JPS61230370A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS61230370A
JPS61230370A JP60072022A JP7202285A JPS61230370A JP S61230370 A JPS61230370 A JP S61230370A JP 60072022 A JP60072022 A JP 60072022A JP 7202285 A JP7202285 A JP 7202285A JP S61230370 A JPS61230370 A JP S61230370A
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JP
Japan
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film
electrode
thin film
insulating film
base film
Prior art date
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Pending
Application number
JP60072022A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Yamamura
山村 信幸
Akio Kondo
近藤 彰男
Akihiro Kawase
川瀬 明広
Hisao Tosaka
久雄 登坂
Tsuneo Ochi
越智 庸夫
Kunihiro Matsuda
邦宏 松田
Satoshi Suzuki
聡 鈴木
Shinobu Sumi
忍 角
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film

Abstract

PURPOSE:To reduce cost while also selecting an external shape arbitrarily, and to enable even mass production by forming a thin-film transistor onto an organic insulating film. CONSTITUTION:N-type amorphous silicon is deposited on a base film 1 consisting of an organic insulating film composed of polyimide, etc. through a plasma CVD method, and an N-type amorphous silicon film 2 having a predetermined area is shaped through etching. The central section of the N-type silicon film 2 is masked with a resist 3, and B<+> ions are implanted to shape P-type regions. The resist 3 is peeled, SiO2 is deposited on the whole surface of the silicon film 2 to form a gate insulating film 4, and openings from which a source region and a drain region are exposed are shaped through etching. A metallic electrode is formed on the whole surfaces of the base film 1 and the silicon film 2 through a sputtering method, and the metallic electrode is patterned through etching to shape a gate electrode 5G, a source electrode 5S and a drain electrode 5D.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は半導体装置に関するものである。[Detailed description of the invention] [Technical field of invention] The present invention relates to a semiconductor device.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

従来、IC等の半導体装置としては、単結晶シリコン基
板に拡散層を形成してトランジスタを構成したものが知
られているが、この単結晶シリコンを用いた半導体装置
はコストが非常に高いために、最近では、絶縁基板上に
薄膜トランジスタを形成した半導体1i1が考えられて
いる。
Conventionally, semiconductor devices such as ICs have been known to consist of transistors formed by forming a diffusion layer on a single-crystal silicon substrate, but semiconductor devices using this single-crystal silicon are extremely expensive, so Recently, a semiconductor 1i1 in which a thin film transistor is formed on an insulating substrate has been considered.

この絶縁基板上に薄膜トランジスタを形成した半導体装
置は、ガラスやサフアイヤ等の無機絶縁基板上にN型ま
たはP型のアモルファスシリコン(またはポリシリコン
)膜を形成し、このシリコン族にイオン注入性によりP
型またはN型領域を形成するとともに、このシリコン族
のゲート領域の上に絶縁膜を形成し、このゲート絶縁膜
の上と、シリコン族のソース領域とドレイン領域の上に
それぞれゲート電極とソース電極とドレイン電極とを形
成したもので、この半導体装置は、単結晶シリコンを用
いた半導体装置のように高価な単結品シリコンウェハを
必要としないし、また製造工程も簡略化できるから、単
結晶シリコンを用いた半導体装置に比べてコストを低減
することができる。
Semiconductor devices in which thin film transistors are formed on this insulating substrate are manufactured by forming an N-type or P-type amorphous silicon (or polysilicon) film on an inorganic insulating substrate such as glass or sapphire.
In addition to forming a type or N type region, an insulating film is formed on the silicon group gate region, and a gate electrode and a source electrode are formed on the gate insulating film and on the silicon group source region and drain region, respectively. This semiconductor device does not require an expensive single-crystalline silicon wafer unlike semiconductor devices using single-crystal silicon, and the manufacturing process can be simplified. The cost can be reduced compared to semiconductor devices using silicon.

しかしながら、この無機絶縁基板上に薄膜1−ランジス
タを形成した半導体装置は、その基板としてガラスやサ
フアイヤ等の硬質基板を用いているために、基板上への
薄膜トランジスタの形成工程における基板の取扱いが面
倒であり、そのために半導体装置の大−生産が難しいし
、また、上記硬質基板は直線的にしか切断できないため
に基板上に薄膜トランジスタを形成した後に基板を切断
して得られる半導体装置の外形にも制約があり、ざらに
ガラスやサフアイヤ等の無機絶縁基板は比較的^価であ
るから、コストの低減にも限界があるという問題をもっ
ていた。
However, since a semiconductor device in which a thin film transistor is formed on an inorganic insulating substrate uses a hard substrate such as glass or sapphire as the substrate, it is difficult to handle the substrate in the process of forming a thin film transistor on the substrate. Therefore, large-scale production of semiconductor devices is difficult, and since the above-mentioned hard substrate can only be cut linearly, the external shape of the semiconductor device obtained by cutting the substrate after forming thin film transistors on the substrate is also difficult. There are restrictions, and since inorganic insulating substrates such as rough glass and sapphire are relatively expensive, there is a problem in that there is a limit to cost reduction.

(発明の目的) この発明は上記のような実情にかんがみてなされたもの
であって、その目的とするところは、ガラスやサファイ
ヤ等の無機絶縁基板上に薄膜トランジスタを形成した従
来の半導体装置よりもさらにコストを低減することがで
きるとともに、外形も任意に選ぶことができ、しかも大
量生産も可能な半導体装置を提供することにある。
(Purpose of the Invention) This invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to improve the performance of semiconductor devices by forming thin film transistors on inorganic insulating substrates such as glass and sapphire. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can reduce costs, have an arbitrary external shape, and can be mass-produced.

〔発明のm要〕[Essentials of invention]

すなわち、この発明は、有機絶縁フィルム上に薄膜トラ
ンジスタを形成したことを特徴とするものであり、有機
絶縁フィルムは、ガラスやサファイヤ等の無機絶縁基板
に比べて安価に得られるから、この発明によれば、ガラ
スやサファイヤ等の無機絶縁基板上に1lll!トラン
ジスタを形成した従来の半導体装置よりもさらにコスト
を低減することができるし、また、有機絶縁フィルムは
切断が容易で任意の形状に切断できるから外形も任意に
選ぶことができ、しかも有機絶縁フィルムは可撓性があ
るために薄膜トランジスタの形成工程における取扱いも
容易であるから、半導体装置の大量生産も可能である。
That is, this invention is characterized in that a thin film transistor is formed on an organic insulating film, and since an organic insulating film can be obtained at a lower cost than an inorganic insulating substrate such as glass or sapphire, the invention is advantageous. For example, 1llll on an inorganic insulating substrate such as glass or sapphire! The cost can be further reduced than that of conventional semiconductor devices in which transistors are formed, and organic insulating films are easy to cut and can be cut into any shape, so the external shape can be chosen as desired. Because of its flexibility, it is easy to handle in the process of forming thin film transistors, and therefore mass production of semiconductor devices is possible.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図はこの実施例の半導体装置を示したもので、ここ
では1つのトランジスタを示している。
FIG. 1 shows the semiconductor device of this embodiment, in which one transistor is shown.

第1図において、1はポリイミド等の有機絶縁フィルム
からなるベースフィルム、Qはこのベースフィルム1上
に形成されたアモルファスシリコンからなるNIIトラ
ンジスタであり、この薄膜トランジスタQは次のように
して形成されたものである。
In FIG. 1, 1 is a base film made of an organic insulating film such as polyimide, and Q is an NII transistor made of amorphous silicon formed on this base film 1. This thin film transistor Q was formed as follows. It is something.

すなわち、第2図はベースフィルム1上に薄膜トランジ
スタQを形成する方法を工程順に示したもので、ここで
は、PNP接合の薄膜トランジスタを形成する工程を示
している。
That is, FIG. 2 shows the method of forming the thin film transistor Q on the base film 1 in the order of steps, and here shows the step of forming a PNP junction thin film transistor.

この薄膜トランジスタの形成工程を説明すると、まず、
前記ベースフィルム1上にプラズマCVD法によりN型
のアモルファスシリコンを堆積させ、これをエツチング
して第2図(a)に示すような所定の面積のN型アモル
ファスシリコンll12を形成する。
To explain the process of forming this thin film transistor, first,
N-type amorphous silicon is deposited on the base film 1 by plasma CVD and etched to form N-type amorphous silicon 112 having a predetermined area as shown in FIG. 2(a).

次に、このN型シリコンm2の中央部(ゲート領域とな
る部分)を第2図(b)に示すようにレジスト3により
マスクし、その上から第2図(C)に示すように例えば
ホウ素イオンB+を注入してP型g4戦(ソース領域お
よびドレイン領域)を形成する。
Next, the central part of this N-type silicon m2 (the part that will become the gate region) is masked with a resist 3 as shown in FIG. 2(b), and from above it, as shown in FIG. Ions B+ are implanted to form P-type g4 (source and drain regions).

この後、第2図(d)に示すようにレジス1−3を剥離
し、シリコン膜2の表面全体にプラズマCVD法または
スパッタリング法により5i02を堆積させて第2図(
e)に示すようにゲート絶縁膜4を形成し、次いでこの
ゲート絶縁膜4をエツチングして第2図<f>に示すよ
うにソース領域およびドレイン領域を露出させる開口を
形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2(d), the resist 1-3 is peeled off, and 5i02 is deposited on the entire surface of the silicon film 2 by plasma CVD or sputtering.
A gate insulating film 4 is formed as shown in e), and then the gate insulating film 4 is etched to form openings exposing the source and drain regions as shown in FIG. 2<f>.

この後は、スパッタリング法によりベースフィルム1お
よびシリコン1112の全面に金属電極を形成し、これ
をエツチングによりバターニングして、ゲート電極5G
とソース電極5Sとドレイン電極5Dを形成する。
After this, a metal electrode is formed on the entire surface of the base film 1 and silicon 1112 by sputtering method, and this is patterned by etching to form a gate electrode 5G.
Then, a source electrode 5S and a drain electrode 5D are formed.

なお、上記アモルファスシリコンの堆積時のベースフィ
ルム1の表面温度は約200℃、ホウ素イオン注入時の
温度は約150〜200℃、SiO2堆積時の温度は約
300℃であるが、ベースフィルム1として耐熱温度の
高いポリイミド(耐熱温度約400〜450℃)等を用
いれば、上記工程においてベースフィルム1が熱変形す
ることはない。
The surface temperature of the base film 1 during deposition of the amorphous silicon is approximately 200°C, the temperature during boron ion implantation is approximately 150 to 200°C, and the temperature during SiO2 deposition is approximately 300°C. If polyimide having a high heat resistance temperature (heat resistance temperature of about 400 to 450° C.) is used, the base film 1 will not be thermally deformed in the above steps.

すなわち、この半導体装置は、ポリイミド等の有機絶縁
フィルムからなるベースフィルム1上に上記のようにし
て薄膜トランジスタQを形成したものであり、有機絶縁
フィルムは、ガラスやサファイヤ等の無機絶縁基板に比
べて安価に得られるから、この半導体装置は、ガラスや
サファイヤ等の無機絶縁基板上に薄膜トランジスタを形
成した従来の半導体装置よりもさらに低コストに得るこ
とができるし、また、有機絶縁フィルムは切断が容易で
任意の形状に切断できるから外形も任意に選ぶことがで
きる。しかも有機絶縁フィルムは可撓性があるために薄
膜トランジスタの形成工程におけるベースフィルム1の
取扱いも容易であるから、半導体装置の大量生産も可能
であり、特に、ベースフィルム1をロール状に巻いてお
いてこのロールからベースフィルム1を繰り出しながら
その上に連続的に薄膜トランジスタQを形成するように
すれば、半導体装置の生産性を飛躍的に向上させること
ができる。
That is, in this semiconductor device, a thin film transistor Q is formed as described above on a base film 1 made of an organic insulating film such as polyimide, and the organic insulating film is more expensive than an inorganic insulating substrate such as glass or sapphire. Because it can be obtained at low cost, this semiconductor device can be obtained at a lower cost than conventional semiconductor devices in which thin film transistors are formed on inorganic insulating substrates such as glass or sapphire.Also, organic insulating films are easy to cut. Since it can be cut into any shape, you can choose the external shape as you like. Furthermore, since the organic insulating film is flexible, the base film 1 can be easily handled in the process of forming thin film transistors, making it possible to mass-produce semiconductor devices. By continuously forming the thin film transistors Q on the base film 1 while unrolling it from the roll, the productivity of semiconductor devices can be dramatically improved.

また、上記実施例では、1つのトランジスタについて説
明したが、ベースフィルム上に多数の簿幌トランジスタ
を形成してこの多数の薄膜トランジスタにより集積回路
を構成するとともに、このベースフィルムの上に前記集
積回路と接続される各種素子(例えば液晶表示パネルや
電源電池等)の接続用配線を形成すれば、この半導体装
置をそのまま電子時計や小型電子式計算機等の電子i器
の回路基板として使用することもできる。
Further, in the above embodiment, one transistor has been described, but a large number of thin film transistors are formed on a base film, and an integrated circuit is configured by this large number of thin film transistors. By forming connection wiring for various elements to be connected (e.g., liquid crystal display panel, power supply battery, etc.), this semiconductor device can be used as it is as a circuit board for electronic devices such as electronic watches and small electronic calculators. .

第3図はベースフィルム1上に多数の薄膜トランジスタ
からなる集積回路を構成した半導体装置の1つのインバ
〜り部を示したもので、このインバータ部は、ベースフ
ィルム1上に上記工程と同様にしてPNP接合のll!
+−ランジスタQ1とNPN接合のIIl!トランジス
タQ2とをそのドレイン電極5Dを共通電極として形成
するとともに、その上に絶縁1116を形成し、この絶
縁膜6上に上記2つの薄膜トランジスタQ1 、Q2の
ゲート電極5G、5Gを接続するi!電極を形成して構
成されている。
FIG. 3 shows one inverter section of a semiconductor device that has an integrated circuit made up of a large number of thin film transistors on a base film 1. PNP junction ll!
+- transistor Q1 and NPN junction IIl! A transistor Q2 is formed with its drain electrode 5D as a common electrode, an insulator 1116 is formed thereon, and the gate electrodes 5G and 5G of the two thin film transistors Q1 and Q2 are connected on this insulating film 6. It is configured by forming electrodes.

第4図は上記インバータの回路を示したもので、一方の
1膜トランジスタQ1のソース電極5SはVDD側に接
続され、他方の薄膜トランジスタQ2のソース電極58
はVBB側に接続され、両方の薄膜トランジスタQ1 
、Q2のゲート電極5G、5Gの接続電[i7は入力側
INに接続され、両方のil躾トランジスタQl 、Q
2のドレイン電極5Dは出力側OUTに接続されている
FIG. 4 shows the circuit of the inverter, in which the source electrode 5S of one single-film transistor Q1 is connected to the VDD side, and the source electrode 58 of the other thin-film transistor Q2 is connected to the VDD side.
is connected to the VBB side, and both thin film transistors Q1
, Q2 gate electrodes 5G, 5G connection voltage [i7 is connected to the input side IN, both il transistors Ql, Q
The second drain electrode 5D is connected to the output side OUT.

第5図は、ベースフィルム1上に薄膜トランジスタQを
形成する他の方法を工程順に示したものである。
FIG. 5 shows another method of forming the thin film transistor Q on the base film 1 in the order of steps.

この薄膜トランジスタの形成工程をPNP接合の薄膜ト
ランジスタを形成する場合について説明すると、この方
法では、まずベースフィルム1上にタンタル(Ta ’
)をスパッタリングにより堆積させ、これをエツチング
して第5図<8)に示すようにゲート電極5Gを形成し
、次いで陽極酸化によりタンタルからなるゲート電極5
Gの表面を酸化させてゲート電極5Gの表面に酸化タン
タル(Ta 20s >からなるゲート絶縁B! 4を
形成する。
To explain the formation process of this thin film transistor for the case of forming a PNP junction thin film transistor, in this method, first, tantalum (Ta') is deposited on the base film 1.
) is deposited by sputtering and etched to form a gate electrode 5G as shown in FIG.
Gate insulation B!4 made of tantalum oxide (Ta20s>) is formed on the surface of the gate electrode 5G by oxidizing the surface of G.

この後は、ゲート絶縁g14の上に、プラズマCVD法
によりN型のアモルファスシリコンをJI!積させ、こ
れをエツチングして第5図(C)に示すような所定の面
積のN型アモルファスシリコン躾2を形成し、次いでこ
のN型シリコンI! 2の中央部(ゲート領域となる部
分)を第5図1>に示すようにレジスト3によりマスク
し、その上から第5図(e)に示すようにホウ素イオン
B+を注入してP型領域(ソース領域およびドレイン領
域)を形成した後、第5図(f)に示すようにレジスト
3を剥離し、スパッタリング法によりベースフィルム1
およびシリコン11!2の全面に金属電極を形成し、こ
れをエツチングしてソース電極5Sとドレイン電極5D
を形成する。
After this, N-type amorphous silicon is deposited on the gate insulator g14 using the plasma CVD method. This is deposited and etched to form an N-type amorphous silicon layer 2 with a predetermined area as shown in FIG. 5(C), and then this N-type silicon I! The central part of 2 (the part that will become the gate region) is masked with a resist 3 as shown in FIG. (source region and drain region), the resist 3 is peeled off as shown in FIG. 5(f), and the base film 1 is formed by sputtering.
Then, a metal electrode is formed on the entire surface of the silicon 11!2, and this is etched to form a source electrode 5S and a drain electrode 5D.
form.

この方法によれば、ゲート絶縁M4を、タンタルからな
るゲート111i5Gの表面を酸化させることによって
形成しているから、前述した方法におけるゲート絶縁膜
を形成するためのSiO2の堆積工程(温度約300℃
)は不要となり、そのために、wII!トランジスタの
形成工程中におけるベースフィルム1の表面濃度は最高
で約200℃(アモルファスシリコンif[FfIの温
度は約200℃、ホウ素イオン注入時の温度は約150
〜200℃)であるから、ベースフィルム1の熱変形を
ざらに確実に防ぐことができるし、またベースフィルム
1として耐熱温度の低い有機絶縁フィルムを使用するこ
ともできる。
According to this method, the gate insulation M4 is formed by oxidizing the surface of the gate 111i5G made of tantalum.
) is no longer needed, so wII! The maximum surface concentration of the base film 1 during the transistor formation process is about 200°C (the temperature of amorphous silicon if [FfI is about 200°C, the temperature during boron ion implantation is about 150°C).
~200° C.), thermal deformation of the base film 1 can be roughly and reliably prevented, and an organic insulating film with a low heat resistance temperature can also be used as the base film 1.

なお、上記実施例では、薄膜トランジスタをアモルファ
スシリコンによって形成しているが、薄膜トランジスタ
は、ベースフィルム1上に堆積させたアモルファスシリ
コンをレーザ光の照射により結晶化させてポリシリコン
とすることにより、このポリシリコンによって形成して
もよい。ただし、この場合は、アモルファスシリコンを
結晶化させるときの熱が問題となるが、ベースフィルム
1としてこの熱に耐える高耐熱性の有機絶縁フィルムを
選べばベースフィルムの熱変形を防ぐことができるし、
またアモルファスシリコンを低温で結晶化させることが
できれば、ベースフィルム1として比較的耐熱性の低い
有Ill絶縁フィルムも使用できる。
In the above embodiment, the thin film transistor is formed of amorphous silicon, but the thin film transistor is made of polysilicon by crystallizing the amorphous silicon deposited on the base film 1 by irradiating the base film 1 with laser light. It may also be formed of silicon. However, in this case, the heat generated when crystallizing the amorphous silicon becomes a problem, but if a highly heat-resistant organic insulating film that can withstand this heat is selected as the base film 1, thermal deformation of the base film can be prevented. ,
Further, if amorphous silicon can be crystallized at a low temperature, an Ill insulation film having relatively low heat resistance can also be used as the base film 1.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明は、安価な有機絶縁フィルムをベースフィルム
としてこの有機絶縁フィルム上に薄膜トランジスタを形
成したものであるから、ガラスやサファイヤ等の無機絶
縁基板上にWIII!トランジスタを形成した従来の半
導体装置よりもさらにコストを低減することができるし
、また、有機絶縁フィルムは切断が容易で任意の形状に
切断できるから外形も任意に選ぶことができ、しかも有
機絶縁フィルムは可撓性があるためにWJII!トラン
ジスタの形成工程における取扱いも容易であるから、半
導体装置の大量生産も可能である。
This invention uses an inexpensive organic insulating film as a base film and forms a thin film transistor on this organic insulating film. The cost can be further reduced than that of conventional semiconductor devices in which transistors are formed, and organic insulating films are easy to cut and can be cut into any shape, so the external shape can be chosen as desired. Because of its flexibility, WJII! Since it is easy to handle in the process of forming a transistor, mass production of semiconductor devices is also possible.

【図面の簡単な説明】 第1図および第2図はこの発明の一実施例を示す半導体
装置の断面図およびN I! t’ランジスタの形成工
程図、第3図および第4図はこの発明の他の実施例を示
す多数の薄膜トランジスタからなる集積回路を構成した
半導体装置のインバータ部の拡大断面図およびインバー
タの回路図、第5図はWIIlトランジスタの他の形成
工程図である。 1・・・ベースフィルム、Q、Ql 、Q2・・・*S
トランジスタ、2・・・アモルファスシリコン躾、4・
・・ゲート絶縁膜、5G・・・ゲート電極、5S・・・
ソース電極、5d・・・ドレイン電極、6・・・絶縁膜
、7・・・接続電極。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第3因 s4因
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views of a semiconductor device showing an embodiment of the present invention, and NI! 3 and 4 are enlarged cross-sectional views of an inverter section of a semiconductor device constituting an integrated circuit consisting of a large number of thin film transistors, and a circuit diagram of the inverter, showing other embodiments of the present invention; FIG. 5 is another process diagram for forming the WII1 transistor. 1...Base film, Q, Ql, Q2...*S
Transistor, 2... Amorphous silicon training, 4.
...Gate insulating film, 5G...Gate electrode, 5S...
Source electrode, 5d... Drain electrode, 6... Insulating film, 7... Connection electrode. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue 3rd cause s4th cause

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 有機絶縁フィルム上に薄膜トランジスタを形成したこと
を特徴とする半導体装置。
A semiconductor device characterized by forming a thin film transistor on an organic insulating film.
JP60072022A 1985-04-05 1985-04-05 Semiconductor device Pending JPS61230370A (en)

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JP60072022A JPS61230370A (en) 1985-04-05 1985-04-05 Semiconductor device

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