JPH0613607A - 多結晶シリコン薄膜トランジスタ - Google Patents
多結晶シリコン薄膜トランジスタInfo
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- JPH0613607A JPH0613607A JP16733792A JP16733792A JPH0613607A JP H0613607 A JPH0613607 A JP H0613607A JP 16733792 A JP16733792 A JP 16733792A JP 16733792 A JP16733792 A JP 16733792A JP H0613607 A JPH0613607 A JP H0613607A
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- JP
- Japan
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- poly
- polycrystalline silicon
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- active layer
- film
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Poly−Siの活性層とゲート酸化膜との
界面に発生する凹凸を小さく抑えその界面を平坦化し
て、トランジスタ特性のばらつきを抑えた多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタを提供する。 【構成】 本発明のPoly−SiTFTは、多結晶シ
リコンを用いた活性層103と、その上に活性層103
の多結晶シリコンの結晶粒径よりも小さな粒径の多結晶
シリコンを成膜し熱酸化してなるゲート絶縁膜101と
を有している。このゲート絶縁膜101は、多結晶シリ
コンを用いた活性層103の上に成膜された、活性層1
03の多結晶シリコンの結晶粒径よりも小さな粒径の多
結晶シリコン膜100を熱酸化してなるものである。
界面に発生する凹凸を小さく抑えその界面を平坦化し
て、トランジスタ特性のばらつきを抑えた多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタを提供する。 【構成】 本発明のPoly−SiTFTは、多結晶シ
リコンを用いた活性層103と、その上に活性層103
の多結晶シリコンの結晶粒径よりも小さな粒径の多結晶
シリコンを成膜し熱酸化してなるゲート絶縁膜101と
を有している。このゲート絶縁膜101は、多結晶シリ
コンを用いた活性層103の上に成膜された、活性層1
03の多結晶シリコンの結晶粒径よりも小さな粒径の多
結晶シリコン膜100を熱酸化してなるものである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は多結晶シリコンを活性層
に用いた薄膜トランジスタに関する。
に用いた薄膜トランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】多結晶シリコンを活性層に用いた多結晶
シリコン薄膜トランジスタ(以後Poly−SiTFT
と略称)は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の駆
動回路用素子として、あるいはその走査タイミング制御
用のスイッチング素子として用いられている。Poly
−SiTFTはアモルファスSiTFTと比較して高移
動度を有することから、小型で高精細化が要求されるプ
ロジェクションTVやビデオカメラのビューファインダ
用の液晶パネルなどに好適なものとして、その適用が期
待されている。
シリコン薄膜トランジスタ(以後Poly−SiTFT
と略称)は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の駆
動回路用素子として、あるいはその走査タイミング制御
用のスイッチング素子として用いられている。Poly
−SiTFTはアモルファスSiTFTと比較して高移
動度を有することから、小型で高精細化が要求されるプ
ロジェクションTVやビデオカメラのビューファインダ
用の液晶パネルなどに好適なものとして、その適用が期
待されている。
【0003】このようなPoly−SiTFTの特性を
向上させるためには、結晶粒径を大きくし、移動度を高
くしなければならない。これを実現するために、レーザ
によるアニールや、アモルファスSiを熱処理して固相
成長させ、Poly−Siを得るなどの方法がとられて
いる。また、その構造は一般にコプラナ型であり、熱酸
化によるゲート絶縁膜形成や、イオン注入によるソー
ス、ドレイン領域の形成を行なっている。
向上させるためには、結晶粒径を大きくし、移動度を高
くしなければならない。これを実現するために、レーザ
によるアニールや、アモルファスSiを熱処理して固相
成長させ、Poly−Siを得るなどの方法がとられて
いる。また、その構造は一般にコプラナ型であり、熱酸
化によるゲート絶縁膜形成や、イオン注入によるソー
ス、ドレイン領域の形成を行なっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示すように、Poly−Si層403の上層401を熱
酸化してゲート絶縁膜を得る際、Poly−Si層40
3の結晶粒径にはある程度のばらつきがあり、Poly
−Si結晶の結晶粒界の増速酸化や結晶方位による酸化
速度の違いなどによって、Poly−Si部分402と
その熱酸化された酸化膜部分401との界面に結晶粒径
のばらつきに起因した不規則な凹凸が発生する。この凹
凸はTFTの特性に悪影響を与え、同一基板内のTFT
でもその特性にばらつきが生じるという問題がある。こ
のようなTFTの特性のばらつきを図5に示す。
示すように、Poly−Si層403の上層401を熱
酸化してゲート絶縁膜を得る際、Poly−Si層40
3の結晶粒径にはある程度のばらつきがあり、Poly
−Si結晶の結晶粒界の増速酸化や結晶方位による酸化
速度の違いなどによって、Poly−Si部分402と
その熱酸化された酸化膜部分401との界面に結晶粒径
のばらつきに起因した不規則な凹凸が発生する。この凹
凸はTFTの特性に悪影響を与え、同一基板内のTFT
でもその特性にばらつきが生じるという問題がある。こ
のようなTFTの特性のばらつきを図5に示す。
【0005】このようなTFTの特性のばらつきは、熱
酸化して活性層のPoly−Si結晶の粒径が増大する
際に、Poly−Si層403の結晶ごとに粒径が異な
り、またその結晶粒径がTFT全体のサイズに対して比
較的大きいために発生する。したがって上記のTFTの
特性のばらつきは、熱酸化を施す活性層Poly−Si
層403の粒径が大きくなるほど、またTFTサイズが
小さくなるほど顕著に現れる。
酸化して活性層のPoly−Si結晶の粒径が増大する
際に、Poly−Si層403の結晶ごとに粒径が異な
り、またその結晶粒径がTFT全体のサイズに対して比
較的大きいために発生する。したがって上記のTFTの
特性のばらつきは、熱酸化を施す活性層Poly−Si
層403の粒径が大きくなるほど、またTFTサイズが
小さくなるほど顕著に現れる。
【0006】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたもので、その目的は、Poly−Siの活性
層とゲート酸化膜との界面に発生する凹凸を小さく抑え
その界面を平坦化して、トランジスタ特性のばらつきを
抑えた多結晶シリコン薄膜トランジスタを提供すること
にある。
に成されたもので、その目的は、Poly−Siの活性
層とゲート酸化膜との界面に発生する凹凸を小さく抑え
その界面を平坦化して、トランジスタ特性のばらつきを
抑えた多結晶シリコン薄膜トランジスタを提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タは、活性層に多結晶シリコンを用いた薄膜トランジス
タにおいて、前記多結晶シリコンを用いた活性層の上
に、前記多結晶シリコンの結晶粒径よりも小さな粒径の
多結晶シリコンを成膜し酸化してなるゲート絶縁膜を具
備することを特徴としている。
タは、活性層に多結晶シリコンを用いた薄膜トランジス
タにおいて、前記多結晶シリコンを用いた活性層の上
に、前記多結晶シリコンの結晶粒径よりも小さな粒径の
多結晶シリコンを成膜し酸化してなるゲート絶縁膜を具
備することを特徴としている。
【0008】なお、前記のゲート絶縁膜を形成する際の
多結晶シリコンの酸化の方法としては、熱酸化法やプラ
ズマ酸化法などを用いればよい。
多結晶シリコンの酸化の方法としては、熱酸化法やプラ
ズマ酸化法などを用いればよい。
【0009】また、前記のゲート絶縁膜を形成する小さ
な粒径の多結晶シリコンの粒径は、活性層の多結晶シリ
コンの粒径に比較して、10%以下程度に小さいことが望
ましい。
な粒径の多結晶シリコンの粒径は、活性層の多結晶シリ
コンの粒径に比較して、10%以下程度に小さいことが望
ましい。
【0010】
【作用】上述のように本発明の薄膜トランジスタは、活
性層の多結晶シリコンの結晶粒径よりも小さな粒径の多
結晶シリコンを成膜し、これを酸化してゲート絶縁膜を
形成しているので、あらかじめ小さな粒径に形成された
多結晶シリコンが酸化してその界面に凹凸が発生して
も、その凹凸は比較的大きな粒径を有する活性層の多結
晶シリコンを酸化した場合に生じる凹凸に比べて小さな
ものとなる。このように粒径を小さなものとすることに
より、それにつれて酸化した多結晶シリコンの界面の凹
凸のばらつきも小さく抑えられることになり、Poly
−Siとその熱酸化された膜部分との界面に発生する凹
凸に起因して発生していたPoly−SiTFTの特性
のばらつきを抑えることができる。
性層の多結晶シリコンの結晶粒径よりも小さな粒径の多
結晶シリコンを成膜し、これを酸化してゲート絶縁膜を
形成しているので、あらかじめ小さな粒径に形成された
多結晶シリコンが酸化してその界面に凹凸が発生して
も、その凹凸は比較的大きな粒径を有する活性層の多結
晶シリコンを酸化した場合に生じる凹凸に比べて小さな
ものとなる。このように粒径を小さなものとすることに
より、それにつれて酸化した多結晶シリコンの界面の凹
凸のばらつきも小さく抑えられることになり、Poly
−Siとその熱酸化された膜部分との界面に発生する凹
凸に起因して発生していたPoly−SiTFTの特性
のばらつきを抑えることができる。
【0011】
【実施例】本発明のPoly−SiTFTの一実施例
を、図面に基づいて詳細に説明する。
を、図面に基づいて詳細に説明する。
【0012】図1は、本発明のPoly−SiTFTの
活性層およびゲート絶縁膜の構造を示す一部省略断面図
である。
活性層およびゲート絶縁膜の構造を示す一部省略断面図
である。
【0013】本発明のPoly−SiTFTは、図1
(b)に示すように、多結晶シリコンを用いた活性層1
03と、その上に活性層103の多結晶シリコンの結晶
粒径よりも小さな粒径の多結晶シリコンを成膜し熱酸化
してなるゲート絶縁膜101とを有している。このゲー
ト絶縁膜101は、図1(a)に示すような多結晶シリ
コンを用いた活性層103の上に成膜された、活性層1
03の多結晶シリコンの結晶粒径よりも小さな粒径の多
結晶シリコン膜100を熱酸化してなるものである。
(b)に示すように、多結晶シリコンを用いた活性層1
03と、その上に活性層103の多結晶シリコンの結晶
粒径よりも小さな粒径の多結晶シリコンを成膜し熱酸化
してなるゲート絶縁膜101とを有している。このゲー
ト絶縁膜101は、図1(a)に示すような多結晶シリ
コンを用いた活性層103の上に成膜された、活性層1
03の多結晶シリコンの結晶粒径よりも小さな粒径の多
結晶シリコン膜100を熱酸化してなるものである。
【0014】活性層103は、 1〜 2μmの結晶粒径の
Poly−Si結晶からなり、膜厚は1100オングストロ
ームである。
Poly−Si結晶からなり、膜厚は1100オングストロ
ームである。
【0015】また、ゲート絶縁膜101は、0.05〜 0.1
μmの結晶粒径のPoly−Si結晶を熱酸化した膜厚
800オングストロームの酸化膜と、その下の 1〜 2μm
の結晶粒径のPoly−Si結晶の界面を 100オングス
トロームだけ酸化した酸化膜とからなる合計 900オング
ストロームの酸化膜である。
μmの結晶粒径のPoly−Si結晶を熱酸化した膜厚
800オングストロームの酸化膜と、その下の 1〜 2μm
の結晶粒径のPoly−Si結晶の界面を 100オングス
トロームだけ酸化した酸化膜とからなる合計 900オング
ストロームの酸化膜である。
【0016】このようなゲート絶縁膜101と活性層1
03との界面の凹凸は、平均 5オングストローム程度の
小さな値に抑えられている。
03との界面の凹凸は、平均 5オングストローム程度の
小さな値に抑えられている。
【0017】このようにゲート絶縁膜101と活性層1
03との界面の凹凸を小さく抑えた本発明のPoly−
SiTFTのしきい値電圧特性を図2に示す。図2に明
らかなように、本発明のPoly−SiTFTのしきい
値電圧のばらつきが小さく抑えられている。
03との界面の凹凸を小さく抑えた本発明のPoly−
SiTFTのしきい値電圧特性を図2に示す。図2に明
らかなように、本発明のPoly−SiTFTのしきい
値電圧のばらつきが小さく抑えられている。
【0018】また、本発明の技術の適用によって、ゲー
ト耐圧が 4MV/cmから 6MV/cmへと向上した。
これは本発明の技術が、ゲート耐圧向上の効果をも合わ
せ持つことを示している。
ト耐圧が 4MV/cmから 6MV/cmへと向上した。
これは本発明の技術が、ゲート耐圧向上の効果をも合わ
せ持つことを示している。
【0019】次に、本発明のPoly−SiTFTの製
造方法について説明する。本発明のPoly−SiTF
Tは、図3に示すようなnチャンネルのMOS−TFT
であり、これは以下の要領で製造される。
造方法について説明する。本発明のPoly−SiTF
Tは、図3に示すようなnチャンネルのMOS−TFT
であり、これは以下の要領で製造される。
【0020】(1)まず絶縁性基板301上に減圧CV
D装置によって成膜温度 510℃でジシランガスの熱分解
法により膜厚1100オングストロームの非晶質Si層を成
膜する。
D装置によって成膜温度 510℃でジシランガスの熱分解
法により膜厚1100オングストロームの非晶質Si層を成
膜する。
【0021】続いて、同じ減圧CVD装置内で 600℃、
25時間のアニールを行ない、固相成長により前記の非晶
質Si層の結晶化を行なって、活性層の粒径の比較的大
きなPoly−Si層303を得る。
25時間のアニールを行ない、固相成長により前記の非晶
質Si層の結晶化を行なって、活性層の粒径の比較的大
きなPoly−Si層303を得る。
【0022】さらに連続して同じ減圧CVD装置内で成
膜温度 600℃で、モノシランガスの熱分解法により膜厚
400オングストロームの比較的小さな粒径のPoly−
Si層305を成膜する。本発明を成すにあたって行な
った実験では、上記の条件で1層目の固相成長を行なっ
て得た活性層としての粒径の比較的大きなPoly−S
i層303の粒径は 1〜 2μm、 2層目の比較的小さな
粒径のPoly−Si層305では約0.05〜 0.1μmと
なっている。
膜温度 600℃で、モノシランガスの熱分解法により膜厚
400オングストロームの比較的小さな粒径のPoly−
Si層305を成膜する。本発明を成すにあたって行な
った実験では、上記の条件で1層目の固相成長を行なっ
て得た活性層としての粒径の比較的大きなPoly−S
i層303の粒径は 1〜 2μm、 2層目の比較的小さな
粒径のPoly−Si層305では約0.05〜 0.1μmと
なっている。
【0023】(2)前記のPoly−Si層303、3
05を島状にパターニングする。
05を島状にパターニングする。
【0024】(3)酸化炉で 900℃の熱酸化を行ない、
Poly−Si層305の全膜厚にわたってと、それに
接するPoly−Si層303の界面付近を熱酸化し
て、約1000オングストロームの熱酸化膜307を形成す
る。この熱酸化膜307がゲート絶縁膜となる。熱酸化
が行なわれた部分の膜厚は、 2層目のPoly−Si層
全層の 400オングストロームと、 1層目のPoly−S
i層305の界面部分約100オングストロームである。
これらの部分が熱酸化されて体積が増大し、約1000オン
グストロームの熱酸化膜307が形成される。
Poly−Si層305の全膜厚にわたってと、それに
接するPoly−Si層303の界面付近を熱酸化し
て、約1000オングストロームの熱酸化膜307を形成す
る。この熱酸化膜307がゲート絶縁膜となる。熱酸化
が行なわれた部分の膜厚は、 2層目のPoly−Si層
全層の 400オングストロームと、 1層目のPoly−S
i層305の界面部分約100オングストロームである。
これらの部分が熱酸化されて体積が増大し、約1000オン
グストロームの熱酸化膜307が形成される。
【0025】(4)Poly−Si膜を減圧CVD装置
で5000オングストローム成膜しゲート電極の形にパター
ニングしてゲート電極309を形成する。そしてイオン
注入装置によってPイオンをPoly−Si層303の
ゲート、ソース、ドレイン領域に注入し活性層を完成す
る。
で5000オングストローム成膜しゲート電極の形にパター
ニングしてゲート電極309を形成する。そしてイオン
注入装置によってPイオンをPoly−Si層303の
ゲート、ソース、ドレイン領域に注入し活性層を完成す
る。
【0026】(5)減圧CVD装置で層間絶縁膜311
としてシリコン酸化膜を5000オングストローム成膜し、
コンタクトホール313を開口する。
としてシリコン酸化膜を5000オングストローム成膜し、
コンタクトホール313を開口する。
【0027】(6)Al薄膜を成膜し、これをパターニ
ングして、Al電極315を形成する。そして必要に応
じてパッシベーション等を施してPoly−SiTFT
を完成する。
ングして、Al電極315を形成する。そして必要に応
じてパッシベーション等を施してPoly−SiTFT
を完成する。
【0028】このような製造方法によれば、 1層目のP
oly−Si層303と 2層目のPoly−Si層30
5とを形成する一連の工程を、同一のCVD装置内で連
続して行なうことにより、 1層目のPoly−Si30
3と 2層目のPoly−Si層305との界面は、塵埃
が付着することなく清浄な状態に保たれたまま成膜され
るので、塵埃の付着に起因した欠陥の発生を避けること
ができる。
oly−Si層303と 2層目のPoly−Si層30
5とを形成する一連の工程を、同一のCVD装置内で連
続して行なうことにより、 1層目のPoly−Si30
3と 2層目のPoly−Si層305との界面は、塵埃
が付着することなく清浄な状態に保たれたまま成膜され
るので、塵埃の付着に起因した欠陥の発生を避けること
ができる。
【0029】以上のような製造方法により、凹凸を小さ
く抑えて平坦化された界面を持つ熱酸化膜を製造するこ
とができる。
く抑えて平坦化された界面を持つ熱酸化膜を製造するこ
とができる。
【0030】なお、前述したように、本実施例において
は、ゲート絶縁膜101は0.05〜 0.1μmの比較的小さ
な結晶粒径のPoly−Si層を全膜厚にわたって熱酸
化した膜厚 800オングストロームの酸化膜と、その下の
1〜 2μmの比較的大きな結晶粒径のPoly−Si層
の界面部分をも 100オングストローム酸化した酸化膜と
からなる合計 900オングストロームの酸化膜としている
が、特にコプラナ型TFTなどでは、活性層としてのP
oly−Siの反転層はゲート絶縁膜直下にできるの
で、このように 2層目のPoly−Si層を全膜厚酸化
後、 1層目のPoly−Si層も50〜 100オングストロ
ーム程度酸化することが望ましい。
は、ゲート絶縁膜101は0.05〜 0.1μmの比較的小さ
な結晶粒径のPoly−Si層を全膜厚にわたって熱酸
化した膜厚 800オングストロームの酸化膜と、その下の
1〜 2μmの比較的大きな結晶粒径のPoly−Si層
の界面部分をも 100オングストローム酸化した酸化膜と
からなる合計 900オングストロームの酸化膜としている
が、特にコプラナ型TFTなどでは、活性層としてのP
oly−Siの反転層はゲート絶縁膜直下にできるの
で、このように 2層目のPoly−Si層を全膜厚酸化
後、 1層目のPoly−Si層も50〜 100オングストロ
ーム程度酸化することが望ましい。
【0031】
【発明の効果】以上、詳細な説明に明示したように、本
発明の薄膜トランジスタは、Poly−Siの活性層と
ゲート酸化膜との界面に発生する凹凸を抑えて界面を平
坦化し、そのような活性層とゲート酸化膜との界面の凹
凸に起因するトランジスタ特性のばらつきを抑えた多結
晶シリコン薄膜トランジスタである。
発明の薄膜トランジスタは、Poly−Siの活性層と
ゲート酸化膜との界面に発生する凹凸を抑えて界面を平
坦化し、そのような活性層とゲート酸化膜との界面の凹
凸に起因するトランジスタ特性のばらつきを抑えた多結
晶シリコン薄膜トランジスタである。
【図1】本発明のPoly−SiTFTの活性層および
ゲート絶縁膜の構造を示す一部省略断面図。
ゲート絶縁膜の構造を示す一部省略断面図。
【図2】本発明のPoly−SiTFTのしきい値電圧
特性を示す図。
特性を示す図。
【図3】本発明のPoly−SiTFTの構造およびそ
の製造方法を示す図。
の製造方法を示す図。
【図4】従来のPoly−SiTFTの活性層およびゲ
ート絶縁膜の構造を示す一部省略断面図。
ート絶縁膜の構造を示す一部省略断面図。
【図5】従来のPoly−SiTFTのしきい値電圧特
性を示す図。
性を示す図。
100………小粒径の多結晶シリコン膜 101………ゲート絶縁膜 103………活性層 301………絶縁性基板 303………比較的大きな粒径のPoly−Si層 305………比較的小さな粒径のPoly−Si層 307………ゲート絶縁膜となる熱酸化膜 309………ゲート電極 311………層間絶縁膜 313………コンタクトホール 315………Al電極
Claims (1)
- 【請求項1】 活性層に多結晶シリコンを用いた薄膜ト
ランジスタにおいて、 前記活性層の上に、前記多結晶
シリコンの結晶粒径よりも小さな粒径の多結晶シリコン
を成膜し酸化してなるゲート絶縁膜を具備することを特
徴とする薄膜トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16733792A JPH0613607A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 多結晶シリコン薄膜トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16733792A JPH0613607A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 多結晶シリコン薄膜トランジスタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0613607A true JPH0613607A (ja) | 1994-01-21 |
Family
ID=15847868
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16733792A Withdrawn JPH0613607A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 多結晶シリコン薄膜トランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0613607A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08139334A (ja) * | 1994-11-10 | 1996-05-31 | Nec Corp | 薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
US6261971B1 (en) | 1998-05-19 | 2001-07-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device by thermal oxidation of amorphous semiconductor film |
US8158976B2 (en) | 2009-07-24 | 2012-04-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Thin-film transistor and method of manufacturing the same |
JP2014203937A (ja) * | 2013-04-04 | 2014-10-27 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置、及び半導体装置の作製方法 |
-
1992
- 1992-06-25 JP JP16733792A patent/JPH0613607A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08139334A (ja) * | 1994-11-10 | 1996-05-31 | Nec Corp | 薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
US6261971B1 (en) | 1998-05-19 | 2001-07-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device by thermal oxidation of amorphous semiconductor film |
US6518104B2 (en) | 1998-05-19 | 2003-02-11 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device by thermal oxidation of an impurity doped amorphous semiconductor film |
US8158976B2 (en) | 2009-07-24 | 2012-04-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Thin-film transistor and method of manufacturing the same |
JP2014203937A (ja) * | 2013-04-04 | 2014-10-27 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置、及び半導体装置の作製方法 |
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