化膜3の上にCVD法によって多結晶
シリコン膜4を形成する。
て、低抵抗基板1上にエピタキシャル成長法によって高
抵抗エピタキシャル層2を形成し、高抵抗エピタキシャ
ル層2の上部に熱酸化法によってゲート酸化膜3を形成
し、さらにゲート酸化膜3の上にCVD法によって多結晶
シリコン膜4を形成する。
次に、(B)において、リソグラフィー法によってゲ
ート酸化膜3と多結晶シリコン膜4を自己整合的にパタ
ーニングし、高抵抗エピタキシャル層2の表面の所定の
場所を露出させる。
ート酸化膜3と多結晶シリコン膜4を自己整合的にパタ
ーニングし、高抵抗エピタキシャル層2の表面の所定の
場所を露出させる。
次に、(C)において、イオン注入法と熱拡散法とに
よって、露出している高抵抗エピタキシャル層2の表面
に不純物をドープし、低抵抗基板1や高抵抗エピタキシ
ャル層2(図ではn型)とは異なる導電型のベース領域
5(図ではp型)を形成する。このとき、ベース領域5
を縦方向に深く拡散することにより、ベース領域5は横
方向にも大きく拡がり、ゲート酸化膜3や多結晶シリコ
ン膜4の下に潜り込むような形でベース領域5が形成さ
れる。
よって、露出している高抵抗エピタキシャル層2の表面
に不純物をドープし、低抵抗基板1や高抵抗エピタキシ
ャル層2(図ではn型)とは異なる導電型のベース領域
5(図ではp型)を形成する。このとき、ベース領域5
を縦方向に深く拡散することにより、ベース領域5は横
方向にも大きく拡がり、ゲート酸化膜3や多結晶シリコ
ン膜4の下に潜り込むような形でベース領域5が形成さ
れる。
なお、上述のごとく、ゲート等を予め形成しておいて
からその下に入るベース領域等を形成する手法を自己整
合的手法という。この手法によれば、ゲート等がマスク
となり、自動的にマスク合わせが出来るため、寸法精度
を大幅に向上させることが出来る。
からその下に入るベース領域等を形成する手法を自己整
合的手法という。この手法によれば、ゲート等がマスク
となり、自動的にマスク合わせが出来るため、寸法精度
を大幅に向上させることが出来る。
次に、(D)において、再度、イオン注入法と熱拡散
法とによって、高抵抗エピタキシャル層2の表面の露出
している部分に不純物をドープし、ベース領域5の表面
に低抵抗基板1や高抵抗エピタキシャル層2と同じ導電
型のソース領域6(図ではn型)を形成する。
法とによって、高抵抗エピタキシャル層2の表面の露出
している部分に不純物をドープし、ベース領域5の表面
に低抵抗基板1や高抵抗エピタキシャル層2と同じ導電
型のソース領域6(図ではn型)を形成する。
最後に、(E)において、ドレイン電極D、ゲート電
極G及びベース領域5とソース領域6とにまたがって両
領域と接触しているソース電極Sを形成する。
極G及びベース領域5とソース領域6とにまたがって両
領域と接触しているソース電極Sを形成する。
上記のごとき製造工程においては、ベース領域5のゲ
ート酸化膜3と多結晶シリコン膜4の下に入り込んだ部
分(電界効果トランジスタのチャネルとして作動する部
分)の長さが、ベース領域5とソース領域6との横方向
拡散距離によって決まるので、この長さを非常に短くす
ることができる。
ート酸化膜3と多結晶シリコン膜4の下に入り込んだ部
分(電界効果トランジスタのチャネルとして作動する部
分)の長さが、ベース領域5とソース領域6との横方向
拡散距離によって決まるので、この長さを非常に短くす
ることができる。
このようにチャネル長を非常に短くできることが二重
拡散法の特徴である。
拡散法の特徴である。
第4図は、上述のごとき第3図に示した製造方法によ
って製造した縦型MOSFETの等価回路図であり、第5図
は、そのドレイン電流−電圧特性図である。
って製造した縦型MOSFETの等価回路図であり、第5図
は、そのドレイン電流−電圧特性図である。
第4図において、抵抗7(その抵抗値をrbとする)
は、電子がソース領域6の下のベース領域5内を拡散し
てソース電極に到達するまでに受ける抵抗を示してい
る。
は、電子がソース領域6の下のベース領域5内を拡散し
てソース電極に到達するまでに受ける抵抗を示してい
る。
また第5図のVd,SBは二次降伏電圧と呼ばれる。
この二次降伏電圧より大きなドレイン電圧がかかった
場合には、縦型MOSFETが降伏現象によって動作しなくな
ってしまう。
場合には、縦型MOSFETが降伏現象によって動作しなくな
ってしまう。
上記の二次降伏電圧Vd,SBと抵抗7との関係は、例え
ば“アイ イー イー イー トランザクション オブ
エレクトロン デバイセス”(IEEE Trans.Electron
Devices,vol.ED−29,No.8,pp.1287〜1293,Aug.1982“Se
condary Breakdown of Vertical Power MOSFET's",Chen
Ming Hu,Min Hwa Chi,)に記載されている。
ば“アイ イー イー イー トランザクション オブ
エレクトロン デバイセス”(IEEE Trans.Electron
Devices,vol.ED−29,No.8,pp.1287〜1293,Aug.1982“Se
condary Breakdown of Vertical Power MOSFET's",Chen
Ming Hu,Min Hwa Chi,)に記載されている。
上記の文献によれば、二次降伏電圧Vd,SBを大きくす
るには、抵抗7の値rbを小さくすれば良いことが判る。
るには、抵抗7の値rbを小さくすれば良いことが判る。
しかしながら、このような従来のMOS電界効果トラン
ジスタの製造方法においては、ソース領域6がリソグラ
フィー法によって作られ、その長さはリソグラフィーの
精度によって決まるので、あまり短くすることは困難で
あり、そのため、ソース領域6の下のベース領域5の長
さが長くなるので、その部分の抵抗値rbが大きくなり、
従って二次降伏電圧Vd,SBが小さくなってしまうという
問題があった。なお、二次降伏電圧Vd,SBが小さいとい
うことは、トランジスタの動作範囲が狭くなることを意
味する。
ジスタの製造方法においては、ソース領域6がリソグラ
フィー法によって作られ、その長さはリソグラフィーの
精度によって決まるので、あまり短くすることは困難で
あり、そのため、ソース領域6の下のベース領域5の長
さが長くなるので、その部分の抵抗値rbが大きくなり、
従って二次降伏電圧Vd,SBが小さくなってしまうという
問題があった。なお、二次降伏電圧Vd,SBが小さいとい
うことは、トランジスタの動作範囲が狭くなることを意
味する。
この発明は、上記のごとき従来技術の問題を解決する
ためになされたものであり、二次降伏電圧Vd,SBを大き
くすることの出来るMOS電界効果トランジスタの製造方
法を提供することを目的とする。
ためになされたものであり、二次降伏電圧Vd,SBを大き
くすることの出来るMOS電界効果トランジスタの製造方
法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明においては、 (イ)半導体層上に、少なくとも、ゲート絶縁膜、その
上に多結晶シリコン膜、その上に層間絶縁膜、その上に
シリコン窒化膜からなる多層膜を形成する工程と、 (ロ)上記の形成された多層膜の一部を除去して上記半
導体層の所定部分を露出させる工程と、 (ハ)上記多層膜をマスクとして上記半導体層に不純物
を注入し、熱拡散することによってベース領域およびそ
の中にソース領域またはドレイン領域を形成する工程
と、 (ニ)その後、上記のベース領域およびソース領域また
はドレイン領域を形成したものを熱酸化することによっ
て上記不純物領域の表面近傍部分および上記多結晶シリ
コン膜の側面を酸化して酸化膜を形成すると共に、上記
多結晶シリコン膜の側面を酸化した酸化膜の厚さよりも
長い距離だけ上記多層膜の下に上記ソース領域またはド
レイン領域を拡散させる工程と、 (ホ)上記熱酸化工程によって半導体層表面に形成され
た酸化膜を除去する工程と、 (ヘ)上記多層膜の下に拡散したソース領域またはドレ
イン領域に接続する金属電極を形成する工程、 とを備えるように構成している。
上に多結晶シリコン膜、その上に層間絶縁膜、その上に
シリコン窒化膜からなる多層膜を形成する工程と、 (ロ)上記の形成された多層膜の一部を除去して上記半
導体層の所定部分を露出させる工程と、 (ハ)上記多層膜をマスクとして上記半導体層に不純物
を注入し、熱拡散することによってベース領域およびそ
の中にソース領域またはドレイン領域を形成する工程
と、 (ニ)その後、上記のベース領域およびソース領域また
はドレイン領域を形成したものを熱酸化することによっ
て上記不純物領域の表面近傍部分および上記多結晶シリ
コン膜の側面を酸化して酸化膜を形成すると共に、上記
多結晶シリコン膜の側面を酸化した酸化膜の厚さよりも
長い距離だけ上記多層膜の下に上記ソース領域またはド
レイン領域を拡散させる工程と、 (ホ)上記熱酸化工程によって半導体層表面に形成され
た酸化膜を除去する工程と、 (ヘ)上記多層膜の下に拡散したソース領域またはドレ
イン領域に接続する金属電極を形成する工程、 とを備えるように構成している。
すなわち、本発明の製造方法においては、上記(ニ)
の工程において酸化する際に、酸化の熱によってソース
領域の不純物が縦方向及び横方向へ拡散するが、横方向
の酸化速度はソース領域内の不純物の横方向拡散速度よ
り遅いため、前記多層膜の下にソール領域が潜り込む形
が形成される。この不純物の横方向拡散距離によってソ
ース領域の長さが決まるようにすれば、ソース領域の長
さを短くすることが出来、それによって抵抗7の値rbを
小さくして二次降伏電圧Vd,SBを大きくすることが出来
る。
の工程において酸化する際に、酸化の熱によってソース
領域の不純物が縦方向及び横方向へ拡散するが、横方向
の酸化速度はソース領域内の不純物の横方向拡散速度よ
り遅いため、前記多層膜の下にソール領域が潜り込む形
が形成される。この不純物の横方向拡散距離によってソ
ース領域の長さが決まるようにすれば、ソース領域の長
さを短くすることが出来、それによって抵抗7の値rbを
小さくして二次降伏電圧Vd,SBを大きくすることが出来
る。
第1図は、本発明の製造工程の一実施例図である。
第1図において、まず(A)では、低抵抗基板1(図
の例ではn型)上にエピタキシャル成長法によって高抵
抗エピタキシャル層2(図の例ではn型)を形成し、高
抵抗エピタキシャル層2の上部に熱酸化法及びCVD法を
用いてゲート酸化膜3、多結晶シリコン膜4、層間絶縁
膜10、及びシリコン窒化膜11を順に形成する。
の例ではn型)上にエピタキシャル成長法によって高抵
抗エピタキシャル層2(図の例ではn型)を形成し、高
抵抗エピタキシャル層2の上部に熱酸化法及びCVD法を
用いてゲート酸化膜3、多結晶シリコン膜4、層間絶縁
膜10、及びシリコン窒化膜11を順に形成する。
次に、(B)において、リソグラフィー法によってゲ
ート酸化膜3、多結晶シリコン膜4、層間絶縁膜10、シ
リコン窒化膜11からなる多層膜を自己整合的にパターニ
ングし、所定の場所に高抵抗エピタキシャル層2の表面
を露出するようにする。そして、その露出している高抵
抗エピタキシャル層2の表面に、前記第3図に示した従
来の二重拡散法と同様に、イオン注入法と熱拡散法とを
用いて低抵抗基板1や高抵抗エピタキシャル層2と異な
る電導型のベース領域5(図の例ではp型)と、低抵抗
基板1や高抵抗エピタキシャル層2と同じ電導型のソー
ス領域6(図の例ではn型)とを順に形成する。
ート酸化膜3、多結晶シリコン膜4、層間絶縁膜10、シ
リコン窒化膜11からなる多層膜を自己整合的にパターニ
ングし、所定の場所に高抵抗エピタキシャル層2の表面
を露出するようにする。そして、その露出している高抵
抗エピタキシャル層2の表面に、前記第3図に示した従
来の二重拡散法と同様に、イオン注入法と熱拡散法とを
用いて低抵抗基板1や高抵抗エピタキシャル層2と異な
る電導型のベース領域5(図の例ではp型)と、低抵抗
基板1や高抵抗エピタキシャル層2と同じ電導型のソー
ス領域6(図の例ではn型)とを順に形成する。
次に、(C)において、熱酸化法によって高抵抗エピ
タキシャル層2の表面のソース領域6及びベース領域5
を酸化する。酸化が進むにつれて、ソース領域6内の不
純物が縦及び横方向へ拡散し、酸化膜の下のソース領域
6内の不純物は酸化膜に吸収される。このとき、横方向
の酸化速度はソース領域6内の不純物の横方向拡散速度
より遅いため、前記多層膜の下にソース領域6が潜り込
む形が形成される。また、これと同時に、多結晶シリコ
ン膜4の側面が酸化され、多結晶シリコン膜4が酸化膜
によって覆われるようになる。
タキシャル層2の表面のソース領域6及びベース領域5
を酸化する。酸化が進むにつれて、ソース領域6内の不
純物が縦及び横方向へ拡散し、酸化膜の下のソース領域
6内の不純物は酸化膜に吸収される。このとき、横方向
の酸化速度はソース領域6内の不純物の横方向拡散速度
より遅いため、前記多層膜の下にソース領域6が潜り込
む形が形成される。また、これと同時に、多結晶シリコ
ン膜4の側面が酸化され、多結晶シリコン膜4が酸化膜
によって覆われるようになる。
次に、(D)において、異方性エッチングを用いて、
ソース領域6を酸化した酸化膜を除去してからシリコン
窒化膜11を除去する。
ソース領域6を酸化した酸化膜を除去してからシリコン
窒化膜11を除去する。
次に、(E)において、金属を蒸着してベース領域5
とソース領域6の側面にまたがるようにソース電極12を
形成し、同時にゲート電極及びドレイン電極も形成す
る。
とソース領域6の側面にまたがるようにソース電極12を
形成し、同時にゲート電極及びドレイン電極も形成す
る。
次に作用を説明する。
第1図に示す製造方法によって製造された縦型MOSFET
のソース領域6の長さは、酸化する際に横方向へ拡散し
た不純物が酸化膜内に取り込まれないため、不純物の横
方向拡散距離によって決まり、第1図(C)からも判る
ように非常に短くすることができる。また同時に自己整
合的に多結晶シリコン膜4の側面が酸化されて絶縁され
る。そのためソース領域6の下のベース領域5の抵抗7
の抵抗値rbを非常に小さくすることができる。抵抗値rb
が小さくなると、前記第4図に示した等価回路の寄生np
nバイポーラ・トランジスタ9がターンオフし難くな
り、その結果として縦型MOSFETは二次降伏を起こし難く
なり、二次降伏電圧Vd,SBが高くなる。従って、縦型MOS
FETの耐圧が上がり、より高いドレイン電圧でも縦型MOS
FETを動作させることができることになる。
のソース領域6の長さは、酸化する際に横方向へ拡散し
た不純物が酸化膜内に取り込まれないため、不純物の横
方向拡散距離によって決まり、第1図(C)からも判る
ように非常に短くすることができる。また同時に自己整
合的に多結晶シリコン膜4の側面が酸化されて絶縁され
る。そのためソース領域6の下のベース領域5の抵抗7
の抵抗値rbを非常に小さくすることができる。抵抗値rb
が小さくなると、前記第4図に示した等価回路の寄生np
nバイポーラ・トランジスタ9がターンオフし難くな
り、その結果として縦型MOSFETは二次降伏を起こし難く
なり、二次降伏電圧Vd,SBが高くなる。従って、縦型MOS
FETの耐圧が上がり、より高いドレイン電圧でも縦型MOS
FETを動作させることができることになる。
次に、第2図は、本発明の製造方法の他の実施例図で
あり、電導度変調型MOSFETの製造方法を示す。
あり、電導度変調型MOSFETの製造方法を示す。
第2図に示す製造方法の工程は、前記第1図に示すも
のと同じである。但し、第1図に示す製造方法で用いた
低抵抗基板1の代わりに、その上に形成される高抵抗エ
ピタキシャル層2と異なる導電型の電導度変調型MOSFET
用基板13(図の例ではp型)を用いる点が異なってい
る。
のと同じである。但し、第1図に示す製造方法で用いた
低抵抗基板1の代わりに、その上に形成される高抵抗エ
ピタキシャル層2と異なる導電型の電導度変調型MOSFET
用基板13(図の例ではp型)を用いる点が異なってい
る。
次に、第6図は電導度変調型MOSFETの等価回路図であ
る。
る。
第6図の抵抗7は、電子がソース領域6の下のベース
領域5を拡散し、ソース電極に到達するまで受ける抵抗
を示す。この抵抗7の値rbが大きいと寄生npnバイポー
ラ・トランジスタ9がターンオンし易くなり、その結果
として寄生pnpバイポーラ・トランジスタ14と寄生npnバ
イポーラ・トランジスタ9とによって構成されている寄
生npnpサイリスタがターンオンし易くなり、電導度変調
型MOSFETのラッチアップ耐圧が低下してしまう。従っ
て、電導度変調型MOSFETのラッチアップ耐圧を上げるに
は、ソース領域6の長さを短くし、抵抗7の値rbを小さ
くすれば良い。その点、第2図に示す製造方法によって
電導度変調型MOSFETを製造すると、ソース領域6の長さ
を非常に小さくすることが出来、抵抗値rbを小さくする
ことができるため、電導度変調型MOSFETのラッチアップ
耐圧を上げることができる。
領域5を拡散し、ソース電極に到達するまで受ける抵抗
を示す。この抵抗7の値rbが大きいと寄生npnバイポー
ラ・トランジスタ9がターンオンし易くなり、その結果
として寄生pnpバイポーラ・トランジスタ14と寄生npnバ
イポーラ・トランジスタ9とによって構成されている寄
生npnpサイリスタがターンオンし易くなり、電導度変調
型MOSFETのラッチアップ耐圧が低下してしまう。従っ
て、電導度変調型MOSFETのラッチアップ耐圧を上げるに
は、ソース領域6の長さを短くし、抵抗7の値rbを小さ
くすれば良い。その点、第2図に示す製造方法によって
電導度変調型MOSFETを製造すると、ソース領域6の長さ
を非常に小さくすることが出来、抵抗値rbを小さくする
ことができるため、電導度変調型MOSFETのラッチアップ
耐圧を上げることができる。
以上説明してきたように、この発明によれば、酸化す
る際に横方向へ拡散した不純物が酸化膜内に取り込まれ
ないことを利用して自己整合的にソース領域6を形成す
るようにし、ソース領域6の長さを横方向拡散距離によ
って決まるようにしたため、その長さを非常に短くする
ことが出来、その結果としてソース領域6の下のベース
領域5の抵抗値rbを減少させることが出来、それによっ
て縦型MOSFETの二次降伏耐圧を高くし、また、電導度変
調型MOSFETのラッチアップ耐圧を高くすることが出来
る、という優れた効果が得られる。
る際に横方向へ拡散した不純物が酸化膜内に取り込まれ
ないことを利用して自己整合的にソース領域6を形成す
るようにし、ソース領域6の長さを横方向拡散距離によ
って決まるようにしたため、その長さを非常に短くする
ことが出来、その結果としてソース領域6の下のベース
領域5の抵抗値rbを減少させることが出来、それによっ
て縦型MOSFETの二次降伏耐圧を高くし、また、電導度変
調型MOSFETのラッチアップ耐圧を高くすることが出来
る、という優れた効果が得られる。
第1図は本発明の製造方法の一実施例図、第2図は本発
明の製造方法の他の実施例図、第3図は従来の製造方法
の一例図、第4図は従来方法で製造したMOSFETの等価回
路図、第5図はMOSFETのドレイン電流−電圧特性図、第
6図は第2図の製造方法で製造した電導度変調型MOSFET
の等価回路図である。 <符号の説明> 1……低抵抗基板 2……高抵抗エピタキシャル層 3……ゲート酸化膜 4……多結晶シリコン膜 5……ベース領域 6……ソース領域 10……層間絶縁膜 11……シリコン窒化膜 12……ソース電極
明の製造方法の他の実施例図、第3図は従来の製造方法
の一例図、第4図は従来方法で製造したMOSFETの等価回
路図、第5図はMOSFETのドレイン電流−電圧特性図、第
6図は第2図の製造方法で製造した電導度変調型MOSFET
の等価回路図である。 <符号の説明> 1……低抵抗基板 2……高抵抗エピタキシャル層 3……ゲート酸化膜 4……多結晶シリコン膜 5……ベース領域 6……ソース領域 10……層間絶縁膜 11……シリコン窒化膜 12……ソース電極
Claims (1)
- 【請求項1】MOS電界効果トランジスタの製造方法にお
いて、 半導体層上に、少なくとも、ゲート絶縁膜、その上に多
結晶シリコン膜、その上に層間絶縁膜、その上にシリコ
ン窒化膜からなる多層膜を形成する工程と、 上記の形成された多層膜の一部を除去して上記半導体層
の所定部分を露出させる工程と、 上記多層膜をマスクとして上記半導体層に不純物を注入
し、熱拡散することによってベース領域およびその中に
ソース領域またはドレイン領域を形成する工程と、 その後、上記のベース領域およびソース領域またはドレ
イン領域を形成したものを熱酸化することによって上記
不純物領域の表面近傍部分および上記多結晶シリコン膜
の側面を酸化して酸化膜を形成すると共に、上記多結晶
シリコン膜の側面を酸化した酸化膜の厚さよりも長い距
離だけ上記多層膜の下に上記ソース領域またはドレイン
領域を拡散させる工程と、 上記熱酸化工程によって半導体層表面に形成された酸化
膜を除去する工程と、 上記多層膜の下に拡散したソース領域またはドレイン領
域に接続する金属電極を形成する工程と、を備えたこと
を特徴とするMOS電界効果トランジスタの製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62240636A JP2615667B2 (ja) | 1987-09-28 | 1987-09-28 | Mos電界効果トランジスタの製造方法 |
US07/247,625 US5049512A (en) | 1987-09-28 | 1988-09-22 | Method of forming a MOS field-effect transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62240636A JP2615667B2 (ja) | 1987-09-28 | 1987-09-28 | Mos電界効果トランジスタの製造方法 |
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---|---|
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ID=17062446
Family Applications (1)
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JP62240636A Expired - Fee Related JP2615667B2 (ja) | 1987-09-28 | 1987-09-28 | Mos電界効果トランジスタの製造方法 |
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JPS63186476A (ja) * | 1987-01-29 | 1988-08-02 | Nissan Motor Co Ltd | 縦形mosfet |
-
1987
- 1987-09-28 JP JP62240636A patent/JP2615667B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-09-22 US US07/247,625 patent/US5049512A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6484670A (en) | 1989-03-29 |
US5049512A (en) | 1991-09-17 |
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---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |