JPH0621460A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置及び半導体装置の製造方法Info
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- JPH0621460A JPH0621460A JP4176403A JP17640392A JPH0621460A JP H0621460 A JPH0621460 A JP H0621460A JP 4176403 A JP4176403 A JP 4176403A JP 17640392 A JP17640392 A JP 17640392A JP H0621460 A JPH0621460 A JP H0621460A
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- polysilicon
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【構成】半導体装置の中のMOS型薄膜トランジスタ
(TFT)のチャネル部ポリシリコン膜を、2回以上に
分けて形成した積層構造。 【効果】TFTチャネル部ポリシリコン膜を積層構造と
することで、ポリシリコンサイズを揃えることにより特
性のばらつきの小さいTFTが提供できる。また、グレ
インサイズを小さくし、グレインバウンダリを長くする
ことによりTFTゲート膜の劣化が無いTFTトランジ
スタが提供できる。
(TFT)のチャネル部ポリシリコン膜を、2回以上に
分けて形成した積層構造。 【効果】TFTチャネル部ポリシリコン膜を積層構造と
することで、ポリシリコンサイズを揃えることにより特
性のばらつきの小さいTFTが提供できる。また、グレ
インサイズを小さくし、グレインバウンダリを長くする
ことによりTFTゲート膜の劣化が無いTFTトランジ
スタが提供できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の中のMO
S型薄膜トランジスタのソース・ドレイン・チャネル領
域形成膜に関する。
S型薄膜トランジスタのソース・ドレイン・チャネル領
域形成膜に関する。
【0002】
【従来の技術】SRAMの特徴の一つとしてバッテリー
バックアップが可能な低待機時電流があげられる。従来
使われてきた高抵抗負荷型セルでは負荷となるポリシリ
コンの抵抗値を高くすることにより、セル当りの待機時
電流を低く抑えてきた。しかし、高抵抗負荷型セルを用
いた4MSRAMで1MSRAMと同程度の待機時電流
を要求するとセル1個当りの待機時電流は4分の1とす
る必要がありその場合セルノードリーク電流と同程度ま
たはそれ以下の電流の供給しかできなくなり情報保持が
難しくなる。そこで登場したのがpMOS負荷型セルと
呼ばれるものである。これは負荷となるpMOSトラン
ジスタをnMOSトランジスタの上に積み上げたもので
完全cMOS型と比較して高集積化がはかれるという利
点がある。またこのpMOSトランジスタはソース・ド
レイン・チャネル部を薄膜ポリシリコン層で形成するT
FT(Thin Film Transistor)構
造を取っている。
バックアップが可能な低待機時電流があげられる。従来
使われてきた高抵抗負荷型セルでは負荷となるポリシリ
コンの抵抗値を高くすることにより、セル当りの待機時
電流を低く抑えてきた。しかし、高抵抗負荷型セルを用
いた4MSRAMで1MSRAMと同程度の待機時電流
を要求するとセル1個当りの待機時電流は4分の1とす
る必要がありその場合セルノードリーク電流と同程度ま
たはそれ以下の電流の供給しかできなくなり情報保持が
難しくなる。そこで登場したのがpMOS負荷型セルと
呼ばれるものである。これは負荷となるpMOSトラン
ジスタをnMOSトランジスタの上に積み上げたもので
完全cMOS型と比較して高集積化がはかれるという利
点がある。またこのpMOSトランジスタはソース・ド
レイン・チャネル部を薄膜ポリシリコン層で形成するT
FT(Thin Film Transistor)構
造を取っている。
【0003】このTFTトランジスタの製造方法を図2
を用いて説明する。
を用いて説明する。
【0004】まず、半導体基板201にCVD法により
シリコン酸化膜202を形成後(図2(a))、CVD
法によりポリシリコン膜を形成、フォトリソグラフィに
よりポジレジストを用いてエッチングによりゲート電極
203を形成、さらにゲート酸化膜204を形成する。
(図2(b))次に、580℃以下の低温でアモルファ
スシリコンを50nm堆積、次に600℃程度の温度で
固相成長してポリシリコン膜205を形成する。(図2
(C))フォトレジストをマスクにP型不純物であるB
F2 +をイオン注入、P+不純物層によりソース、ドレイ
ン領域206、207を形成する。(図2(d))この
とき不純物をドープしていない208はチャネル領域と
なる。
シリコン酸化膜202を形成後(図2(a))、CVD
法によりポリシリコン膜を形成、フォトリソグラフィに
よりポジレジストを用いてエッチングによりゲート電極
203を形成、さらにゲート酸化膜204を形成する。
(図2(b))次に、580℃以下の低温でアモルファ
スシリコンを50nm堆積、次に600℃程度の温度で
固相成長してポリシリコン膜205を形成する。(図2
(C))フォトレジストをマスクにP型不純物であるB
F2 +をイオン注入、P+不純物層によりソース、ドレイ
ン領域206、207を形成する。(図2(d))この
とき不純物をドープしていない208はチャネル領域と
なる。
【0005】このTFTの特性を向上させる方法のひと
つとして、チャネル部となるポリシリコン膜を形成する
際に、膜形成時の温度、圧力、時間等のデポ条件並びに
その後の固相成長によりグレインサイズを大きくする方
法がある。グレインサイズを大きくすることによりグレ
インバウンダリ−が少なくなりそこを流れる電流すなわ
ちTFTのオフ電流が減少する。さらにグレインサイズ
を大きくすることにより移動度が上がり、その結果とし
てオン電流も大きくなる。例えばその値は、日経マイク
ロデバイス1990年3月号によれば、グレインサイズを2
μm程度にすることにより移動度は60cm2・V-1・
s-1と大きくなる。
つとして、チャネル部となるポリシリコン膜を形成する
際に、膜形成時の温度、圧力、時間等のデポ条件並びに
その後の固相成長によりグレインサイズを大きくする方
法がある。グレインサイズを大きくすることによりグレ
インバウンダリ−が少なくなりそこを流れる電流すなわ
ちTFTのオフ電流が減少する。さらにグレインサイズ
を大きくすることにより移動度が上がり、その結果とし
てオン電流も大きくなる。例えばその値は、日経マイク
ロデバイス1990年3月号によれば、グレインサイズを2
μm程度にすることにより移動度は60cm2・V-1・
s-1と大きくなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】先に述べたようにTF
T特性向上のためにグレインサイズを大きくした場合、
図3に示すようにグレインサイズはポリシリコンの膜厚
に対して数倍から数十倍となるため、チャネル部におい
てグレインのばらつきは非常に大きくなる。チャネル部
を構成するポリシリコンのグレインサイズのばらつき
は、TFTオフ電流の特性のバラつきにつながり、TF
Tのオフ電流はSRAMの待機時電流IDDSに効いてく
るのでこのばらつきを抑えることはICの品質確保のた
めには必須である。
T特性向上のためにグレインサイズを大きくした場合、
図3に示すようにグレインサイズはポリシリコンの膜厚
に対して数倍から数十倍となるため、チャネル部におい
てグレインのばらつきは非常に大きくなる。チャネル部
を構成するポリシリコンのグレインサイズのばらつき
は、TFTオフ電流の特性のバラつきにつながり、TF
Tのオフ電流はSRAMの待機時電流IDDSに効いてく
るのでこのばらつきを抑えることはICの品質確保のた
めには必須である。
【0007】また、TFTのソース・ドレイン部形成の
ために不純物を導入する際、スルー酸化膜としてシリコ
ン酸化膜をTFTバルク部上部に形成して行なう。この
酸化膜はバルク部エッチング前に除去する必要がある
が、その時フッ酸を使用する。ゲート電極ならびにゲー
ト酸化膜がバルク部の下にある下ゲート構造(逆スタガ
型)TFTにおいては、先に述べた理由でTFTのバル
ク部ポリシリコンのグレインサイズが大きい場合、その
グレインバウンダリイを通して、フッ酸がバルク部のポ
リシリコンを超えてゲート膜まで侵入する。結果とし
て、TFTのゲート膜を劣化させ、信頼性が悪くなる原
因になる。
ために不純物を導入する際、スルー酸化膜としてシリコ
ン酸化膜をTFTバルク部上部に形成して行なう。この
酸化膜はバルク部エッチング前に除去する必要がある
が、その時フッ酸を使用する。ゲート電極ならびにゲー
ト酸化膜がバルク部の下にある下ゲート構造(逆スタガ
型)TFTにおいては、先に述べた理由でTFTのバル
ク部ポリシリコンのグレインサイズが大きい場合、その
グレインバウンダリイを通して、フッ酸がバルク部のポ
リシリコンを超えてゲート膜まで侵入する。結果とし
て、TFTのゲート膜を劣化させ、信頼性が悪くなる原
因になる。
【0008】そこで、本発明はこのような諸問題を解決
するもので、その目的とするところは、チャネル部ポリ
シリコンを薄膜化してグレインサイズをそろえることに
より、TFT特性のばらつきの小さいTFTトランジス
タを供給することにある。
するもので、その目的とするところは、チャネル部ポリ
シリコンを薄膜化してグレインサイズをそろえることに
より、TFT特性のばらつきの小さいTFTトランジス
タを供給することにある。
【0009】かつ、グレインバウンダリを長くすること
によりTFTゲート膜の劣化がない信頼性の高いTFT
トランジスタを供給することにある。
によりTFTゲート膜の劣化がない信頼性の高いTFT
トランジスタを供給することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板上に設けられた第1の絶縁膜、前記第1絶縁
膜上に設けられた第1導電膜によるMOS型薄膜トラン
ジスタのゲート電極、前記第1導電膜上に形成された第
2絶縁膜、前記第2絶縁膜上に形成された第2導電膜に
よるMOS型薄膜トランジスタのソース・ドレイン・チ
ャネル領域が形成されている半導体装置において、前記
第2導電膜が2回以上にわけて積層されていることを特
徴とする。
半導体基板上に設けられた第1の絶縁膜、前記第1絶縁
膜上に設けられた第1導電膜によるMOS型薄膜トラン
ジスタのゲート電極、前記第1導電膜上に形成された第
2絶縁膜、前記第2絶縁膜上に形成された第2導電膜に
よるMOS型薄膜トランジスタのソース・ドレイン・チ
ャネル領域が形成されている半導体装置において、前記
第2導電膜が2回以上にわけて積層されていることを特
徴とする。
【0011】また、本発明の半導体装置の製造方法は半
導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1
絶縁膜上に第1導電膜によるMOS型薄膜トランジスタ
のゲート電極を形成する工程と、前記第1導電膜上に第
2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶縁膜上に第2導
電膜によるMOS型薄膜トランジスタのソース・ドレイ
ン・チャネル領域を形成する工程からなる半導体装置の
製造方法において、前記第2導電膜が2回以上にわけて
積層されていることを特徴とする。
導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1
絶縁膜上に第1導電膜によるMOS型薄膜トランジスタ
のゲート電極を形成する工程と、前記第1導電膜上に第
2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶縁膜上に第2導
電膜によるMOS型薄膜トランジスタのソース・ドレイ
ン・チャネル領域を形成する工程からなる半導体装置の
製造方法において、前記第2導電膜が2回以上にわけて
積層されていることを特徴とする。
【0012】
【実施例】以下、本発明について実施例にもとづき、詳
細に説明する。図1は、本発明の実施例を工程順に示す
図である。101は半導体基板、102はシリコン酸化
膜、103はTFTゲート電極、104はTFTゲート
酸化膜、105、106はポリシリコン膜またはアモル
ファスシリコン膜、107、108は、TFTソース・
ドレイン部、109はTFTチャネル部である。
細に説明する。図1は、本発明の実施例を工程順に示す
図である。101は半導体基板、102はシリコン酸化
膜、103はTFTゲート電極、104はTFTゲート
酸化膜、105、106はポリシリコン膜またはアモル
ファスシリコン膜、107、108は、TFTソース・
ドレイン部、109はTFTチャネル部である。
【0013】(1)まず、半導体基板101の全面に、
CVD法または熱酸化によりシリコン酸化膜102を1
00〜500nm形成する(図1(a))。
CVD法または熱酸化によりシリコン酸化膜102を1
00〜500nm形成する(図1(a))。
【0014】(2)次にLPCVD法によりモノシラ
ン、ジシランまたはトリシラン雰囲気中、400〜64
0℃でアモルファスまたはポリシリコン膜を50〜30
0nm形成後、全面にP型不純物であるBF2 +またはN
型不純物であるP+またはAs+をドーズ量1×1014〜
1×1016/cm2、エネルギー30〜120kevで
イオン注入後、フォトリソグラフィおよび、異方性エッ
チングによりポリシリコン膜によりMOS型トランジス
タのゲート電極103を形成後、ひき続いてゲート酸化
膜になるシリコン酸化膜104を熱酸化膜またはCVD
法により、20〜100nm形成する(図1(b))。
ン、ジシランまたはトリシラン雰囲気中、400〜64
0℃でアモルファスまたはポリシリコン膜を50〜30
0nm形成後、全面にP型不純物であるBF2 +またはN
型不純物であるP+またはAs+をドーズ量1×1014〜
1×1016/cm2、エネルギー30〜120kevで
イオン注入後、フォトリソグラフィおよび、異方性エッ
チングによりポリシリコン膜によりMOS型トランジス
タのゲート電極103を形成後、ひき続いてゲート酸化
膜になるシリコン酸化膜104を熱酸化膜またはCVD
法により、20〜100nm形成する(図1(b))。
【0015】(3)次にLPCVD法によりモノシラ
ン、ジシランまたはトリシラン雰囲気中、400〜65
0℃でアモルファスまたはポリシリコン膜105を10
〜40nm形成した後、さらにLPCVD法によりモノ
シラン、ジシランまたはトリシラン雰囲気中、400〜
650℃でアモルファスまたはポリシリコン膜106を
10〜40nm形成する(図1(c))。
ン、ジシランまたはトリシラン雰囲気中、400〜65
0℃でアモルファスまたはポリシリコン膜105を10
〜40nm形成した後、さらにLPCVD法によりモノ
シラン、ジシランまたはトリシラン雰囲気中、400〜
650℃でアモルファスまたはポリシリコン膜106を
10〜40nm形成する(図1(c))。
【0016】(4)次に、レジストをマスクとしてP型
不純物であるBF2 +をドーズ量1×1014〜1×1016
/cm2、エネルギー5〜120kevでイオン注入す
ることによりTFTソース・ドレイン107、108及
びチャネル部109を形成する(図1(d))。
不純物であるBF2 +をドーズ量1×1014〜1×1016
/cm2、エネルギー5〜120kevでイオン注入す
ることによりTFTソース・ドレイン107、108及
びチャネル部109を形成する(図1(d))。
【0017】上述の工程を経て出来上がった本発明によ
る半導体装置の構造断面図を図4にしめす。
る半導体装置の構造断面図を図4にしめす。
【0018】チャネル部を2回以上に分けて積層するこ
とにより、グレインサイズがそろう。と同時にバルク部
ポリシリコン膜107、108、109上面から、ゲー
ト酸化膜までのグレインバウンダリ−の距離が長くな
る。結果として、 TFT特性のばらつきが少ないTFTトランジスタを
供給できる。
とにより、グレインサイズがそろう。と同時にバルク部
ポリシリコン膜107、108、109上面から、ゲー
ト酸化膜までのグレインバウンダリ−の距離が長くな
る。結果として、 TFT特性のばらつきが少ないTFTトランジスタを
供給できる。
【0019】工程中のフッ酸使用によるTFTゲート
膜の劣化がないTFTトランジスタを供給することがで
きる。
膜の劣化がないTFTトランジスタを供給することがで
きる。
【0020】なお、本実施例において、TFTソース・
ドレイン及びチャネル部となるポリシリコンまたはアモ
ルファスシリコンを形成した後、500〜1000℃の
熱処理を加えても同様な効果が得られる。
ドレイン及びチャネル部となるポリシリコンまたはアモ
ルファスシリコンを形成した後、500〜1000℃の
熱処理を加えても同様な効果が得られる。
【0021】また、本実施例では、TFTチャネル部に
不純物を導入していないが、P型またはN型不純物を導
入しても同様な効果が得られる。
不純物を導入していないが、P型またはN型不純物を導
入しても同様な効果が得られる。
【0022】また本実施例ではゲート電極としてポリシ
リコン膜を使用したが、高融点金属または高融点金属シ
リサイドを使用しても同様な効果が得られる。
リコン膜を使用したが、高融点金属または高融点金属シ
リサイドを使用しても同様な効果が得られる。
【0023】また本実施例ではソース・ドレイン部にP
型の不純物であるBF2を用いたがN型不純物であるP+
またはAs+を使用しても同様な効果が得られる。
型の不純物であるBF2を用いたがN型不純物であるP+
またはAs+を使用しても同様な効果が得られる。
【0024】また、105、106のアモルファスシリ
コンまたはポリシリコン膜を形成後、N2雰囲気中で4
00〜900℃、1〜50hの熱処理を行なっても同様
な効果が得られる。
コンまたはポリシリコン膜を形成後、N2雰囲気中で4
00〜900℃、1〜50hの熱処理を行なっても同様
な効果が得られる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、 1)チャネル部ポリシリコンを薄膜化して、数回に分け
てチャネル部ポリシリコン層を形成することにより、グ
レインサイズがそろった結果として、TFT特性のばら
つきが少ないTFTトランジスタを供給できる。
てチャネル部ポリシリコン層を形成することにより、グ
レインサイズがそろった結果として、TFT特性のばら
つきが少ないTFTトランジスタを供給できる。
【0026】2)チャネル部ポリシリコンを数回に分け
て形成することによりグレインバウンダリが長くなった
結果として、ゲートが下にある下ゲート構造トランジス
タFTにおいて、工程中でTFTゲート膜の劣化がない
TFTトランジスタを供給することができる。
て形成することによりグレインバウンダリが長くなった
結果として、ゲートが下にある下ゲート構造トランジス
タFTにおいて、工程中でTFTゲート膜の劣化がない
TFTトランジスタを供給することができる。
【0027】また、本発明は特に半導体装置(SRAM
等)で効果的であるが、さらに、液晶パネル等の分野に
も応用できる。
等)で効果的であるが、さらに、液晶パネル等の分野に
も応用できる。
【図1】(a)〜(d)は本発明の一実施例を示す工程
順断面図。
順断面図。
【図2】(a)〜(d)は従来の一実施例を示す工程順
断面図。
断面図。
【図3】 従来の半導体装置の一実施例の構造断面図。
【図4】 本発明の半導体装置の一実施例の構造断面
図。
図。
101、201
・・・半導体基板 102、202 ・・
・シリコン酸化膜 103、203 ・・・
TFTゲート電極 104、204 ・・・T
FTゲート酸化膜 105、106、205 ・・・ポリシリコン
またはアモルファスシリコン 107、108、206、207 ・・・TFTのソ
ース・ドレイン部 109、208 ・・・T
FTのチャネル部
・・・半導体基板 102、202 ・・
・シリコン酸化膜 103、203 ・・・
TFTゲート電極 104、204 ・・・T
FTゲート酸化膜 105、106、205 ・・・ポリシリコン
またはアモルファスシリコン 107、108、206、207 ・・・TFTのソ
ース・ドレイン部 109、208 ・・・T
FTのチャネル部
Claims (2)
- 【請求項1】半導体基板上に設けられた第1の絶縁膜、
前記第1絶縁膜上に設けられた第1導電膜によるMOS
型薄膜トランジスタのゲート電極、前記第1導電膜上に
形成された第2絶縁膜、前記第2絶縁膜上に形成された
第2導電膜によるMOS型薄膜トランジスタのソース・
ドレイン・チャネル領域が形成されている半導体装置に
おいて、前記第2導電膜が2回以上にわけて積層されて
いることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工
程と、前記第1絶縁膜上に第1導電膜によるMOS型薄
膜トランジスタのゲート電極を形成する工程と、前記第
1導電膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶
縁膜上に第2導電膜によるMOS型薄膜トランジスタの
ソース・ドレイン・チャネル領域を形成する工程からな
る半導体装置の製造方法において、前記第2導電膜が2
回以上にわけて積層されていることを特徴とする半導体
装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4176403A JPH0621460A (ja) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4176403A JPH0621460A (ja) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0621460A true JPH0621460A (ja) | 1994-01-28 |
Family
ID=16013069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4176403A Pending JPH0621460A (ja) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621460A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0707344A3 (en) * | 1994-09-19 | 1996-08-28 | Hitachi Ltd | Semiconductor device with a thin polysilicon layer and method of production |
-
1992
- 1992-07-03 JP JP4176403A patent/JPH0621460A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0707344A3 (en) * | 1994-09-19 | 1996-08-28 | Hitachi Ltd | Semiconductor device with a thin polysilicon layer and method of production |
| US5670793A (en) * | 1994-09-19 | 1997-09-23 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device having a polycrystalline silicon film with crystal grains having a uniform orientation |
| US6187100B1 (en) | 1994-09-19 | 2001-02-13 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device and production thereof |
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