JPH05299667A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Publication number
JPH05299667A
JPH05299667A JP4096432A JP9643292A JPH05299667A JP H05299667 A JPH05299667 A JP H05299667A JP 4096432 A JP4096432 A JP 4096432A JP 9643292 A JP9643292 A JP 9643292A JP H05299667 A JPH05299667 A JP H05299667A
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JP
Japan
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region
type
semiconductor
semiconductor chip
effective
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Withdrawn
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JP4096432A
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Shogo Mori
昌吾 森
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Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐圧測定時において、主電流路への不要な電
流の流入を抑制して素子全体の耐圧特性の向上を図ると
ともに、逆接続時においても素子破壊が起こらないよう
にする。 【構成】 本発明は、N+ 型の半導体チップ11(N-
型エピタキシャル層13)の上層外周部に、P+ 型ゲー
ト領域16と絶縁した状態を連続的に保持するP + 型ア
ノード領域18をP+ 型ゲート領域16の深度よりも深
い深度にまで半導体チップ11の周辺部に周回状に形成
するとともに、P+ 型アノード領域18の表面にアノー
ド電極24を周回状に設置し、さらに、N+ 型ソース領
域16の表面に設置されているソース電極21(ソース
・パッド23)とアノード電極24とを短絡して成るこ
とを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に係るもの
であり、特には、半導体チップの上層周辺部にツェナー
・ダイオードが設けられた静電誘導トランジスタやバイ
ポーラ型トランジスタ等の半導体装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、静電誘導トランジスタ(以下、
単にSITという)や、バイポーラ型トランジスタ等の
半導体装置の耐圧特性を向上させるなどの目的から、半
導体チップにおける有効半導体領域の外周部にガードリ
ングと呼ばれる半導体領域を設けることが行われてい
る。
【0003】図4は、上記のようなガードリングが設け
られた従来のSITを構成する半導体チップの、外周部
付近の内部構造を示す断面図である。同図に示すよう
に、この従来のSITを構成する半導体チップ41は、
+ 型シリコン基板42と、このN+ 型シリコン基板4
2の上方にエピタキシャル成長を施して形成されるN-
型エピタキシャル層43とを母体にして構成されてい
る。そして、半導体チップ41の上方には、N- 型エピ
タキシャル層43の表面を酸化して形成されるシリコン
酸化膜44が形成されている。このシリコン酸化膜44
の形成と除去とを繰り返しながら上方からイオン打込み
等を選択的に施すことにより、N- 型エピタキシャル層
43の上層には、P型不純物を低濃度に含有して成るP
- 型チャネル領域45と、P型不純物を高濃度に含有し
て成るP+ 型ゲート領域46と、P型不純物を高濃度に
含有して成るP+ 型ガードリング領域47とが、半導体
チップ41の平面外周方向に対して深度が段階的に深く
なるように連続的に形成されている。また、P- 型チャ
ネル領域45の上層には、上例と同様のイオン打込み等
により、N型不純物を高濃度に含有して成るN+ 型ソー
ス領域48が形成されている。
【0004】このように、有効半導体領域(P- 型チャ
ネル領域45、P+ 型ゲート領域46及びN+ 型ソース
領域48)とともに、ガードリング(P+ 型ガードリン
グ領域47)が形成された半導体チップ41には、真空
蒸着等の手法により、そのシリコン酸化膜44の開口部
から露出するP+ 型ゲート領域46とP+ 型ガードリン
グ領域47との表面及びその周辺に対して、例えばアル
ミニウムでゲート電極49が選択的に設置されており、
同じく、シリコン酸化膜44の開口部から露出するN+
型ソース領域48の表面及びその周辺に対して、例えば
アルミニウムでソース電極50が設置されている。ま
た、N+ 型シリコン基板42の裏面一帯には、上例と同
様の真空蒸着等の手法によってドレイン電極51が設置
されており、これにより、SITとしての機能を具備す
る半導体チップ41が得られることになる。
【0005】ここで、P+ 型ガードリング領域47は有
効半導体領域の何れの深度よりも深い深度で形成されて
おり、しかも、P+ 型ガードリング領域47とN- 型エ
ピタキシャル層43との界面にはPN接合によるツェナ
ー・ダイオード52が形成されている。例えば、このS
ITの耐圧特性の良否を判断するためにゲート・ソース
間を接続して接地し、ドレインに正電圧を印加してドレ
イン・ソース間のブレーク・ダウン電圧(BVDSS )の
測定を行った場合、そのときのブレーク・ダウン電流は
点線矢印Aに示す経路を優先的に流れるようになる。す
なわち、P+ 型ガードリング領域47は、ブレーク・ダ
ウン電流が主電流路を成すドレイン・ソース間を直接的
に流れるのを抑制するよう作用し、これにより、このS
ITの耐圧特性の向上が図られるようになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たSITにおけるドレイン・ソース間のブレーク・ダウ
ン電圧(BVDSS )の測定例では、ブレーク・ダウン電
流がドレイン・ソース間を直接的に流れるのは効果的に
抑制されるものの、時として、P+ 型ガードリング領域
47を流れるブレーク・ダウン電流の一部が点線矢印B
に示す経路を流れ、結果的に、ブレーク・ダウン電流が
ドレイン・ソース間を間接的に流れてしまうことにな
る。この点線矢印Bに示す経路、すなわち、P+ 型ゲー
ト領域46からP- 型チャネル領域45を介してN+
ソース領域48に瞬時に流れ込む不要なブレーク・ダウ
ン電流によってSITのソース接合が破壊され、またゲ
ート・ソース間の耐圧特性も損なわれ、素子全体の耐圧
特性が著しく劣化してしまう結果となる。
【0007】また、上記SITを逆接続しドレインを接
地してソースに正電圧を印加したような場合の素子耐圧
は、ブレーク・ダウン電圧(BVSDO )の測定時と同様
となる。一般に、SITは、ブレーク・ダウン電圧が、
BVDSS ≫BVSDO という関係にあり、この場合耐圧が
低くなった状態と同様であるから素子が破壊されてしま
う結果となる。
【0008】そして、これらの現象は、上述したSIT
の例と同等な構造、すなわち、半導体チップの上層に有
効半導体領域とガードリングとを隣接させて設けた構造
のバイポーラ型トランジスタについても同様に起こりう
るものである。
【0009】本発明は、こうした実情に鑑みて為された
ものであり、その課題は、耐圧測定時に主電流路への不
要な電流の流入を抑制して耐圧特性が向上するように
し、また逆接続時に素子破壊を免れるようにすることで
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、第1の導電型
を成す半導体チップの上層要部に、それぞれ所定の導電
型を成す複数の有効半導体領域を所定の深度にまで形成
するとともに、これら複数の有効半導体領域の表面にそ
れぞれ所定の電極を設置して成り、複数の有効半導体領
域と半導体チップの下層部とを通る電流路が形成された
半導体装置において、半導体チップの上層外周部に、複
数の有効半導体領域の何れとも絶縁した状態を連続的に
保持する第2の導電型を成すアノード領域を複数の有効
半導体領域の何れの深度よりも深い深度にまで周回状に
形成するとともに、アノード領域の表面にアノード電極
を周回状に設置し、さらに、複数の有効半導体領域のう
ち第1の導電型を成す有効半導体領域の表面に設置され
ている電極とアノード電極とを短絡して成ることを特徴
とするものである。
【0011】また、本発明は、複数の有効半導体領域と
アノード電極との絶縁を、両者の間に第1の導電型を成
す半導体チップの上層領域を介在させて行うことを特徴
とするものである。
【0012】さらに、本発明は、前記複数の有効半導体
領域と前記アノード電極との絶縁は、両者の間に第2の
導電型の高抵抗半導体領域を介在させて行うことを特徴
とするものである。
【0013】さらにまた、本発明は、前記複数の有効半
導体領域と前記アノード電極との絶縁は、前記第2の導
電型を成す有効半導体領域の表面に設置されている電極
と前記アノード電極との間にポリシリコン層を介在させ
て行うことを特徴とするものである。
【0014】
【作用】本発明においては、まず、第1の導電型を成す
半導体チップの上層外周部に、複数の有効半導体領域の
何れとも絶縁した状態を連続的に保持する第2の導電型
を成すアノード領域を複数の有効半導体領域の何れの深
度よりも深い深度にまで周回状に形成するとともに、ア
ノード領域の表面にアノード電極を周回状に設置するこ
とにより、耐圧測定時において半導体チップ自身と複数
の有効半導体領域とによって構成される主電流路への不
要な電流の流入が抑制される。従って、素子全体の耐圧
特性が向上される。
【0015】さらに、複数の有効半導体領域のうち第1
の導電型を成す有効半導体領域の表面に設置されている
電極とアノード電極とを短絡することにより、半導体装
置の逆接続時においては、電流がアノード領域から第1
の導電型を成す半導体チップの領域へと流れ、最終的に
該半導体チップの下層に形成された電極を介して装置の
外部に放出されるようになる。従って、素子破壊から免
れる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら詳細に説明する。なお、以下の実施例において
は、本発明をSITに適用した例をとって説明する。
【0017】まず、図1は、本発明の第1の実施例のS
ITを構成する半導体チップの構造を示す図であり、
(a) は半導体チップの外周部付近の内部構造を示す断面
図、(b) は(a) の半導体チップの表面全体の構造を示す
概略的な平面図、(c) は(a) の半導体チップに構成され
るSITの等価回路である。
【0018】同図に示すように、第1の実施例のSIT
を構成する半導体チップ11は、従来と同様に、N+
シリコン基板12と、このN+ 型シリコン基板12の上
方にエピタキシャル成長を施して形成されるN- 型エピ
タキシャル層13とを母体にして構成されている。そし
て、半導体チップ11の上方には、N- 型エピタキシャ
ル層13の表面を酸化して成るシリコン酸化膜14が形
成されている。このシリコン酸化膜14の形成と除去と
を繰り返しながら上方からイオン打込み等を選択的に施
すことにより、以下に示すような各種半導体領域がN-
型エピタキシャル層13の上層に形成されることにな
る。
【0019】すなわち、N- 型エピタキシャル層13の
上層要部には、P型不純物を低濃度に含有して成るP-
型チャネル領域15が所定の深度にまで形成されてお
り、さらに、このP- 型チャネル領域15の側方には、
P型不純物を高濃度に含有して成るP+ 型ゲート領域1
6がP- 型チャネル領域15の深度よりも深い深度にま
で形成されている。また、P- 型チャネル領域15の上
層には、N型不純物を高濃度に含有して成るN+ 型ソー
ス領域17が所定の深度にまで形成されている。そし
て、以上により、半導体チップ11自身の上層要部に、
このSITの主電流路を構成するための有効半導体領域
が形成される。
【0020】一方、N- 型エピタキシャル層13の上層
外周部には、P型不純物を高濃度に含有して成るP+
アノード領域18がP+ 型ゲート領域16の深度よりも
深い深度にまで周回状に形成されている。しかも、この
+ 型アノード領域18は、P+ 型ゲート領域16と絶
縁した状態を連続的に保持しており、そのP+ 型ゲート
領域16とP+ 型アノード領域18との絶縁は、両者の
間にN- 型エピタキシャル層13の上層の一部を介在さ
せて行っている。そして、このP+ 型アノード領域18
を形成することにより、その下面には、N- 型エピタキ
シャル層13とのPN接合によるツェナー・ダイオード
19が構成される。
【0021】このように、有効半導体領域とともにP+
型アノード領域18が形成された半導体チップ11に
は、真空蒸着等の手法により、そのシリコン酸化膜14
の開口部から露出するP+ 型ゲート領域16とN+ 型ソ
ース領域17との表面及びその周辺に対し、各々例えば
アルミニウムでゲート電極20とソース電極21とが選
択的に設置されている。
【0022】また、シリコン酸化膜14の開口部から露
出するP+ 型アノード領域18の表面及びその周辺に
は、同じく真空蒸着等の手法により、例えばアルミニウ
ムでアノード電極24が周回状に設置されている。上記
において、ツェナー・ダイオード19のアノード電極2
4とソース電極21とは短絡されている。
【0023】ここで、同図(b) において、斜線で示され
るように、ツェナー・ダイオード19は半導体チップ1
1の周辺部に形成され、ゲート電極20の一部にはゲー
ト・パッド22が設けられるとともに、アノード電極2
4とソース電極21との短絡部分の一部にはソース・パ
ッド23が設けられている。
【0024】そして、N+ 型シリコン基板12の裏面一
帯には、同じく真空蒸着等の手法によってドレイン電極
25が設置され、これにより、SITとしての機能を具
備する半導体チップ11が得られることになる。
【0025】従って、本実施例においては、半導体チッ
プ11に構成されるSITの等価回路は、図1(c) に示
されるものとなる。即ち、ドレイン(D)・ソース
(S)間にツェナー・ダイオード19が接続される構成
である。
【0026】ここで、例えば、上記SITの耐圧特性の
良否を判断するために、ドレイン・ソース間のブレーク
・ダウン電圧(BVDSS )の測定を行った場合、そのと
きのブレーク・ダウン電流は、P+ 型アノード領域18
の内側(図では右側)に位置する高抵抗半導体領域とし
てのN- 型エピタキシャル層13の作用によってその経
路が制限されることから、ツェナー・ダイオード19か
らアノード電極24までの経路のみを定常的に流れるよ
うになり、以下、アノード電極24に短絡するソース電
極21とソース・パッド23からアルミ・ワイヤー(図
示せず)を介して装置の外部に効果的に放出されるよう
になる。その結果、従来問題となっていたゲート・ソー
ス間の不要なブレーク・ダウン電流は流れなくなるの
で、その不要なブレーク・ダウン電流に起因して生じる
ゲート・ソース間の耐圧特性の劣化も全面的に解消され
るようになり、これに伴い、このSITの全体の耐圧特
性が飛躍的に向上するようになる。
【0027】また、上記SITが逆接続されて、ソース
に正の電圧が印加された場合には、ソース電極21とア
ノード電極24とは短絡されているから、P+ 型アノー
ド領域18とN- 型エピタキシャル層13とのPN接合
によるツェナー・ダイオード19には順方向電流が流れ
る。そのため、従来のSITで生じていたソース・ドレ
イン間に逆方向電圧が印加されることにより生じる素子
の破壊は起こらなくなる。
【0028】次に、図2は、本発明の第2の実施例のS
ITを構成する半導体チップの構造を示す図であり、
(a) は半導体チップの外周部付近の内部構造を示す断面
図、(b) は(a) の半導体チップに形成されるSITの等
価回路である。
【0029】なお、この第2の実施例の構成は第1の実
施例の構成とほぼ同様であり、その動作は第1の実施例
の動作と全く同様であるので、ここでは第1の実施例と
相違する構成のみを説明する。また、図2においては、
図1において示される部位と同一の部位を表すものにつ
いて同一の符号を付してある。
【0030】同図に示すように、第2の実施例に係るS
ITを構成する半導体チップ11では、先の第1の実施
例とは異なり、P+ 型ゲート領域16とP+ 型アノード
領域18との絶縁を、P型不純物を低濃度に含有して成
る高抵抗半導体領域としてのP- 型アイソレーション領
域26を介在させて行っている。そして、このP- 型ア
イソレーション領域26の深度は、図でも明らかなよう
に、導電型及び不純物濃度がP- 型アイソレーション領
域26のそれと同等なP- 型チャネル領域15の深度と
等しいものとなっている。
【0031】また、本実施例においては、半導体チップ
11に構成されるSITの等価回路は、図2(b) に示さ
れるものとなる。即ち、ドレイン(D)・ソース(S)
間にツェナー・ダイオード19が接続され、ゲート
(G)・ソース(S)間に上記P - 型アイソレーション
領域26による抵抗R26が接続される構成である。
【0032】ここで、P- 型アイソレーション領域26
は、P- 型チャンネル領域15と同時に形成することが
可能なものであり、その形成のための新たな工程は特に
必要とされない。そして、このようなP- 型アイソレー
ション領域26を有するSITにおいて、ドレイン・ソ
ース間のブレーク・ダウン電圧(BVDSS )の測定を行
った場合にも、勿論、先の第1の実施例と同様な原理に
より、不要なブレーク・ダウン電流に起因して生じるゲ
ート・ソース間の耐圧特性の劣化が全面的に解消され、
このSITの全体の耐圧特性が向上するようになる。
【0033】また、上記SITが逆接続された場合で
も、ツェナー・ダイオード19には順方向電流が流れ、
SITのソース・ドレイン間に逆方向電圧が印加される
ことによって生じる素子の破壊から免れるようになる。
【0034】次に、図3は、本発明の第3の実施例のS
ITを構成する半導体チップの構造を示す図であり、
(a) は半導体チップの外周部付近の内部構造を示す断面
図、(b) は(a) の半導体チップに形成されるSITの等
価回路である。
【0035】なお、この第3の実施例の構成も第1の実
施例の構成とほぼ同様であり、その動作は第1の実施例
の動作と全く同様であるので、ここでは第1の実施例と
相違する構成のみを説明する。また、図3においても、
図1において示される部位と同一の部位を表すものにつ
いて同一の符号を付してある。
【0036】同図に示すように、第3の実施例に係るS
ITを構成する半導体チップ11では、先の第1の実施
例とは異なり、P+ 型ゲート領域16とP+ 型アノード
領域18との絶縁を、該両領域16,18上のシリコン
酸化膜14上にポリシリコン層27を設置し、該ポリシ
リコン層27でゲート電極20とアノード電極24の一
部を接続することで行っている。
【0037】また、本実施例においては、半導体チップ
11に構成されるSITの等価回路は、図3(b) に示さ
れるものとなる。即ち、ドレイン(D)・ソース(S)
間にツェナー・ダイオード19が接続され、ゲート
(G)・ソース(S)間に上記ポリシリコン層27によ
る抵抗R27が接続される構成である。
【0038】ここで、ポリシリコン層27は、図示して
いないがN+ 型ソース領域17上に形成されるポリシリ
コン層と同時に形成することが可能なものであり、その
形成のための新たな工程は特に必要とされない。そし
て、このようなポリシリコン層27を有するSITにお
いて、ドレイン・ソース間のブレーク・ダウン電圧(B
DSS )の測定を行った場合にも、勿論、先の第1の実
施例と同様な原理により、不要なブレーク・ダウン電流
に起因して生じるゲート・ソース間の耐圧特性の劣化が
全面的に解消され、このSITの全体の耐圧特性が向上
するようになる。
【0039】また、上記SITが逆接続された場合で
も、ツェナー・ダイオード19には順方向電流が流れ、
SITのソース・ドレイン間に逆方向電圧が印加される
ことによって生じる素子の破壊から免れるようになる。
【0040】このように、上記の何れの実施例において
も、半導体チップの周辺部及びソース電極(パッド)下
部にツェナー・ダイオードを設ける構成となっている。
このため、半導体チップの面積を増大させずにツェナー
・ダイオードの面積を大きくとれることになってツェナ
ー・ダイオードの電圧VF を小さくでき、逆バイアス時
の熱損失W=VF ・IF を小さくできる利点を有してい
る。
【0041】以上、本発明をSITに適用した例を挙げ
て説明したが、本発明の適用が可能な範囲は、本実施例
のように、主電流路の一部を成すドレインを半導体チッ
プの裏面側に形成したSITだけでなく、勿論、そのド
レインを埋め込み層によって形成した他のSITにも及
ぶものであり、また表面ゲート型に限らず埋め込みゲー
ト型のSITにも及ぶものである。
【0042】さらに、本発明は、この種のSITへの適
用に限定されるものではなく、これと基本的に同等な構
造、すなわち、半導体チップの上層に有効半導体領域と
ガードリングとを隣接させて設けた構造を有するバイポ
ーラ型トランジスタに対しても勿論適用可能である。
【0043】また、導電型が反対の半導体装置にも勿論
適用可能である。
【0044】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、耐圧測定時において半導体チップ自身と複数の
有効半導体領域とによって構成される主電流路への不要
な電流の流入が抑制されて耐圧特性の向上が図られる。
さらに、逆接続時においては電流がアノード領域から第
1の導電型を成す半導体チップ領域へと流れて装置の外
部に放出されることから、素子破壊から免れることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のSITを構成する半導
体チップの構造を示す図であり、(a) は半導体チップの
外周部付近の内部構造を示す断面図、(b) は(a) の半導
体チップの表面全体の構造を示す概略的な平面図、(c)
は(a) の半導体チップに構成されるSITの等価回路で
ある。
【図2】本発明の第2の実施例のSITを構成する半導
体チップの構造を示す図であり、(a) は半導体チップの
外周部付近の内部構造を示す断面図、(b) は(a) の半導
体チップに構成されるSITの等価回路である。
【図3】本発明の第3の実施例のSITを構成する半導
体チップの構造を示す図であり、(a) は半導体チップの
外周部付近の内部構造を示す断面図、(b) は(a) の半導
体チップに構成されるSITの等価回路である。
【図4】従来のSITを構成する半導体チップの外周部
付近の内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
11 半導体チップ 13 N- 型エピタキシャル層 15 P- 型チャネル領域 16 P+ 型ゲート領域 17 N+ 型ソース領域 18 P+ 型アノード領域 20 ゲート電極 21 ソース電極 22 ゲート・パッド 23 ソース・パッド 24 アノード電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03K 17/08 Z 9184−5J

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の導電型を成す半導体チップの上層
    要部に、それぞれ所定の導電型を成す複数の有効半導体
    領域を所定の深度にまで形成するとともに、該複数の有
    効半導体領域の表面にそれぞれ所定の電極を設置して成
    り、前記複数の有効半導体領域と前記半導体チップの下
    層部とを通る電流路が形成された半導体装置において、 前記半導体チップの上層外周部に、前記複数の有効半導
    体領域の何れとも絶縁した状態を連続的に保持する第2
    の導電型を成すアノード領域を前記複数の有効半導体領
    域の何れの深度よりも深い深度にまで周回状に形成する
    とともに、前記アノード領域の表面にアノード電極を周
    回状に設置し、さらに、前記複数の有効半導体領域のう
    ち第1の導電型を成す有効半導体領域の表面に設置され
    ている電極と前記アノード電極とを短絡して成ることを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記複数の有効半導体領域と前記アノー
    ド電極との絶縁は、両者の間に前記第1の導電型を成す
    半導体チップの上層領域を介在させて行うことを特徴と
    する請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記複数の有効半導体領域と前記アノー
    ド電極との絶縁は、両者の間に第2の導電型の高抵抗半
    導体領域を介在させて行うことを特徴とする請求項1記
    載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記複数の有効半導体領域と前記アノー
    ド電極との絶縁は、前記第2の導電型を成す有効半導体
    領域の表面に設置されている電極と前記アノード電極と
    の間にポリシリコン層を介在させて行うことを特徴とす
    る請求項1記載の半導体装置。
JP4096432A 1992-04-16 1992-04-16 半導体装置 Withdrawn JPH05299667A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3147726A1 (fr) 2015-09-24 2017-03-29 ETA SA Manufacture Horlogère Suisse Dispositif d'affichage d'horlogerie comportant un afficheur a fort balourd

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