JP6718733B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
前記半導体装置において、前記ボディ領域の前記第2部分が、前記ボディ領域における前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の部分以外の部分に形成されていることが好ましい。
前記半導体装置において、複数の前記第2部分が形成されていることが好ましい。この構成によれば、複数の第2部分でブレークダウンさせることができるので、ブレークダウンによる負荷を複数の第2部分に分散させることができる。これにより、第2部分一つあたりの負荷を低減できるので、第1部分でのブレークダウンの発生を効果的に回避または抑制しつつ、ブレークダウンによるゲート絶縁膜の破損に起因する特性の変動を効果的に抑制できる。
前記半導体装置において、前記ボディ領域は、前記半導体層の表面の法線方向から見た平面視において環状に形成されていてもよい。
前記半導体装置において、前記ボディ領域および前記ソース領域は、前記半導体層の表面の法線方向から見た平面視において環状に形成されていてもよい。
前記半導体装置において、複数の前記第2部分が形成されていてもよい。この構成によれば、複数の第2部分でブレークダウンさせることができるので、ブレークダウンによる負荷を複数の第2部分に分散させることができる。これにより、第2部分一つあたりの負荷を低減できるので、第1部分でのブレークダウンの発生を効果的に回避または抑制しつつ、ブレークダウンによるゲート絶縁膜の破損に起因する特性の変動を効果的に抑制できる。
前記半導体装置において、前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上から前記厚い絶縁膜上に至るように連続して形成されており、前記第2部分における前記半導体層との境界は、前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート電極における前記ドレイン領域側の端部との間に位置していることが好ましい。
前記半導体装置において、前記ボディ領域は、当該ボディ領域の表面部から底部に向かう厚さ方向に関して、当該厚さ方向中間部の不純物濃度が最も低くなるような不純物濃度分布を有していてもよい。
前記半導体装置において、前記ボディ領域の前記第1部分は、前記第1高濃度領域、前記第2高濃度領域および前記低濃度領域を含んでいてもよい。また、前記ボディ領域の前記第2部分は、前記第1高濃度領域と前記第2高濃度領域との間から前記半導体層の表面部に引き出された前記低濃度領域を含んでいてもよい。
この構成によれば、ドレイン・ソース間電圧が印加されると、リサーフ層と半導体層との境界から空乏層が拡がり、リサーフ層が形成された半導体層の表面部全域を速やかに空乏化できる。これにより、半導体層の電界を緩和できる。その結果、第2部分により第1部分でのブレークダウンの発生を効果的に回避または抑制しつつ、半導体装置全体でのブレークダウンの発生を抑制できる。
この発明の一実施形態は、半導体基板上のローサイド領域に形成されたローサイド回路と、前記半導体基板上において前記ローサイド領域から分離されたハイサイド領域に形成され、前記ローサイド回路よりも動作電圧が高いハイサイド回路と、前記半導体基板上に形成され、前記ハイサイド回路に接続されたレベルシフト回路とを含む、ゲートドライバを提供する。前記レベルシフト回路は、前述の特徴を備えた半導体装置を含む。
また、前記ゲートドライバは、前記半導体基板上に形成され、前記ローサイド領域と前記ハイサイド領域とを分離する分離領域をさらに含んでいてもよい。この場合に、前記レベルシフト回路は、前記分離領域の外側に配置されていてもよい。また、前記レベルシフト回路の少なくとも一部が、前記分離領域に配置されていてもよい。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置1の平面図である。図2は、図1に示す半導体装置1を示す平面図であって、LOCOS膜12上の構成の図示を省略して内部の構成を示している。図3は、図1に示すIII−III線に沿う断面図である。図4は、図1に示すIV-IV線に沿う断面図である。図1では、明瞭化のため、後述する配線32,33をハッチングを付して示している。
エピタキシャル層3におけるLOCOS膜12と接する部分には、p型のリサーフ層13が形成されている。リサーフ層13は、LOCOS膜12に沿う環状に形成されており、エピタキシャル層3との間でpn接合を形成している。リサーフ層13は、エピタキシャル層3の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有している。リサーフ層13の不純物濃度は、たとえば1.0×1015cm−3〜1.0×1016cm−3である。
ソースメタル26、ドレインメタル27およびゲートメタル28にそれぞれ対応するコンタクト29が第1層間絶縁膜25を貫通している。ソースメタル26は、対応するコンタクト29を介してソース領域7およびボディコンタクト領域8に電気的に接続されている。ソースメタル26は、ソース領域7の少なくとも一部または全部を被覆するように帯状に設けられている。ドレインメタル27は、対応するコンタクト29を介してドレイン領域9に電気的に接続されている。ドレインメタル27は、ドレイン領域9の少なくとも一部または全部を被覆するように帯状に設けられている。ゲートメタル28は、対応するコンタクト29を介してゲート電極14に電気的に接続されている。ゲートメタル28は、ゲート電極14の少なくとも一部または全部を被覆するように環状に設けられている。
図5は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置51の平面図であって、LOCOS膜12上の構成の図示を省略して内部の構成を示している。図5において、前述の図2等に示された各部に対応する構成には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
半導体装置51は、ボディ領域4における一対の直線状部分5a,5bに形成された第2ボディ部分42をさらに含む。より具体的には、半導体装置51は、ボディ領域4におけるソース領域7とドレイン領域9との間の領域に交互に形成された複数の第1ボディ部分41および平面視矩形状の複数の第2ボディ部分42を含む。
図6は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置52の平面図であって、LOCOS膜12上の構成の図示を省略して内部の構成を示している。図5において、前述の図2等に示された各部に対応する構成には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
半導体装置52は、平面視において環状のボディ領域4およびソース領域7を含む。ボディ領域4は、その環状に沿うように配置された複数(本実施形態では、8個)の第1ボディ部分41と複数(本実施形態では、8個)の第2ボディ部分42とを含む。そして、複数の第1ボディ部分41と複数の第2ボディ部分42とが、それぞれ等間隔に形成されている。平面視において、複数の第1ボディ部分41は、等しい幅で形成されている。第1ボディ部分41は、チャネル43の形成によりエピタキシャル層3との間で電流経路を形成する。
<さらに他の実施形態>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することもできる。
また、前述の各実施形態では、半導体装置1,51,52が一つの平面視環状のボディ領域4を備える一つのLDMIS領域を含む構成について説明した。しかし、半導体装置1,51,52は、互いに間隔を空けて形成された複数の平面視環状のボディ領域4を備えることにより、互いに間隔を空けて形成された複数のLDMIS領域を含んでいてもよい。
図9は、LDMIS領域を内蔵する半導体装置の一例であるゲートドライバIC60を備えた回路(この実施形態では電源回路)を示す。この電源回路は、負荷を駆動するためのパワースイッチング回路61を含む。パワースイッチング回路61は、高電圧電源(たとえば600V以下)とグランド電位との間に直列に接続されたハイサイドパワーデバイスQH(上アーム)およびローサイドパワーデバイスQL(下アーム)とを含むハーフブリッジ回路からなる。一対のパワーデバイスQH,QLの間の接続点62に負荷が接続される。パワーデバイスQH,QLは、たとえばパワーMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)などのスイッチング素子である。ゲートドライバIC60は、制御電圧電源から与えられる制御電圧Vccにより動作し、パワーデバイスQH,QLのゲートにオン/オフ制御信号を入力する。
図11は、ゲートドライバIC60を構成する半導体チップ90内の領域配置の一例を示す。半導体チップ90は、ハイサイド回路80Hが形成されるハイサイド領域91Hと、ローサイド回路80Lが形成されるローサイド領域91Lと、高電圧レベルシフタ77Hを構成する2つのLDMIS領域92とを含む。ハイサイド領域91Hは、ローサイド領域91Lに取り囲まれるように配置されており、ローサイド領域91Lから電気的に分離されている。具体的には、ハイサイド領域91Hとローサイド領域91Lとの境界部には、それらの領域を互いに分離する分離領域91Iが配置されている。分離領域91Iは、誘電体で構成されていてもよいし、pn接合で形成されていてもよい。分離領域91Iは、平面視において、ハイサイド領域91Hを取り囲むように連続した環状に形成されている。そして、2つのLDMIS領域92が、ローサイド領域91L内、すなわち、ハイサイド領域91Hの外に互いに近接して配置されている。より具体的には、2つのLDMIS領域92は、ローサイド領域91L内においてハイサイド領域91Hの近傍に配置されている。
2 半導体基板
3 エピタキシャル層(半導体層)
4 ボディ領域
5a 直線状部分
5b 直線状部分
6a 曲線状部分
6b 曲線状部分
7 ソース領域
9 ドレイン領域
11 ゲート絶縁膜
12 LOCOS膜
13 リサーフ層
14 ゲート電極
32 ソース配線
32a ソース配線の周縁
33 ドレイン配線
33a ドレイン配線の周縁
41 第1ボディ部分(第1部分)
41a pn接合部(境界)
42 第2ボディ部分(第2部分)
42a pn接合部(境界)
44 第1高濃度領域
45 第2高濃度領域
46 低濃度領域
51 半導体装置
52 半導体装置
53 半導体装置
54 半導体装置
B 境界
60 ゲートドライバIC
61 パワースイッチング回路
QH ハイサイドパワーデバイス
QL ローサイドパワーデバイス
77H 高電圧レベルシフタ(レベルシフト回路)
74H ハイサイド電流バッファ回路
74L ローサイド電流バッファ回路
80H ハイサイド回路
80L ローサイド回路
81,82 高耐圧NDMOS
90 半導体チップ
91H ハイサイド領域
91L ローサイド領域
91I 分離領域
92 LDMIS領域
Claims (25)
- 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板に接するように前記半導体基板上に形成された第2導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面部に形成された第1導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域の表面部に、前記ボディ領域の周縁から間隔を空けて形成された第2導電型のソース領域と、
前記半導体層の表面部に、前記ボディ領域から間隔を空けて形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ドレイン領域と前記ソース領域との間で前記ボディ領域に接するように前記半導体層の表面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜と前記ドレイン領域との間で前記半導体層を被覆するように前記ゲート絶縁膜と一体的に形成され、前記ゲート絶縁膜よりも大きい厚さを有する厚い絶縁膜と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間で前記ゲート絶縁膜を介して前記ボディ領域に対向するゲート電極とを含み、
前記ボディ領域は、前記半導体層との境界が前記ゲート絶縁膜に接する第1部分と、前記半導体層との境界が前記厚い絶縁膜に接する第2部分とを含み、
前記ボディ領域は、前記半導体層の表面の法線方向から見た平面視において、互いに平行な一対の直線状部分と、前記一対の直線状部分の両端にそれぞれ連なる一対の曲線状部分とを有する長円環状に形成されており、
前記ソース領域は、前記ボディ領域の少なくとも一方の前記直線状部分に沿って形成されており、
前記ボディ領域の前記第2部分は、少なくとも一方の前記曲線状部分に沿って形成されている、半導体装置。 - 前記ボディ領域の前記第2部分が、前記ボディ領域における前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の部分以外の部分に形成されている、請求項1に記載の半導体装置。
- 複数の前記第2部分が形成されている、請求項2に記載の半導体装置。
- 前記ボディ領域の前記第1部分および前記第2部分が、前記ボディ領域における前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の部分に形成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 複数の前記第1部分および複数の前記第2部分が、前記ボディ領域における前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の部分に交互に形成されている、請求項4に記載の半導体装置。
- 前記ボディ領域は、前記半導体層の表面の法線方向から見た平面視において環状に形成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記ボディ領域の前記第2部分は、前記ボディ領域における少なくとも前記直線状部分と前記曲線状部分との境界を跨るように形成されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 複数の前記ソース領域が前記ボディ領域の表面部に形成されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記ボディ領域および前記ソース領域は、前記半導体層の表面の法線方向から見た平面視において環状に形成されている、請求項1に記載の半導体装置。
- 複数の前記第1部分および複数の前記第2部分が形成されている、請求項9に記載の半導体装置。
- 複数の前記第1部分および複数の前記第2部分が、それぞれ、等間隔に配置されるように互いに間隔を空けて形成されている、請求項10に記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上から前記厚い絶縁膜上に至るように連続して形成されており、
前記第2部分における前記半導体層との境界は、前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート電極における前記ドレイン領域側の端部との間に位置している、請求項1〜11のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板に接するように前記半導体基板上に形成された第2導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面部に形成された第1導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域の表面部に、前記ボディ領域の周縁から間隔を空けて形成された第2導電型のソース領域と、
前記半導体層の表面部に、前記ボディ領域から間隔を空けて形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ドレイン領域と前記ソース領域との間で前記ボディ領域に接するように前記半導体層の表面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜と前記ドレイン領域との間で前記半導体層を被覆するように前記ゲート絶縁膜と一体的に形成され、前記ゲート絶縁膜よりも大きい厚さを有する厚い絶縁膜と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間で前記ゲート絶縁膜を介して前記ボディ領域に対向するゲート電極とを含み、
前記ボディ領域は、前記半導体層との境界が前記ゲート絶縁膜に接する第1部分と、前記半導体層との境界が前記厚い絶縁膜に接する第2部分とを含み、
前記半導体層の表面の法線方向から見た平面視において前記ボディ領域を横切るように形成され、前記ソース領域に電気的に接続されたソース配線をさらに含み、
前記ボディ領域の前記第2部分は、前記平面視において少なくとも前記ソース配線の周縁が前記ボディ領域を横切る部分に形成されている、半導体装置。 - 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板に接するように前記半導体基板上に形成された第2導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面部に形成された第1導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域の表面部に、前記ボディ領域の周縁から間隔を空けて形成された第2導電型のソース領域と、
前記半導体層の表面部に、前記ボディ領域から間隔を空けて形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ドレイン領域と前記ソース領域との間で前記ボディ領域に接するように前記半導体層の表面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜と前記ドレイン領域との間で前記半導体層を被覆するように前記ゲート絶縁膜と一体的に形成され、前記ゲート絶縁膜よりも大きい厚さを有する厚い絶縁膜と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間で前記ゲート絶縁膜を介して前記ボディ領域に対向するゲート電極とを含み、
前記ボディ領域は、前記半導体層との境界が前記ゲート絶縁膜に接する第1部分と、前記半導体層との境界が前記厚い絶縁膜に接する第2部分とを含み、
前記半導体層の表面の法線方向から見た平面視において前記ボディ領域を横切るように形成され、前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン配線をさらに含み、
前記ボディ領域の前記第2部分は、前記平面視において少なくとも前記ドレイン配線の周縁が前記ボディ領域を横切る部分に形成されている、半導体装置。 - 前記ボディ領域の前記第2部分は、前記ボディ領域の前記第1部分と異なる不純物濃度を有している、請求項1〜14のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板に接するように前記半導体基板上に形成された第2導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面部に形成された第1導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域の表面部に、前記ボディ領域の周縁から間隔を空けて形成された第2導電型のソース領域と、
前記半導体層の表面部に、前記ボディ領域から間隔を空けて形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ドレイン領域と前記ソース領域との間で前記ボディ領域に接するように前記半導体層の表面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜と前記ドレイン領域との間で前記半導体層を被覆するように前記ゲート絶縁膜と一体的に形成され、前記ゲート絶縁膜よりも大きい厚さを有する厚い絶縁膜と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間で前記ゲート絶縁膜を介して前記ボディ領域に対向するゲート電極とを含み、
前記ボディ領域は、前記半導体層との境界が前記ゲート絶縁膜に接する第1部分と、前記半導体層との境界が前記厚い絶縁膜に接する第2部分とを含み、
前記ボディ領域は、当該ボディ領域の表面部から底部に向かう厚さ方向に関して、当該厚さ方向中間部の不純物濃度が最も低くなるような不純物濃度分布を有している、半導体装置。 - 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板に接するように前記半導体基板上に形成された第2導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面部に形成された第1導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域の表面部に、前記ボディ領域の周縁から間隔を空けて形成された第2導電型のソース領域と、
前記半導体層の表面部に、前記ボディ領域から間隔を空けて形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ドレイン領域と前記ソース領域との間で前記ボディ領域に接するように前記半導体層の表面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜と前記ドレイン領域との間で前記半導体層を被覆するように前記ゲート絶縁膜と一体的に形成され、前記ゲート絶縁膜よりも大きい厚さを有する厚い絶縁膜と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間で前記ゲート絶縁膜を介して前記ボディ領域に対向するゲート電極とを含み、
前記ボディ領域は、前記半導体層との境界が前記ゲート絶縁膜に接する第1部分と、前記半導体層との境界が前記厚い絶縁膜に接する第2部分とを含み、
前記ボディ領域は、表面部に形成された第1高濃度領域と、底部に形成された第2高濃度領域と、前記第1高濃度領域と前記第2高濃度領域との間に介在し、前記第1高濃度領域の不純物濃度および前記第2高濃度領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する低濃度領域とを含む、半導体装置。 - 前記ボディ領域の前記第1部分は、前記第1高濃度領域、前記第2高濃度領域および前記低濃度領域を含み、
前記ボディ領域の前記第2部分は、前記第1高濃度領域と前記第2高濃度領域との間から前記半導体層の表面部に引き出された前記低濃度領域を含む、請求項17に記載の半導体装置。 - 前記半導体層における前記厚い絶縁膜と接する部分に形成され、前記半導体層の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する第1導電型のリサーフ層をさらに含み、
前記ボディ領域の前記第2部分は、前記リサーフ層に接するように形成されている、請求項1〜18のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記ボディ領域の前記第1部分は、前記半導体層の一部を挟んで前記リサーフ層に対向するように形成されている、請求項19に記載の半導体装置。
- 半導体基板上のローサイド領域に形成されたローサイド回路と、
前記半導体基板上において前記ローサイド領域から分離されたハイサイド領域に形成され、前記ローサイド回路よりも動作電圧が高いハイサイド回路と、
前記半導体基板上に形成され、前記ハイサイド回路に接続されたレベルシフト回路とを含み、
前記レベルシフト回路が、請求項1〜20のいずれか一項に記載の半導体装置を含む、ゲートドライバ。 - 前記レベルシフト回路が、前記ハイサイド領域の外に配置されている、請求項21に記載のゲートドライバ。
- 前記半導体基板上に形成され、前記ローサイド領域と前記ハイサイド領域とを分離する分離領域をさらに含み、
前記レベルシフト回路が、前記分離領域の外側に配置されている、請求項22に記載のゲートドライバ。 - 前記半導体基板上に形成され、前記ローサイド領域と前記ハイサイド領域とを分離する分離領域をさらに含み、
前記レベルシフト回路の少なくとも一部が、前記分離領域に配置されている、請求項22に記載のゲートドライバ。 - 半導体基板上のローサイド領域に形成されたローサイド回路と、
前記半導体基板上において前記ローサイド領域から分離されたハイサイド領域に形成され、前記ローサイド回路よりも動作電圧が高いハイサイド回路と、
前記半導体基板上に形成され、前記ハイサイド回路に接続されたレベルシフト回路と、
前記半導体基板上に形成され、前記ローサイド領域と前記ハイサイド領域とを分離する分離領域と、を含み、
前記レベルシフト回路が、前記ハイサイド領域の外であって、かつ前記分離領域の外側に配置されており、
前記レベルシフト回路が、半導体装置を含み、
前記半導体装置が、
第1導電型の前記半導体基板と、
前記半導体基板に接するように前記半導体基板上に形成された第2導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面部に形成された第1導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域の表面部に、前記ボディ領域の周縁から間隔を空けて形成された第2導電型のソース領域と、
前記半導体層の表面部に、前記ボディ領域から間隔を空けて形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ドレイン領域と前記ソース領域との間で前記ボディ領域に接するように前記半導体層の表面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜と前記ドレイン領域との間で前記半導体層を被覆するように前記ゲート絶縁膜と一体的に形成され、前記ゲート絶縁膜よりも大きい厚さを有する厚い絶縁膜と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間で前記ゲート絶縁膜を介して前記ボディ領域に対向するゲート電極とを含み、
前記ボディ領域は、前記半導体層との境界が前記ゲート絶縁膜に接する第1部分と、前記半導体層との境界が前記厚い絶縁膜に接する第2部分とを含む、ゲートドライバ。
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