JPH04209565A - 光ビーム溶融再結晶半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
光ビーム溶融再結晶半導体装置およびその製造方法Info
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- JPH04209565A JPH04209565A JP2406244A JP40624490A JPH04209565A JP H04209565 A JPH04209565 A JP H04209565A JP 2406244 A JP2406244 A JP 2406244A JP 40624490 A JP40624490 A JP 40624490A JP H04209565 A JPH04209565 A JP H04209565A
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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
[00011
【産業上の利用分野]本発明は、バルクトランジスタを
集積した領域上に、光ビーム溶融再結晶半導体膜を形成
し、この膜にトランジスタ等の素子を形成した光ビーム
溶融再結晶半導体装置およびその製造方法に関する。 [0002] 【従来の技術】従来、バルクトランジスタ集積領域上に
層間絶縁膜を介して多結晶半導体薄膜トランジスタを形
成した三次元半導体装置を、大容量、低消費電力のSR
AMのセル等に使用することが提案されている(信学技
報、SDM90−25、p、 7〜13.1990、
同SDM90−34、p、75〜80.1990参照)
、シかし、SRAMを、データ保持力を低下させないで
、さらに大容量化し、低消費電力化することが要望され
ている。 [0003]すなわち、データ保持力が高いCMOS型
SRAMにおける負荷用のMOSトランジスタを、単結
晶に形成されたドライバートランジスタの集積領域上に
絶縁膜を介して三次元的に形成することによって、メモ
リセルの面積を小さくすると同時に、データ保持力を向
上するために負荷用のMOSトランジスタのリーク電流
の低減を図ることが必須の課題となっている。 [0004]この要望に沿うと期待されるものとして、
バルクトランジスタ集積領域上に層間絶縁膜を介して堆
積した多結晶半導体膜を、光ビームにより溶融再結晶化
した半導体層に、負荷用のMOS トランジスタを形成
した三次元半導体装置が考えられる。 [0005]図2は、光ビーム溶融再結晶半導体装置の
構成説明図である。この図において、21はSt単結晶
基板、22はフィールド酸化膜、23はバルクトランジ
スタ集積領域、24は周辺回路領域、25は層間絶縁膜
、26は多結晶Si膜、27はSin:膜、28はSi
3N+膜、29はレーザー光ビームである。 [0006]この半導体装置は、5RANiメモリセル
のドライバートランジスタであるMOSFETを形成し
たバルクトランジスタ集積領域23と周辺回路を形成し
た周辺回路領域24からなるSi単結晶基板21の上に
、層間絶縁膜25を介して多結晶Si膜26を形成し、
その上にSiO2膜27、S ! 3 N+膜28を形
成し、その上からレーザー光ビーム29を走査して照射
し、多結晶Si膜26を溶融し、再結晶化することによ
って結晶化し、この結晶化したSi膜に負荷用のN丁O
81〜ランジスタを形成し、適宜電気的に接続すること
によって製造される。 [0007]図3は、溶融再結晶化に用いるレーザー光
ビームのパワーとその層に形成したpMO3のリーク電
流の関係図である。この図において1曲線Aは段差のあ
るSiO2膜上に形成した溶融再結晶半導体膜にpch
MO3FETを形成した場合のリーク電流を示し、また
、曲線Bは、平坦なSiO2膜上に形成した溶融再結晶
半導体膜にpMOsFETを形成した場合のリーク電流
を参考のため示している。なお、この図の測定に供した
装置はチャネル長が1.8μmであり、測定電圧はドレ
イン電圧が一3Vであり、縦軸はゲート幅μm当たりの
電流値を示している。 [0008]この図に示されるように、本発明の装置の
ように段差を有する5iOz膜上に溶融再結晶半導体膜
を形成する場合は、平坦なSiO2膜上に形成した溶融
再結晶半導体膜上に形成した場合よりリーク電流が大き
いが、レーザー光ビームのパワーが3.8W程度で両者
が一致しており、この曲線Aが示すpMO3のリーク電
流の傾向から知られるように、この三次元半導体装置の
電気特性は、光ビームのパワーを上げるほど向上する。 [0009]
集積した領域上に、光ビーム溶融再結晶半導体膜を形成
し、この膜にトランジスタ等の素子を形成した光ビーム
溶融再結晶半導体装置およびその製造方法に関する。 [0002] 【従来の技術】従来、バルクトランジスタ集積領域上に
層間絶縁膜を介して多結晶半導体薄膜トランジスタを形
成した三次元半導体装置を、大容量、低消費電力のSR
AMのセル等に使用することが提案されている(信学技
報、SDM90−25、p、 7〜13.1990、
同SDM90−34、p、75〜80.1990参照)
、シかし、SRAMを、データ保持力を低下させないで
、さらに大容量化し、低消費電力化することが要望され
ている。 [0003]すなわち、データ保持力が高いCMOS型
SRAMにおける負荷用のMOSトランジスタを、単結
晶に形成されたドライバートランジスタの集積領域上に
絶縁膜を介して三次元的に形成することによって、メモ
リセルの面積を小さくすると同時に、データ保持力を向
上するために負荷用のMOSトランジスタのリーク電流
の低減を図ることが必須の課題となっている。 [0004]この要望に沿うと期待されるものとして、
バルクトランジスタ集積領域上に層間絶縁膜を介して堆
積した多結晶半導体膜を、光ビームにより溶融再結晶化
した半導体層に、負荷用のMOS トランジスタを形成
した三次元半導体装置が考えられる。 [0005]図2は、光ビーム溶融再結晶半導体装置の
構成説明図である。この図において、21はSt単結晶
基板、22はフィールド酸化膜、23はバルクトランジ
スタ集積領域、24は周辺回路領域、25は層間絶縁膜
、26は多結晶Si膜、27はSin:膜、28はSi
3N+膜、29はレーザー光ビームである。 [0006]この半導体装置は、5RANiメモリセル
のドライバートランジスタであるMOSFETを形成し
たバルクトランジスタ集積領域23と周辺回路を形成し
た周辺回路領域24からなるSi単結晶基板21の上に
、層間絶縁膜25を介して多結晶Si膜26を形成し、
その上にSiO2膜27、S ! 3 N+膜28を形
成し、その上からレーザー光ビーム29を走査して照射
し、多結晶Si膜26を溶融し、再結晶化することによ
って結晶化し、この結晶化したSi膜に負荷用のN丁O
81〜ランジスタを形成し、適宜電気的に接続すること
によって製造される。 [0007]図3は、溶融再結晶化に用いるレーザー光
ビームのパワーとその層に形成したpMO3のリーク電
流の関係図である。この図において1曲線Aは段差のあ
るSiO2膜上に形成した溶融再結晶半導体膜にpch
MO3FETを形成した場合のリーク電流を示し、また
、曲線Bは、平坦なSiO2膜上に形成した溶融再結晶
半導体膜にpMOsFETを形成した場合のリーク電流
を参考のため示している。なお、この図の測定に供した
装置はチャネル長が1.8μmであり、測定電圧はドレ
イン電圧が一3Vであり、縦軸はゲート幅μm当たりの
電流値を示している。 [0008]この図に示されるように、本発明の装置の
ように段差を有する5iOz膜上に溶融再結晶半導体膜
を形成する場合は、平坦なSiO2膜上に形成した溶融
再結晶半導体膜上に形成した場合よりリーク電流が大き
いが、レーザー光ビームのパワーが3.8W程度で両者
が一致しており、この曲線Aが示すpMO3のリーク電
流の傾向から知られるように、この三次元半導体装置の
電気特性は、光ビームのパワーを上げるほど向上する。 [0009]
【発明が解決しようとする課題】この従来の技術におい
ては、バルクトランジスタ集積領域上以外の多結晶Si
膜の下層は、バルクトランジスタのフィールド酸化膜(
厚さ〜6000 A)になっているため、バルクトラン
ジスタ集積領域上に比較して、この部分の下層への熱の
逃げは悪く、より高温になりやすい。 [00101そのため、三次元集積回路の電気特性を向
上させることを目的として、レーザー光ビームのパワー
を上げて、バルクトランジスタ集積領域上の多結晶Si
膜が適正な溶融状態を呈するように調節すると、フィー
ルド酸化膜上の多結晶Si膜は、それより高温になり、
レーザー光ビームの走査にともなって、その領域の多結
晶膜Siが極度に溶融して、その走査経路の両側に飛散
する現象(この現象を剥離現象と称している。)が生じ
、この現象が一旦始まると、そこからレーザー光ビーム
の走査につれて三次元集積回路形成領域まで波及して延
び、走査経路の両側に飛散した溶融Siが凝固して大き
な塊を作・ったり、5000 A程度の高さの敵状に凝
固する二とがあった。 [00111この現象が起きると、溶融再結晶Si膜の
表面が平坦でなくなり、その後バターニングのために加
えるエツチングの条件設定が困難になって、三次元半導
体が形成できなくなるという問題が生じていた。この現
象を防ぐためには、バルクトランジスタ集積領域上以外
の多結晶Si膜をエツチング等によって除去した後に溶
融再結晶化工程を加えることが考えられる。 [0012]Lかし、この方法によるとバルクトランジ
スタ集積領域以外に形成されている周辺回路を構成する
バルクトランジスタ(図2の24)の上には層間絶縁膜
のみ存在することになるからレーザー光ビームが直接こ
のバルクトランジスタに照射し、その特性を劣化させる
おそれが生じる。そのため、バルクトランジスタ集積領
域上以外にも多結晶Si膜を残しておくことが必要であ
る。本発明は、上記の問題点を生じることなく、高パワ
ーのレーザー光ビームを照射して高性能の溶融再結晶半
導体装置を提供することを目的とする。 [0013]
ては、バルクトランジスタ集積領域上以外の多結晶Si
膜の下層は、バルクトランジスタのフィールド酸化膜(
厚さ〜6000 A)になっているため、バルクトラン
ジスタ集積領域上に比較して、この部分の下層への熱の
逃げは悪く、より高温になりやすい。 [00101そのため、三次元集積回路の電気特性を向
上させることを目的として、レーザー光ビームのパワー
を上げて、バルクトランジスタ集積領域上の多結晶Si
膜が適正な溶融状態を呈するように調節すると、フィー
ルド酸化膜上の多結晶Si膜は、それより高温になり、
レーザー光ビームの走査にともなって、その領域の多結
晶膜Siが極度に溶融して、その走査経路の両側に飛散
する現象(この現象を剥離現象と称している。)が生じ
、この現象が一旦始まると、そこからレーザー光ビーム
の走査につれて三次元集積回路形成領域まで波及して延
び、走査経路の両側に飛散した溶融Siが凝固して大き
な塊を作・ったり、5000 A程度の高さの敵状に凝
固する二とがあった。 [00111この現象が起きると、溶融再結晶Si膜の
表面が平坦でなくなり、その後バターニングのために加
えるエツチングの条件設定が困難になって、三次元半導
体が形成できなくなるという問題が生じていた。この現
象を防ぐためには、バルクトランジスタ集積領域上以外
の多結晶Si膜をエツチング等によって除去した後に溶
融再結晶化工程を加えることが考えられる。 [0012]Lかし、この方法によるとバルクトランジ
スタ集積領域以外に形成されている周辺回路を構成する
バルクトランジスタ(図2の24)の上には層間絶縁膜
のみ存在することになるからレーザー光ビームが直接こ
のバルクトランジスタに照射し、その特性を劣化させる
おそれが生じる。そのため、バルクトランジスタ集積領
域上以外にも多結晶Si膜を残しておくことが必要であ
る。本発明は、上記の問題点を生じることなく、高パワ
ーのレーザー光ビームを照射して高性能の溶融再結晶半
導体装置を提供することを目的とする。 [0013]
【課題を解決するための手段】本発明にかかる光ビーム
溶融再結晶半導体装置においては、バルクトランジスタ
集積領域を有する半導体基板と、その上に形成された層
間絶縁膜と、該層間絶縁膜の上に形成された多結晶半導
体膜に、該バルクトランジスタ集積領域のみに開口を有
する光ビーム反射膜の上から光ビームを照射することに
よって溶融再結晶化された半導体膜と、該溶融再結晶化
された半導体膜中に形成されたトランジスタ等の素子を
含む構成を採用した。 [0014]また、本発明にかかる光ビーム溶融再結晶
半導体装置の製造方法においては、バルクトランジスタ
集積領域を有する半導体基板の上に層間絶縁膜を形成す
る工程と、この層間絶縁膜の上に多結晶半導体膜を形成
する工程と、この多結晶半導体膜の上のバルクトランジ
スタ集積領域以外の部分に光ビーム反射膜を形成する工
程と、この光ビーム反射膜の上から光ビームを照射して
この多結晶半導体膜を溶融再結晶化する工程と、この溶
融再結晶化した半導体膜中にトランジスタ等の素子を形
成する工程を採用した。 [0015]
溶融再結晶半導体装置においては、バルクトランジスタ
集積領域を有する半導体基板と、その上に形成された層
間絶縁膜と、該層間絶縁膜の上に形成された多結晶半導
体膜に、該バルクトランジスタ集積領域のみに開口を有
する光ビーム反射膜の上から光ビームを照射することに
よって溶融再結晶化された半導体膜と、該溶融再結晶化
された半導体膜中に形成されたトランジスタ等の素子を
含む構成を採用した。 [0014]また、本発明にかかる光ビーム溶融再結晶
半導体装置の製造方法においては、バルクトランジスタ
集積領域を有する半導体基板の上に層間絶縁膜を形成す
る工程と、この層間絶縁膜の上に多結晶半導体膜を形成
する工程と、この多結晶半導体膜の上のバルクトランジ
スタ集積領域以外の部分に光ビーム反射膜を形成する工
程と、この光ビーム反射膜の上から光ビームを照射して
この多結晶半導体膜を溶融再結晶化する工程と、この溶
融再結晶化した半導体膜中にトランジスタ等の素子を形
成する工程を採用した。 [0015]
【作用】本発明の手段を用いて多結晶Si膜の溶融再結
晶化を行うと、バルクトランジスタ集積領域上以外の多
結晶Si膜に入射するレーザー光ビームのパワーは、反
射して減少するため、この部分の多結晶半導体膜の温度
は、バルクトランジスタ集積領域上の多結晶Si膜より
低くなり、前記の、いわゆる、剥離現象を抑えることが
できる。 [0016]
晶化を行うと、バルクトランジスタ集積領域上以外の多
結晶Si膜に入射するレーザー光ビームのパワーは、反
射して減少するため、この部分の多結晶半導体膜の温度
は、バルクトランジスタ集積領域上の多結晶Si膜より
低くなり、前記の、いわゆる、剥離現象を抑えることが
できる。 [0016]
【実施例】以下、本発明の詳細な説明する。 図1は、
本発明の一実施例の光ビーム溶融再結晶半導体装置の概
略構成図である。この図において、1はSi単結晶基板
、2はフィールド酸化膜、3はバルクトランジスタ集積
領域、4は周辺回路領域、5は層間絶縁膜、6は多結晶
Si膜、7は5in2膜、8はSi3N+膜、9はWS
i2反射膜、10はレーザー光ビームである。 [0017]この半導体装置は、S1単結晶基板1の上
に、従来知られている製造工程を用いることにより、各
素子間を分離するフィールド酸化膜2を形成し、このフ
ィールド酸化膜2によって囲まれた領域に、この図では
3個の〜■○5FETからなる、SRAMのメモリセル
のドライバートランジスタであるバルクトランジスタ集
積領域3と周辺回路領域4を形成し、その上に、Sin
:膜/BPSG膜/5i02膜(100nm/300n
m/200nm)からなる層間絶縁膜5を堆積し、その
上に多結晶Si膜6を堆積し、その上に厚さ50nmの
SiO2膜7と厚さ1100nのS ! 3 N4膜8
を堆積し、さらにその上に厚さ1100nのWSiz反
射膜9を堆積し、このWSiz反射膜9のバルクトラン
ジスタ集積領域3上のみをエツチングして除去する。 [0018]この状態で、Arレーザーによるレーザー
光10を照射して、WSiz反射膜がない部分の多結晶
Si膜6を溶融し、再結晶化することによって結晶化し
、この結晶化したSi膜に負荷用のMOSトランジスタ
を形成し、適宜電気的に接続することによってSRAM
を製造する。 この時の条件を下に示す。 1、レーザーパワー 4W 28 レーザーの波長 488 nm3、レー
ザーの装置速度 150mm/5ec4、基板温度
500℃[0019]この基板温度は
、その上面がレーザー光が照射されて1415℃程度に
加熱されるため、基板中に生じる歪みを緩和するために
昇温されているものである。また、キャップ層、S i
Oz /S i:+ N4膜(7,8)は、溶融したS
tの形状を保ち、剥離を抑える機能と、レーザー光の吸
収効率を向上して効率よく溶融再結晶を行う機能を有し
ている。 [00201なお、上記の実施例においては、光ビーム
としてレーザー光ビームを、半導体材料としてSiを用
いたが、本発明は、この光源、材料に限定されないこと
はいうまでもない。また、SRAMに限定されることも
なく、広く光ビームを用いて溶融再結晶化する工程に適
用できる。 [00211 【発明の効果]本発明によると、多結晶Siを剥離する
ことなく、高パワーでバルクトランジスタ集積領域上の
多結晶Stの溶融再結晶化を行うことができる。
本発明の一実施例の光ビーム溶融再結晶半導体装置の概
略構成図である。この図において、1はSi単結晶基板
、2はフィールド酸化膜、3はバルクトランジスタ集積
領域、4は周辺回路領域、5は層間絶縁膜、6は多結晶
Si膜、7は5in2膜、8はSi3N+膜、9はWS
i2反射膜、10はレーザー光ビームである。 [0017]この半導体装置は、S1単結晶基板1の上
に、従来知られている製造工程を用いることにより、各
素子間を分離するフィールド酸化膜2を形成し、このフ
ィールド酸化膜2によって囲まれた領域に、この図では
3個の〜■○5FETからなる、SRAMのメモリセル
のドライバートランジスタであるバルクトランジスタ集
積領域3と周辺回路領域4を形成し、その上に、Sin
:膜/BPSG膜/5i02膜(100nm/300n
m/200nm)からなる層間絶縁膜5を堆積し、その
上に多結晶Si膜6を堆積し、その上に厚さ50nmの
SiO2膜7と厚さ1100nのS ! 3 N4膜8
を堆積し、さらにその上に厚さ1100nのWSiz反
射膜9を堆積し、このWSiz反射膜9のバルクトラン
ジスタ集積領域3上のみをエツチングして除去する。 [0018]この状態で、Arレーザーによるレーザー
光10を照射して、WSiz反射膜がない部分の多結晶
Si膜6を溶融し、再結晶化することによって結晶化し
、この結晶化したSi膜に負荷用のMOSトランジスタ
を形成し、適宜電気的に接続することによってSRAM
を製造する。 この時の条件を下に示す。 1、レーザーパワー 4W 28 レーザーの波長 488 nm3、レー
ザーの装置速度 150mm/5ec4、基板温度
500℃[0019]この基板温度は
、その上面がレーザー光が照射されて1415℃程度に
加熱されるため、基板中に生じる歪みを緩和するために
昇温されているものである。また、キャップ層、S i
Oz /S i:+ N4膜(7,8)は、溶融したS
tの形状を保ち、剥離を抑える機能と、レーザー光の吸
収効率を向上して効率よく溶融再結晶を行う機能を有し
ている。 [00201なお、上記の実施例においては、光ビーム
としてレーザー光ビームを、半導体材料としてSiを用
いたが、本発明は、この光源、材料に限定されないこと
はいうまでもない。また、SRAMに限定されることも
なく、広く光ビームを用いて溶融再結晶化する工程に適
用できる。 [00211 【発明の効果]本発明によると、多結晶Siを剥離する
ことなく、高パワーでバルクトランジスタ集積領域上の
多結晶Stの溶融再結晶化を行うことができる。
【図1】本発明の一実施例の光ビーム溶融再結晶半導体
装置の概略構成図である。
装置の概略構成図である。
【図2】光ビーム溶融再結晶半導体装置の構成説明図で
ある。
ある。
【図3】溶融再結晶化に用いるレーザー光ビームのパワ
ーとその層に形成した9MO8のリーク電流の関係図で
ある。
ーとその層に形成した9MO8のリーク電流の関係図で
ある。
I Si単結晶基板
2 フィールド酸化膜
3 バルクトランジスタ集積領域
4 周辺回路領域
5 層間絶縁膜
6 多結晶Si膜
7SiO2膜
8Si3N2膜
9WSi2反射膜
10 レーザー光ビーム
Claims (2)
- 【請求項1】バルクトランジスタ集積領域を有する半導
体基板と、その上に形成された層間絶縁膜と、該層間絶
縁膜の上に形成された多結晶半導体膜に、該バルクトラ
ンジスタ集積領域のみに開口を有する光ビーム反射膜の
上から光ビームを照射することによって溶融再結晶化さ
れた半導体膜と、該溶融再結晶化された半導体膜中に形
成されたトランジスタ等の素子を含むことを特徴とする
光ビーム溶融再結晶半導体装置。 - 【請求項2】バルクトランジスタ集積領域を有する半導
体基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、この層間絶
縁膜の上に多結晶半導体膜を形成する工程と、この多結
晶半導体膜の上のバルクトランジスタ集積領域以外の部
分に光ビーム反射膜を形成する工程と、この光ビーム反
射膜の上から光ビームを照射してこの多結晶半導体膜を
溶融し再結晶化する工程と、この再結晶化した半導体膜
中にトランジスタ等の素子を形成する工程を含むことを
特徴とする光ビーム溶融再結晶半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2406244A JPH04209565A (ja) | 1990-12-07 | 1990-12-07 | 光ビーム溶融再結晶半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2406244A JPH04209565A (ja) | 1990-12-07 | 1990-12-07 | 光ビーム溶融再結晶半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04209565A true JPH04209565A (ja) | 1992-07-30 |
Family
ID=18515858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2406244A Withdrawn JPH04209565A (ja) | 1990-12-07 | 1990-12-07 | 光ビーム溶融再結晶半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04209565A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5302538A (en) * | 1992-08-04 | 1994-04-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing field effect transistor |
-
1990
- 1990-12-07 JP JP2406244A patent/JPH04209565A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5302538A (en) * | 1992-08-04 | 1994-04-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing field effect transistor |
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