JPH0445975B2 - - Google Patents
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- JPH0445975B2 JPH0445975B2 JP58000338A JP33883A JPH0445975B2 JP H0445975 B2 JPH0445975 B2 JP H0445975B2 JP 58000338 A JP58000338 A JP 58000338A JP 33883 A JP33883 A JP 33883A JP H0445975 B2 JPH0445975 B2 JP H0445975B2
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- Japan
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- semiconductor thin
- semiconductor
- film
- substrate
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Element Separation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、薄膜トランジスタ(TFT)等を含
む薄膜半導体装置の製造方法に関し、特に絶縁材
料基板上の半導体薄膜を結晶化した半導体装置の
製造方法に関するものである。
む薄膜半導体装置の製造方法に関し、特に絶縁材
料基板上の半導体薄膜を結晶化した半導体装置の
製造方法に関するものである。
SOI(Semiconductor on Insulator)構造は、
半導体装置の高性能化、高密度化、低コスト化を
可能にする技術として注目されている。その技術
には、例えば、半導体単結晶基板上の酸化膜の上
の半導体薄膜を結晶化する場合、酸化膜の窓を通
して基板を種結晶とする方法、ガラス等に周期的
な溝を掘りその溝を成長核安定位置として堆積し
た薄膜を結晶化する、いわゆるグラフオエピタキ
シーと称する方法などがある。後者は、ガラス等
の絶縁基板上に単結晶半導体層が得られるという
画期的のもので、第1図にその工程例を示す。
半導体装置の高性能化、高密度化、低コスト化を
可能にする技術として注目されている。その技術
には、例えば、半導体単結晶基板上の酸化膜の上
の半導体薄膜を結晶化する場合、酸化膜の窓を通
して基板を種結晶とする方法、ガラス等に周期的
な溝を掘りその溝を成長核安定位置として堆積し
た薄膜を結晶化する、いわゆるグラフオエピタキ
シーと称する方法などがある。後者は、ガラス等
の絶縁基板上に単結晶半導体層が得られるという
画期的のもので、第1図にその工程例を示す。
第1図aは、例えばガラス基板1の表面に周期
的な溝3を形成した断面を示す。溝3の形状は結
晶化する薄膜の結晶方位に依存し、例えば(100)
のときは、矩形やストライプ状の平面形状で、矩
形の断面形状が選ばれる。溝3の幅は通常数μm
〜50μm程度に、深さは0.1〜1μm程度に、フオト
エツチやドライエツチなどで作成される。次に、
第1図bの様に、基板1の表面に非晶質シリコン
(a−si)や多結晶シリコン(p−si)等の半導
体薄膜2を堆積する。薄膜2の堆積は、PCVD
(Plasma Chemical Vapor Deposition)、MBE
(Molecular Beam Epitaxy)、IBD(Ion Beam
Deposition)、減圧CVD、グロー放電堆積法、
等々、種々の方法によつてなされる。第1図bの
様な構造体に対し、次にレーザ、電子線、ランプ
光、ヒーター等を用いた、いわゆるビームアニー
ル法で薄膜2を急速に溶融・再結晶化する。その
際、基板1の溝3が再結晶成長核を安定させる働
きをして、再結晶薄膜20の結晶方向がそろい、
ガラス基板1上に結晶膜が形成できることになる
(第1図c)。その後、薄膜20内に、TFT、抵
抗、容量その他の素子をつくりこむわけである
が、薄膜20の導電型や不純物密度は基本的に膜
内で均一であるので、例えばP型ウエル等を形成
する場合には、改めて不純物選択添加をしなけれ
ばならない。各素子の分離には、選択エツチ等で
薄膜20を島状領域に分ける必要があり、これに
よる段差が、その後の配線等の加工がしにくいこ
とや、集積密度向上に妨げになる欠点がある。基
板1の溝3の存在は、薄膜20の膜厚不均一や表
面の凹凸を生じさせる原因ともなるので、半導体
装置製造の観点からは必ずしも望ましいものでは
ない。
的な溝3を形成した断面を示す。溝3の形状は結
晶化する薄膜の結晶方位に依存し、例えば(100)
のときは、矩形やストライプ状の平面形状で、矩
形の断面形状が選ばれる。溝3の幅は通常数μm
〜50μm程度に、深さは0.1〜1μm程度に、フオト
エツチやドライエツチなどで作成される。次に、
第1図bの様に、基板1の表面に非晶質シリコン
(a−si)や多結晶シリコン(p−si)等の半導
体薄膜2を堆積する。薄膜2の堆積は、PCVD
(Plasma Chemical Vapor Deposition)、MBE
(Molecular Beam Epitaxy)、IBD(Ion Beam
Deposition)、減圧CVD、グロー放電堆積法、
等々、種々の方法によつてなされる。第1図bの
様な構造体に対し、次にレーザ、電子線、ランプ
光、ヒーター等を用いた、いわゆるビームアニー
ル法で薄膜2を急速に溶融・再結晶化する。その
際、基板1の溝3が再結晶成長核を安定させる働
きをして、再結晶薄膜20の結晶方向がそろい、
ガラス基板1上に結晶膜が形成できることになる
(第1図c)。その後、薄膜20内に、TFT、抵
抗、容量その他の素子をつくりこむわけである
が、薄膜20の導電型や不純物密度は基本的に膜
内で均一であるので、例えばP型ウエル等を形成
する場合には、改めて不純物選択添加をしなけれ
ばならない。各素子の分離には、選択エツチ等で
薄膜20を島状領域に分ける必要があり、これに
よる段差が、その後の配線等の加工がしにくいこ
とや、集積密度向上に妨げになる欠点がある。基
板1の溝3の存在は、薄膜20の膜厚不均一や表
面の凹凸を生じさせる原因ともなるので、半導体
装置製造の観点からは必ずしも望ましいものでは
ない。
本発明は、叙上の従来の薄膜結晶化法の問題点
に鑑みなされたものである。
に鑑みなされたものである。
本発明においては、平坦な基板を用い、その上
の第1半導体薄膜を島状にすることにより生じた
段差を、さらに第1薄膜上の第2半導体薄膜の結
晶化に有効に利用するもので、基板の溝は不要で
あること、2種の半導体膜(第1、第2)を利用
できる等の利点がある。
の第1半導体薄膜を島状にすることにより生じた
段差を、さらに第1薄膜上の第2半導体薄膜の結
晶化に有効に利用するもので、基板の溝は不要で
あること、2種の半導体膜(第1、第2)を利用
できる等の利点がある。
以下に、図面を参照して本発明を詳述し、利点
をさらに明らかにしていく。
をさらに明らかにしていく。
第2図には、本発明の一実施例を示す。
第2図aは平面図であり、ガラス基板1上に、
非晶質または多結晶から成る第1半導体薄膜12
を島状に残した状態を示す。第1薄膜12をスト
ライプ状にパターニングした例であるが、矩形
(長方形)またはその組み合わせでもよい。島状
第1半導体薄膜12の間の幅は1〜50μmが選ば
れ、特に、将来製作しようとする非晶質または多
結晶から成る第2半導体薄膜の幅から、ひいては
半導体装置の構造から定まるものである。第2図
aでは、島状第1半導体薄膜12は規則的に配列
された例を示したが、上記の要求からこの形状は
定まつてくるものである。第1半導体薄膜12の
厚みは0.05〜2μm程度に選ばれるが、これは第2
半導体薄膜の厚み(または半導体装置の半導体層
の要求厚み)の0.5〜2倍程度に定まる。第1半
導体12として、a−siやp−siの如き半導体薄
膜は勿論使えるが、これは、Pなどをドープすれ
ば配線材料としても用いることができる。第1半
導体薄膜12の段差部6が、第2半導体薄膜の再
結晶核安定位置になるので、第1半導体薄膜12
の端面6は基板1の表面と直交している程望まし
い。そのため、島状第1半導体薄膜12を形成す
るためには、イオンエツチ、反応性イオンエツチ
等、方向性選択エツチが望ましく、これらの方法
によれば、端面6と基板表面とは70°以上にする
ことができる。
非晶質または多結晶から成る第1半導体薄膜12
を島状に残した状態を示す。第1薄膜12をスト
ライプ状にパターニングした例であるが、矩形
(長方形)またはその組み合わせでもよい。島状
第1半導体薄膜12の間の幅は1〜50μmが選ば
れ、特に、将来製作しようとする非晶質または多
結晶から成る第2半導体薄膜の幅から、ひいては
半導体装置の構造から定まるものである。第2図
aでは、島状第1半導体薄膜12は規則的に配列
された例を示したが、上記の要求からこの形状は
定まつてくるものである。第1半導体薄膜12の
厚みは0.05〜2μm程度に選ばれるが、これは第2
半導体薄膜の厚み(または半導体装置の半導体層
の要求厚み)の0.5〜2倍程度に定まる。第1半
導体12として、a−siやp−siの如き半導体薄
膜は勿論使えるが、これは、Pなどをドープすれ
ば配線材料としても用いることができる。第1半
導体薄膜12の段差部6が、第2半導体薄膜の再
結晶核安定位置になるので、第1半導体薄膜12
の端面6は基板1の表面と直交している程望まし
い。そのため、島状第1半導体薄膜12を形成す
るためには、イオンエツチ、反応性イオンエツチ
等、方向性選択エツチが望ましく、これらの方法
によれば、端面6と基板表面とは70°以上にする
ことができる。
第2図bは、第2図a(平面図)の基板1に絶
縁膜4を全面堆積した断面である。絶縁膜4は、
酸化硅素、酸化アルミニウム、もしくはそれらの
混合物から成るもので、PCVD、CVD、減圧
CVD、蒸着等衆知の方法で堆積される。絶縁膜
4は、後工程のビームアニールでビームを吸収し
にくく、かつ融点の高いものが望まれ、窒化硅素
などが望ましい。第1半導体薄膜12の段差によ
り絶縁膜4の表面には溝3が生じることになる。
第2図cでは、絶縁膜4の上に第2半導体薄膜2
2を堆積した断面を示す。第2半導体薄膜22は
a−siやp−si等であり、必要に応じ不純物が添
加されている。第2半導体薄膜22の堆積は、
PCVDを初めとした衆知の方法が適用され、0.5
〜1μm厚に選ばれる。その後、CWやパルスのレ
ーザー・ビーム、電子ビーム、ランプ光、ヒータ
ー等によるビームアニールがなされ、第2半導体
薄膜22は急速に溶融・再結晶化して、結晶薄膜
122となる(第2図d)。その際、絶縁膜4の
段差部5が成長核安定位置として働き、第2半導
体薄膜22は粒径の大きな多結晶または(100)
面を主表面にもつ単結晶の結晶薄膜122とな
る。ビーム照射を80J/cm2〜100J/cm2の高エネル
ギーで、または第2薄膜22を薄くして行なえ
ば、薄膜22は溶融・流動して絶縁膜4の凹部3
にたまり、結晶状の島にすることが可能である
(第2図e)。ビームアニール時の第2薄膜22の
蒸発防止、またはビーム入射を効率化するためな
どで、第2半導体薄膜22の表面を窒化膜等の絶
縁物で被うことも有効である。また、最初のビー
ムアニール、もしくは2回目のビームアニールを
行なえば、第1半導体薄膜12を溶融・再結晶化
することができる。そのとき、絶縁膜4の第1薄
膜12側端面6が成長核安定位置として働き、第
1半導体薄膜12も結晶化することができる。第
1半導体薄膜12に所定の不純物を所定の密度で
添加しておけば、第2結晶化薄膜122と異なる
導電型または、密度の半導体領域が絶縁膜4で分
離された形で形成される。第1半導体薄膜12は
上述の様に、半導体薄膜が使えるわけであるが、
段差を供給するのであるから、段差は一段に限ら
ず、もつと多くしても、本発明は適用できること
も明らかである。半導体装置の構造上、絶縁膜4
の一部に窓を明けた方が、後工程に有利な場合に
も、本発明は適用される。
縁膜4を全面堆積した断面である。絶縁膜4は、
酸化硅素、酸化アルミニウム、もしくはそれらの
混合物から成るもので、PCVD、CVD、減圧
CVD、蒸着等衆知の方法で堆積される。絶縁膜
4は、後工程のビームアニールでビームを吸収し
にくく、かつ融点の高いものが望まれ、窒化硅素
などが望ましい。第1半導体薄膜12の段差によ
り絶縁膜4の表面には溝3が生じることになる。
第2図cでは、絶縁膜4の上に第2半導体薄膜2
2を堆積した断面を示す。第2半導体薄膜22は
a−siやp−si等であり、必要に応じ不純物が添
加されている。第2半導体薄膜22の堆積は、
PCVDを初めとした衆知の方法が適用され、0.5
〜1μm厚に選ばれる。その後、CWやパルスのレ
ーザー・ビーム、電子ビーム、ランプ光、ヒータ
ー等によるビームアニールがなされ、第2半導体
薄膜22は急速に溶融・再結晶化して、結晶薄膜
122となる(第2図d)。その際、絶縁膜4の
段差部5が成長核安定位置として働き、第2半導
体薄膜22は粒径の大きな多結晶または(100)
面を主表面にもつ単結晶の結晶薄膜122とな
る。ビーム照射を80J/cm2〜100J/cm2の高エネル
ギーで、または第2薄膜22を薄くして行なえ
ば、薄膜22は溶融・流動して絶縁膜4の凹部3
にたまり、結晶状の島にすることが可能である
(第2図e)。ビームアニール時の第2薄膜22の
蒸発防止、またはビーム入射を効率化するためな
どで、第2半導体薄膜22の表面を窒化膜等の絶
縁物で被うことも有効である。また、最初のビー
ムアニール、もしくは2回目のビームアニールを
行なえば、第1半導体薄膜12を溶融・再結晶化
することができる。そのとき、絶縁膜4の第1薄
膜12側端面6が成長核安定位置として働き、第
1半導体薄膜12も結晶化することができる。第
1半導体薄膜12に所定の不純物を所定の密度で
添加しておけば、第2結晶化薄膜122と異なる
導電型または、密度の半導体領域が絶縁膜4で分
離された形で形成される。第1半導体薄膜12は
上述の様に、半導体薄膜が使えるわけであるが、
段差を供給するのであるから、段差は一段に限ら
ず、もつと多くしても、本発明は適用できること
も明らかである。半導体装置の構造上、絶縁膜4
の一部に窓を明けた方が、後工程に有利な場合に
も、本発明は適用される。
以上の工程の後、第2結晶化薄膜122(場合
によれば第1結晶化薄膜12)にTFTなど半導
体素子を作り込む工程がなされる。通常のモノリ
シツクICとほぼ同様な工程が適用されるので、
特に説明は行なわない。
によれば第1結晶化薄膜12)にTFTなど半導
体素子を作り込む工程がなされる。通常のモノリ
シツクICとほぼ同様な工程が適用されるので、
特に説明は行なわない。
第3図及び第4図には、本発明の製造方法によ
る薄膜半導体装置の構造例を示す。第3図は、第
2図dの工程の後TFTを製作した例である。第
1半導体薄膜12は、導電性のp−siやa−si膜
であり、2つのTFT TrAとTrBのゲート電極1
2a、12bとして用いられ、それ以外の部分1
2cは、例えば配線の一部となつている。絶縁膜
4の一部は、それぞれのTFTのゲート絶縁膜4
a、4bとして機能している。第2半導体薄膜
(結晶化)122には、TFT TrA、TrBのチヤ
ンネル領域122a、122b、ソース領域22
2a、222b、ドレイン領域322a、322
bがつくりこまれている。さらに、TrAとTrB
は、第2半導体薄膜122の一部を除去してでき
た凹部7によつて分離されている例を示した。第
2半導体薄膜122の表面は、sio2などの絶縁膜
14で被われ、各コンタクト部にソース電極23
a、23b、ドレイン電極24a、24b等が形
成されている。TrA、TrBは、同一導電型チヤ
ンネルを有す場合を示したが、一方を逆導電型チ
ヤンネルにすることもできるのは、明らかなこと
である。
る薄膜半導体装置の構造例を示す。第3図は、第
2図dの工程の後TFTを製作した例である。第
1半導体薄膜12は、導電性のp−siやa−si膜
であり、2つのTFT TrAとTrBのゲート電極1
2a、12bとして用いられ、それ以外の部分1
2cは、例えば配線の一部となつている。絶縁膜
4の一部は、それぞれのTFTのゲート絶縁膜4
a、4bとして機能している。第2半導体薄膜
(結晶化)122には、TFT TrA、TrBのチヤ
ンネル領域122a、122b、ソース領域22
2a、222b、ドレイン領域322a、322
bがつくりこまれている。さらに、TrAとTrB
は、第2半導体薄膜122の一部を除去してでき
た凹部7によつて分離されている例を示した。第
2半導体薄膜122の表面は、sio2などの絶縁膜
14で被われ、各コンタクト部にソース電極23
a、23b、ドレイン電極24a、24b等が形
成されている。TrA、TrBは、同一導電型チヤ
ンネルを有す場合を示したが、一方を逆導電型チ
ヤンネルにすることもできるのは、明らかなこと
である。
第4図は、第2図e(または第2図dの工程後、
第2半導体薄膜122の一部を除いた)の工程
後、第1半導体薄膜12と第2半導体薄膜122
(半導体膜)のそれぞれに、TFT Tr1、Tr2をつ
くりこんだ例である。Tr1とTr2は、絶縁膜4で
分離され、それぞれチヤンネル領域112,12
2,ソース領域212,222,ドレイン領域3
12,322,ゲート電極16,26,ゲート絶
縁膜14,24,ソース電極13,23,及びド
レイン電極15,25から成つている。第1半導
体薄膜12と第2半導体薄膜122の導電型を異
ならせておけば、チヤンネルカツト(分離)を絶
縁物4でなされた相捕型MOSトランジスタが可
能となる。この構造例では、絶縁物分離ができる
ため、集積密度向上に有利である。
第2半導体薄膜122の一部を除いた)の工程
後、第1半導体薄膜12と第2半導体薄膜122
(半導体膜)のそれぞれに、TFT Tr1、Tr2をつ
くりこんだ例である。Tr1とTr2は、絶縁膜4で
分離され、それぞれチヤンネル領域112,12
2,ソース領域212,222,ドレイン領域3
12,322,ゲート電極16,26,ゲート絶
縁膜14,24,ソース電極13,23,及びド
レイン電極15,25から成つている。第1半導
体薄膜12と第2半導体薄膜122の導電型を異
ならせておけば、チヤンネルカツト(分離)を絶
縁物4でなされた相捕型MOSトランジスタが可
能となる。この構造例では、絶縁物分離ができる
ため、集積密度向上に有利である。
以上のように、本発明による製造方法によれ
ば、 () 配線や電極または素子の半導体領域等の一
部として、第1半導体薄膜12が利用できるこ
と、 () 素子相互の分離には、従来法の凹部分離や
他の分離の他に、絶縁膜4が利用できること、 () 1回もしくは数回のビームアニールによつ
てNウエルとPウエルがほぼ同一平面に得られ
ること、 などの利点の他に、 () 平坦な基板1が使え、しかも結晶化薄膜が
得やすい という大きな利点を有する。
ば、 () 配線や電極または素子の半導体領域等の一
部として、第1半導体薄膜12が利用できるこ
と、 () 素子相互の分離には、従来法の凹部分離や
他の分離の他に、絶縁膜4が利用できること、 () 1回もしくは数回のビームアニールによつ
てNウエルとPウエルがほぼ同一平面に得られ
ること、 などの利点の他に、 () 平坦な基板1が使え、しかも結晶化薄膜が
得やすい という大きな利点を有する。
そのため、上に何段も積み重ねる3次元集積回
路に適用されて、大きな効果を生じるものであ
る。即ち、第1層目のICの段差が第2層目ICの、
第2層目ICの段差が第3層目ICの半導体薄膜の
結晶化に利用できるというものである。
路に適用されて、大きな効果を生じるものであ
る。即ち、第1層目のICの段差が第2層目ICの、
第2層目ICの段差が第3層目ICの半導体薄膜の
結晶化に利用できるというものである。
具体例においては、基板1としてガラスを例に
とつたが、絶縁物コートされたsiウエハや金属
(例えばSUS)ウエハ、サフアイアやスピネル、
セラミツクス等々のものが使える。また、半導体
薄膜もsiに限らず、GaAs等の―または―
化合物半導体に適用される。
とつたが、絶縁物コートされたsiウエハや金属
(例えばSUS)ウエハ、サフアイアやスピネル、
セラミツクス等々のものが使える。また、半導体
薄膜もsiに限らず、GaAs等の―または―
化合物半導体に適用される。
第1図a〜cは、従来法であるグラフオエピタ
キシーについて説明するための断面図、第2図a
〜eは、本発明による製造工程例を説明するため
の図で、第2図aは平面図、第2図b〜eは断面
図であり、第3図及び第4図は、本発明を適用し
て製造される薄膜半導体装置の断面構造例であ
る。 1……基板、2……半導体薄膜、3……溝、4
……絶縁膜、5,6……段差端面、12……第1
半導体薄膜、22……第2半導体薄膜、122,
20……結晶化薄膜。
キシーについて説明するための断面図、第2図a
〜eは、本発明による製造工程例を説明するため
の図で、第2図aは平面図、第2図b〜eは断面
図であり、第3図及び第4図は、本発明を適用し
て製造される薄膜半導体装置の断面構造例であ
る。 1……基板、2……半導体薄膜、3……溝、4
……絶縁膜、5,6……段差端面、12……第1
半導体薄膜、22……第2半導体薄膜、122,
20……結晶化薄膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 断面形状が矩形状で島状の非晶質または多結
晶から成る第1の半導体薄膜を、表面が絶縁膜か
ら成る基板上に複数個設ける工程と、 上記基板表面に絶縁物を堆積して凹凸状の絶縁
被膜を形成する工程と、 上記絶縁被膜上に非晶質または多結晶から成る
第2の半導体薄膜を堆積する工程と、 上記第2の半導体薄膜表面にビームを照射し、
上記第1の半導体薄膜と第2の半導体薄膜を溶
融・再結晶化する工程と、 少なくとも上記第2の半導体薄膜にトランジス
タを作り込む工程とから成る薄膜半導体装置の製
造方法。 2 結晶化した第1の半導体薄膜にトランジスタ
を作り込む工程を含む特許請求の範囲第1項記載
の薄膜半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58000338A JPS59125663A (ja) | 1983-01-05 | 1983-01-05 | 薄膜半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58000338A JPS59125663A (ja) | 1983-01-05 | 1983-01-05 | 薄膜半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59125663A JPS59125663A (ja) | 1984-07-20 |
| JPH0445975B2 true JPH0445975B2 (ja) | 1992-07-28 |
Family
ID=11471090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58000338A Granted JPS59125663A (ja) | 1983-01-05 | 1983-01-05 | 薄膜半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59125663A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2509708B2 (ja) * | 1989-09-07 | 1996-06-26 | 株式会社東芝 | Soi型半導体装置及びその製造方法 |
| JP4011344B2 (ja) | 2001-12-28 | 2007-11-21 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
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-
1983
- 1983-01-05 JP JP58000338A patent/JPS59125663A/ja active Granted
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| Publication number | Publication date |
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| JPS59125663A (ja) | 1984-07-20 |
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