KR102394547B1 - 반도체 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 n+형 탄화 규소 기판, n-형층, 제1 트렌치, p형 영역, p+형 영역, n+형 영역, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 상기 반도체 소자는 복수 개의 단위 셀을 포함하고, 상기 복수 개의 단위 셀 중 하나의 단위 셀은 상기 소스 전극과 상기 p+형 영역이 접촉하는 접촉부, 평면상 상기 접촉부의 상부 및 하부에 각각 위치하는 외곽부, 그리고 상기 접촉부와 상기 외곽부를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 접촉부에서의 평면상 좌우 방향으로 인접하는 상기 제1 트렌치 사이의 폭은 상기 외곽부에서의 평면상 좌우 방향으로 인접하는 상기 제1 트렌치 사이의 폭과 동일하고, 상기 연결부에서의 평면상 좌우 방향으로 인접한 상기 제1 트렌치 사이의 폭은 상기 접촉부에서의 평면상 좌우 방향으로 인접하는 상기 제1 트렌치 사이의 폭보다 짧다.

Description

반도체 소자{SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 탄화 규소(SiC, 실리콘 카바이드)를 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다.
전력용 반도체 소자는 특히 매우 큰 전류를 흐르게 하면서도 도통 상태에서의 전력 손실을 적게 하기 위하여 낮은 온 저항 또는 낮은 포화 전압이 요구된다. 또한 오프 상태 또는 스위치가 오프되는 순간에 전력용 반도체 소자의 양단에 인가되는 PN 접합의 역방향 고전압에 견딜 수 있는 특성, 즉 높은 항복전압특성이 기본적으로 요구된다.
전력용 반도체 소자 중 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET, metal oxide semiconductor field effect transistor) 디지털 회로와 아날로그 회로에서 가장 일반적인 전계 효과 트랜지스터이다.
전력 시스템에서 요구하는 정격 전압에 따라 전력용 반도체 소자를 제조하기 위한 원자재의 에피층(epitaxial layer) 또는 드리프트(drift) 영역의 농도 및 두께가 결정된다. 프와송 방정식(Poisson equation)에 의하면 전력용 반도체 소자의 높은 항복 전압이 요구될수록 낮은 농도 및 두꺼운 두께의 에피층 또는 드리프트 영역이 필요하지만 이는 온 저항을 증가시키고 순방향 전류밀도를 감소시키는 원인으로 작용한다.
전력용 반도체 소자의 에피층 또는 드리프트 영역의 농도 및 두께의 조절 없이 순방향 전류 밀도를 증가시키는 연구가 지속되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 순방향 전류 밀도를 증가시킬 수 있는 탄화 규소 반도체 소자에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 n+형 탄화 규소 기판, n-형층, 제1 트렌치, p형 영역, p+형 영역, n+형 영역, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 상기 반도체 소자는 복수 개의 단위 셀을 포함하고, 상기 복수 개의 단위 셀 중 하나의 단위 셀은 상기 소스 전극과 상기 p+형 영역이 접촉하는 접촉부, 평면상 상기 접촉부의 상부 및 하부에 각각 위치하는 외곽부, 그리고 상기 접촉부와 상기 외곽부를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 접촉부에서의 평면상 좌우 방향으로 인접하는 상기 제1 트렌치 사이의 폭은 상기 외곽부에서의 평면상 좌우 방향으로 인접하는 상기 제1 트렌치 사이의 폭과 동일하고, 상기 연결부에서의 평면상 좌우 방향으로 인접한 상기 제1 트렌치 사이의 폭은 상기 접촉부에서의 평면상 좌우 방향으로 인접하는 상기 제1 트렌치 사이의 폭보다 짧다.
상기 제1 트렌치는 평면상 격자 모양으로 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 상기 제1 트렌치와 이격되는 복수 개의 제2 트렌치를 더 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 제2 트렌치는 평면상 매트릭스 형태로 위치할 수 있다.
상기 단위 셀은 하나의 상기 제2 트렌치를 포함하고, 상기 제2 트렌치는 상기 단위 셀의 중심부에 위치할 수 있다.
상기 제2 트렌치는 상기 접촉부에 위치하고, 상기 p+형 영역은 상기 제2 트렌치의 하부면 아래에 위치할 수 있다.
상기 n-형층은 상기 n+형 탄화 규소 기판의 제1면에 위치하고, 상기 p형 영역은 상기 n-형층 위에 위치하고, 상기 n+형 영역은 상기 p형 영역 위에 위치할 수 있다.
상기 제1 트렌치는 상기 n+형 영역 및 상기 p형 영역을 관통하고, 상기 상기 n-형층에 위치하고, 상기 제2 트렌치는 상기 n+형 영역을 관통하고, 상기 p형 영역에 위치할 수 있다.
상기 제1 트렌치 내에 위치하는 게이트 절연막을 더 포함하고, 상기 게이트 전극은 상기 게이트 절연막 위에 위치할 수 있다.
상기 게이트 절연막 및 상기 게이트 전극은 상기 제2 트렌치 및 상기 제2 트렌치의 주변에 위치하는 상기 n+형 영역을 노출할 수 있다.
상기 게이트 전극 위에 위치하는 절연막을 더 포함하고, 상기 소스 전극은 상기 절연막 및 상기 n+형 영역 위에 위치할 수 있다.
상기 소스 전극은 상기 제2 트렌치 내에 위치하고, 상기 제2 트렌치 주변에 위치하는 상기 n+형 영역과 접촉할 수 있다.
상기 드레인 전극은 상기 n+형 탄화 규소 기판의 제2면에 위치할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 단위 셀 내에 게이트 트렌치의 측면의 길이를 길게 하여 반도체 소자의 채널 길이를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자의 채널 밀도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 레이아웃의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 절단선 II-II선을 따라 자른 단면의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 절단선 III-III선을 따라 자른 단면의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 절단선 IV-IV선을 따라 자른 단면의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 따른 반도체 소자의 단위 셀(A)의 레이아웃의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 6은 일반적인 반도체 소자의 레이아웃의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 레이아웃의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다. 도 2는 도 1의 절단선 II-II선을 따라 자른 단면의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다. 도 3은 도 1의 절단선 III-III선을 따라 자른 단면의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다. 도 4는 도 1의 절단선 IV-IV선을 따라 자른 단면의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 반도체 소자는 n+형 탄화 규소 기판(100), n-형층(200), 제1 트렌치(250), 복수 개의 제2 트렌치(270), p형 영역(300), p+형 영역(350), n+형 영역(400), 게이트 전극(600), 절연막(700), 소스 전극(800) 및 드레인 전극(900)을 포함한다.
도 1에서, (a)는 소스 전극(800)이 생략된 반도체 소자의 레이아웃의 일 예를 도시한 도면이고, (b)는 절연막(700)과 게이트 전극(600)의 일부가 생략된 반도체 소자의 레이아웃의 일 예를 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 반도체 소자는 제1 트렌치(250)가 평면상 격자 형태로 위치하고, 제1 트렌치(250) 내에 게이트 전극(600)이 위치한다. 복수 개의 제2 트렌치(270)는 평면상 매트릭스 형태로 위치하고, 각 제2 트렌치(270)의 하부면 아래에 p+형 영역(350)이 위치한다. 제2 트렌치(270)에서 p+형 영역(350)과 소스 전극(800)이 접촉한다. 제2 트렌치(270)는 제1 트렌치(250)와 이격되어 있다.
또한, 본 실시예에 따른 반도체 소자는 복수의 단위 셀(A)을 포함한다. 단위 셀(A)을 평면상 사각형이고, 반복적으로 배치된다. 각 단위 셀(A)은 하나의 제2 트렌치(270)를 포함하고, 제2 트렌치(270)는 평면상 각 단위 셀(A) 중심 부분에 위치한다.
아래에서는 본 실시예에 따른 반도체 소자의 구체적인 구조에 대해 설명한다.
n-형층(200)은 n+ 형 탄화 규소 기판(100)의 제1면에 위치하고, p형 영역(300)은 n-형층(200) 위에 위치하고, n+형 영역(400)은 p형 영역(300) 위에 위치한다. 제1 트렌치(250)은 p형 영역(300) 및 n+형 영역(400)을 관통하고, n-형층(200)에 위치한다. 제2 트렌치(270)는 n+형 영역(400)을 관통하고, p형 영역(300)에 위치한다. 제1 트렌치(250) 및 제2 트렌치(270)는 서로 이격되어 있다. 이에, n+형 영역(400)은 제1 트렌치(250)의 측면 및 제2 트렌치(270) 측면에 인접하게 위치한다. 여기서, 제1 트렌치(250) 내에 게이트 전극(600)이 위치함에 따라, 제1 트렌치(250)는 게이트 트렌치로 정의할 수 있다.
p+형 영역(350)은 제2 트렌치(270)의 하부면 아래에 위치한다. 여기서, p+형 영역(350)은 제2 트렌치(270)의 하부면 아래 뿐아니라, 다른 곳에도 위치할 수 있다. 예를 들면, p+형 영역(350)은 제2 트렌치(270) 내를 채우도록 위치할 수 있다. 또는, p+형 영역(350)은 제2 트렌치(270)의 하부면 아래 및 제1 트렌치(250)의 하부면 아래에 각각 위치할 수 있다. 또는, p+형 영역(350)은 제2 트렌치(270)의 하부면 아래 및 제2 트렌치(270)의 측면에 인접하게 위치할 수 있다.
제1 트렌치(250) 내에 게이트 절연막(500)이 위치한다. 게이트 절연막(500) 위에 게이트 전극(600)이 위치한다. 게이트 전극(600)은 금속 또는 다결정 실리콘(poly-crystalline silicon)을 포함할 수 있다. 게이트 전극(600)은 제1 트렌치(250)를 채우도록 위치한다.
게이트 절연막(500)과 게이트 전극(600)은 제2 트렌치(270) 내 및 제2 트렌치(270)의 주변에는 위치하지 않는다. 즉, 게이트 절연막(500)과 게이트 전극(600)은 제2 트렌치(270) 및 제2 트렌치(270)의 주변에 위치하는 n+형 영역(400)을 노출한다.
게이트 전극(600) 위에 절연막(700)이 위치한다. 제2 트렌치(270)의 주변에 사이에서, 절연막(700)은 게이트 전극(600)의 측면을 덮고 있다.
소스 전극(800)은 절연막(700), n+형 영역(400), 및 제2 트렌치(270) 내에 위치한다. 소스 전극(800)은 제2 트렌치(270) 주변에서 n+형 영역(400)과 접촉하고, 제2 트렌치(270)에서 p+형 영역(350)과 접촉한다. n+형 탄화 규소 기판(100)의 제2면에 드레인 전극(900)이 위치한다. 소스 전극(800) 및 드레인 전극(900)은 오믹(Ohmic) 금속을 포함할 수 있다. 여기서, n+형 탄화 규소 기판(100)의 제2면은 n+형 탄화 규소 기판(100)의 제1면에 대해 반대쪽에 위치한다.
본 실시예의 반도체 소자의 채널은 제1 트렌치(250)의 측면에 인접하게 위치하는 p형 영역(300)에 형성된다.
그러면, 도 5를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 단위 셀(A)에 대해 설명한다.
도 5는 도 1에 따른 반도체 소자의 단위 셀(A)의 레이아웃의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다. 도 5은 도 1에 따른 반도체 소자의 단위 셀(A)을 확대한 도면으로, 도 1에서와 같이, 소스 전극(800), 절연막(700) 및 게이트 전극(600)의 일부가 생략되어 도시된다.
도 5를 참고하면, 본 실시예의 따른 반도체 소자의 단위 셀(A)은 평면상 사각형이다. 단위 셀(A)은 하나의 제2 트렌치(270) 및 제2 트렌치(270)의 하부면 아래에 위치하는 p+형 영역(350)을 포함한다(도 2 참조). 제2 트렌치(270)는 평면상 각 단위 셀(A) 중심 부분에 위치한다. p+형 영역(350)은 소스 전극(800)과 접촉한다(도 2 참조).
또한, 단위 셀(A)은 평면상 제2 트렌치(270)의 주변에 위치한 n+형 영역(400) 및 평면상 n+형 영역(400)에 인접하는 제1 트렌치(250)를 포함한다. 또한, 단위 셀(A)은 제1 트렌치(250) 내에 위치하는 게이트 절연막(500) 및 게이트 전극(600)을 포함한다.
단위 셀(A)은 접촉부(CT), 외곽부(W) 및 연결부(CN)를 포함한다. 접촉부(CT)는 소스 전극(800)과 p+형 영역(350)이 접촉하는 영역으로 제2 트렌치(270) 및 p+형 영역(350)을 포함한다. 외곽부(W)는 평면상 접촉부(CT)의 상부 및 하부에 각각 위치하고, 연결부(CN)는 외곽부(W)와 접촉부(CT)를 연결한다.
접촉부(CT)에서의 평면상 좌우 방향으로 인접한 제1 트렌치(250) 사이의 폭(D1)은 외곽부(W)에서의 평면상 좌우 방향으로 인접한 제1 트렌치(250) 사이의 폭(D3)과 동일할 수 있다. 또한, 연결부(CN)에서의 평면상 좌우 방향으로 제1 트렌치(250) 사이의 폭(D2)은 접촉부(CT)에서의 평면상 좌우 방향으로 제1 트렌치(250)의 폭(D1)보다 짧을 수 있다. 즉, 평면상 접촉부(CT)에서 외곽부(W) 방향으로 제1 트렌치(250) 사이의 폭은 한번 굴곡된다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예의 반도체 소자의 채널은 제1 트렌치(250)의 측면에 인접하게 위치하는 p형 영역(300)에 형성되는데, 단위 셀(A)에서, 평면상 접촉부(CT)에서 외곽부(W) 방향으로 인접한 제1 트렌치(250) 사이의 폭이 일정하지 않고, 한번 굴곡되므로, 제1 트렌치(250)의 측면의 길이가 길어진다. 이에 따라, 반도체 소자의 채널의 길이가 길어진다. 따라서, 반도체 소자의 채널 밀도가 향상될 수 있다.
본 실시예에서는 평면상 접촉부(CT)에서 외곽부(W) 방향으로 인접한 제1 트렌치(250) 사이의 폭이 한번 굴곡되었지만, 이에 한정되지 않고, 굴곡된 형태가 복수 개로 나타날 수 있다.
또한, 단위 셀(A)에서의 외곽부(W)에서는 소스 전극(800)과 p+형 영역(350)이 접촉하지 않는다. 이에 따라, 외곽부(W)에서의 인접한 제1 트렌치(250) 사이의 폭을 줄일 수 있다. 즉, 외곽부(W)에서의 평면상 상하 방향으로 인접한 제1 트렌치(250) 사이의 폭(D4)를 감소시킬 수 있다. 일반적으로 인접한 트렌치 게이트의 사이의 폭을 감소시킬수록 반도체 소자의 채널 밀도가 증가하므로, 본 실시예에 따른 반도체 소자 또한, 단위 셀(A)에서 외곽부(W)에서의 평면상 상하 방향으로 제1 트렌치(250) 사이의 폭(D4)를 감소시킬 수 있으므로, 반도체 소자의 채널 밀도를 향상시킬 수 있다.
그러면, 도 6을 참고하여, 일반적인 반도체 소자의 채널 밀도와 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 채널 밀도에 대해 비교하여 설명하다.
일반적으로 반도체 소자의 채널 밀도는 평면상 단위 셀의 면적당 채널의 길이로 정의한다.
도 6은 일반적인 반도체 소자의 레이아웃의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 6을 참고하면, 일반적인 반도체 소자는 트렌치 게이트 MOSFET으로, 평면상 n+형 영역(400), p+형 영역(350) 및 게이트 트렌치(250)가 줄무늬 형상으로 배치된다. 게이트 트렌치(250) 내에 게이트 절연막(500) 및 게이트 전극(600)이 위치한다. 반도체 소자의 채널은 게이트 트렌치(250)의 측면에 위치한다.
일반적인 반도체 소자(도 6에 따른 반도체 소자)와 본 실시예에 따른 반도체 소자(도 1에 따른 반도체 소자)의 채널 밀도를 비교하면, 단위 셀(A)의 면적을 동일하게 할 때, 본 실시예에 따른 반도체 소자는 단위 셀(A)에서, 접촉부(CT)에서 외곽부(W) 방향으로 제1 트렌치(250) 사이의 폭이 일정하지 않고, 한번 굴곡되므로, 제1 트렌치(250)의 측면의 길이가 길어지므로(도 5 참조), 반도체 소자의 채널의 길이는 본 실시예에 따른 반도체 소자가 일반적인 반도체 소자에 비해 더 긴 것을 알 수 있다.
트렌치 게이트 MOSFET에서 채널 밀도는 순방향 전류 밀도와 비례한다. 즉, 채널 밀도의 증가는 순방향 전류 밀도의 증가를 의미한다. 이에, 본 실시예에 따른 반도체 소자의 경우, 채널 밀도의 증가에 따른 전류 밀도의 증가로 인하여 일반적인 반도체 소자와 비교할 때, 동일 전류량 달성을 위한 반도체 소자의 면적을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자의 제조 비용이 감소할 수 있고, 수율이 향상될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: n+형 탄화 규소 기판 200: n-형층
250: 제1 트렌치 270: 제2 트렌치
300: p형 영역 350: p+형 영역
400: n+형 영역 500: 게이트 절연막
600: 게이트 전극 700: 절연막
800: 소스 전극 900: 드레인 전극

Claims (13)

  1. n+형 탄화 규소 기판, n-형층, 제1 트렌치, p형 영역, p+형 영역, n+형 영역, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 반도체 소자에 있어서,
    상기 반도체 소자는 복수 개의 단위 셀을 포함하고,
    상기 복수 개의 단위 셀 중 하나의 단위 셀은
    상기 소스 전극과 상기 p+형 영역이 접촉하는 접촉부,
    평면상 상기 접촉부의 상부 및 하부에 각각 위치하는 외곽부, 그리고
    상기 접촉부와 상기 외곽부를 연결하는 연결부를 포함하고,
    상기 접촉부에서의 평면상 좌우 방향으로 인접하는 상기 제1 트렌치 사이의 폭은 상기 외곽부에서의 평면상 좌우 방향으로 인접하는 상기 제1 트렌치 사이의 폭과 동일하고,
    상기 연결부에서의 평면상 좌우 방향으로 인접한 상기 제1 트렌치 사이의 폭은 상기 접촉부에서의 평면상 좌우 방향으로 인접하는 상기 제1 트렌치 사이의 폭보다 짧은 반도체 소자.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 트렌치는 평면상 격자 모양으로 위치하는 반도체 소자.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 트렌치와 이격되는 복수 개의 제2 트렌치를 더 포함하는 반도체 소자.
  4. 제3항에서,
    상기 복수 개의 제2 트렌치는 평면상 매트릭스 형태로 위치하는 반도체 소자.
  5. 제4항에서,
    상기 단위 셀은 하나의 상기 제2 트렌치를 포함하고,
    상기 제2 트렌치는 상기 단위 셀의 중심부에 위치하는 반도체 소자.
  6. 제5항에서,
    상기 제2 트렌치는 상기 접촉부에 위치하고,
    상기 p+형 영역은 상기 제2 트렌치의 하부면 아래에 위치하는 반도체 소자.
  7. 제4항에서,
    상기 n-형층은 상기 n+형 탄화 규소 기판의 제1면에 위치하고,
    상기 p형 영역은 상기 n-형층 위에 위치하고,
    상기 n+형 영역은 상기 p형 영역 위에 위치하는 반도체 소자.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 트렌치는 상기 n+형 영역 및 상기 p형 영역을 관통하고, 상기 상기 n-형층에 위치하고,
    상기 제2 트렌치는 상기 n+형 영역을 관통하고, 상기 p형 영역에 위치하는 반도체 소자.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 트렌치 내에 위치하는 게이트 절연막을 더 포함하고,
    상기 게이트 전극은 상기 게이트 절연막 위에 위치하는 반도체 소자.
  10. 제9항에서,
    상기 게이트 절연막 및 상기 게이트 전극은 상기 제2 트렌치 및 상기 제2 트렌치의 주변에 위치하는 상기 n+형 영역을 노출하는 반도체 소자.
  11. 제10항에서,
    상기 게이트 전극 위에 위치하는 절연막을 더 포함하고,
    상기 소스 전극은 상기 절연막 및 상기 n+형 영역 위에 위치하는 반도체 소자.
  12. 제11항에서,
    상기 소스 전극은 상기 제2 트렌치 내에 위치하고,
    상기 제2 트렌치 주변에 위치하는 상기 n+형 영역과 접촉하는 반도체 소자.
  13. 제12항에서,
    상기 드레인 전극은 상기 n+형 탄화 규소 기판의 제2면에 위치하는 반도체 소자.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0416805B1 (en) * 1989-08-30 1996-11-20 Siliconix, Inc. Transistor with voltage clamp
US6236099B1 (en) * 1996-04-22 2001-05-22 International Rectifier Corp. Trench MOS device and process for radhard device
JP3329707B2 (ja) * 1997-09-30 2002-09-30 株式会社東芝 半導体装置
JP2001352063A (ja) 2000-06-09 2001-12-21 Sanyo Electric Co Ltd 絶縁ゲート型半導体装置
JP4623956B2 (ja) * 2003-11-12 2011-02-02 株式会社豊田中央研究所 Ｉｇｂｔ
JP2009043966A (ja) * 2007-08-09 2009-02-26 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
KR100903480B1 (ko) * 2007-08-24 2009-06-18 주식회사 동부하이텍 Ｍｏｓｆｅｔ 및 그 제조방법
JP2009088198A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Rohm Co Ltd 半導体装置
JP6341074B2 (ja) * 2014-01-24 2018-06-13 株式会社デンソー 半導体装置の製造方法

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