JP4791015B2 - 縦型mosfet - Google Patents

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Description

本発明は、縦型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)に関する。
溝の内部にゲート電極が形成された構造に加え、ソース電極を層間絶縁膜のコンタクトホールに充填した導電体プラグを介してソース領域に電気的接続させた構造の縦型MOSFETが使用されている。(例えば、特許文献1を参照。)。以下、特許文献1を参考にして、この種の従来の縦型MOSFET100について図6を参照して説明する。縦型MOSFET100は、N型シリコン基板1に複数個のユニットセルで構成されるが、図6では1個のユニットセルを示している。シリコン基板1表面にN 型エピタキシャル層2が形成され、エピタキシャル層2表面に、P型ベース領域3、N型ソース領域4が形成されている。ソース領域4およびベース領域3を貫通してエピタキシャル層2に達する溝5内にはソース領域4上にまで延在するゲート酸化膜6が形成され、そのゲート酸化膜6を介してゲート電極7が埋め込まれている。ゲート電極7上には層間絶縁膜8が形成され、隣接する溝5間にはソース領域4を貫通してベース領域3に達するコンタクトホール9が形成されている。コンタクトホール9内には層間絶縁膜8上にまで延在するバリアメタル10が堆積され、そのバリアメタル10を介して導電体プラグ11が埋め込まれ、さらにその表面上にはソース電極12が形成されている。またシリコン基板1の裏面にはドレイン電極13が形成されている。
次に、縦型MOSFET100の製造方法について説明する。まず、図7に示すように、N型シリコン基板1表面に、N型エピタキシャル層2を成長させる。次に、図示しないが、熱酸化により酸化膜(SiO2 )を形成後、CVDにより窒化膜(Si3 N4 )及び酸化膜を堆積し、これら複合膜をフォトリソグラフィ技術によりパターニングする。その後それら複合膜をマスクにしてシリコンエッチングを行い、エピタキシャル層2に溝5を形成する。複合膜をエッチングにより除去した後、熱酸化によりゲート酸化膜6をエピタキシャル層2表面及び溝5内部に形成後、CVDによりポリシリコン14を堆積する。
次に、図8に示すように、ポリシリコン14をエッチバックして不要な部分を除去し、溝5内部にのみ選択的にポリシリコン14をゲート電極7として残す。ただし、MOSFETチップ構造においては、ポリシリコン14によるゲート電極7の引出しとしてのゲート配線(以下、ゲートポリシリ配線という)および保護ダイオードが必要であり、セル領域外の場所では図には表れないがフォトリソグラフィによるパターニングが必要である。続いて、B(ボロン)またはBF2 (弗化ボロン)イオンの注入及び酸素雰囲気あるいは窒素雰囲気での熱処理を行い、溝5よりも浅い深さでP型ベース領域3を形成する。さらにベース領域3の表面には、Asイオンの注入及び窒素雰囲気での熱処理を行い、N型ソース領域4を形成する。
次に、図9に示すように、CVDにより層間絶縁膜8を堆積する。その後、フォトリソグラフィーによりパターニングを行い、層間絶縁膜8のエッチングを行い、連続してソース領域4を貫通してベース領域3まで達する深さにシリコンをエッチングして、コンタクトホール9を形成する。次に、スパッタによりTi(チタン)とTiN(窒化チタン)からなるバリアメタル10を堆積した後、CVDによりW(タングステン)を堆積する。その後、Wをエッチバックしてコンタクトホール9内にプラグ状に残し、導電体プラグ11を形成する。
次に、図6に示すように、スパッタによりAlSi(アルミシリコン)またはAlSiCu(アルミ銅シリコン)を堆積し、ソース電極12を形成する。AlSiまたはAlSiCuは、MOSFETチップ構造において、ソース電極12以外に、ゲート電極7に接続するゲート配線(以下、ゲートアルミ配線)およびゲートボンディングパッドとしても使用されるため、セル領域外の場所でフォトリソグラフィーによるパターニング及び、エッチングが必要である(図示無し)。このとき、バリアメタル10もエッチングされる。続いて、表面保護膜として、PSGや窒化膜などのカバー材を堆積して、ボンディング領域の形成などのためフォトリソグラフィーによるパターニング及び、エッチングを行う(図示無し)。最後にシリコン基板1の裏面を所望の厚さ分だけ研削し、数種のメタルを蒸着することでドレイン電極13を形成する。
ところで、図6乃至図9に示される例では、セル領域の部分のみが示されているが、MOSFETでは、サージなどに対する保護のため、ゲート・ソース間に双方向のツェナーダイオードのような保護ダイオードが挿入されることが好ましい。以下、特許文献2を参考にして、溝の内部にゲート電極が形成された構造の縦型MOSFETにおいて、保護ダイオードを内蔵した従来の縦型MOSFETについて図を参照して説明する。図10は縦型MOSFETの平面図で、107はソース電極(文献2ではソース配線)である。ソース電極107の周囲、および必要に応じてソース電極107内にゲートフィンガとしてゲートアルミ配線(文献2ではゲート配線)109が形成されている。ゲートアルミ配線109と連続してワイヤボンディング部109aが形成されている。ゲートアルミ配線109は、部分的に内周側に食い込ませた接続部109bを有している。107aはソース電極107のワイヤボンディング部である。107bはソース電極107の接続部で、ゲートアルミ配線109の接続部109bと交互に噛み合うように形成されている。この接続部109bと7bの噛み合いは、チップの全周に亘って形成されているが、図10では、一部のみを示し、後は一点鎖線で省略してある。
図11は、図10におけるD−D断面の断面図である。図11において、N型半導体基板101aにN型エピタキシャル層(文献2では半導体層)101が形成され、その表面にP型ベース領域(文献2ではチャネル拡散領域)102が形成され、その表面にN型ソース領域103が形成されている。ソース領域103およびベース領域102を貫通してエピタキシャル層101に溝(文献2では凹溝)111が形成されている。その溝111内にゲート酸化膜104が形成され、そのゲート酸化膜104を介してポリシリコンからなるゲート電極105が設けられている。そして、溝111と同時に溝111と連続して凹部112が形成されている。その凹部112内にゲート酸化膜104と同時に形成された酸化膜104aを介してゲート電極105と連続してゲートポリシリ配線(文献2ではゲートパッド)105aが形成されている。ゲート電極105およびゲートポリシリ配線105aが形成された表面には、絶縁膜106が設けられている。ソース電極107は絶縁膜106上に形成され、絶縁膜106をパターニングして形成されたコンタクト孔を介して、ソース領域103およびベース領域102表面と電気的接触している。また、ゲートアルミ配線109もソース電極107と同時に絶縁膜106上に形成され、絶縁膜106をパターニングして形成されたコンタクト孔を介して、ゲートポリシリ配線105a表面と電気的接触している。
図12は、図10におけるソース電極107の接続部107bと、ゲートアルミ配線109の接続部109bとの噛み合い部分の一部を拡大した平面図である。115(点線間)は、保護ダイオードで、ソース電極107の外周側に形成されている。図13は、図10および図12におけるE−E断面の断面図である。図13において、保護ダイオード115は、半導体チップの外周部の全周に設けられたフィールド部の絶縁膜106上に、ポリシリコン膜により環状に形成されている。このポリシリコン膜にN型層115aとP型層115bとが交互に環状に配列され、PN接合部が横方向に複数組直列に形成されて、保護ダイオード115としての双方向のツェナーダイオードが構成されている。
保護ダイオード115が形成された表面には、絶縁膜106aが設けられている。絶縁膜106aをパターニングして形成されたコンタクト孔を介して、保護ダイオード115の最内周のN型層15cにソース電極107が電気的接触し、最外周のN型層15dにゲートアルミ配線109が電気的接触している。そのため、ゲートアルミ配線109は、ゲートポリシリ配線105aより外周側にあり、ゲートアルミ配線109とゲートポリシリ配線105aとを電気的接触させるために、図12に示されるように、ソース電極107の保護ダイオード115との接続部107bと、ゲートアルミ配線109のゲートポリシリ配線105aとの接続部109bとが交互に保護ダイオード115側に食い込んで形成され、クシ歯が噛み合うように形成されている。その結果、ゲートアルミ配線109が、保護ダイオード115の最外周のN型層15dと電気的接触を取りながら、ゲートポリシリ配線105aとも電気的接触されている。
次に、特許文献3を参考にして、溝の内部にゲート電極が形成された構造の縦型MOSFETに内蔵された従来の他例の保護ダイオードについて図14および図15を参照して説明する。図14は、保護ダイオードの平面図である。又、図15は、図14におけるF−F断面の断面図である。尚、図14では、図示の便宜上、図15に示されているパシベーション膜10PPは描かれてはいない。保護ダイオードとしてのツエナーダイオード11PPは、N半導体基板9PPに形成されたNエピタキシャル層8PPの表面上に絶縁膜7PPを介して形成されている。ツエナーダイオード11PPは、N型層1PP1を中心として、その周囲をP型層とN型層とで順次に取り囲む様に、P型層31PP、N型層32PP、P型層33PP、N型層1PP2を形成することにより、N/P/N/P/N構造としている。ツエナーダイオード11PPの表面上にはパシベーション膜10PPが形成されている。パシベーション膜10PPをパターニングして形成されたコンタクト孔を介して、ツエナーダイオード11PPの最外周のN型層1PP2にソース電極5PPが電気的接触し、最内周のN型層1PP1にゲートボンディングパッド(文献3ではゲート電極)6PPが電気的接触している。
特開2003−318396号公報(図3−図6) 特開2002−373988号公報(図1、図4、図5) 特開2002−208702号公報(図20、図21)
ところで、溝の内部にゲート電極が形成された構造に加え、ソース電極を層間絶縁膜のコンタクトホールに充填した導電体プラグを介してソース領域に電気的接続させた構造の上述の縦型MOSFET100の保護ダイオードとして、図12や図13に示された保護ダイオード115を適用した場合、以下のような問題がある。縦型MOSFET100の製造方法において、上述したように、コンタクトホール9内に導電体プラグ11を形成するとき、コンタクトホール9が形成された層間絶縁膜8上にCVDによりWを堆積し、その後、Wをエッチバックしてコンタクトホール9内にプラグ状に残す。このとき、層間絶縁膜8に段差があると、Wのエッチバックのとき、段差部にWの残渣が発生する虞がある。保護ダイオード115は、上述したように、絶縁膜106上に形成され、その表面に絶縁膜106aが設けられている。そのため、保護ダイオード115の周端上で絶縁膜106aに段差が生じる。図12に示されるように、ソース電極107の接続部107bと、ゲートアルミ配線109の接続部109bとが交互に保護ダイオード115側に食い込んで形成されており、層間絶縁膜106の段差部にもソース電極107の接続部107bと、ゲートアルミ配線109の接続部109bとが形成されることになる。従って、縦型MOSFET100に保護ダイオード115を適用した場合、Wのエッチバックのとき、この層間絶縁膜106の段差部にWの残渣が発生する虞がある。Wの残渣が発生すると、ソース電極およびゲートアルミ配線を形成するときのAlSiまたはAlSiCuのフォトリソグラフィーによるパターニング+エッチングでもWはエッチングされない。その結果、その下のTi(チタン)とTiN(窒化チタン)からなるバリアメタル10も残ることになる。接続部107bおよび接続部109b間の段差部にWやTi膜が残ると、ゲートとソース間が電気的にショートするという虞がある。図14および図15に示したツエナーダイオード11PPについても、最外周のN+型層1PP2の外周端上で絶縁膜7PPに段差が生じる。図14に示されるように、絶縁膜7PPの段差部にもソース電極5PPとゲートボンディングパッド6PPが引き出されるゲートアルミ配線とが形成されることになる。従って、縦型MOSFET100にツエナーダイオード11PPを適用した場合も同様の問題が発生する虞がある。
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、WおよびTi膜の残渣が発生しない構造の縦型MOSFETを提供することを目的とする。
本発明の縦型MOSFETは、半導体層に形成される溝の内部にゲート電極が形成され、半導体層上に形成される層間絶縁膜上にソース電極が形成され、前記ソース電極が前記層間絶縁膜のコンタクトホールに充填した導電体プラグを介して半導体層に形成されるソース領域に電気的接続され、ポリシリコンからなり環状に形成された複数のPN接合を有する保護ダイオードが一端部で前記ソース電極に電気的接続され、他端部でゲート金属配線を介して前記ゲート電極に電気的接続された縦型MOSFETにおいて、前記保護ダイオードが半導体層に形成される凹部内に形成されていることを特徴とする。
上記手段によれば、保護ダイオードの周端においてその上に形成される層間絶縁膜にWおよびTi膜の残渣が発生するレベルの段差が生じない。
本発明の縦型MOSFETによれば、保護ダイオードの周端において層間絶縁膜の段差にWおよびTi膜の残渣が発生することによるゲートとソース間の電気的ショートを防止できる。
以下に、本発明の一実施形態の縦型MOSFET200について説明する。図1は縦型MOSFET200の平面図で、210はソース電極部、220はソース電極部210直下に配置された複数のユニットセルからなるセル領域の一部を示す一部セル、230はゲート配線、240はゲートパッド部である。図2は図1に示す一部セル220を拡大した平面図で、複数の四角形セルを行列配置した場合の例を示しており、221は溝5によって便宜的に分離してユニットセルとして定義される。ユニットセル221の中央にはコンタクトホール9が配置されている。尚、図2では、複数の四角形セルを行列配置した場合の例を示しているが、同じ四角形セルの行方向の配列位置を相違させて行列配置、六角形セルを配置、または細長いセルを列方向に配置することもできる。コンタクトホール9の形状は四角形、六角形、八角形、円形など、どれであってもよい。
図3は、図1に示すゲートパッド部240を拡大した平面図で、21はゲートポリシリ配線、22はポリシリコンからなる四角形の保護ダイオード、23はゲートポリシリ配線21上に形成されたゲートアルミ配線、24は保護ダイオード22上にチップ内側の3辺の外周部を除いて形成された四角形のゲートボンディングパッドである。ゲートポリシリ配線21とゲートアルミ配線23とでゲート配線230を構成する。図示しないが、保護ダイオード22は環状に形成された複数のPN接合を有し、ゲートボンディングパッド24とソース電極12間で双方向のツェナーダイオードを構成している。保護ダイオード22は、中央部を保護ダイオードの一端部、外周部を他端部として、中央部でゲートボンディングパッド24に電気的接続され、外周部でゲートボンディングパッド24のチップ内側の3辺から所定距離で近接して取り囲むようにして延在したソース電極12に電気的接続されている。ゲートアルミ配線23は、ゲートボンディングパッド24に一体配置されるとともに、ソース電極12から所定距離で近接配置されている。
図4は、図2に示した一部セル220のA−A断面と、図3に示したゲートパッド部240のB−B断面の断面図である。一部セル220のA−A断面の断面図は、図6に示す縦型MOSFET100の断面図に同じであり、その説明を省略する。図2は図4のゲート電極7、層間絶縁膜8、導電体プラグ11およびソース電極12を取り除いた状態で描かれている。図4のゲートパッド部240のB−B断面の断面図において、エピタキシャル層2に凹部25,26が形成されている。ゲートポリシリ配線21は凹部25内にゲート酸化膜6を介して埋め込まれ、保護ダイオード22は凹部26内にゲート酸化膜6を介して埋め込まれ、それらの表面上には層間絶縁膜8が形成されている。ゲートボンディングパッド24は層間絶縁膜8上にバリアメタル10を介して形成されている。尚、図示しないが、凹部25は溝5に連続して形成され、ゲートポリシリ配線21はゲート電極7に一体で形成されている。
図5は、図3に示したゲートパッド部240のC−C断面の断面図である。図5において、エピタキシャル層2に凹部26が形成されている。保護ダイオード22は凹部26内にゲート酸化膜6を介して埋め込まれ、保護ダイオード22上には層間絶縁膜8が形成されている。層間絶縁膜8を貫通して保護ダイオード22に達するように、保護ダイオード22上の中央部にコンタクトホール29aと、保護ダイオード22上の外周部にコンタクトホール29bとが形成されている。コンタクトホール29a,29b内には層間絶縁膜8上にまで延在するバリアメタル10が堆積され、そのバリアメタル10を介して導電体プラグ31a,31bがそれぞれ埋め込まれている。ゲートボンディングパッド24は導電体プラグ31aに電気的接続され、ソース電極12は導電体プラグ31bに電気的接続されている。
次に、縦型MOSFET200の製造方法について説明する。各ユニットセル221の製造方法は、縦型MOSFET100に同じであり、その説明を省略する。ゲートパッド部240において、凹部25,26は溝5と同時に形成される。ゲートポリシリ配線21および保護ダイオード22はゲート電極7と同時に、図7に示したポリシリコン14をフォトリソグラフィによるパターニングをせずにエッチバックすることにより形成される。従って、フォトリソグラフィ工程を減らすことができる。ゲートアルミ配線23およびゲートボンディングパッド24はソース電極12と同時に形成される。尚、凹部25,26または凹部26を、工程が増えるが、溝5を形成するより前工程のLOCOS酸化膜によるフィールド酸化膜を形成する前に形成してもよい。そして、この凹部内にゲート酸化膜6の替わりにLOCOS酸化膜を形成してもよい。
以上述べたように、縦型MOSFET200では、ゲートポリシリ配線21は凹部25内に、保護ダイオード22は凹部26内に埋め込まれるので、ゲートポリシリ配線21および保護ダイオード22の周端において層間絶縁膜8にWおよびTi膜の残渣が発生するレベルの段差が形成されないので、コンタクトホール内に導電体プラグを形成するときのWのエッチバックで、ゲートポリシリ配線21および保護ダイオード22の周端上の層間絶縁膜8にWの残渣が生じることはない。その結果、ソース電極12を形成するときのAlSiまたはAlSiCuのフォトリソグラフィーによるパターニング+エッチングでWおよびTi膜の残渣が生じることはなく、ゲートとソース間が電気的にショートするのを防止できる。
尚、上記実施形態では、導電体プラグ11を充填するコンタクトホール9を層間絶縁膜8表面からソース領域4を貫通してベース領域3に達する構造の縦型MOSFET200を例に説明しているが、導電体プラグを充填するコンタクトホールを層間絶縁膜にだけ形成し、エピタキシャル層表面でソース領域およびベース領域が導電体プラグと電気的接触する構造の縦型MOSFETであってもよい。また、上記実施形態では、保護ダイオード22上にゲートボンディングパッド24が形成された例で説明しているが、チップ外周を取り囲むように保護ダイオードが形成された場合についても、本発明を適用できる。また、上記実施形態では、N型シリコン基板1、N型エピタキシャル層2、P型ベース領域3およびN型ソース領域4によりNチャネル縦型MOSFET200を形成しているが、P型半導体基板、P型エピタキシャル層、N型ベース領域およびP型ソース領域により形成したPチャネル縦型MOSFETであってもよい。また、上記実施形態では、シリコン基板1上に形成されたエピタキシャル層2を使用しているが、エピタキシャル層2は必ずしも必要ではなく、半導体基板の表面に直接ベース領域を形成することも可能である。
本発明の一実施形態の縦型MOSFET200の要部概略平面図。 図1の縦型MOSFET200の一部セル220の要部概略平面図。 図1の縦型MOSFET200のゲートパッド部240の要部概略平面図。 図2に示した一部セル220のA−A断面での要部概略断面図と、図3に示したゲートパッド部240のB−B断面での要部概略断面図。 図3に示したゲートパッド部240のC−C断面での要部概略断面図。 従来の縦型MOSFETのユニットセルを示す要部概略断面図。 図6の縦型MOSFETの製造工程を示す要部概略断面図。 図7に続く工程を示す要部概略断面図。 図8に続く工程を示す要部概略断面図。 従来の保護ダイオード内蔵の一例の縦型MOSFETの要部概略平面図。 図10におけるD−D断面での要部概略断面図。 図10の縦型MOSFETの外周部の要部概略平面図。 図10および図12におけるE−E断面での要部概略断面図 従来の保護ダイオード内蔵の他例の縦型MOSFETの要部概略平面図。 図14におけるF−F断面での要部概略断面図。
符号の説明
1 N型半導体基板
2 N型エピタキシャル層
3 P型ベース領域
4 N型ソース領域
5 溝
6 ゲート酸化膜
7 ゲート電極
8 層間絶縁膜
9,29a,29b コンタクトホール
10 バリアメタル
11,31a,31b 導電体プラグ
12 ソース電極
13 ドレイン電極
21 ゲートポリシリ配線
22 保護ダイオード
23 ゲートアルミ配線
24 ゲートボンディングパッド
25,26 凹部
200 縦型MOSFET
210 ソース電極部
220 一部セル
221 ユニットセル
230 ゲート配線
240 ゲートパッド部

Claims (4)

  1. 半導体層に形成される溝の内部にゲート電極が形成され、半導体層上に形成される層間絶縁膜上にソース電極が形成され、前記ソース電極が前記層間絶縁膜のコンタクトホールに充填した第1導電体プラグを介して半導体層に形成されるソース領域に電気的接続され、ポリシリコンからなり環状に形成された複数のPN接合を有する保護ダイオードが一端部で前記ソース電極に電気的接続され、他端部でゲート金属配線を介して前記ゲート電極に電気的接続された縦型MOSFETにおいて、
    前記保護ダイオードは、半導体層に形成され平面視で四角形をなす凹部内に埋め込まれており、
    前記ゲート金属配線と前記保護ダイオードの前記他端部とは、前記保護ダイオードの中央部において、前記第1導電体プラグと同じ断面構造の第2導電体プラグを介して接続されており、
    前記ソース電極と前記保護ダイオードの一端部とは、前記四角形をなす前記保護ダイオードの4辺のうちチップ内側の3辺において前記第1及び第2導電体プラグと同じ断面構造の第3導電体プラグを介して接続されていることを特徴とする縦型MOSFET。
  2. 前記ソース電極と前記ゲート金属配線とが所定距離で近接配置された状態で前記保護ダイオードの周端上を跨いでいることを特徴とする請求項1記載の縦型MOSFET。
  3. 前記ゲート金属配線と前記ゲート電極とがゲートポリシリ配線を介して電気的接続され、前記ゲートポリシリ配線が半導体層に形成される凹部内に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の縦型MOSFET。
  4. 前記ソース電極と前記ゲート金属配線とが所定距離で近接配置された状態で前記ゲートポリシリ配線の周端上を跨いでいることを特徴とする請求項3記載の縦型MOSFET。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI265458B (en) * 2005-06-02 2006-11-01 Avermedia Tech Inc Audio player
JP4492735B2 (ja) * 2007-06-20 2010-06-30 株式会社デンソー 半導体装置及び半導体装置の製造方法
US8035112B1 (en) 2008-04-23 2011-10-11 Purdue Research Foundation SIC power DMOSFET with self-aligned source contact
JP2014225692A (ja) * 2008-12-25 2014-12-04 ローム株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP5775268B2 (ja) * 2010-06-09 2015-09-09 ローム株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP5638340B2 (ja) * 2010-10-20 2014-12-10 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP5817823B2 (ja) * 2013-12-27 2015-11-18 富士電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP6319057B2 (ja) * 2014-11-21 2018-05-09 三菱電機株式会社 逆導通型半導体装置
JP6222706B2 (ja) * 2015-07-23 2017-11-01 ローム株式会社 半導体装置および半導体パッケージ
JP6430424B2 (ja) * 2016-03-08 2018-11-28 株式会社東芝 半導体装置
DE102017108047A1 (de) * 2017-04-13 2018-10-18 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung mit struktur zum schutz gegen elektrostatische entladung
JP2022007788A (ja) 2020-06-26 2022-01-13 富士電機株式会社 半導体装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3082522B2 (ja) * 1993-07-27 2000-08-28 日産自動車株式会社 絶縁電極およびその製造方法
US5477078A (en) * 1994-02-18 1995-12-19 Analog Devices, Incorporated Integrated circuit (IC) with a two-terminal diode device to protect metal-oxide-metal capacitors from ESD damage
GB9803108D0 (en) * 1998-02-13 1998-04-08 Wynne Willson Gottelier Limite Beam steering apparatus
JP2000196075A (ja) * 1998-12-25 2000-07-14 Hitachi Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP3642466B2 (ja) * 1999-04-13 2005-04-27 関西日本電気株式会社 半導体装置の製造方法
JP2001257349A (ja) * 2000-03-09 2001-09-21 Sanyo Electric Co Ltd Mosfetの保護装置
GB0006092D0 (en) * 2000-03-15 2000-05-03 Koninkl Philips Electronics Nv Trench-gate semiconductor devices
JP2001352067A (ja) * 2000-06-06 2001-12-21 Sanyo Electric Co Ltd Mosfetの保護装置
JP2002208702A (ja) * 2001-01-10 2002-07-26 Mitsubishi Electric Corp パワー半導体装置
JP2002270841A (ja) * 2001-03-13 2002-09-20 Denso Corp 半導体装置及びその製造方法
JP4608133B2 (ja) * 2001-06-08 2011-01-05 ルネサスエレクトロニクス株式会社 縦型mosfetを備えた半導体装置およびその製造方法
JP4854868B2 (ja) * 2001-06-14 2012-01-18 ローム株式会社 半導体装置
JP4004843B2 (ja) * 2002-04-24 2007-11-07 Necエレクトロニクス株式会社 縦型mosfetの製造方法
JP4913336B2 (ja) * 2004-09-28 2012-04-11 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置

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