JPH03284831A - 半導体薄膜の形成方法 - Google Patents
半導体薄膜の形成方法Info
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- JPH03284831A JPH03284831A JP8598690A JP8598690A JPH03284831A JP H03284831 A JPH03284831 A JP H03284831A JP 8598690 A JP8598690 A JP 8598690A JP 8598690 A JP8598690 A JP 8598690A JP H03284831 A JPH03284831 A JP H03284831A
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- JP
- Japan
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- semiconductor thin
- film
- thin film
- laser
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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】
(産業上の利用分野)
本発明は半導体薄膜の形成方法に関し、特に半導体薄膜
を結晶化させた後に、再びレーザ光を照射して半導体薄
膜を加熱する半導体薄膜の形成方法に関する。
を結晶化させた後に、再びレーザ光を照射して半導体薄
膜を加熱する半導体薄膜の形成方法に関する。
(従来の技術)
従来から、ガラスなどの絶縁基板上に酸化シリコン(S
iO2)などから成る熱!!衝膜と非晶質若しくは多結
晶の半導体薄膜とを形成して、この半導体薄膜に連続発
振アルゴンレーザなどを照射して、半導体薄膜を溶融・
固化させることにより半導体薄膜を結晶化させる半導体
薄膜の結晶化法があった。
iO2)などから成る熱!!衝膜と非晶質若しくは多結
晶の半導体薄膜とを形成して、この半導体薄膜に連続発
振アルゴンレーザなどを照射して、半導体薄膜を溶融・
固化させることにより半導体薄膜を結晶化させる半導体
薄膜の結晶化法があった。
(発明が解決しようとする問題点)
ところが、この従来の半導体薄膜の結晶化法では、半導
体薄膜にレーザ光を照射して半導体薄膜を溶融させた際
に、酸化シリコンなどから成る熱緩衝膜も加熱され、結
晶化した後の半導体薄膜に酸素原子が多数取り込まれて
しまうという問題があった0例えば、通常の単結晶シリ
コン基板では酸素原子は101′1個/cm’程度しか
存在しないのに対して、上述のような構成を有する半導
体薄膜をレーザ光で結晶化した場合、シリコン膜中には
、1019〜1020個/cm’程度酸素原子が存在し
ている。このような半導体薄膜でトランジスタを形成す
ると、過飽和の酸素原子が数個集合してクラスターとな
り、これがドナーを形成してしまう、イオン化したドナ
ーは、キャリアの散乱中心となるため、半導体膜中での
電子および正孔の移動度に悪影響を与える。したがって
、半導体特性を改善するには、上述のようなサーマルド
ナーを消滅させることが有効である。
体薄膜にレーザ光を照射して半導体薄膜を溶融させた際
に、酸化シリコンなどから成る熱緩衝膜も加熱され、結
晶化した後の半導体薄膜に酸素原子が多数取り込まれて
しまうという問題があった0例えば、通常の単結晶シリ
コン基板では酸素原子は101′1個/cm’程度しか
存在しないのに対して、上述のような構成を有する半導
体薄膜をレーザ光で結晶化した場合、シリコン膜中には
、1019〜1020個/cm’程度酸素原子が存在し
ている。このような半導体薄膜でトランジスタを形成す
ると、過飽和の酸素原子が数個集合してクラスターとな
り、これがドナーを形成してしまう、イオン化したドナ
ーは、キャリアの散乱中心となるため、半導体膜中での
電子および正孔の移動度に悪影響を与える。したがって
、半導体特性を改善するには、上述のようなサーマルド
ナーを消滅させることが有効である。
単結晶のシリコン基板を用いた半導体製造プロセスでは
、酸化膜の形成工程や不純物の拡散工程など1000℃
以上の高温工程があるため、サーマルドナーは分解して
しまうが、ガラス基板上に薄膜トランジスタを形成する
場合、高温プロセスがないため、最後までサーマルドナ
ーが残ってしまい、応答速度の速いトランジスタを得る
ことができないという問題があった。また、800℃で
10秒程度のRTP (ランプアニール法によるラビッ
ドサーマルプロセス)も有効であるが、ガラス基板をこ
のような高温の炉の中に入れることはできない。
、酸化膜の形成工程や不純物の拡散工程など1000℃
以上の高温工程があるため、サーマルドナーは分解して
しまうが、ガラス基板上に薄膜トランジスタを形成する
場合、高温プロセスがないため、最後までサーマルドナ
ーが残ってしまい、応答速度の速いトランジスタを得る
ことができないという問題があった。また、800℃で
10秒程度のRTP (ランプアニール法によるラビッ
ドサーマルプロセス)も有効であるが、ガラス基板をこ
のような高温の炉の中に入れることはできない。
本発明は、このような問題点に鑑みて案出されたもので
あり、結晶化した半導体薄膜中のサーマルドナーを分解
して消滅させることにより、電子および正孔の移動度の
速いトランジスタを得ることができる半導体薄膜を形成
することを目的とするものである。
あり、結晶化した半導体薄膜中のサーマルドナーを分解
して消滅させることにより、電子および正孔の移動度の
速いトランジスタを得ることができる半導体薄膜を形成
することを目的とするものである。
(問題点を解決するための手段)
本発明によれば、基板上に第1の絶縁膜と非晶質若し゛
くは多結晶の半導体薄膜とを形成してレーザ光を照射す
ることにより半導体薄膜を溶融・固化させて結晶化させ
る半導体薄膜の形成方法において、前記半導体薄膜を結
晶化させた後、さらに前記レーザ光よりも小エネルギー
のレーザ光を前記半導体薄膜に照射することを特徴とす
る半導体薄膜の形成方法が提供され、そのことにより上
記目的が達成される。
くは多結晶の半導体薄膜とを形成してレーザ光を照射す
ることにより半導体薄膜を溶融・固化させて結晶化させ
る半導体薄膜の形成方法において、前記半導体薄膜を結
晶化させた後、さらに前記レーザ光よりも小エネルギー
のレーザ光を前記半導体薄膜に照射することを特徴とす
る半導体薄膜の形成方法が提供され、そのことにより上
記目的が達成される。
(作用)
上記のように構成することにより、結晶化した半導体薄
膜中のサーマルドナーは著しく減少する。
膜中のサーマルドナーは著しく減少する。
(実施例)
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
第1図は、本発明をスタガー型の薄膜トランジスタに適
用した例を示す断面図であり、■は#7059基板など
から成るガラス基板、2は酸化シリコン(SiO2)な
どから成る絶縁膜である。
用した例を示す断面図であり、■は#7059基板など
から成るガラス基板、2は酸化シリコン(SiO2)な
どから成る絶縁膜である。
この絶縁膜2は、プラズマCVD法、熱CVD法、光C
VD法などで厚み5000人程度に形成される。この絶
縁膜2は、ガラス基板1と後述する半導体薄膜3とのp
!!、膨張の相違を吸収する緩衝膜として、また基板1
から半導体薄膜3に不純物が混入するのを防止するため
に設けられる。
VD法などで厚み5000人程度に形成される。この絶
縁膜2は、ガラス基板1と後述する半導体薄膜3とのp
!!、膨張の相違を吸収する緩衝膜として、また基板1
から半導体薄膜3に不純物が混入するのを防止するため
に設けられる。
前記絶縁膜2上には、第1の半導体薄膜3が設けられる
。この第1の半導体薄膜3は、非晶質若しくは多結晶の
半導体薄膜で構成され、プラズマCVD法、熱CVD法
、光CVD法などで厚み5000λ程度に形成される。
。この第1の半導体薄膜3は、非晶質若しくは多結晶の
半導体薄膜で構成され、プラズマCVD法、熱CVD法
、光CVD法などで厚み5000λ程度に形成される。
この第1の半導体薄膜3を形成する際に、同時にボロン
やリンなどの不純物原子を10′5〜1018個/ c
m ’程度あらかじめ含有させて置く。
やリンなどの不純物原子を10′5〜1018個/ c
m ’程度あらかじめ含有させて置く。
前記第1の半導体膜M3に基板1側から若しくは半導体
薄膜3側からレーザ光を照射して結晶化させる。レーザ
光としては、例えば0.1〜2゜Wの出力でスポット径
が100μm程度の連続波アルゴンレーザなどが好適に
用いられ、走査速度05〜20cm/sec程度で走査
される。このようにして結晶化させた第1の半導体薄膜
には、サーマルドナーとなる酸素原子を1019〜10
20個/cm’程度含有している。
薄膜3側からレーザ光を照射して結晶化させる。レーザ
光としては、例えば0.1〜2゜Wの出力でスポット径
が100μm程度の連続波アルゴンレーザなどが好適に
用いられ、走査速度05〜20cm/sec程度で走査
される。このようにして結晶化させた第1の半導体薄膜
には、サーマルドナーとなる酸素原子を1019〜10
20個/cm’程度含有している。
次に、第1の半導体薄膜3上に、逆導電型となる不純物
原子を含有する非晶質若しくは多結晶の第2の半導体薄
膜4a、4bを形成する。この第2の半導体膜M4a、
4b部分は、ソース領域とドレイン領域となり、プラズ
マCVD法、熱cVD法、或いは光CVD法などで厚み
500人程度に形成される。
原子を含有する非晶質若しくは多結晶の第2の半導体薄
膜4a、4bを形成する。この第2の半導体膜M4a、
4b部分は、ソース領域とドレイン領域となり、プラズ
マCVD法、熱cVD法、或いは光CVD法などで厚み
500人程度に形成される。
前記第1の半導体薄膜3上の第2の半導体薄膜4aと4
bとの間には、酸化シリコン(SiO2)などから成る
ゲート絶縁M5が厚み1000人程度に形成される。
bとの間には、酸化シリコン(SiO2)などから成る
ゲート絶縁M5が厚み1000人程度に形成される。
次に、基板1側がらレーザ光を照射して、第1の半導体
薄膜3を加熱する。このレーザ光としては、1〜2J/
cm2程度のエキシマレーザが好適に用いられる。すな
わち、エキシマレーザは短波長光であるため、半導体薄
膜3の極表面層のみで吸収される程度となるが、サーマ
ルドナーは分解され、電子および正孔の移動度は向上す
る。また、第2の半導体層4a、4bの第1の半導体層
3との接合部近傍が熱アニールされることによって接合
特性が改善されるとともに、ゲート絶縁膜5と第1の半
導体層3との界面準位も低下する。
薄膜3を加熱する。このレーザ光としては、1〜2J/
cm2程度のエキシマレーザが好適に用いられる。すな
わち、エキシマレーザは短波長光であるため、半導体薄
膜3の極表面層のみで吸収される程度となるが、サーマ
ルドナーは分解され、電子および正孔の移動度は向上す
る。また、第2の半導体層4a、4bの第1の半導体層
3との接合部近傍が熱アニールされることによって接合
特性が改善されるとともに、ゲート絶縁膜5と第1の半
導体層3との界面準位も低下する。
また、半導体層4側からエキシマレーザを導入すれば、
サーマルドナーの解消とともに接合部近傍が溶融・結晶
化し、ホモのp−n接合となって接合特性がさらに改善
されるという副次的効果もある。なお、エキシマレーザ
の代わりに、低パワーのアルゴンレーザなどを用いても
よい。
サーマルドナーの解消とともに接合部近傍が溶融・結晶
化し、ホモのp−n接合となって接合特性がさらに改善
されるという副次的効果もある。なお、エキシマレーザ
の代わりに、低パワーのアルゴンレーザなどを用いても
よい。
最後に、ゲート絶縁膜5上、ソース領域4a上、および
ドレイン領域4b上にそれぞれAI=Ta、W、Ti、
Ni= Mo、Crなどから成る電極6a、6b、6c
を真空蒸着法やスパッタリング法などで形成してスタガ
ー型の薄膜トランジスタが完成する。
ドレイン領域4b上にそれぞれAI=Ta、W、Ti、
Ni= Mo、Crなどから成る電極6a、6b、6c
を真空蒸着法やスパッタリング法などで形成してスタガ
ー型の薄膜トランジスタが完成する。
第2図は、本発明を逆スタガー型の薄膜トランジスタに
適用した例を示す断面図であり、11は#7059基板
などから成るガラス基板、12は酸化シリコン(S l
02 )などから成る第1の絶縁膜である。
適用した例を示す断面図であり、11は#7059基板
などから成るガラス基板、12は酸化シリコン(S l
02 )などから成る第1の絶縁膜である。
この第1の絶縁膜12は、プラズマCVD法、熱CVD
法、光CVD法などで厚み5000人程度ロス成される
。この第1の絶縁膜12は、ガラス基板11と後述する
半導体薄膜13との熱膨張の相違を吸収する緩衝膜とし
て、また基板11がら半導体薄膜13に不純物が混入す
るのを防止するために設けられる。
法、光CVD法などで厚み5000人程度ロス成される
。この第1の絶縁膜12は、ガラス基板11と後述する
半導体薄膜13との熱膨張の相違を吸収する緩衝膜とし
て、また基板11がら半導体薄膜13に不純物が混入す
るのを防止するために設けられる。
前記第1の絶縁膜12上には、Ta、W、Ti、Ni、
Mo−Crなどから成るゲート電極16cが厚み300
0人程度ロスパッタリング法や真空蒸着法により形成さ
れる。
Mo−Crなどから成るゲート電極16cが厚み300
0人程度ロスパッタリング法や真空蒸着法により形成さ
れる。
前記ゲート電極16cと第1の絶縁膜12上には、ゲー
ト絶縁膜15が形成される。このゲート絶縁膜15は、
酸化シリコン(SiOz)などがち成り、プラズマCV
D法、熱CVD法、光CVD法などで厚み1000人程
度1形成される。
ト絶縁膜15が形成される。このゲート絶縁膜15は、
酸化シリコン(SiOz)などがち成り、プラズマCV
D法、熱CVD法、光CVD法などで厚み1000人程
度1形成される。
前記ゲート絶縁膜15上には、第1の半導体薄膜13が
設けられる。この第1の半導体薄膜13は、非晶質若し
くは多結晶の半導体薄膜で構成され、ブラズ?CVD法
、熱CVD法、光CVD法などで厚み5000人程度ロ
ス成される。この第1の半導体薄膜13を形成する際に
、同時にボロンやリンなどの不純物原子を1015〜1
018個/crn’程度あらかじめ含有させて置く。
設けられる。この第1の半導体薄膜13は、非晶質若し
くは多結晶の半導体薄膜で構成され、ブラズ?CVD法
、熱CVD法、光CVD法などで厚み5000人程度ロ
ス成される。この第1の半導体薄膜13を形成する際に
、同時にボロンやリンなどの不純物原子を1015〜1
018個/crn’程度あらかじめ含有させて置く。
前記第1の半導体薄膜13に基板11側から若しくは半
導体薄膜13(!lからレーザ光を照射して結晶化させ
る。レーザ光としては、例えば0.1〜20Wの出力で
スポット径が100μm程度の連続波アルゴンレーザな
どが好適に用いられ、走査速度0−5〜20cm/se
c程度で走査される。このようにして結晶化させた第1
の半導体薄膜13には、サーマルドナーとなる酸素原子
を101g〜1020個/Cm3程度含有している。
導体薄膜13(!lからレーザ光を照射して結晶化させ
る。レーザ光としては、例えば0.1〜20Wの出力で
スポット径が100μm程度の連続波アルゴンレーザな
どが好適に用いられ、走査速度0−5〜20cm/se
c程度で走査される。このようにして結晶化させた第1
の半導体薄膜13には、サーマルドナーとなる酸素原子
を101g〜1020個/Cm3程度含有している。
前記第1の半導体薄膜13上の全面に、酸化シリコン膜
を成膜して、ゲート電極16cをマスクにして酸化シリ
コン膜をエツチング除去し、第1の半導体薄膜13上の
ゲート電極16cに対応する位置に酸化シリコン膜17
を形成する。
を成膜して、ゲート電極16cをマスクにして酸化シリ
コン膜をエツチング除去し、第1の半導体薄膜13上の
ゲート電極16cに対応する位置に酸化シリコン膜17
を形成する。
次に、第1の半導体薄膜13および酸化シリコン膜17
上に、逆導電型となる不純物原子を含有する非晶質若し
くは多結晶の第2の半導体薄膜14をプラズマCVD法
、熱CVD法、或いは光CVD法などで厚み500人程
ロス形成する。この第2の半導体薄膜14は、後に分割
されてソース領域とドレイン領域となる。
上に、逆導電型となる不純物原子を含有する非晶質若し
くは多結晶の第2の半導体薄膜14をプラズマCVD法
、熱CVD法、或いは光CVD法などで厚み500人程
ロス形成する。この第2の半導体薄膜14は、後に分割
されてソース領域とドレイン領域となる。
次に、第2の半導体薄膜14上からレーザ光を照射して
、第1の半導体薄膜13を加熱する。このレニザ光とし
ては、1〜2J/cm2程度のエキシマレーザが好適に
用いられる。すなわち、エキシマレーザは短波長光であ
るため、第1の半導体薄膜13の極表面層のみで吸収さ
れる。このため、レーザ結晶化した第1の半導体薄膜1
3と接触している第2の半導体薄膜14は溶融して結晶
化し、ホモのp−n接合となり、接合特性が改善される
。一方、セルファラインされた酸化シリコン膜17上の
第2の半導体層14は溶融して結晶化するが、酸化シリ
コン膜17で遮蔽されて、レーザ結晶化シリコン13と
は分離されるものの、熱は伝播する。下部のレーザ結晶
化シリコン13は溶融には至らないが、熱処理を受ける
ことになり、サーマルドナーを分離消滅させることとな
る。
、第1の半導体薄膜13を加熱する。このレニザ光とし
ては、1〜2J/cm2程度のエキシマレーザが好適に
用いられる。すなわち、エキシマレーザは短波長光であ
るため、第1の半導体薄膜13の極表面層のみで吸収さ
れる。このため、レーザ結晶化した第1の半導体薄膜1
3と接触している第2の半導体薄膜14は溶融して結晶
化し、ホモのp−n接合となり、接合特性が改善される
。一方、セルファラインされた酸化シリコン膜17上の
第2の半導体層14は溶融して結晶化するが、酸化シリ
コン膜17で遮蔽されて、レーザ結晶化シリコン13と
は分離されるものの、熱は伝播する。下部のレーザ結晶
化シリコン13は溶融には至らないが、熱処理を受ける
ことになり、サーマルドナーを分離消滅させることとな
る。
最後に、第2の半導体層14上に、アルミニウムなどを
蒸着して、このアルミニウムの所定部分と酸化シリコン
膜17上の第2の半導体層14をエツチング除去してソ
ース電極16aとドレイン電極16bを形成して完成す
る。
蒸着して、このアルミニウムの所定部分と酸化シリコン
膜17上の第2の半導体層14をエツチング除去してソ
ース電極16aとドレイン電極16bを形成して完成す
る。
従来のように、レーザ光で加熱処理をしなかった場合は
、電子の移動度の平均は60V−C/cm2であったが
、上記実施例のようにパワー1〜2J/cm2のエキシ
マレーザを照射して半導体薄膜を加熱処理したところ、
電子の移動度は100V−07cm2以上になることを
確認した。
、電子の移動度の平均は60V−C/cm2であったが
、上記実施例のようにパワー1〜2J/cm2のエキシ
マレーザを照射して半導体薄膜を加熱処理したところ、
電子の移動度は100V−07cm2以上になることを
確認した。
(発明の効果)
以上のように、本発明に係る半導体薄膜の形成方法によ
れば、半導体薄膜を結晶化させた後、さらにレーザ光を
照射して半導体薄膜を加熱することから、半導体薄膜中
のサーマルドナーを分解して消滅させることができ、応
答速度の速い薄膜トランジスタを形成できる。
れば、半導体薄膜を結晶化させた後、さらにレーザ光を
照射して半導体薄膜を加熱することから、半導体薄膜中
のサーマルドナーを分解して消滅させることができ、応
答速度の速い薄膜トランジスタを形成できる。
また、レーザ光を照射することによって瞬時的に加熱す
ることから、薄膜半導体を形成する基板としてガラスの
ような比較的低融点の基板を用いることができる。
ることから、薄膜半導体を形成する基板としてガラスの
ような比較的低融点の基板を用いることができる。
第1図は本発明に係る半導体薄膜の形成方法をスタガー
型の薄膜トランジスタに適用した例を示す断面図、第2
図は同じく逆スタガー型の薄膜トランジスタに適用した
例を示す断面図である。 1.11:基板 2.12:絶縁膜3.13ニ一導
電型半導体層 4.14:逆導電型半導体層 5.15:ゲート絶縁膜
型の薄膜トランジスタに適用した例を示す断面図、第2
図は同じく逆スタガー型の薄膜トランジスタに適用した
例を示す断面図である。 1.11:基板 2.12:絶縁膜3.13ニ一導
電型半導体層 4.14:逆導電型半導体層 5.15:ゲート絶縁膜
Claims (1)
- 基板上に第1の絶縁膜と非晶質若しくは多結晶の半導
体薄膜とを形成してレーザ光を照射することにより半導
体薄膜を溶融・固化させて結晶化させる半導体薄膜の形
成方法において、前記半導体薄膜を結晶化させた後、さ
らに前記レーザ光よりも小エネルギーのレーザ光を前記
半導体薄膜に照射することを特徴とする半導体薄膜の形
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8598690A JPH03284831A (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 半導体薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8598690A JPH03284831A (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 半導体薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03284831A true JPH03284831A (ja) | 1991-12-16 |
Family
ID=13874011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8598690A Pending JPH03284831A (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 半導体薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03284831A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0786304A (ja) * | 1993-06-25 | 1995-03-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| US6319761B1 (en) | 1993-06-22 | 2001-11-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of fabricating a thin film transistor |
| US6713330B1 (en) | 1993-06-22 | 2004-03-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of fabricating a thin film transistor |
-
1990
- 1990-03-30 JP JP8598690A patent/JPH03284831A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6319761B1 (en) | 1993-06-22 | 2001-11-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of fabricating a thin film transistor |
| US6713330B1 (en) | 1993-06-22 | 2004-03-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of fabricating a thin film transistor |
| JPH0786304A (ja) * | 1993-06-25 | 1995-03-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
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