JPS62150780A - たて形mosfet - Google Patents
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- JPS62150780A JPS62150780A JP29514585A JP29514585A JPS62150780A JP S62150780 A JPS62150780 A JP S62150780A JP 29514585 A JP29514585 A JP 29514585A JP 29514585 A JP29514585 A JP 29514585A JP S62150780 A JPS62150780 A JP S62150780A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
- H01L29/0692—Surface layout
- H01L29/0696—Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
-
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- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
-
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- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
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- H01L29/42372—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は電力制御等に使用される半導体素子、¥jにた
て形MO8FKTに関する。
て形MO8FKTに関する。
たて形MO3FF、Tの一種である絶縁ゲート形バイポ
ーラトランジスタあるいは工GT% C0MFET等と
呼ばれている半導体素子は、電力用MO8FEiTの高
速性、制御の容易性等の性質と、サイリスタ等のバイポ
ーラ素子の低ON抵抗性等の性質を合せ持つ素子として
注目されている。
ーラトランジスタあるいは工GT% C0MFET等と
呼ばれている半導体素子は、電力用MO8FEiTの高
速性、制御の容易性等の性質と、サイリスタ等のバイポ
ーラ素子の低ON抵抗性等の性質を合せ持つ素子として
注目されている。
第4図a、 bは従来の絶縁ゲート形バイポーラトラ
ンジスタの構造例を示すもので、第4図aは素子の平面
図の一部、第4図すは第4図aのA −A′線に沿う断
面図であり、第4図aでは電極およびゲート酸化膜は省
略しである。図において1は正孔を注入するためのp+
アノード領域、3はn−ドレイン領域、5はp基体領域
、6はn+ソース領噴、7はゲート酸化膜、9はゲート
電極で、ドレイン領域3、基体領域5、ソース領域6、
ゲート酸化膜7、ゲート電極9で構成されるたて形MO
8FETICp+アノード領域1を付加した構造になっ
ている。4はラッチアップ防止用の低抵抗p+領領域2
は薄いn+バッファ領域でOFF時のパンチスルーを防
止するために設けられている。領域4とソース領域6と
はカソード電極8で短絡されており、アノード領域1、
ドレイン領域3、領域4、基体領域5、ソース領域6に
よりエミッタ短絡形サイリスタと同様の構造を持ってお
り、このサイリスタがラッチアップすることにより素子
の最大電流が制限される。なお第4図では4個のセルが
示されているが、実際の素子ではこのセルが多数並列に
接続されている。
ンジスタの構造例を示すもので、第4図aは素子の平面
図の一部、第4図すは第4図aのA −A′線に沿う断
面図であり、第4図aでは電極およびゲート酸化膜は省
略しである。図において1は正孔を注入するためのp+
アノード領域、3はn−ドレイン領域、5はp基体領域
、6はn+ソース領噴、7はゲート酸化膜、9はゲート
電極で、ドレイン領域3、基体領域5、ソース領域6、
ゲート酸化膜7、ゲート電極9で構成されるたて形MO
8FETICp+アノード領域1を付加した構造になっ
ている。4はラッチアップ防止用の低抵抗p+領領域2
は薄いn+バッファ領域でOFF時のパンチスルーを防
止するために設けられている。領域4とソース領域6と
はカソード電極8で短絡されており、アノード領域1、
ドレイン領域3、領域4、基体領域5、ソース領域6に
よりエミッタ短絡形サイリスタと同様の構造を持ってお
り、このサイリスタがラッチアップすることにより素子
の最大電流が制限される。なお第4図では4個のセルが
示されているが、実際の素子ではこのセルが多数並列に
接続されている。
上述の素子の動作を説明すると次のとおりである。すな
わち、順方向阻止時はMOSFETが導通していないた
め低抵抗p+領領域、p基体領域5およびn−ドレイン
領域3のpn接合が逆方向バイアスされ電流は流れない
。このときゲート電極9にゲートしきい値以上の正電圧
を印加すると、p基体領域5の表面にn形反転層が形成
されてMOSFETが導通し、n−ドレイン領域3に電
子が注入される。このためn−ドレイン領域6にn+バ
ッファ領域2全通してp+アノード領域1から正孔が注
入され、n−ドレイン領域ろの電子および正孔密度は熱
平衡より非常に高くなるいわゆる伝導度変調が生じON
抵抗は非常に低い値となる。
わち、順方向阻止時はMOSFETが導通していないた
め低抵抗p+領領域、p基体領域5およびn−ドレイン
領域3のpn接合が逆方向バイアスされ電流は流れない
。このときゲート電極9にゲートしきい値以上の正電圧
を印加すると、p基体領域5の表面にn形反転層が形成
されてMOSFETが導通し、n−ドレイン領域3に電
子が注入される。このためn−ドレイン領域6にn+バ
ッファ領域2全通してp+アノード領域1から正孔が注
入され、n−ドレイン領域ろの電子および正孔密度は熱
平衡より非常に高くなるいわゆる伝導度変調が生じON
抵抗は非常に低い値となる。
次にゲート電極9の正電圧を取り去るとn−ドレイン領
域3への電子の注入が停止し、n−ドレイン領域3の電
子密度は減少すると共にp+アノード領域1からの正孔
の注入も減少し、素子は再度OFFする。
域3への電子の注入が停止し、n−ドレイン領域3の電
子密度は減少すると共にp+アノード領域1からの正孔
の注入も減少し、素子は再度OFFする。
第5図は第4図の低抵抗p+領領域を設ける理由を説明
するためこの低抵抗p+領領域がない場合を示し、第4
図と同等部分には同符号が付しである。11はn+ンー
ス領域6からp基体領域5の表面の反転層を通りn−ド
レイン領域3へ流れる電子の流れ、12は電子による引
力のため電子の流れにできるだけ近いパスを通って流れ
る正孔の流れを示す。正孔はMOSFETのチャネル部
ではゲート電極9の正の電位のために電子の流れのすぐ
下を流れ、n+ソース領域6の存在する部分ではn+ソ
ース領域6とp基体領域5との間のビルトインポテンシ
ャルのためn+ソース領域6に流入できず、p基体領域
5のn+ソース領域6に接している部分付近を流れ、カ
ソード電極8に流入する。13はこの正孔が流れる領域
の抵抗で、電流が増加するとこの抵抗によりMO8F]
IGTのチャネル側のn+ソース領域6とp基体領域5
の −境界15におけるp基体領域側の電位が上昇する
。
するためこの低抵抗p+領領域がない場合を示し、第4
図と同等部分には同符号が付しである。11はn+ンー
ス領域6からp基体領域5の表面の反転層を通りn−ド
レイン領域3へ流れる電子の流れ、12は電子による引
力のため電子の流れにできるだけ近いパスを通って流れ
る正孔の流れを示す。正孔はMOSFETのチャネル部
ではゲート電極9の正の電位のために電子の流れのすぐ
下を流れ、n+ソース領域6の存在する部分ではn+ソ
ース領域6とp基体領域5との間のビルトインポテンシ
ャルのためn+ソース領域6に流入できず、p基体領域
5のn+ソース領域6に接している部分付近を流れ、カ
ソード電極8に流入する。13はこの正孔が流れる領域
の抵抗で、電流が増加するとこの抵抗によりMO8F]
IGTのチャネル側のn+ソース領域6とp基体領域5
の −境界15におけるp基体領域側の電位が上昇する
。
一方n+ソース領域6は電子の流れ11によって境界1
5における電位が上昇するが、n+ ソース領域乙の抵
抗が低いためその値は小さい。この電位の差がn+ソー
ス領域6とp基体領域5との間のビルトインポテンシャ
ルに近付くと、n+ソース領域6からp基体領域5に電
子が注入され、p+アノード領戟5、n−ドレイン領域
3、p基体領域5、n+ソース領域6で構成されるサイ
リスタがラッチアップする。このため電流はもはやMO
Sゲートでは制御不能となる。第4図におけ込p+領@
4はp基体領域5の抵抗13を低下させ、ラッチアップ
が発生する電流値を増加させることにより大きな電流ま
でMOSゲート電圧で−j御可能とするためのものであ
る。第6図は第4図すのMOSゲート付近の拡大図で、
p+領域4はMO6FF:Tのチャネル部にできるだけ
近い位置16まで達している。これは高抵抗のp基体領
域5ρ長さをできるだけ短くすることにより境界15に
おけるp基体領域5の電位の上昇を少なくするためであ
る。
5における電位が上昇するが、n+ ソース領域乙の抵
抗が低いためその値は小さい。この電位の差がn+ソー
ス領域6とp基体領域5との間のビルトインポテンシャ
ルに近付くと、n+ソース領域6からp基体領域5に電
子が注入され、p+アノード領戟5、n−ドレイン領域
3、p基体領域5、n+ソース領域6で構成されるサイ
リスタがラッチアップする。このため電流はもはやMO
Sゲートでは制御不能となる。第4図におけ込p+領@
4はp基体領域5の抵抗13を低下させ、ラッチアップ
が発生する電流値を増加させることにより大きな電流ま
でMOSゲート電圧で−j御可能とするためのものであ
る。第6図は第4図すのMOSゲート付近の拡大図で、
p+領域4はMO6FF:Tのチャネル部にできるだけ
近い位置16まで達している。これは高抵抗のp基体領
域5ρ長さをできるだけ短くすることにより境界15に
おけるp基体領域5の電位の上昇を少なくするためであ
る。
もし高濃度のp+領域4が破線で示す位tlt16まで
広がりMOSFETのチャネル部まで達すると、MOS
FETのゲートしきい値が増大し、電流を制御するため
にゲート電極9に非常に高い電圧を印加する必要が生じ
る。しかも現実にはゲート電圧はゲート酸化膜の耐圧で
制限されるため、MOSチャネル部をONすることが不
可能になる場合も考えられる。したがってp+領戟4は
MOSFETのチャネル部にできるだけ近くしかもチャ
ネル部までとどかない位置まで達することが望ましい。
広がりMOSFETのチャネル部まで達すると、MOS
FETのゲートしきい値が増大し、電流を制御するため
にゲート電極9に非常に高い電圧を印加する必要が生じ
る。しかも現実にはゲート電圧はゲート酸化膜の耐圧で
制限されるため、MOSチャネル部をONすることが不
可能になる場合も考えられる。したがってp+領戟4は
MOSFETのチャネル部にできるだけ近くしかもチャ
ネル部までとどかない位置まで達することが望ましい。
・しかしながら、第4図に示す従来の構造では、第7図
に示すように、l領域4の拡散のばらつき(aの場合〕
や、マスクのずれ(bの場合)等があると、正孔密度の
高いp+領領域直列に接続されるため低しきい値のチャ
ネル部が大幅に減少する。このためp+領域4は十分余
裕をもって設計する必要があり、現実にはp+領域4と
MO8FKTチャネル部との距離をあまり小さくするこ
と力;できない。したがってラッチアップをおこさず制
御可能な電流値をあまり増大させることができない。
に示すように、l領域4の拡散のばらつき(aの場合〕
や、マスクのずれ(bの場合)等があると、正孔密度の
高いp+領領域直列に接続されるため低しきい値のチャ
ネル部が大幅に減少する。このためp+領域4は十分余
裕をもって設計する必要があり、現実にはp+領域4と
MO8FKTチャネル部との距離をあまり小さくするこ
と力;できない。したがってラッチアップをおこさず制
御可能な電流値をあまり増大させることができない。
なお第4図において、p++域4は直接n−ドレイン領
域3に接しているが、この部分での電子による電流は小
さく、したがって正孔密度も低いため、n−ドレイン領
域3からp++域4に直接流れ込む正孔の量は非常に少
なく、あまりラッチアンプする電流を増加させる役割を
果さない。
域3に接しているが、この部分での電子による電流は小
さく、したがって正孔密度も低いため、n−ドレイン領
域3からp++域4に直接流れ込む正孔の量は非常に少
なく、あまりラッチアンプする電流を増加させる役割を
果さない。
本発明は、寄生サイリスタのラッチアップを防止して大
電流をゲートにより面制御可能とし、低抵抗領域と他の
部分とのマスクのずれ、拡散のばらつき等が生じた場合
にも低しきい値のチャネル部を持つゲート長が大幅に減
少することのない素子を提供すること?目的とする。
電流をゲートにより面制御可能とし、低抵抗領域と他の
部分とのマスクのずれ、拡散のばらつき等が生じた場合
にも低しきい値のチャネル部を持つゲート長が大幅に減
少することのない素子を提供すること?目的とする。
本発明は、ソース領域、基体領域、ドレイン領域、ドレ
イン領域と直列に接続されドレイン領域と逆の導電形を
有する領域、およびドレイン領域の電流密度の大きな領
域と接するように形成した低抵抗の領域とを備えること
により、ソース領域、基体領域、ドレイン領域、および
ドレイン領域に接続された領域によって構成される寄生
サイリスタのラッチアップを防止するとともに、低抵抗
の領域の位置ずれが生じた場合でも低しきい値のチャネ
ル部が大幅に減少しないようにしたものである。
イン領域と直列に接続されドレイン領域と逆の導電形を
有する領域、およびドレイン領域の電流密度の大きな領
域と接するように形成した低抵抗の領域とを備えること
により、ソース領域、基体領域、ドレイン領域、および
ドレイン領域に接続された領域によって構成される寄生
サイリスタのラッチアップを防止するとともに、低抵抗
の領域の位置ずれが生じた場合でも低しきい値のチャネ
ル部が大幅に減少しないようにしたものである。
次に本発明の実施例を図面について説明する。
第1図aは本発明の実施列の平面図、第1図すは第1図
aのA−A″線に沿う断面図、第1図Cは第1図aのB
−B″線に沿う断面図で、第4図と同等部分には同符号
が付しである。なお第1図aにおいてゲート酸化膜およ
び電極は省略されている。
aのA−A″線に沿う断面図、第1図Cは第1図aのB
−B″線に沿う断面図で、第4図と同等部分には同符号
が付しである。なお第1図aにおいてゲート酸化膜およ
び電極は省略されている。
第4図の従来のものと異なる点は、低抵抗p+領−4が
n+ソース領域6の下および中心部になく、第1図aで
わかるように4つのn+ソース領12Il!乙に囲まれ
た部分でp基体領域5にオーバラップした場所に位置し
ていることである。この低抵抗p+領戟4はカソード電
極8によってn+ソース領域6と接続されており、等価
回路的にはエミッタ短絡形サイリスタとMOSFETと
を組み合せた構造で、第4図の例と同等である。しかし
ながら第1図の本発明実施例では低抵抗p+領領域がn
−ドレイン3と接している位置が第4図の従来例と比較
してMOSFETのチャネルに近く電子の電流密度の高
い、したがって正孔密度の高い部分にあるため、多くの
正孔がこのp+領峨4に流入する。このためMOSFE
Tのチャネル部の下を流れる正孔電流は減少し、p基体
領域5とn+ソース領域6におけるp基体項域5・−の
電位上昇は減少する。したがってサイリスタがラッチア
ップする’Itm値が増加し、MOSゲートによって制
御可能な電流の最大値が増加する。また本実施例の、浦
浩ではD” 領域4と他の部分のマスクのずれ、拡散の
ばらつき等でp+碩職域3位置が第2図の破線で示すよ
うにずれた場合でも、MOSFETのチャネル長を減少
させる割合が少なく、素子の電流密度をあまり低下させ
ない。
n+ソース領域6の下および中心部になく、第1図aで
わかるように4つのn+ソース領12Il!乙に囲まれ
た部分でp基体領域5にオーバラップした場所に位置し
ていることである。この低抵抗p+領戟4はカソード電
極8によってn+ソース領域6と接続されており、等価
回路的にはエミッタ短絡形サイリスタとMOSFETと
を組み合せた構造で、第4図の例と同等である。しかし
ながら第1図の本発明実施例では低抵抗p+領領域がn
−ドレイン3と接している位置が第4図の従来例と比較
してMOSFETのチャネルに近く電子の電流密度の高
い、したがって正孔密度の高い部分にあるため、多くの
正孔がこのp+領峨4に流入する。このためMOSFE
Tのチャネル部の下を流れる正孔電流は減少し、p基体
領域5とn+ソース領域6におけるp基体項域5・−の
電位上昇は減少する。したがってサイリスタがラッチア
ップする’Itm値が増加し、MOSゲートによって制
御可能な電流の最大値が増加する。また本実施例の、浦
浩ではD” 領域4と他の部分のマスクのずれ、拡散の
ばらつき等でp+碩職域3位置が第2図の破線で示すよ
うにずれた場合でも、MOSFETのチャネル長を減少
させる割合が少なく、素子の電流密度をあまり低下させ
ない。
第3図aは本発明の異なる実施例の平面図、第6図すは
第3図aのA−A’線に沿う断面図、第3図Cは第3図
aのB−B″線に沿う断面図で、第1図と同等部分には
同符号を付しである。この実施例が第1図のものと異な
っている点は、p+領械4をp基体領域5と接しない状
態ですべて連結したら・ヒである。この実施例では電子
電流密度が高く、したがって正孔密度がさらに高いMO
Sチャネル部に沿った位置にp+領戒が存在するため、
さらに多くの正孔がp+領峨4に流入する。このためさ
らに高い電mVで寄生サイリスタのラッチアップを発生
させることな(MOSゲートによって制御可能となるも
のである。
第3図aのA−A’線に沿う断面図、第3図Cは第3図
aのB−B″線に沿う断面図で、第1図と同等部分には
同符号を付しである。この実施例が第1図のものと異な
っている点は、p+領械4をp基体領域5と接しない状
態ですべて連結したら・ヒである。この実施例では電子
電流密度が高く、したがって正孔密度がさらに高いMO
Sチャネル部に沿った位置にp+領戒が存在するため、
さらに多くの正孔がp+領峨4に流入する。このためさ
らに高い電mVで寄生サイリスタのラッチアップを発生
させることな(MOSゲートによって制御可能となるも
のである。
本発明によれば、低抵抗の頭12j!金MO8FKTの
ドレイン領域の電流密度の高い領域に直接接する構造と
したため、寄生サイリスタがランチアップする電流が増
加し、大電流までゲート電圧で制御可能となり、また低
抵抗の領域の位置がずれた場合にも低しきい値を持つチ
ャネルのゲート長を大幅に減少させることがないから、
素子のばらつきが少なく歩留りを向上させることができ
る。
ドレイン領域の電流密度の高い領域に直接接する構造と
したため、寄生サイリスタがランチアップする電流が増
加し、大電流までゲート電圧で制御可能となり、また低
抵抗の領域の位置がずれた場合にも低しきい値を持つチ
ャネルのゲート長を大幅に減少させることがないから、
素子のばらつきが少なく歩留りを向上させることができ
る。
面図、第2図は第1図aの低抵抗の領域の位置がずれた
状標の部分平面図、第3図aは本発明の異なる実施例の
平面図、第3図す、 cは第3図aのそれぞれA −
A’線% B−B’線に沿う断面図、第4図aは従来の
ものの平面図、第4図すは第4図aのA−A’線に沿う
断面図、第5図、第6図は従来のものの作用を説明する
ためのそれぞれ断面図、第7図a、 bは従来のもの
の低抵抗の領域の位置がずれた状態の異なる例の部分平
面図である。 1・・・p+アノード領或、 3・・n−ドレイン領域
、4・・・低抵抗p+領領域5・・・基体領域、6・・
・ソース領域。 5・−°L (6118)代理人プ「理士富村 −1・8立5、′P 第3区 党4図 (α) 鬼5図
状標の部分平面図、第3図aは本発明の異なる実施例の
平面図、第3図す、 cは第3図aのそれぞれA −
A’線% B−B’線に沿う断面図、第4図aは従来の
ものの平面図、第4図すは第4図aのA−A’線に沿う
断面図、第5図、第6図は従来のものの作用を説明する
ためのそれぞれ断面図、第7図a、 bは従来のもの
の低抵抗の領域の位置がずれた状態の異なる例の部分平
面図である。 1・・・p+アノード領或、 3・・n−ドレイン領域
、4・・・低抵抗p+領領域5・・・基体領域、6・・
・ソース領域。 5・−°L (6118)代理人プ「理士富村 −1・8立5、′P 第3区 党4図 (α) 鬼5図
Claims (1)
- 1)ソース領域、基体領域、ドレイン領域、ドレイン領
域と直列に接続されドレイン領域と逆の導電形を有する
領域、およびドレイン領域の電流密度の大きな領域と接
するように形成した低抵抗の領域とを備えたことを特徴
とするたて形MOSFET。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29514585A JPS62150780A (ja) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | たて形mosfet |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29514585A JPS62150780A (ja) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | たて形mosfet |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62150780A true JPS62150780A (ja) | 1987-07-04 |
Family
ID=17816853
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29514585A Pending JPS62150780A (ja) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | たて形mosfet |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62150780A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0536668A2 (en) * | 1991-10-07 | 1993-04-14 | Nippondenso Co., Ltd. | Vertical semiconductor device |
US6603173B1 (en) | 1991-07-26 | 2003-08-05 | Denso Corporation | Vertical type MOSFET |
-
1985
- 1985-12-24 JP JP29514585A patent/JPS62150780A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6603173B1 (en) | 1991-07-26 | 2003-08-05 | Denso Corporation | Vertical type MOSFET |
EP0536668A2 (en) * | 1991-10-07 | 1993-04-14 | Nippondenso Co., Ltd. | Vertical semiconductor device |
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