JPH04181779A - 薄膜トランジスタ - Google Patents
薄膜トランジスタInfo
- Publication number
- JPH04181779A JPH04181779A JP2310462A JP31046290A JPH04181779A JP H04181779 A JPH04181779 A JP H04181779A JP 2310462 A JP2310462 A JP 2310462A JP 31046290 A JP31046290 A JP 31046290A JP H04181779 A JPH04181779 A JP H04181779A
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- JP
- Japan
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- gate electrode
- thin film
- gate
- insulating film
- film transistor
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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〕
本発明はアクティブマトリックス方式の液晶デイスプレ
ィや、イメージセンサや3次元集積回路などに応用され
る薄膜トランジスタに関する。
ィや、イメージセンサや3次元集積回路などに応用され
る薄膜トランジスタに関する。
従来の薄膜トランジスタは、例えばJAPAND工5P
iAY′86の1986年P196〜P199に示され
る様な構造であった。この構造を一般化して、その概要
を第2図に示す。(α)図は上視図であり、(b)図は
AA’における断面図である。ガラス、石英、サファイ
ア等の絶縁基板201上に、ドナーあるいは、アクセプ
タとなる不純物を添加した多結晶シリコン薄膜から成る
ソース領域202及びドレイン領域205が形成されて
いる。これに接して、ソース電極204とドレイン電極
205が設けられており、更にソース領域202及びド
レイン領域2CI5の上側で接し両者を結ぶように多結
晶シリコン薄膜から成るチャネル領域206が形成され
ている。これらを被覆するようにゲート絶縁膜207が
設けられている。
iAY′86の1986年P196〜P199に示され
る様な構造であった。この構造を一般化して、その概要
を第2図に示す。(α)図は上視図であり、(b)図は
AA’における断面図である。ガラス、石英、サファイ
ア等の絶縁基板201上に、ドナーあるいは、アクセプ
タとなる不純物を添加した多結晶シリコン薄膜から成る
ソース領域202及びドレイン領域205が形成されて
いる。これに接して、ソース電極204とドレイン電極
205が設けられており、更にソース領域202及びド
レイン領域2CI5の上側で接し両者を結ぶように多結
晶シリコン薄膜から成るチャネル領域206が形成され
ている。これらを被覆するようにゲート絶縁膜207が
設けられている。
しかし、前述の従来技術には以下に述べるような課題が
ある。
ある。
第5図は第2図で説明した様な構造を持つチャネル長1
0μm、チャネル幅10μmの薄膜トランジスタの特性
の一例を示すグラフであり、横軸がゲート電圧Vge、
縦軸はドレイン電流工dの対数値である。ここでトラン
ジスタがオフ状態の時(ゲート電圧が負)にソース、ド
レイン間に流れる電流をオフ電流工Off、トランジス
タがオン状態の時(ゲート電圧1ov以上)にソース、
ドレイン間に流れる電流をオン電流工onと呼ぶ。オン
電流が大きくオフ電流の小さな特性、言い替えるとオン
/オフ比工on/工Offの大きな特性が望ましい。と
ころが一般にオン電流を上げるとオフ電流も増加する傾
向にあり、この事は特にドライバー内蔵型の液晶デイス
プレィを実現する上で問題となる。即ち液晶デイスプレ
ィの画素部に用いるトランジスタには特にオフ電流の少
ない特性が要求されるのに対し、周辺回路に用いるトラ
ンジスタには高速動作をさせる為に、オン電流の大きい
特性が要求される。
0μm、チャネル幅10μmの薄膜トランジスタの特性
の一例を示すグラフであり、横軸がゲート電圧Vge、
縦軸はドレイン電流工dの対数値である。ここでトラン
ジスタがオフ状態の時(ゲート電圧が負)にソース、ド
レイン間に流れる電流をオフ電流工Off、トランジス
タがオン状態の時(ゲート電圧1ov以上)にソース、
ドレイン間に流れる電流をオン電流工onと呼ぶ。オン
電流が大きくオフ電流の小さな特性、言い替えるとオン
/オフ比工on/工Offの大きな特性が望ましい。と
ころが一般にオン電流を上げるとオフ電流も増加する傾
向にあり、この事は特にドライバー内蔵型の液晶デイス
プレィを実現する上で問題となる。即ち液晶デイスプレ
ィの画素部に用いるトランジスタには特にオフ電流の少
ない特性が要求されるのに対し、周辺回路に用いるトラ
ンジスタには高速動作をさせる為に、オン電流の大きい
特性が要求される。
本発明はこの様な問題点を解決するものであり、その目
的とするところはオン/オフ比工on/工offの大き
な特性を持つ薄膜トランジスタを提供する事にある。
的とするところはオン/オフ比工on/工offの大き
な特性を持つ薄膜トランジスタを提供する事にある。
本発明の薄膜トランジスタは、所定の基板上に第1のゲ
ート電極、該第1のゲート電極を覆うように設けられた
第Tのゲート絶縁膜、該第1のゲート絶縁膜と接するよ
うに設けられた半導体層、該半導体層分覆うように設け
られた第2のゲート絶縁膜、該第2のゲート絶縁膜と接
し、該第1のゲート電極を被覆するように設けられた第
2のゲート電極、該第2のゲート電極をマスクに自己整
合的に形成されたソース領域及びドレイン領域企順次積
層したことを特徴とする。
ート電極、該第1のゲート電極を覆うように設けられた
第Tのゲート絶縁膜、該第1のゲート絶縁膜と接するよ
うに設けられた半導体層、該半導体層分覆うように設け
られた第2のゲート絶縁膜、該第2のゲート絶縁膜と接
し、該第1のゲート電極を被覆するように設けられた第
2のゲート電極、該第2のゲート電極をマスクに自己整
合的に形成されたソース領域及びドレイン領域企順次積
層したことを特徴とする。
以下実施例に基づいて、本発明の詳細な説明する。第1
図に本発明による薄膜トランジスタの1例を示す。
図に本発明による薄膜トランジスタの1例を示す。
ガラス、セラミックス、シリコン基板等の基板101上
にOr、Ti等の金属、■To等の透明電極から成る第
1のゲート電極102を形成する。その膜厚は5QO〜
5[]DDXが望ましい。材質は上記の材質に限定され
るものではなく、導電性の料質であればよい。次に5i
n2 、SiN。
にOr、Ti等の金属、■To等の透明電極から成る第
1のゲート電極102を形成する。その膜厚は5QO〜
5[]DDXが望ましい。材質は上記の材質に限定され
るものではなく、導電性の料質であればよい。次に5i
n2 、SiN。
Ta2O,等の絶縁膜から成る第1のゲート絶縁膜10
5を形成する。その膜厚は500〜5000Xが望まし
い。一方第1のゲート電極102・を不純物を添加した
シリコン薄膜とし、熱酸化法により第1のゲート電極1
02の表面を酸化して、第1のゲート絶縁膜103を形
成してもよい。次に多結晶シリコン、非晶質シリコン等
のシリコン薄膜から成る半導体層104を形成する。そ
の膜厚は500〜2oooXが望ましい。次に5102
、S iN 、Ta2O,等の絶縁膜から成る第2のゲ
ート絶縁膜107を形成する。その膜厚は500〜5o
ooXが望ましい。第2のゲート絶縁膜107は、第1
のゲート絶縁膜105と同様に、半導体層104を熱酸
化法により表面を酸化して形成してもよい。次にOr、
Ti等の金属、工TO等の透明電極、不純物を添加した
シリコン薄膜より成る第2のゲート電極108を形成す
る。最後に、P、B等の不純物をイオン打込み法、イオ
ンドーピング法等により、所定のエネルギーで不純物イ
オンを半導体層104へ打込み、ソース領域106.ド
レイン領域105を形成し、熱処理、レーザービーム照
射により不純物を活性化する。第2のゲート電極108
は、導電性があり、かつソース領域106.ドレイン領
域105を形成する際のイオン打込みに対してのマスク
となる材質、膜厚5等の条件が要求される。この様に形
成された薄膜トランジスタの等何回路を第4図に示す。
5を形成する。その膜厚は500〜5000Xが望まし
い。一方第1のゲート電極102・を不純物を添加した
シリコン薄膜とし、熱酸化法により第1のゲート電極1
02の表面を酸化して、第1のゲート絶縁膜103を形
成してもよい。次に多結晶シリコン、非晶質シリコン等
のシリコン薄膜から成る半導体層104を形成する。そ
の膜厚は500〜2oooXが望ましい。次に5102
、S iN 、Ta2O,等の絶縁膜から成る第2のゲ
ート絶縁膜107を形成する。その膜厚は500〜5o
ooXが望ましい。第2のゲート絶縁膜107は、第1
のゲート絶縁膜105と同様に、半導体層104を熱酸
化法により表面を酸化して形成してもよい。次にOr、
Ti等の金属、工TO等の透明電極、不純物を添加した
シリコン薄膜より成る第2のゲート電極108を形成す
る。最後に、P、B等の不純物をイオン打込み法、イオ
ンドーピング法等により、所定のエネルギーで不純物イ
オンを半導体層104へ打込み、ソース領域106.ド
レイン領域105を形成し、熱処理、レーザービーム照
射により不純物を活性化する。第2のゲート電極108
は、導電性があり、かつソース領域106.ドレイン領
域105を形成する際のイオン打込みに対してのマスク
となる材質、膜厚5等の条件が要求される。この様に形
成された薄膜トランジスタの等何回路を第4図に示す。
401は第2のゲート電極108.402はソース電極
、403はドレイン電極、404は第1のゲート電極1
02である。ここで、41:M*402.405より成
る薄膜トランジスタをTF’T1.404,402,4
05より成る薄膜トランジスタをTFT2とする。第5
図に示す等何回路の様にTFTlとTFT2のゲート電
極を接続する。第1図に示す第1のゲート絶縁膜105
と第2のゲート絶縁膜107が同材質で膜厚が第1のゲ
ート絶縁膜105に比べ第2のゲート絶縁膜が厚い場合
、第6図の実線で示す特性が得られる。
、403はドレイン電極、404は第1のゲート電極1
02である。ここで、41:M*402.405より成
る薄膜トランジスタをTF’T1.404,402,4
05より成る薄膜トランジスタをTFT2とする。第5
図に示す等何回路の様にTFTlとTFT2のゲート電
極を接続する。第1図に示す第1のゲート絶縁膜105
と第2のゲート絶縁膜107が同材質で膜厚が第1のゲ
ート絶縁膜105に比べ第2のゲート絶縁膜が厚い場合
、第6図の実線で示す特性が得られる。
横軸がゲート電圧76日(v)、縦軸はドレイン電流工
dの対数値、ソース、ドレイン電圧4(v)、チャネル
幅10μmTFT1のチャネル長10μm、TFT2の
チャネル長8μmである。従来の特性第3図と比べると
、ゲート電圧V g sが負領域でのドレイン電流の増
大がなく、従来の薄膜トランジスタにおけるゲート電圧
o(v)’のドレイン電流値をそのまま保っている。す
なわち薄膜トランジスタのオフ特性を大幅に改善できて
いる。これは、薄膜トランジスタがオフ時に、芦2のゲ
ート電極とドレイン領域の間の電圧が実効的に小さくな
るからである。一方ゲート電圧Vgが正領域では従来と
ほとんど差がない。これは薄膜トランジスタにおいては
、チャネル部の半導体層が500〜2000にと薄い為
空乏層の延びる範囲が限られ、反転層ができやすいので
、オフセット量109を最適化(ΔL(jμm)すれば
、オン電流の減少を抑える事ができる。第7図にオフセ
ット量ΔLとオン電流工onの対数値の関係を示す。横
軸はオフセット量ΔL1縦軸はオン電流工onである。
dの対数値、ソース、ドレイン電圧4(v)、チャネル
幅10μmTFT1のチャネル長10μm、TFT2の
チャネル長8μmである。従来の特性第3図と比べると
、ゲート電圧V g sが負領域でのドレイン電流の増
大がなく、従来の薄膜トランジスタにおけるゲート電圧
o(v)’のドレイン電流値をそのまま保っている。す
なわち薄膜トランジスタのオフ特性を大幅に改善できて
いる。これは、薄膜トランジスタがオフ時に、芦2のゲ
ート電極とドレイン領域の間の電圧が実効的に小さくな
るからである。一方ゲート電圧Vgが正領域では従来と
ほとんど差がない。これは薄膜トランジスタにおいては
、チャネル部の半導体層が500〜2000にと薄い為
空乏層の延びる範囲が限られ、反転層ができやすいので
、オフセット量109を最適化(ΔL(jμm)すれば
、オン電流の減少を抑える事ができる。第7図にオフセ
ット量ΔLとオン電流工onの対数値の関係を示す。横
軸はオフセット量ΔL1縦軸はオン電流工onである。
この図から明らかな様にオフセット量ΔLが3μmを超
えると急激にオン電流が減少する。ここでは、TFTl
とT F T 2(1’J’ゲート絶縁膜の材質が同じ
で膜厚が違う場合について説明したが、TF’TIのゲ
ート絶縁膜に印加される電界強度E1とTFT2のゲー
ト絶縁膜に印加される電界強度E2が E、<12 ・・・・・・(11を満たせば全(
同様の効果が得られる。すなわち、第1のゲート絶縁膜
105と第2のゲート絶縁膜107が異質の材質でも(
1)式を満たす様に膜厚を設定すればよい。
えると急激にオン電流が減少する。ここでは、TFTl
とT F T 2(1’J’ゲート絶縁膜の材質が同じ
で膜厚が違う場合について説明したが、TF’TIのゲ
ート絶縁膜に印加される電界強度E1とTFT2のゲー
ト絶縁膜に印加される電界強度E2が E、<12 ・・・・・・(11を満たせば全(
同様の効果が得られる。すなわち、第1のゲート絶縁膜
105と第2のゲート絶縁膜107が異質の材質でも(
1)式を満たす様に膜厚を設定すればよい。
第4図に示す等何回路において、TFTMのゲート電極
401に印加する電圧11 、TFT2のゲート電極4
02に印加する電圧v2を変えて、+11式を満たす様
にVl、V2を設定しても上記と全(同様の効果が得ら
れる。一方V1.’V2の設定を、 El >E 2 ・・・・・・(2)を満たす
様に設定すると第6図の点線で示す特性が得られる。オ
フ電流は従来の薄膜トランジスタと同程度であるがオン
電流が従来に比べ大きくなる。すなわち、v’l、v2
の設定により薄膜トランジスタの特性をコントロールす
ることができる第8図の等何回路に示す様にTPTI
801のゲート電極とTPT2 802のゲート電極
を接続する。TF’T1とTFT2の電界強度は、+1
)式を満たしており、第6図の実線の特性が得られる。
401に印加する電圧11 、TFT2のゲート電極4
02に印加する電圧v2を変えて、+11式を満たす様
にVl、V2を設定しても上記と全(同様の効果が得ら
れる。一方V1.’V2の設定を、 El >E 2 ・・・・・・(2)を満たす
様に設定すると第6図の点線で示す特性が得られる。オ
フ電流は従来の薄膜トランジスタと同程度であるがオン
電流が従来に比べ大きくなる。すなわち、v’l、v2
の設定により薄膜トランジスタの特性をコントロールす
ることができる第8図の等何回路に示す様にTPTI
801のゲート電極とTPT2 802のゲート電極
を接続する。TF’T1とTFT2の電界強度は、+1
)式を満たしており、第6図の実線の特性が得られる。
この薄膜トランジスタを用いて液晶層8053駆動する
と、TFT2の第1のゲート電極1゜2は、TFT2の
第2のゲート電極107によってシールドされており、
液晶層にゲート信号が印加されるのを防ぐことができ、
信頼性を向上できる。又、オフ電流も低減するこ2が’
Err*目〉かり妨晶層に蓄積された電荷の保持特性も
向上し、液晶表示装置の表示品質も大幅に向上できる。
と、TFT2の第1のゲート電極1゜2は、TFT2の
第2のゲート電極107によってシールドされており、
液晶層にゲート信号が印加されるのを防ぐことができ、
信頼性を向上できる。又、オフ電流も低減するこ2が’
Err*目〉かり妨晶層に蓄積された電荷の保持特性も
向上し、液晶表示装置の表示品質も大幅に向上できる。
以上N型の薄膜トランジスタについて説明したがPff
薄膜トランジスタでも全く同様に構成できる。
薄膜トランジスタでも全く同様に構成できる。
本発明は次のようなすぐれた効果を有する。
第1にオン電流を減少させる事なく、オフ電流を劇的に
低減させる事ができ、液晶表示装置に応用すれば、保持
特性が向上し、コントラスト比を大幅に改善できる。
低減させる事ができ、液晶表示装置に応用すれば、保持
特性が向上し、コントラスト比を大幅に改善できる。
第2に、ゲート電極をシールドすることが可能となり、
ゲート信号が液晶層へ印加されるのを防止でき、液晶表
示装置の信頼性が向上する。
ゲート信号が液晶層へ印加されるのを防止でき、液晶表
示装置の信頼性が向上する。
第6に、TFTI 、TF’T2のそれぞれのゲート電
極へ印加する信号を調整することにより、オン電流が増
大し、薄膜トランジスタによる高速のロジック回路が実
現できる。
極へ印加する信号を調整することにより、オン電流が増
大し、薄膜トランジスタによる高速のロジック回路が実
現できる。
以上の様に、本発明の薄膜トランジスタは数多くの優れ
た効果を有するものであり、その応用範囲は、液晶表示
装置のアクティブマトリックス基板やその周辺回路、イ
メージセンサ、3次元集積回路など多岐にわたる。
た効果を有するものであり、その応用範囲は、液晶表示
装置のアクティブマトリックス基板やその周辺回路、イ
メージセンサ、3次元集積回路など多岐にわたる。
第1図は本発明のN膜トランジスタの断面図を示す。
第2図(α)、(b)は従来の薄膜トランジスタの構造
を示し、(a)は上視図、(b)は断面図である。 第3図は従来の薄膜トランジスタの特性図、第6図は本
発明の薄膜トランジスタの特性を示す図第4図、第5図
、第8図は本発明の薄膜トランジスタの等価回路を示す
図。 第7図はオフセット量ΔLとオン電極工Qnの関係を示
す図。 104.201・・・・・・基 板 102 ・・・・・・第1のゲート電極103
・・・・・・第1のゲート絶縁膜104.2[)
6・・・・・・半導体層105.2m5・・・・・・ド
レイン領域106.202・・・・・・ソース領域10
7 ・・・・・・第2のゲート絶縁膜108
・・・・・・第2のゲート絶縁膜109
・・・・・・オフセクト量ΔL207 ・・・
・・・ゲート絶縁膜208.401,404・・・・・
・ゲート電極204.402・・・・・・ソース電極2
05.405・・・・・・ドレイン電極405.50i
、soi・−・・−’rF’r1406.502,8
02・・・・・・TFT2以上 出H人 セイコーエプソン株式会U 代理人 弁理士 鈴木喜三部(他T名)(a) (b) 第5図 Vgs (V) 第6図
を示し、(a)は上視図、(b)は断面図である。 第3図は従来の薄膜トランジスタの特性図、第6図は本
発明の薄膜トランジスタの特性を示す図第4図、第5図
、第8図は本発明の薄膜トランジスタの等価回路を示す
図。 第7図はオフセット量ΔLとオン電極工Qnの関係を示
す図。 104.201・・・・・・基 板 102 ・・・・・・第1のゲート電極103
・・・・・・第1のゲート絶縁膜104.2[)
6・・・・・・半導体層105.2m5・・・・・・ド
レイン領域106.202・・・・・・ソース領域10
7 ・・・・・・第2のゲート絶縁膜108
・・・・・・第2のゲート絶縁膜109
・・・・・・オフセクト量ΔL207 ・・・
・・・ゲート絶縁膜208.401,404・・・・・
・ゲート電極204.402・・・・・・ソース電極2
05.405・・・・・・ドレイン電極405.50i
、soi・−・・−’rF’r1406.502,8
02・・・・・・TFT2以上 出H人 セイコーエプソン株式会U 代理人 弁理士 鈴木喜三部(他T名)(a) (b) 第5図 Vgs (V) 第6図
Claims (5)
- (1)ガラス、セラミックス、シリコン基板等の基板上
に、第1のゲート電極、該第1のゲート電極を覆うよう
に設けられた第1のゲート絶縁膜、該第1のゲート絶縁
膜と接するように設けられた半導体層、該半導体層を覆
うように設けられた第2のゲート絶縁膜、該第2のゲー
ト絶縁膜と接し、該第1のゲート電極に比べ、ソース領
域及びドレイン領域方向に幅を大きくして設けられた第
2のゲート電極、第2のゲート電極をマスクとして、自
己整合的に該半導体層に不純物を添加して設けられた該
ソース領域及び該ドレイン領域を順次積層したことを特
徴とする薄膜トランジスタ。 - (2)該第2のゲート絶縁膜の膜厚が該第1のゲート絶
縁膜より厚いことを特徴とする請求項1記載の薄膜トラ
ンジスタ。 - (3)該第1のゲート電極と該第2のゲート電極を接続
し、所定の電気信号を印加することを特徴とする請求項
1又は2記載の薄膜トランジスタ。 - (4)該第1のゲート電極と該第2のゲート電極にそれ
ぞれ所定の電気信号を印加することを特徴とする請求項
1又は2記載の薄膜トランジスタ。 - (5)該第2のゲート電極を所定の電位に固定し、該第
1のゲート電極に所定の電気信号を印加することを特徴
とする請求項1又は2記載の薄膜トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31046290A JP3008485B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 薄膜トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31046290A JP3008485B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 薄膜トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04181779A true JPH04181779A (ja) | 1992-06-29 |
| JP3008485B2 JP3008485B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=18005543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31046290A Expired - Fee Related JP3008485B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 薄膜トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3008485B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0645603A (ja) * | 1992-07-23 | 1994-02-18 | Nec Corp | Mos型薄膜トランジスタ |
| JP2002033488A (ja) * | 2001-05-14 | 2002-01-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
| US6504182B2 (en) * | 1999-08-24 | 2003-01-07 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Thin-film transistors |
| US6730970B1 (en) * | 1999-11-16 | 2004-05-04 | Nec Lcd Technologies, Ltd. | Thin film transistor and fabrication method of the same |
| JP2006049928A (ja) * | 2005-09-29 | 2006-02-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
| US7265390B2 (en) | 2001-07-17 | 2007-09-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light emitting device |
| JP2017139488A (ja) * | 2017-04-10 | 2017-08-10 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置、表示モジュール及び電子機器 |
| JP2020080430A (ja) * | 2010-02-05 | 2020-05-28 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
| US10854636B2 (en) | 2001-07-27 | 2020-12-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Metal wiring and method of manufacturing the same, and metal wiring substrate and method of manufacturing the same |
-
1990
- 1990-11-16 JP JP31046290A patent/JP3008485B2/ja not_active Expired - Fee Related
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