JP3339455B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP3339455B2
JP3339455B2 JP07461199A JP7461199A JP3339455B2 JP 3339455 B2 JP3339455 B2 JP 3339455B2 JP 07461199 A JP07461199 A JP 07461199A JP 7461199 A JP7461199 A JP 7461199A JP 3339455 B2 JP3339455 B2 JP 3339455B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゲートとソースと
の間に双方向ダイオードを有する半導体装置及びその製
造方法に関し、特に、静電気等の入力サージに対する耐
破壊特性が優れた半導体装置及びその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、縦型電界効果型トランジスタのサ
ージ等の耐破壊特性を向上させるためにゲート保護用の
双方向ダイオードがゲートとソースとの間に設けられて
いる。図5(a)は従来の縦型電界効果型トランジスタ
の平面図であり、(b)は図5のA−A線による断面図
である。
【0003】図5(a)に示すように、半導体基板10
0上にソース電極106が形成されている。このソース
電極106の一部は凸字形に切り欠かれている。この凸
字形の部分の幅広の領域にゲート電極107が四角形状
に形成されている。このゲート電極107にはゲート保
護抵抗109が接続されている。そして、このゲート保
護抵抗109にはゲートフィンガ110が接続されてい
る。このゲートフィンガ110はソース電極106に接
続されている。また、ゲート電極107を取り囲むよう
に双方向ダイオード104が形成されている。
【0004】また、図5(b)に示すように、縦型電界
効果型トランジスタでは、第1導電型の半導体基板10
0に、高濃度の第1導電型のドレイン領域101が形成
されている。このドレイン領域101の上に第2導電型
のウェル領域102が形成されている。そして、第2導
電型のウェル領域102の上には、酸化膜103が形成
され、これを介して多結晶シリコン層が形成され、フォ
トリソグラフィ技術によりパターニングし、多結晶シリ
コン層全体にイオン注入されたP型領域104aが形成
されている。この多結晶シリコン層にはフォトリソグラ
フィ技術により選択的に、N+型領域104bがP型領
域104aに隣接して形成されている。このN+型領域
104bはゲート電極107と双方向ダイオード104
との接続部108を囲むようなストライプ状に形成され
ている。そして、双方向ダイオード104はP型領域1
04aとN+型領域104bとからなる。
【0005】P型領域104aとN+型領域104bと
の全面に、CVD法によりPSG膜を形成し、フォトリ
ソグラフィ技術により層間絶縁膜105が形成されてい
る。この層間絶縁膜105には、コンタクトホールが形
成され、アルミスパッタ法及びフォトリソグラフィ技術
によりゲート電極107とソース電極106とが形成さ
れている。
【0006】このゲートとソースとの間に設けられたゲ
ート保護用の双方向ダイオード104とゲート保護抵抗
109とは、ゲート・ソース間で、静電気等による入力
サージが発生した場合、サージ電圧をゲートとソースと
の間のゲート保護用の双方向ダイオード104で吸収
し、静電気等の入力サージによるゲートの破壊を防ぐこ
とができる。
【0007】このために、通常、ゲート保護用の双方向
ダイオード104のP型領域104aとN+型領域10
4bとのPN接合面積をできるだけ大きくし、かつ、双
方向ダイオード104のP型領域104aの不純物濃度
を高濃度化し、直列接続しているダイオードの数量を増
やして双方向ダイオード104全体の内部抵抗を低減す
るという手法が採用されている。
【0008】しかしながら、この従来の縦型電界効果型
トランジスタでは、1チップでゲート保護用の双方向ダ
イオード104のために確保できる面積が制限された場
合、ゲート保護用の双方向ダイオード104のPN接合
面積も直列接続している双方向ダイオード104の数量
も制限されてしまう。このため、静電気等による入力サ
ージに対する十分な破壊耐量を確保するための双方向ダ
イオード104のPN接合面積や直列接続しているダイ
オードの数量を確保するという点に関し、十分とは言え
ない。
【0009】そこで、上述の課題を解決するため、特公
平6−71085号公報には他のゲート保護用の双方向
ダイオードを内蔵している縦型電界効果トランジスタが
提案されている。図6(a)は、他の従来の縦型電界効
果型トランジスタを示す平面図であり、(b)は斜視図
である。
【0010】図6(a)に示すように、ゲート電極10
7、ソース電極106及び双方向ダイオード112の配
置は従来の縦型電界効果型トランジスタと同様の構成で
ある。
【0011】また、図6(b)に示すように、縦型電界
効果型トランジスタにおいては、第1導電型の半導体基
板100に、高濃度の第1導電型のドレイン領域101
が形成されている。このドレイン領域101の上には第
2導電型のウェル領域102が形成されている。そし
て、ゲート電極107の夫々の辺に対して水平方向に溝
111がイオンエッチングにより形成されている。第2
導電型のウェル領域102及び溝111の上には、酸化
膜103が形成されている。この上に多結晶シリコン層
を形成し、フォトリソグラフィ技術により、ゲート電極
107と双方向ダイオード112との接続部108を囲
むように、選択的に溝111とゲート電極107の辺と
平行にP型領域112a、112cが拡散により形成さ
れている。また、選択的に溝111とゲート電極107
の辺と平行にN+型領域112bがP型領域112a、
112cとの間に拡散により形成されている。即ち、ス
トライプ状にP型領域112a、112cとN+型領域
112bとが交互に配置されて形成されている。
【0012】CVD法によりPSG膜を形成し、フォト
リソグラフィ技術により層間絶縁膜105がP型領域1
12a、112cとN+型領域112bとの上に形成さ
れている。この層間絶縁膜105にはコンタクトホール
が形成され、アルミスパッタ法及びフォトリソグラフィ
技術により、ゲート電極107とソース電極106が形
成されている。
【0013】この縦型電界効果型トランジスタにおいて
は、溝111の深さの分だけ双方向ダイオード112の
接合面積は大きくなる。従って、双方向ダイオード11
2全体の内部抵抗を低減することができ、静電気等によ
る入力サージに対する破壊耐量を向上させることができ
る。
【0014】このように、ゲートとソースとの間に設け
られたゲート保護用の双方向ダイオード112では、ダ
イオード全体の内部抵抗を低減するため、双方向ダイオ
ード112のPN接合の面積をでるだけ大きくすること
が好ましく、双方向ダイオード112のP型領域112
a、112cの不純物濃度を高濃度化し、直列接続して
いるダイオードの数量を増やし、双方向ダイオード11
2全体の内部抵抗を低減することが望ましい。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の特公平
6−71085号公報に記載されている縦型電界効果型
トランジスタでは、図5(a)及び(b)に示された縦
型電界効果トランジスタと同様に、縦型電界効果トラン
ジスタ1チップの面積が制限されている場合、ダイオー
ドのPN接合面積及び直列接続しているダイオードの数
量が制限されてしまい、双方向ダイオード112全体の
内部抵抗を低減することができず、静電気等による入力
サージに対する十分な破壊耐量が確保できなくなるとい
う問題がある。
【0016】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、静電気等による入力サージに対する破壊耐
量が優れた半導体装置及びその製造方法を提供すること
を目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板に形成
された第1導電型のドレイン領域及び第2導電型のウェ
ル領域と、前記ウェル領域にゲート電極の周囲を取り囲
むように形成された1又は複数の溝と、を有し、前記溝
が延びる方向と垂直な方向にP型領域とN型領域とが交
互に配置された双方向ダイオードが形成されていること
を特徴とする。ここで、第1導電型はP型又はN型であ
り、第2導電型はN型又はP型である。
【0018】この場合、前記溝の内壁には前記P型領域
が形成されていることが好ましい。
【0019】また、前記双方向ダイオードは双方向ツェ
ナーダイオードである。
【0020】本発明に係る半導体装置の製造方法は、第
1導電型の半導体基板上に第1導電型のドレイン領域を
形成し、前記ドレイン領域に選択的にウェル領域を形成
する工程と、このウェル領域にゲート電極形成予定領域
を取り囲むように1又は複数の溝を形成する工程と、前
記ウェル領域上に酸化膜を形成し、前記酸化膜の上に前
記溝が延びる方向と垂直な方向にP型領域とN型領域と
を交互に配置した双方向ダイオードを形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【0021】本発明においては、前記酸化膜の上に前記
溝が延びる方向と垂直な方向にP型領域とN型領域とを
交互に配置した双方向ダイオードを形成する工程の後工
程として、前記P型領域及びN型領域の上に層間絶縁膜
を形成する工程と、前記層間絶縁膜にコンタクトホール
を開口し、前記P型領域にゲート電極とソース電極とを
形成する工程と、を有することが好ましい。
【0022】また、本発明においては、前記酸化膜の上
に前記溝が延びる方向と垂直な方向にP型領域とN型領
域とを交互に配置した双方向ダイオードを形成する工程
は、前記酸化膜の全面にP型領域を形成し、前記P型領
域にイオン注入することにより、前記P型領域とN型領
域とを交互に配置して双方向ダイオードを形成する工程
であることが好ましい。
【0023】更に、本発明においては、前記酸化膜の上
に前記溝が延びる方向と垂直な方向にP型領域とN型領
域とを交互に配置した双方向ダイオードを形成する工程
は、前記酸化膜の全面にP型領域を形成し、前記P型領
域にフォトリソグラフィ法によりパターニングして前記
P型領域とN型領域とを交互に配置して双方向ダイオー
を形成する工程であることが好ましい。
【0024】本発明においては、ウェル領域にゲート電
極の周囲を取り囲むように1又は複数の溝を形成し、こ
の溝が延びる方向と垂直な方向にP型領域とN型領域と
を交互に配置した双方向ダイオードを形成することによ
り、接合面積が増大するため、双方向ダイオードの内部
抵抗が低減し、静電気等によるサージに対する破壊耐量
を向上させることができる。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る半導
体装置及び半導体装置の製造方法について添付の図面を
参照して詳細に説明する。図1(a)は本発明の第1実
施例に係る半導体装置を示す平面図であり、(b)は図
1(a)のA−A線による断面図である。図2(a)乃
至(c)及び図3(a)乃至(c)は本発明の第1実施
例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図で
ある。
【0026】本実施例では、図1(a)に示すように、
半導体基板1上に凸字形状の切欠部を有するソース電極
8が形成されている。この切欠部の幅広の領域にゲート
電極9が四角形状に形成されている。このゲート電極9
にはゲート保護抵抗11が接続されており、このゲート
保護抵抗11にはゲートフィンガ12が接続されてい
る。このゲートフィンガ12はソース電極8に接続され
ている。また、図1(a)に示すように、平面的にはゲ
ート電極9の接続部10を取り囲むように双方向ツェナ
ーダイオード6が形成されている。
【0027】また、図1(b)に示すように、第1導電
型の半導体基板1上には、この半導体基板1よりも不純
物濃度が高濃度の第1導電型のドレイン領域2が形成さ
れている。この第1導電型のドレイン領域2上には、第
2導電型のウェル領域3が形成されている。このウェル
領域3には、ゲート電極9と双方向ツェナーダイオード
6との接続部10を囲むように溝4が2本形成されてい
る。この溝4の上には、酸化膜5が形成されている。こ
の酸化膜5の上には溝4の内壁にP型領域6aが形成さ
れ、溝4が形成されていないウェル領域の平面部にはN
+型領域6bが形成されている。これらP型領域6a及
びN+型領域6bは交互に配置されて双方向ツェナーダ
イオード6を形成する。平面的にはP型領域6aとN+
型領域6bとがゲート電極9を囲むようにストライプ状
に形成されている。双方向ツェナーダイオード6の上に
は、層間絶縁膜7が形成されている。この層間絶縁膜7
には、コンタクトホール14が開口され、双方向ツェナ
ーダイオード6にゲート電極9とソース電極8とが夫々
接続されている。
【0028】このゲート電極9とソース電極8との間に
設けられたゲート保護用の双方向ツェナーダイオード6
と、ゲート電極9に接続されているゲート保護用抵抗1
1とにより、ゲート・ソース間で、静電気等による入力
サージが発生した場合、サージ電圧をゲート・ソース間
のゲート保護用の双方向ツェナーダイオード6で吸収
し、静電気等の入力サージによるゲートの破壊を防ぐこ
とができる。
【0029】本実施例においては、従来の双方向ダイオ
ードのP型領域及びN+型領域が、溝4が延びる方向と
直角の方向に延びて形成されている構成に対し、双方向
ツェナーダイオード6のP型領域6a及びN+型領域6
bが、溝4が延びる方向と垂直な方向に形成されてなる
双方向ツェナーダイオード6を設け、このツェナーダイ
オード6に接続されるゲート電極9にゲート保護抵抗1
1を接続し、ゲートフィンガ12を介してソース電極8
に接続する構成にすることにより、従来の水平方向にP
型領域を形成するものと比較して、P型領域6aの水平
方向の大きさを小さくすることができる。このため、双
方向ツェナーダイオード6の面積が制限されている場
合、より多くの双方向ツェナーダイオード6を直列に接
続することが可能となり、P型領域6aとN+型領域6
bとの接合面積が増大するために双方向ツェナーダイオ
ード6全体の内部抵抗が低減する。従って、静電気等に
よる入力サージが発生した場合、ゲートにかかるサージ
をゲート保護用の双方向ツェナーダイオード6で吸収し
やすくなり、静電気等による入力サージに対する破壊耐
量が向上する。
【0030】また、本実施例においては、P型領域6a
を溝4の内壁に形成することにより、ウェル領域3表面
の水平方向に占めるP型領域6aの面積を小さくするこ
とができ、単位面積当たりの直列接続している双方向ツ
ェナーダイオード6の数量を増やすことができる。この
ため、双方向ツェナーダイオード6全体の内部抵抗を更
に低減することができる。従って、静電気等による入力
サージが発生した場合、ゲートにかかるサージをゲート
保護用の双方向ダイオードで吸収しやすくすることがで
き、静電気等による入力サージに対する破壊耐量が更に
向上する。
【0031】次に、本実施例に係る半導体装置の製造方
法について図1、図2(a)乃至(c)及び図3(a)
乃至(c)に基づいて説明する。先ず、図2(a)に示
すように、第1導電型の半導体基板1上に第1導電型の
ドレイン領域2を、例えば、エピタキシャル成長により
形成する。次に、フォトリソグラフィ技術により、パタ
ーニングを行ないイオン注入により、選択的にウェル領
域3を形成する。
【0032】次に、図2(b)に示すように、例えば、
イオンエッチングにより、後で形成するゲート電極9と
双方向ツェナーダイオード6との接続部10を囲むよう
に溝4を2本平行にストライプ状に形成する。
【0033】次に、図2(c)に示すように、例えば、
熱酸化法により酸化膜5をウェル領域3上に形成する。
【0034】次に、図3(a)に示すように、例えば、
CVD法により、酸化膜5の上に例えば、多結晶シリコ
ン層を積層し、フォトリソグラフィ技術により、パター
ニングをおこなう。そして、例えば、ガス拡散により、
多結晶シリコン層全体をP型領域6aに形成する。
【0035】次に、図3(b)に示すように、フォトリ
ソグラフィ技術により、P型領域6aとウェル領域3と
の上にフォトレジスト膜13を形成し、P型領域6aと
+型領域6bとが交互に配置されるようにN型不純物
のイオン注入をおこなう。この場合、溝4の上のP型領
域6aでは、イオン注入方向に対して垂直な面、即ち、
半導体基板1に水平な方向のP型領域6aにN型不純物
を注入して、N+型領域6bを形成する。溝4の深さ方
向と同じ方向のP型領域6aには、ウェル領域3の表面
に形成されているP型領域6bがあるためN型不純物が
注入されず、溝4の内壁のP型領域6aの導電型は変わ
らない。これにより、フォトリソグラフィ法によりパタ
ーニングすることなく双方向ツェナーダイオード6を形
成することができる。なお、P型領域6a及びN+型領
域6bは平面的には溝4が延びる方向と同じ方向にスト
ライプ状に延びて形成される。
【0036】次に、図3(c)に示すように、例えば、
CVD法によりPSG膜を成長させる。次に、フォトリ
ソグラフィ技術により、パターニングをおこない層間絶
縁膜7を形成する。この層間絶縁膜7にはソース電極8
及びゲート電極9の形成予定領域のP型領域6aにコン
タクトホール14を形成する。
【0037】次に、例えば、アルミスパッタ法とフォト
リソグラフィ技術とにより、パターニングをおこない、
ソース電極8とゲート電極9をコンタクトホール14を
埋め込むように形成する。以上の工程により、図1
(b)に示されるような半導体装置を形成することがで
きる。
【0038】本実施例においては、ゲート電極9と双方
向ツェナーダイオード6との接続部10を囲むようにス
トライプ状に形成されている溝4は、溝4の上に酸化膜
5を介して形成されている多結晶シリコンからなる双方
向ツェナーダイオード6のP型領域6aを溝4の内壁に
フォトリソグラフィ法によりパターニングすることなく
形成することができる。
【0039】本発明の第2実施例に係る半導体装置につ
いて図4を参照して詳細に説明する。図1乃至図3に示
す第1実施例と同一構成物には同一符号を付しその詳細
な説明は省略する。図4(a)は本発明の第2実施例に
係る半導体装置を示す平面図であり、(b)は図4
(a)のA−A線による断面図である。
【0040】本実施例においては、第1実施例と比較し
て、溝4における双方向ツェナーダイオード6のP型領
域6aとN+型領域6bとが形成される領域が異なり、
それ以外は第1実施例と同様の構成である。
【0041】本実施例においては、P型領域6aとN+
型領域6bとが形成されるパターンを変更することによ
り、P型領域6aの水平方向の大きさをより一層小さく
することができる。このため、ゲート電極9とソース電
極8との間に設けられたゲート保護用の双方向ツェナー
ダイオード6と、ゲート電極9に接続されているゲート
保護用抵抗11とにより、ゲート・ソース間で、静電気
等による入力サージが発生した場合、サージ電圧をゲー
ト・ソース間のゲート保護用の双方向ツェナーダイオー
ド6で吸収し、静電気等の入力サージによるゲートの破
壊をより一層高いサージ電圧まで防ぐことができる。
【0042】本実施例に係る半導体装置の製造方法は、
第1実施例と比較して、P型領域6aを形成した後、N
+型領域6bを形成する工程において形成されるレジス
ト膜13のパターンが異なり、それ以外は第1実施例と
同様の工程である。
【0043】第1実施例では多結晶シリコンからなる双
方向ツェナーダイオード6のN+型領域6bは溝4の形
状を利用し、水平方向のP型領域6aにのみN型不純物
を注入することにより、双方向ツェナーダイオード6の
+型領域6bを形成する構成としたが、本実施例にお
いては、選択的に水平方向のP型領域6aの一部にN型
不純物を注入し、双方向ツェナーダイオード6のN+
領域6bを形成する構成とすることができる。このた
め、P型領域6aの水平方向の大きさをより一層小さく
することが可能となる。従って、双方向ツェナーダイオ
ード6の面積が制限されている場合、第1実施例と比較
して、更に多くの双方向ツェナーダイオード6を直列に
接続することが可能となり、双方向ツェナーダイオード
6全体の内部抵抗が低減される。このため、静電気等に
よる入力サージが発生した場合、ゲートにかかるサージ
をゲート保護用の双方向ツェナーダイオード6で吸収し
やすくすることができるため、静電気等によるサージに
対する破壊耐量をより一層向上させることができる。
【0044】また、上述のいずれの実施例においてい
も、形成される溝4の数は2本に、特に限定されるもの
ではなく、適宜変更することが可能である。
【0045】
【発明の効果】以上詳述したように本発明においては、
ゲート電極の周囲を取り囲むように1又は複数の溝を形
成し、この溝が延びる方向と垂直な方向にP型領域とN
型領域とを交互に配置した双方向ダイオードを形成する
ことにより、接合面積が増大するため、双方向ダイオー
ドの内部抵抗が低減し、静電気等によるサージに対する
破壊耐量を向上させることができる。
【0046】また、ゲート電極形成予定領域を取り囲む
ように1又は複数の溝を形成し、この溝上に酸化膜を形
成して、酸化膜の全面にP型領域を形成した後、フォト
リソグラフィ技術を使用することなく、P型領域に隣接
してN型領域を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1実施例に係る半導体装置
を示す平面図であり、(b)は図1(a)のA−A線に
よる断面図である。
【図2】(a)乃至(c)は本発明の第1実施例に係る
半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図3】(a)乃至(c)は図2の次の工程を工程順に
示す断面図である。
【図4】(a)は本発明の第2実施例に係る半導体装置
を示す平面図であり、(b)は図4(a)のA−A線に
よる断面図である
【図5】(a)は従来の縦型電界効果型トランジスタの
平面図であり、(b)は図5のA−A線による断面図で
ある。
【図6】(a)は他の従来の縦型電界効果型トランジス
タの平面図であり、(b)は斜視図である。
【符号の説明】
1、100;半導体基板 2、101;ドレイン領域 3、102;ウェル領域 4、111;溝 5、103;酸化膜 6;双方向ツェナーダイオード 6a、104a、112a、112c;P型領域 6b、104b、112b;N+型領域 7、105;層間絶縁膜 8、106;ソース電極 9、107;ゲート電極 10、108;接続部 11、109;ゲート保護抵抗 12、110;ゲートフィンガ 13;レジスト膜 14;コンタクトホール 104、112;双方向ダイオード

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体基板と、前記半導体
    基板に形成された第1導電型のドレイン領域及び第2導
    電型のウェル領域と、前記ウェル領域にゲート電極の周
    囲を取り囲むように形成された1又は複数の溝と、を有
    し、前記溝が延びる方向と垂直な方向にP型領域とN型
    領域とが交互に配置された双方向ダイオードが形成され
    ていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記溝の内壁には前記P型領域が形成さ
    れていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 前記双方向ダイオードは双方向ツェナー
    ダイオードであることを特徴とする請求項1又は2に記
    載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 第1導電型の半導体基板上に第1導電型
    のドレイン領域を形成し、前記ドレイン領域に選択的に
    ウェル領域を形成する工程と、このウェル領域にゲート
    電極形成予定領域を取り囲むように1又は複数の溝を形
    成する工程と、前記ウェル領域上に酸化膜を形成し、前
    記酸化膜の上に前記溝が延びる方向と垂直な方向にP型
    領域とN型領域とを交互に配置した双方向ダイオード
    形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記酸化膜の上に前記溝が延びる方向と
    垂直な方向にP型領域とN型領域とを交互に配置した双
    方向ダイオードを形成する工程の後工程として、前記P
    型領域及びN型領域の上に層間絶縁膜を形成する工程
    と、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを開口し、前記
    P型領域にゲート電極とソース電極とを形成する工程
    と、を有することを特徴とする請求項4に記載の半導体
    装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記酸化膜の上に前記溝が延びる方向と
    垂直な方向にP型領域とN型領域とを交互に配置した双
    方向ダイオードを形成する工程は、前記酸化膜の全面に
    P型領域を形成し、前記P型領域にイオン注入すること
    により、前記P型領域とN型領域とを交互に配置して双
    方向ダイオードを形成する工程であることを特徴とする
    請求項4又は5に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記酸化膜の上に前記溝が延びる方向と
    垂直な方向にP型領域とN型領域とを交互に配置した双
    方向ダイオードを形成する工程は、前記酸化 膜の全面に
    P型領域を形成し、前記P型領域にフォトリソグラフィ
    法によりパターニングして前記P型領域とN型領域とを
    交互に配置して双方向ダイオードを形成する工程である
    ことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載
    の半導体装置の製造方法。
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