JPH09266303A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH09266303A
JPH09266303A JP8074524A JP7452496A JPH09266303A JP H09266303 A JPH09266303 A JP H09266303A JP 8074524 A JP8074524 A JP 8074524A JP 7452496 A JP7452496 A JP 7452496A JP H09266303 A JPH09266303 A JP H09266303A
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インテリジェント・パワー・デバイス(IP
D)、特に自己分離型のIPDに用いられるMOSコン
デンサの下部電極領域を工程数を増大させることなく形
成する。 【解決手段】 IPDの構成要素のひとつであるパワー
MOSFET1のpボディ151形成と同時に、このp
ボディ151とは別に隣接した2つのpボディ155を
さらに形成し、この2つのpボディ155の横方向の拡
散が重なり合った部分をMOSコンデンサ3の下部電極
とする。すなわち、この下部電極とその上のゲート酸化
膜172と、さらにその上のポリシリコンゲート電極1
82からなる上部電極とにより、MOSコンデンサ3を
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高耐圧パワー素子と
制御回路素子とをモノリシックに集積するパワーICに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】パワーICの開発は近年とみに活発化し
ている。絶縁分離技術に関しては特にpn接合分離や誘
電体分離技術の開発が多様化し、またデバイス技術に関
してはBi・MOS複合化によるデバイスの高性能化
や、高精度アナログCMOSも含めたマルチデバイスの
集積による高機能化が着実に進められている。また、各
種回路が集積されインテリジェント化が一段と進む一
方、低電圧制御回路部と高電圧出力回路部の電位差を解
消するレベルシフト回路技術の開発も活発である。ま
た、これらの要素技術を結集した多種多様なインテリジ
ェントパワーデバイス(以下IPDという)の開発例が
報告され、実用化が加速されている。IPDは、図3に
示すように要求性能や構造が大きく異なる素子を1チッ
プに搭載したパワーICである。図3はpn接合分離を
用いたパワーICであり、n+ 基板11の上のp層12
の内部にnウェル141,142,143が形成され、
それぞれのnウェルの内部にパワーMOSFET1、n
pnバイポーラトランジスタ2、MOSコンデンサ3が
形成されている。図3に示すようなIPDを作る場合、
多種類の素子を同時に形成するため、製品のコスト面か
ら考えてプロセスを極力共通化することが重要になる。
【0003】図4に図3に示した構造における、MOS
コンデンサ3部分の断面図を示す。この場合、MOSコ
ンデンサ3を形成するゲート酸化膜172は、チップ上
のパワートランジスタ1のゲート酸化膜171や図示を
省略した半導体基板11の他の領域に形成されたCMO
S等他のデバイスのゲート酸化膜の形成と同時に形成さ
れており、MOSコンデンサ3の上部電極182はパワ
ーMOSFET1のゲート電極181となるポリシリコ
ン層と同時に形成されている。また、下部電極139の
+ 領域はnpnバイポーラトランジスタ2のコレクタ
抵抗を低減させるためのn+ 埋め込み層132の取り出
し領域となるディープn+ 領域138の形成と同時に形
成されている。しかし、図3に示したpn接合分離技術
では、寄生pnpn素子に起因したラッチアップ発生の
危険性や、分離耐圧の上昇に伴う分離領域の増大といっ
た問題がある。また埋込酸化膜等による絶縁分離技術に
おいてはU溝形成や、U溝中への酸化膜の形成や、エッ
チバック等の平坦化の工程が必要で、工程が増大すると
いう欠点がある。
【0004】図5は、従来のIPDの他の例を示す。図
5の場合は図3の場合と異なりウェハの分離構造は自己
分離となり、何ら特別の素子分離領域の形式を必要とし
ない。すなわちパワーMOSFET1のドレイン領域と
なるn+ 基板11の上に形成されたn層31の上部にパ
ワーMOSFET1のpボディ151、nチャンネルM
OSFET4のpウェル153、およびMOSコンデン
サの下部電極となるp領域154が形成されているが、
素子分離用の拡散領域の形成や埋込絶縁膜の形成をしな
くてもよく、構造が簡単で、製造が容易という特徴があ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示したIPDの構造では素子分離領域が不要である特徴
を有するものの、図3の例の様にMOSコンデンサ3の
下部電極154にn型拡散層は使用できないため、p型
拡散層154を使用せざるを得ない。p型拡散層154
の代りにn型拡散層を用いると出力トランジスタである
パワーMOSFET1のn+ ドレイン領域11と共通に
なってしまうため不都合であるからである。
【0006】このp型拡散層154を他の拡散層の形成
と同時に形成しようとする場合、たとえば、nチャンネ
ルMOSFET4を形成するためのpウェル153を使
用することが考えられるが、pウェルの場合、比較的不
純物密度が低いため上部電極に−1V程度印加される
と、下部電極表面に反転層が形成されてしまい、容量が
変化してしまう不具合が生じる。また、パワーMOSF
ET1のpボディ151の拡散はポリシリコンゲートの
パターニング後に形成するため共通の工程としては使用
ができない。したがって、この構造ではMOSコンデン
サ下部電極専用のp型拡散層154の形成工程が独立に
必要となってしまうため、製造工程が増大するという問
題がある。
【0007】上記問題を鑑み、本発明の目的は、図5の
ような自己分離型のIPDであっても、何ら特別の工程
を追加することなく、簡単に同一半導体基板上にMOS
コンデンサを形成することが可能である半導体装置を提
供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明による半導体装置の第1の特徴は図1に示
すように、第1導電型半導体基板31と、半導体基板3
1の下部に形成された第1導電型の第1主電極領域11
と、半導体基板31の上部の一部に形成された第2導電
型ボディ領域151と、第2導電型ボディ領域151の
上部表面に形成された第1導電型の第2主電極領域16
1を少なくとも具備するパワーMOSFET1と、半導
体基板31の上部の他の一部に形成されたMOSコンデ
ンサ3とから少なく共構成される自己分離型のパワーI
Cであって、MOSコンデンサ3は、パワーMOSFE
T1の第2導電型ボディ領域151の形成と同時に、互
いに隣接して形成された2つの第2導電型拡散領域15
5の横方向拡散の重なり領域を下部電極とすることであ
る。
【0009】ここで第1導電型とは、たとえばn型であ
り、第2導電型とは第1導電型と異なる導電型、すなわ
ちp型をいうが、pとnとを逆にしてもよいことはもち
ろんである。図1に示す構造はn型半導体基板31上に
p型ボディ領域(pボディ領域)151、p型拡散領域
155が形成された場合の一例である。また図1におい
てパワーMOSFETの第1主電極領域11とはドレイ
ン領域、第2主電極領域161とはソース領域を意味す
るが、ドレイン領域とソース領域とを逆にしてもよい。
また、半導体基板31はCZ法やFZ法で形成された比
抵抗50Ω−cm〜1000Ω−cm程度、厚さ150
〜600μmの半導体ウェハ(シリコンウェハ)でもよ
く、また比抵抗50Ω−cm〜1000Ω−cm程度、
厚さ30〜150μm程度のエピタキシャル基板でもよ
い。
【0010】本発明の第2の特徴は図1に示すようにパ
ワーMOSFET1と、MOSコンデンサ3とが第1導
電型半導体基板31上に少なく共集積化されたパワーI
Cであって、パワーMOSFET1は、半導体基板31
の下部に形成された第1導電型半導体領域11を第1の
主電極領域とし、半導体基板31の上部の一部に形成さ
れた2つの第2導電型ボディ領域151と、このボディ
領域151の上部表面に形成された、第1導電型の第2
の主電極領域161と、この2つのボディ領域151の
間の半導体基板31の上部に形成された第1のゲート酸
化膜171と、この第1のゲート酸化膜171の上部に
形成された第1のポリシリコンゲート電極181とを少
なくとも具備し、MOSコンデンサ3は、パワーMOS
FET1のボディ領域151の形成と同時に、互いに隣
接して形成された2つの第2導電型拡散領域155の横
方向拡散の重なり領域を下部電極とし、この下部電極
と、下部電極の上部に形成された第2のゲート酸化膜1
72と、第2のゲート酸化膜172の上部の第2ポリシ
リコンゲート電極182を少なくとも具備し、パワーM
OSFET1のボディ領域151およびMOSコンデン
サの第2導電型拡散領域155は、第1および第2のポ
リシリコンゲート電極181,182の開口部により、
自己整合的に形成された領域である半導体装置であるこ
とである。前述した第1の特徴と同様に、半導体基板3
1はCZ,FZ基板でもよくエピタキシャル基板でもよ
い。
【0011】本発明の第3の特徴は、図2に示すよう
に、前述した第2の特徴におけるパワーICが、さらに
半導体基板31上に形成された第1の第2導電型ウェル
領域153と、そのウェル領域153の内部に形成され
たソース領域163およびドレイン領域164とを少な
く共有するMOSトランジスタ4を具備し、MOSコン
デンサ3の第2導電型拡散領域155は、MOSトラン
ジスタ4の第1の第2導電型ウェル領域153の形成と
同時に形成された第2の第2導電型ウェル領域156の
内側に形成されていることである。第1導電型をn型と
すれば第2導電型ウェル領域153,156はp型ウェ
ル領域(pウェル領域)ということになり、MOSトラ
ンジスタ4はnチャンネルMOSFETということにな
るが、p型とn型とを全く逆にしてもよい。
【0012】本発明の第4の特徴は図1および図2に示
すように一導電型拡散領域155からなる下部電極と、
この拡散領域155上部の絶縁膜172と、絶縁膜17
2の上部の拡散領域155と同一導電型の不純物を少な
く共含むポリシリコン膜からなる上部電極182からな
るコンデンサ部3を有するパワーICであって、コンデ
ンサ部3の下部電極となる領域は、ポリシリコン膜18
2をマスクとしてポリシリコン膜182の両側から自己
整合的に、かつ互いに隣接して形成された2つの拡散領
域155の横方向拡散領域の重なり領域であることであ
る。図1、および図2においては一導電型拡散領域15
5はp型拡散領域155であるが、このp型拡散領域1
55はパワーICを構成する他の回路素子、たとえばパ
ワーMOSFET1のpボディ領域151をポリシリコ
ン膜181をマスクとして自己整合的に形成する時に、
同時に、ポリシリコン膜182をマスクとして自己整合
的に形成することができる。すなわち、コンデンサの上
部電極のポリシリコン膜182へのp型ドーピングと、
下部電極155へのp型ドーピングが同時に、かつパワ
ーMOSFETの工程を特別に増加させることなくでき
る。なお、ポリシリコン膜182はp型不純物を少なく
共含んでいればよいのであって、その後の工程でより高
濃度のn型不純物をドーピングすることによって全体と
してはn+ 型ドープドポリシリコン膜182となっても
よく、最初からn+ にドーピングされたポリシリコン
に、それよりも低濃度のp型不純物をドーピングしたも
のであってもよい。また最終的にはp+ のドーピングを
さらに行ってもよい。つまり最終的なポリシリコン膜1
82の導電型はnでもpでも良く、nにするかpにする
かはパワーIC全体の設計によって決めればよい。
【0013】本発明の第5の特徴は図2に示すように、
コンデンサ部3の下部電極となる拡散領域155が一導
電型拡散領域155とは反対導電型の半導体領域31の
表面に形成された、一導電型と同一導電型のウェル領域
156中に形成されていることである。つまり、本発明
の第5の特徴によれば、パワーICを構成する他の回路
素子、たとえば、図2におけるnチャンネルMOSFE
T4のpウェル153の形成時に、同時にコンデンサ部
3のpウェル156を形成できるので、自己分離型のパ
ワーICであっても何ら特別の工程の増加を伴うことも
ない。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態
に係る自己分離型IPDの断面図である。本発明の第1
の実施の形態に係るIPDはパワーMOSFET1のド
レイン領域となる比抵抗0.01〜0.02Ω−cmの
FZもしくはCZ基板であるn+ 基板の上にエピタキシ
ャル成長により形成された不純物密度1013〜1016
-3、厚さ30〜150μmのn層31の上部に形成さ
れたpボディ151の内部にパワーMOSFET1のn
+ ソース領域161が形成され、2つのpボディ151
の間のn層(エピタキシャル基板)31の表面にゲート
酸化膜171が形成され、その上にポリシリコンからな
るパワーMOSFET1のゲート電極181が形成され
ている。なお、前述したように比抵抗50〜1000Ω
−cm、厚さ30〜150μmのCZもしくはFZウェ
ハをn層31として用い、このCZもしくはFZウェハ
の裏面に拡散又はエピタキシャル成長により不純物密度
1×1018〜1×1020cm-3のn+ 領域11を形成し
てもよい。さらにn層の表面の一部にはpウェル153
が形成され、その内部にn+ ソース領域163、n+
レイン領域164が形成され、nチャンネルMOSFE
T4を構成している。n+ ソース領域163とn+ ドレ
イン領域164との間のpウェル153の表面にはゲー
ト酸化膜173とポリシリコンゲート電極183が形成
されている。さらに図1の左側に示すようにn層31の
表面上であって、パワーMOSFET1およびnチャン
ネルMOSFET4が形成されていない部分にMOSコ
ンデンサ3が形成されている。
【0015】本発明の第1の実施の形態のIPDを構成
するMOSコンデンサ3は、n層31の表面に隣接して
形成された2つのpボディ155の横方向拡散が重なり
あった部分の表面にゲート酸化膜172およびポリシリ
コンゲート電極182が形成されている。すなわち、ポ
リシリコンゲート電極182がMOSコンデンサの上部
電極となり、pボディ155が下部電極となっている。
図5に示した従来技術においてはp型拡散層154形成
のための独立した工程が必要であり、工程が複雑化する
という欠点に加え、単独のp型拡散層154の上部にM
OSコンデンサが形成されていたため、表面の不純物密
度が低いため、上部電極に電圧が印加されると、pボデ
ィ154の表面に反転層が形成され、容量が変化してし
まうという問題があったが、本発明の第1の実施の形態
によれば、2つのpボディ(p型拡散層)の横方向の拡
散が重なり合うため、単独のp型拡散層154の場合に
比して表面不純物密度が高くなり、反転層が形成されに
くくなる。しかもパワーMOSFET1のpボディ15
1の拡散時に、MOSコンデンサ3のpボディ155も
同時に形成すればよいので工程数は増大しない。つまり
パワーMOSFET1のポリシリコンゲート181のパ
ターニングの後でも、ポリシリコンゲート181と同時
にパターニングしたポリシリコン電極182をパターン
をマスクとして、自己整合的に下部電極領域となるpボ
ディ155を形成することができる。たとえばポリシリ
コン電極182のパターンをマスクとして11+ を加速
電圧Vac=45−100keV、ドーズ量Φ=1×10
13〜1×1014でイオン注入すればよい。ポリシリコン
ゲート電極182の幅は2つのpボディ155が、パワ
ーMOSFET1のpボディ151を所定の深さまで縦
方向に拡散する場合に、必然的に生じる横方向拡散で重
なり合うように所定の寸法、たとえば2〜5μm程度に
選んでおけばよい。なお、パワーMOSFET1のゲー
トの幅は、例えば4〜10μmとすればよい。次に、p
ボディ155の形成後、パワーMOSFET1の層間絶
縁膜19となるSiO2 あるいはPSGをCVDし、そ
の後たとえば1μm程度の合わせ余裕で、pボディ15
5にコンタクトホールを開口し、パワーMOSFET1
のソース電極211のメタライゼーション工程と同時
に、MOSコンデンサ3の上部電極262を形成すれば
よい。
【0016】図2は本発明の第2の実施の形態に係る自
己分離型IPDの断面図である。本発明の第2の実施の
形態に係るIPDはパワーMOSFET1のドレイン領
域となるn+ 基板の上にエピタキシャル成長により形成
されたn層31の上部に形成されたpボディ151の内
部にパワーMOSFET1のn+ ソース領域161が形
成され、2つのpボディ151の間のn層31の表面に
ゲート酸化膜171が形成され、その上にポリシリコン
からなるパワーMOSFET1のゲート電極181が形
成されている。なお、n層31はCZ基板又はFZ基板
とし、n+ 領域11を拡散又はエピタキシャル成長によ
って形成してもよい。CZ,FZ基板とするかエピタキ
シャル基板とするかはパワーICの耐圧やスイッチング
スピード、オン電圧等に応じて設計すればよい。さらに
n層の表面の一部にはpウェル153が形成され、その
内部にn+ ソース領域163、n+ ドレイン領域164
が形成され、nチャンネルMOSFET4を構成してい
る。n+ ソース領域163とn+ ドレイン領域164と
の間のpウェル153の表面にはゲート酸化膜173と
ポリシリコンゲート電極183が形成されている。さら
に図2の左側に示すようにn層31の表面であって、パ
ワーMOSFET1およびnチャンネルMOSFET4
が形成されていない部分にpウェル156が形成され、
その表面にMOSコンデンサ3が形成されている。すな
わち、本発明の第2の実施の形態のIPDを構成するM
OSコンデンサ3は、pウェル156の表面に隣接して
形成された2つのpボディ155の横方向拡散が重なり
あった部分の表面にゲート酸化膜172およびポリシリ
コンゲート電極182が形成されている。そして本発明
の第1の実施の形態と同様にポリシリコンゲート電極1
82がMOSコンデンサの上部電極となり、pボディ1
55が下部電極となっている。単独のpボディ154の
上部にMOSコンデンサを形成した場合には、表面の不
純物密度が低いため、上部電極に電圧が印加されると、
pボディ154の表面に反転層が形成され、容量が変化
してしまうという問題があったことはすでに前述した通
りであるが、本発明の第2の実施の形態によれば、2つ
のpボディの横方向の拡散が重なり合い、さらにpウェ
ル156の不純物密度も重なり合うため、単独のpボデ
ィの場合に比して表面不純物密度が高くなり、反転層が
形成されにくくなる。しかもnチャンネルMOSFET
4のpウェル153の形成時に、MOSコンデンサ3の
pウェル156を形成し、パワーMOSFET1のpボ
ディ151の拡散時に、MOSコンデンサ3のpボディ
155も同時に形成すればよいので工程数は増大しな
い。
【0017】なお、本発明は自己分離型のパワーIC以
外の、pn接合分離型パワーICや、絶縁分離型パワー
ICに適用してもよいことはもちろんである。又以上の
説明でpとnとを全く逆にしてもよいことも、もちろん
である。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、自己分離型のパワーI
Cであっても、MOSコンデンサの下部電極領域として
用いるp型拡散層を、同一半導体チップ上の他の領域に
同時に形成するパワーMOSFETやnチャンネルMO
SFETのプロセスにおける拡散工程等と同時に形成す
ることが可能になり、従来技術の問題点であった工程数
の追加が不要となる。そのため、製造コストを低減し、
製造歩留りも向上することができる。
【0019】特に、本発明は自己分離型パワーICに適
用できるので、ICの構造が簡略化され、製造工程が単
純化され、製造コストの削減、歩留りの向上に大きな効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るIPDの断面
の模式図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係るIPDの断面
の模式図である。
【図3】従来の接合分離技術を用いたIPDの断面図で
ある。
【図4】図3に示したIPDに用いられているMOSコ
ンデンサ部の拡大断面図である。
【図5】従来の自己分離技術を用いたIPDの構造を示
す断面図である。
【符号の説明】
1 パワーMOSFET 2 npnバイポーラトランジスタ 3 MOSコンデンサ 4 nチャンネルMOSFET 11 n+ 領域 12 p層 17 フィールド酸化膜(熱酸化膜) 19 層間絶縁膜 31 n層(半導体基板) 131,132,133 n+ 埋め込み層 138,139 ディープn+ 領域 141,142,143 nウェル 151,155 pボディ 152 pベース 153,156 pウェル領域 154 p型拡散層 161,163 n+ ソース領域 162 n+ エミッタ領域 164 n+ ドレイン領域 171,173 MOSFETのゲート酸化膜 172 MOSコンデンサのゲート酸化膜 181,182,183 ポリシリコン・ゲート電極 211,212 ソース電極 213 ドレイン電極 221 エミッタ電極 231 ベース電極 241 コレクタ電極 251,261,262 MOSコンデンサの金属電極

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体基板と、該半導体基
    板の下部に形成された第1導電型の第1主電極領域と、
    該半導体基板の上部の一部に形成された第2導電型ボデ
    ィ領域と、該第2導電型ボディ領域の上部表面に形成さ
    れた第1導電型の第2主電極領域とを少なくとも具備す
    るパワーMOSFETと、該半導体基板の上部の他の一
    部に形成されたMOSコンデンサとから少なく共構成さ
    れるパワーICであって、 該MOSコンデンサは、該パワーMOSFETの第2導
    電型ボディ領域の形成時に同時に、互いに隣接して形成
    された2つの第2導電型拡散領域の横方向拡散の重なり
    領域を下部電極とすることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 パワーMOSFETと、MOSコンデン
    サとが第1導電型半導体基板上に少なく共集積化された
    パワーICであって、 該パワーMOSFETは該半導体基板の下部に形成され
    た第1導電型半導体領域を第1の主電極領域とし、該半
    導体基板の上部の一部に形成された2つの第2導電型ボ
    ディ領域と、該ボディ領域の上部表面に形成された、第
    1導電型の第2の主電極領域と、該2つのボディ領域の
    間の該半導体基板の上部に形成された第1のゲート酸化
    膜と、該第1のゲート酸化膜の上部に形成された第1の
    ポリシリコンゲート電極とを少なくとも具備し、 該MOSコンデンサは、該ボディ領域の形成と同時に、
    互いに隣接して形成された2つの第2導電型拡散領域の
    横方向拡散の重なり領域を下部電極とし、該下部電極
    と、該下部電極の上部に形成された第2のゲート酸化膜
    と、該第2のゲート酸化膜の上部の第2のポリシリコン
    ゲート電極を少なくとも具備し、 該ボディ領域、該第2導電型拡散領域は、該第1および
    第2のポリシリコンゲート電極の開口部により、自己整
    合的に形成された領域であることを特徴とする半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 前記パワーICが、さらに、前記半導体
    基板上に形成された第1の第2導電型ウェル領域と、そ
    のウェル領域の内部に形成された第1導電型のソース領
    域およびドレイン領域とを少なく共有するMOSトラン
    ジスタを具備し、 前記第2導電型拡散領域は、該第1の第2導電型ウェル
    領域の形成と同時に形成された第2の第2導電型ウェル
    領域の内部に形成されていることを特徴とする請求項2
    記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 一導電型拡散領域からなる下部電極と、
    該拡散領域の上部の絶縁膜と、該絶縁膜の上部の該拡散
    領域と同一導電型の不純物を少なく共含むポリシリコン
    膜からなる上部電極とからなるコンデンサ部を有するパ
    ワーICであって、 該下部電極となる領域は、該ポリシリコン膜をマスクと
    して自己整合的に、かつ互いに隣接して形成された2つ
    の拡散領域の横方向拡散領域の重なり領域であることを
    特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記拡散領域が前記一導電型拡散領域と
    は反対導電型の半導体領域の表面に形成された、前記一
    導電型と同一導電型のウェル領域中に形成されているこ
    とを特徴とする半導体装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100311179B1 (ko) * 1999-10-21 2001-11-02 박종섭 모스캐패시터

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