JPH08148684A - 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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JPH08148684A
JPH08148684A JP28509494A JP28509494A JPH08148684A JP H08148684 A JPH08148684 A JP H08148684A JP 28509494 A JP28509494 A JP 28509494A JP 28509494 A JP28509494 A JP 28509494A JP H08148684 A JPH08148684 A JP H08148684A
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JP
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region
semiconductor substrate
diffusion region
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main surface
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JP28509494A
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Hitoshi Yamaguchi
仁 山口
Yasuhiro Mochizuki
康広 望月
Keimei Himi
啓明 氷見
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電圧の加え方に関わらずに電界効果型トランジ
スタの高耐圧化を図ることを目的とする。 【構成】Si基板11と、この基板11上にSi酸化膜
12によって取り囲まれたN型の島状領域13と、この
島状領域13内に設けられたP型のウェル16、17、
上記ウェル内に設けられたN型のソース領域18と、ゲ
ート電極Gとを具備した電界効果型トランジスタが形成
される半導体装置において、島状領域13の底部にP型
の電界緩和用の拡散領域22を設けたことを特徴として
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、SOI(Silicon On
Insulation)構造を有する高耐圧型の半導体装置及びそ
の製造方法に係り、特にフラットパネルディスプレイと
りわけエクレトロルミネッセンス(EL)ディスプレイ
やプラズマディスプレイ等に用いられる高電圧で複数の
出力段を有する駆動用ICを構成する高耐圧型の半導体
装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、耐圧の向上が図られた電界効果型
トランジスタ(以下、MOSトランジスタと称する)と
して、図6に示すようにゲートGとドレインD間に厚い
酸化膜(LOCOS酸化膜)を形成し、ゲート、ドレイ
ン間の電界を緩和するようにしたものがある。すなわ
ち、図6はNチャンネルの電界効果型トランジスタであ
り、P+型半導体基板61上にはN-型半導体領域62が
形成されており、N-型半導体領域62の一部にはP+
半導体基板61に達するPウェル63が形成されてい
る。このPウェル63内にはソースとして作用するN+
型半導体領域64とP+型半導体領域65とが形成さ
れ、これらN+型半導体領域64及びP+型半導体領域6
5の両表面と接触するようにソース電極Sが形成されて
いる。上記N-型半導体領域62内にはドレイン取り出
し用のN+型半導体領域66が形成され、このN+型半導
体領域66の表面と接触するようにドレイン電極Dが形
成されている。上記N+型半導体領域64とN-型半導体
領域62との間に位置する上記ウェル63の表面上には
ゲート絶縁膜を介してゲート電極Gが形成されている。
さらに、上記ゲート電極Gと上記N+型半導体領域66
との間のN-型半導体領域62の表面には、素子耐圧の
向上を図るための厚い酸化膜67が形成されている。
【0003】また、図6のMOSトランジスタをSOI
構造、すなわち絶縁分離型構造のものに採用したものと
して従来、図7に示すものが知られている。すなわち、
図7において、71はP型もしくはN型の半導体基板で
あり、この基板71上には埋め込み酸化膜72によって
取り囲まれ、他の部分と絶縁分離されたN-型の島状領
域73が形成されている。この島状領域73にはPウェ
ル74及びこのPウェル74と重なり、このPウェル7
4よりも浅いチャンネル用Pウェル75が形成されてい
る。上記チャンネル用Pウェル75内にはソースとして
作用するN+型半導体領域76とP+型半導体領域77と
が形成され、これらN+型半導体領域76及びP+型半導
体領域77にはソース電極Sが形成されている。上記N
-型の島状領域73内にはドレイン取り出し用のN+型半
導体領域78が形成され、このN+型半導体領域78に
はドレイン電極Dが形成されている。上記N+型半導体
領域76と島状領域73との間に位置する上記チャンネ
ル用Pウェル75の表面上にはゲート電極Gが形成され
ている。さらに、上記ゲート電極Gと上記N+型半導体
領域78との間の島状領域73の表面には、素子耐圧の
向上を図るための厚い酸化膜79が形成されている。
【0004】上記図7に示すような構造のMOSトラン
ジスタを半導体基板に複数個集積化した場合の構成を図
8に示す。なお、図8において、上記図7と対応する箇
所には同じ符号を付してその説明は省略する。図8では
2個のNチャンネルMOSトランジスタのみが示されて
いる。図中左側のMOSトランジスタのソースには負極
性の高電圧−HVが印加され、ドレインは負荷を介して
アース電位GNDに接続されている。また、図中右側の
MOSトランジスタのソースはアース電位GNDに接続
され、ドレインには負荷を介して正極性の高電圧+HV
が印加されている。
【0005】ここで、図8から分かるように、Nチャン
ネルMOSトランジスタのドレイン側に正極性の高電圧
を印加した場合には、図の右側部分に示すように等電位
線が十分に広がって埋め込み酸化膜による電界緩和効果
が得られている。
【0006】上記のように高耐圧のMOSトランジスタ
が必要とされる分野の一つにフラットパネルディスプレ
イ駆動用ICの分野がある。とりわけELディスプレイ
やプラズマディスプレイおよび強誘電性液晶表示器駆動
用のICには、ディスプレイの性能向上のために高耐圧
素子が必要とされる。例えばELディスプレイの高輝度
化、駆動回路の簡略化等の高性能化のためには、ドライ
バICの高耐圧化、出力電圧の3ステート化(出力電圧
の極性として+、−、0の3状態をとる)が極めて有効
である。すなわち、高耐圧化することで発光素子のオン
状態とオフ状態の電圧差が大きく設定できるので、発光
時と非発光時のコントラストが大きくでき、3ステート
化により簡単な回路で交流駆動が実現でき、輝度の経時
劣化の防止や駆動に伴って発生する振動音の防止が可能
になるのである。さらにそれに加えて、消費電力を下げ
るという要求からNチャンネルの高耐圧MOSトランジ
スタとPチャンネルの高耐圧MOSトランジスタとを相
補的に組み合わせて用いることが要求される。
【0007】しかしながら、従来の技術でELディスプ
レイ駆動用のICを構成しようとすると次のような問題
点がある。まず、3ステートであるところから、用いる
高耐圧素子は正極性の高電圧(基板、ソースがアース電
位GNDでドレインが正極性の高電圧)に耐えると共に
負極性の高電圧(基板、ドレインがアース電位GNDで
ソースが負極性の高電圧)にも耐える必要がある。この
ような要求に対し図7に示す構造でドライバICを構成
しようとすると、図8の右側部分に示すように正極性の
高電圧に対しては確かに等電位線が広がって埋め込み酸
化膜による電界緩和効果が現れるが、負極性の高電圧に
対しては図8の左側部分に示すようにソース近傍のPN
接合界面で等電位線が密になって電界が集中し、必要な
高耐圧が得られなくなるという問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このように高耐圧化が
図られた従来の半導体装置では電圧の加え方によって装
置内部で電界の集中が起こり、必要な高耐圧が得られな
くなるという不都合が生じる。
【0009】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、電圧の加え方に関わら
ずに電界効果型トランジスタの高耐圧化を図ることがで
きる半導体装置及びその製造方法を提供することであ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置
は、半導体基板と、上記半導体基板上に絶縁体層で囲ま
れた第1導電型の島状領域と、上記島状領域内に設けら
れた第2導電型のウェル領域と、上記ウェル領域内に設
けられた第1導電型の第1拡散領域と、上記第1拡散領
域と上記島状領域との間に位置する上記ウェル領域表面
上に設けられたゲート電極とを具備し、上記島状領域を
ドレイン、第1拡散領域をソース、ウェル領域の一部を
チャンネルとする電界効果型トランジスタが形成される
半導体装置において、上記島状領域の底部に第2導電型
の電界緩和用拡散領域を設けた具備したことを特徴とす
る。
【0011】この発明の半導体装置の製造方法は、第1
導電型の第1の半導体基板の主面側に第2導電型の拡散
領域を形成する工程と、上記第1の半導体基板の主面側
に素子分離用の溝を形成する工程と、上記溝の内部を含
む上記第1の半導体基板の主面側に酸化膜を形成する工
程と、上記溝の内部を含む第1の半導体基板の主面側に
多結晶シリコン層を形成する工程と、上記第1の半導体
基板の主面側を研磨する工程と、上記第1の半導体基板
の主面側に第2の半導体基板を接合する工程と、上記第
1の半導体基板を主面と対向する面から研磨することに
よって第1の半導体基板を所定の厚さにして素子形成面
とする工程とを具備したことを特徴とする。
【0012】この発明の半導体装置の製造方法は、第1
導電型の第1の半導体基板の主面側の第1の素子形成予
定領域に電界緩和用の第2導電型の第1の拡散領域を形
成する工程と、上記第1の半導体基板の主面側の第2の
素子形成予定領域に電界緩和用の拡散領域形成予定領域
を残して第2導電型の第2の拡散領域を形成する工程と
を具備したことを特徴とする。
【0013】
【作用】この発明の半導体装置では、島状領域の底部に
第2導電型の電界緩和用拡散領域を設けることにより、
ソースに負極性の高電圧を印加した場合でもこの負極性
の高電圧に対しても電界緩和効果が現れてソース近傍の
PN接合界面に電界が集中することなく、必要な高耐圧
が得られるようになる。
【0014】上記の電界緩和用拡散領域を形成するため
には、2枚の半導体基板の接合に先立って一方の半導体
基板の所定の場所に必要な拡散層を形成しておき、半導
体基板の接合後に一方の半導体基板の電界緩和用拡散領
域の形成面とは反対面を研磨し、素子形成面とする。
【0015】
【実施例】以下図面を参照してこの発明を実施例により
説明する。図1はこの発明をSOI構造のNチャンネル
高耐圧LDMOS(Lateral Double Diffused MOS )ト
ランジスタに実施した場合の素子構造を示す断面図であ
る。図1において、11はP型もしくはN型のSi半導
体基板である。この基板11上には、周囲が0.5μm
以上の厚みのSi酸化膜12によって取り囲まれ、他の
部分とは電気的に絶縁分離されたN型の島状領域13が
設けられている。この島状領域13の厚さは1μm以上
であり、上層は高耐圧MOSトランジスタのドレインと
なる比較的高濃度のドリフト層(drift −N)14から
なり、下層はドリフト層14よりも低濃度のN型の層1
5からなる。
【0016】上記島状領域13にはPウェル(Pwell)
16が上記N型の層15に達するように形成されてい
る。さらに島状領域13内の上記Pウェル16に対して
自己整合的な位置には、Pウェル16よりも浅いチャン
ネル用Pウェル(chPwell)17が形成されている。上
記チャンネル用Pウェル17内にはN+のソース拡散領
域18と、チャンネル用Pウェル17から電極を取るた
めのP+型拡散領域19とが形成されている。上記ソー
ス拡散領域18及びP+型拡散領域19の両表面にはソ
ース電極Sが形成されている。また、上記ドリフト層1
4内にはドレイン電極を取るためのN+型拡散領域20
が形成されており、このN+型拡散領域20にはドレイ
ン電極Dが形成されている。上記N+型拡散領域18と
ドリフト層14との間に位置する上記チャンネル用Pウ
ェル17の表面上にはゲート電極Gが形成されている。
さらに、上記ゲート電極Gと上記N+型拡散領域20と
の間のドリフト層14の表面には、素子耐圧の向上を図
るための厚いLOCOS酸化膜21が形成されている。
【0017】さらに、上記島状領域13内のN型の層1
5と接したSi酸化膜12上には電界緩和用のP型の埋
め込み拡散領域22が形成されている。この埋め込み拡
散領域22は上記Pウェル16及びチャンネル用Pウェ
ル17から離れた位置に、例えばピーク濃度が1×10
16cm-3、埋め込み酸化膜12からの這い上がりが6μ
m、幅が5μmで形成されている。
【0018】上記のような構造のNチャンネルMOSト
ランジスタにおいて、従来で問題になっていた、ソース
に負極性の高電圧−HVを印加し、ドレインは負荷を介
してアース電位GNDに接続して使用する場合を説明す
る。基板11及びドレインをアース電位GNDに接続
し、ソースに負極性の高電圧を印加すると、ソース(N
+型拡散領域18)と同電位のPウェル16及びチャン
ネル用Pウェル17と、ドリフト層14との間には空乏
層が広がる。さらにソース電圧を上げていき、この空乏
層が埋め込み拡散領域22に到達すると、空乏層はこの
埋め込み拡散領域22における空乏層が到達した箇所と
は反対側の端まで広がり、その結果、空乏層内の電界が
大幅に低減する。
【0019】図2はこの発明をSOI構造のPチャンネ
ル高耐圧LDMOSトランジスタに実施した場合の素子
構造を示す断面図である。Pチャンネルの場合、図1の
Nチャンネルのものと比べて異なる点はNとPの導電型
を入れ替えただけである。すなわち、N型の島状領域1
3はP型の島状領域33に、N型のドリフト層14はP
型のドリフト層(drift −P)34に、N型の層15は
P型の層35に、Pウェル16はNウェル(Nwell)3
6に、チャンネル用Pウェル17はチャンネル用Nウェ
ル(chNwell)37に、N+のソース拡散領域18はP+
のソース拡散領域38に、P+型拡散領域19はN+型拡
散領域39に、N+型拡散領域20はP+型拡散領域40
に、P型の埋め込み拡散領域22はN型の埋め込み拡散
領域42にそれぞれ変更されている。
【0020】図3の(A)は上記図1の実施例装置にお
いて、ソースに負極性の高電圧を印加したときの電位分
布状態を示したものであり、上記のように空乏層内の電
界が大幅に低減することにより、素子表面の電位分布に
ついても素子底部の電位分布に引っぱられ電界緩和の効
果が働く。なお、図3の(B)は同じ電圧条件のときに
埋め込み拡散領域22が設けられていない従来装置の電
位分布状態を示したものである。両者を比べてみると、
埋め込み拡散領域22が設けられている場合の方が等電
位線が十分に広がり、電界緩和効果が得られていること
が理解できる。
【0021】なお、このとき、ドリフト層14は比較的
高濃度にすることができるので、トランジスタがオンし
たときのオン抵抗は低い状態を維持したまま耐圧が向上
する。
【0022】図4はこの発明をSOI構造のCMOS高
耐圧LDMOSトランジスタに実施した場合の素子構造
を示す断面図である。ここで、Nチャンネル側のMOS
トランジスタについては図1と対応する箇所に付した同
じ符号を用い、Pチャンネル側のMOSトランジスタに
ついては図2と対応する箇所に付した同じ符号を用いて
その説明は省略する。ただし、NチャンネルMOSトラ
ンジスタのソース、ドレイン、ゲート電極はNS、N
D、NGで表し、PチャンネルMOSトランジスタのソ
ース、ドレイン、ゲート電極はPS、PD、PGで表し
た。
【0023】このような構造において、NチャンネルM
OSトランジスタのソースNSとSi半導体基板11は
共にアース電位GNDにされており、同電位であるが、
PチャンネルMOSトランジスタのソースPSは電源電
圧であり、Si半導体基板11とは異なる電位である。
この場合、本発明はPチャンネルMOSトランジスタの
高耐圧化により有効となる。逆にPチャンネルMOSト
ランジスタのソースPSとSi半導体基板11が共にア
ース電位で、NチャンネルMOSトランジスタのソース
NSが負極性の電源電圧の場合に適用できる。この場合
に本発明はNチャンネルMOSトランジスタの高耐圧化
により有効である。
【0024】次にNチャンネル高耐圧LDMOSトラン
ジスタの製造方法について図5を用いて説明する。ま
ず、P(リン)の不純物濃度が1×1015cm-3で、表
面が(100)面を有するSi半導体基板51の鏡面側
に熱酸化法によりSi酸化膜52を0.1μmの厚さで
形成する。次にフォトリソグラフィー工程、ボロンイオ
ンの選択注入工程により、Si半導体基板51の所定位
置に電界緩和用のP型の埋め込み拡散領域53を形成す
る(図5(A))。
【0025】次に上記Si酸化膜52を除去した後、C
VD酸化膜の形成、フォトリソグラフィー工程、異方性
ドライエッチング技術により、まずCVD酸化膜を選択
的に除去し、続いて残ったCVD酸化膜をマスクにSi
半導体基板51を選択的にエッチングしてトレンチ
(溝)54を形成する。なお、このトレンチ54の幅及
び深さは各々1〜3μm及び10μm程度である。次に
基板をエッチングする際にマスクとして使用したCVD
酸化膜を除去した後、熱酸化法によりトレンチ54の内
周面を含む基板表面に0.5μmのSi酸化膜55を形
成し、さらに多結晶シリコン層56を堆積して上記トレ
ンチ54を埋め込む。その後、多結晶シリコン層56を
研磨して平坦化する(図5(B))。
【0026】次にP型もしくはN型で表面が(100)
面を有するSi半導体基板57を用意し、クリーンな状
態で公知の基板接着技術、例えば両方の基板を弗酸処理
によりフッ素終端させ、純水に浸漬することによりフッ
素原子をOH基に置換し、OH基どおしの水素結合によ
り接着する技術等を用いて、Si半導体基板57の鏡面
と先のSi半導体基板51の鏡面とが対向する状態で両
者を貼り合わせ、熱処理により一体化する。そして、こ
の一体化された基板のSi半導体基板51の先の鏡面と
は反対面を研削及び研磨して、Si半導体基板51の厚
さを例えば10μm程度に調整する(図5(C))。
【0027】これ以降は、Si半導体基板51の露出面
に対して周知技術の熱酸化法、イオン注入法、CVD
法、スパッタ法、フォトリソグラフィー工程、フォトエ
ッチング等の工程の繰り返しにより、Pウェル、チャン
ネルPウェル、ドリフト層、ソース拡散領域、電極を取
り出し用の拡散領域、LOCOS酸化膜、電極取り出し
用のコンタクトホール、電極及び配線、表面保護膜等を
形成し、図1のような構造のNチャンネル高耐圧LDM
OSトランジスタを得る。
【0028】ところで、電界緩和用の埋め込み拡散領域
53を形成し、さらに2枚のSi半導体基板を接合した
後のデバイス形成工程において各種拡散領域を形成する
際には埋め込み拡散領域53に対して位置合わせを行う
必要がある。そして、このような位置合わせにはトレン
チパターンを利用することができる。すなわち、このト
レンチパターンを基準にして各種拡散領域を形成するこ
とができ、トレンチパターンをマスク合わせのアライメ
ントマークとして用いることができる。
【0029】また、前記図4に示すようなCMOS高耐
圧LDMOSトランジスタを製造する場合には、Si半
導体基板51のNチャンネルMOSトランジスタの形成
予定領域に電界緩和用のP型の埋め込み拡散領域53を
形成し、他方、PチャンネルMOSトランジスタの形成
予定領域に電界緩和用の埋め込み拡散領域を形成する場
合にはNチャンネルMOSトランジスタ側のP型の埋め
込み拡散領域53に対応する領域を残してP型の拡散領
域(図4中に破線で示した領域)を形成すれば、N型の
埋め込み拡散領域を残すことができる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
電圧の加え方に関わらずに電界効果型トランジスタの高
耐圧化を図ることができる半導体装置及びその製造方法
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明をSOI構造のNチャンネル高耐圧L
DMOSトランジスタに実施した場合の素子構造を示す
断面図。
【図2】この発明をSOI構造のPチャンネル高耐圧L
DMOSトランジスタに実施した場合の素子構造を示す
断面図。
【図3】図1の実施例装置及び従来装置における電位分
布状態を示す図。
【図4】この発明をSOI構造のCMOS高耐圧LDM
OSトランジスタに実施した場合の素子構造を示す断面
図。
【図5】この発明のNチャンネル高耐圧LDMOSトラ
ンジスタを製造する際の工程を示す断面図。
【図6】従来のMOSトランジスタの断面図。
【図7】図6とは異なる従来のMOSトランジスタの断
面図。
【図8】図7のMOSトランジスタを半導体基板に複数
個集積化した場合の構成を示す断面図。
【符号の説明】
11…Si半導体基板、12…Si酸化膜、、13…島
状領域、14…ドリフト層(drift −N)、15…N型
の層、16…Pウェル(Pwell)、17…チャンネル用
Pウェル(chPwell)、18…N+のソース拡散領域、
19…P+型拡散領域、20…N+型拡散領域、21…L
OCOS酸化膜、22…電界緩和用のP型の埋め込み拡
散領域、33…P型の島状領域、34…P型のドリフト
層(drift −P)、35…P型の層、36…Nウェル
(Nwell)、37…チャンネル用Nウェル(chNwel
l)、38…P+のソース拡散領域、39…N+型拡散領
域、40…P+型拡散領域、42…N型の埋め込み拡散
領域、51…Si半導体基板、52…Si酸化膜、53
…P型の埋め込み拡散領域、54…トレンチ(溝)、5
5…Si酸化膜、56…多結晶シリコン層、57…Si
半導体基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/78 H01L 29/78 301 S

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、上記半導体基板上に絶縁
    体層で囲まれた第1導電型の島状領域と、上記島状領域
    内に設けられた第2導電型のウェル領域と、上記ウェル
    領域内に設けられた第1導電型の第1拡散領域と、上記
    第1拡散領域と上記島状領域との間に位置する上記ウェ
    ル領域表面上に設けられたゲート電極とを具備し、上記
    島状領域をドレイン、第1拡散領域をソース、ウェル領
    域の一部をチャンネルとする電界効果型トランジスタが
    形成される半導体装置において、上記島状領域の底部に
    第2導電型の電界緩和用拡散領域を設けた具備したこと
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 第1導電型の第1の半導体基板の主面側
    に電界緩和用の第2導電型の拡散領域を形成する工程
    と、上記第1の半導体基板の主面側に素子分離用の溝を
    形成する工程と、上記溝の内部を含む上記第1の半導体
    基板の主面側に酸化膜を形成する工程と、上記溝の内部
    を含む第1の半導体基板の主面側に多結晶シリコン層を
    形成する工程と、上記第1の半導体基板の主面側を研磨
    する工程と、上記第1の半導体基板の主面側に第2の半
    導体基板を接合する工程と、上記第1の半導体基板を主
    面と対向する面から研磨することによって第1の半導体
    基板を所定の厚さにして素子形成面とする工程とを具備
    したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 第1導電型の第1の半導体基板の主面側
    の第1の素子形成予定領域に電界緩和用の第2導電型の
    第1の拡散領域を形成する工程と、上記第1の半導体基
    板の主面側の第2の素子形成予定領域に電界緩和用の拡
    散領域形成予定領域を残して第2導電型の第2の拡散領
    域を形成する工程とを具備したことを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
JP28509494A 1994-11-18 1994-11-18 半導体装置及びその製造方法 Pending JPH08148684A (ja)

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