JPS61241909A - Soi結晶形成法 - Google Patents
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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
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は種子結晶を用いることなく、SOI結晶を形成
する方法に関する。
する方法に関する。
(従来技術)
絶縁体膜上のシリコン膜を光学的エネルギービームで加
熱し、再結晶化させて、単結晶化する場合、結晶学的方
位制御は後のデバイス特性の向上、均一化に非常に重要
である。結晶学的方位制御方法については、Si基板を
種子結晶として用いる方法(エムタムラら、ジャパニー
ズジャーナルオプアプライドフイジクス: M、Tam
ura、 et al、 Japn、J。
熱し、再結晶化させて、単結晶化する場合、結晶学的方
位制御は後のデバイス特性の向上、均一化に非常に重要
である。結晶学的方位制御方法については、Si基板を
種子結晶として用いる方法(エムタムラら、ジャパニー
ズジャーナルオプアプライドフイジクス: M、Tam
ura、 et al、 Japn、J。
Appl、Phys、 ’PI L23(1980)、
)や種子結晶を用いない方法、特に人工的な溝を形成し
、その溝形状により、結晶方法を制御するグラフオエピ
タキシ(エム・ダブリュ・ガイズら、アプライド・フィ
ジックス・レターM、W、Ge1s et al、Ap
pl、Phys、Lett、35.71(1979)、
)が知られている。多層溝造を有する三次元回路素子を
実現するためには、種子結晶を用いない結晶方位制御の
開発が急務である。SiO2絶縁体膜」二のSi半導体
結晶の結晶方位を制御に関しては、上記がイスらの発表
(ジャーナルオブバキュームサイエンスアンドテクノロ
ジー:J、Vac、 Sci、 Technol、 4
1640(1979)、)詳しく示されているが、未だ
、不十分な所が多い。例えば、Siのように、平坦な基
板上に堆積しただけでも、<ioo>−軸配向性[基板
垂直方向が<100>方位を有するもの、]が強い膜は
、第2図に示したように基板表面に人工的な溝を施し、
その幾何学的形状を制御することにより、基板面内の結
晶方位制御が可能であると言われている。第2図の(a
)は、溝形状として、基板表面と、平行な溝底面を有す
る場合、(b)は溝がのこぎり状で、基板表面と平行な
溝底面を持たせない場合の例で、それぞれ、隣り合った
面(側面もしくは底面)が90°をな゛している場合で
ある。前記のがイスらの発表ゴ(ジャーナルオプバキュ
ームサイエンスアンドテクノロジー:J、Vac、 S
ci、Technol、 16.1640(1979)
、)では、平坦な基板上に堆積しただけでも<111>
−軸配向性[基板垂直方向が<111>方位を有するも
の、]が強い膜についても、前記と同様な方法により基
板面内の方位制御が可能であることを述べているが、本
発明は<100>単位結晶シリコン膜の形成にあるので
、前者の場合について、説明する。
)や種子結晶を用いない方法、特に人工的な溝を形成し
、その溝形状により、結晶方法を制御するグラフオエピ
タキシ(エム・ダブリュ・ガイズら、アプライド・フィ
ジックス・レターM、W、Ge1s et al、Ap
pl、Phys、Lett、35.71(1979)、
)が知られている。多層溝造を有する三次元回路素子を
実現するためには、種子結晶を用いない結晶方位制御の
開発が急務である。SiO2絶縁体膜」二のSi半導体
結晶の結晶方位を制御に関しては、上記がイスらの発表
(ジャーナルオブバキュームサイエンスアンドテクノロ
ジー:J、Vac、 Sci、 Technol、 4
1640(1979)、)詳しく示されているが、未だ
、不十分な所が多い。例えば、Siのように、平坦な基
板上に堆積しただけでも、<ioo>−軸配向性[基板
垂直方向が<100>方位を有するもの、]が強い膜は
、第2図に示したように基板表面に人工的な溝を施し、
その幾何学的形状を制御することにより、基板面内の結
晶方位制御が可能であると言われている。第2図の(a
)は、溝形状として、基板表面と、平行な溝底面を有す
る場合、(b)は溝がのこぎり状で、基板表面と平行な
溝底面を持たせない場合の例で、それぞれ、隣り合った
面(側面もしくは底面)が90°をな゛している場合で
ある。前記のがイスらの発表ゴ(ジャーナルオプバキュ
ームサイエンスアンドテクノロジー:J、Vac、 S
ci、Technol、 16.1640(1979)
、)では、平坦な基板上に堆積しただけでも<111>
−軸配向性[基板垂直方向が<111>方位を有するも
の、]が強い膜についても、前記と同様な方法により基
板面内の方位制御が可能であることを述べているが、本
発明は<100>単位結晶シリコン膜の形成にあるので
、前者の場合について、説明する。
次に第2図に示した従来例において、(a)の場合が良
く試みられているが、実際にはデバイス形成に十分なく
100 >単結晶Siが得られた例が少なかった。
く試みられているが、実際にはデバイス形成に十分なく
100 >単結晶Siが得られた例が少なかった。
本発明の目的は、従来例の欠点(溝形成)を改善し、デ
バイス形成に必要な大粒径の単位結晶シリコン膜を再現
性良く形成する方法を提供することにある。
バイス形成に必要な大粒径の単位結晶シリコン膜を再現
性良く形成する方法を提供することにある。
(発明の構成)
本発明によれば、少なくとも表面が絶縁体膜で覆われて
いる基板の表面に、溝の底面と基板表面が平行で向い合
った1組の溝の側壁が底面となす角のうち小なる角が5
4.7°あるいはその近傍である帯状の溝を複数個形成
し、次いで基板表面に多結晶シリコン膜を堆積し、次い
で、光学的エネルギービームを前記シリコン膜に照射し
て同相と液相が共存する状態になるように加熱し、再結
晶化させて、前記基板上に、帯状の溝の長手方向が<1
10>方位、かつ、基板垂直方向が< 100 >方位
である単位結晶シリコン膜を形成することを特徴とする
SOI結晶形成法が得られる。
いる基板の表面に、溝の底面と基板表面が平行で向い合
った1組の溝の側壁が底面となす角のうち小なる角が5
4.7°あるいはその近傍である帯状の溝を複数個形成
し、次いで基板表面に多結晶シリコン膜を堆積し、次い
で、光学的エネルギービームを前記シリコン膜に照射し
て同相と液相が共存する状態になるように加熱し、再結
晶化させて、前記基板上に、帯状の溝の長手方向が<1
10>方位、かつ、基板垂直方向が< 100 >方位
である単位結晶シリコン膜を形成することを特徴とする
SOI結晶形成法が得られる。
(構成の詳細な説明)
第2図に示すような、従来例でなぜ十分なく100>単
結晶Siが得られないかを詳しく検討したところ、次の
ようなことが判った。通常良く行われているようなエネ
ルギービームアニール法(一度、非晶質もしくは多結晶
シリコン膜を堆積後、レーザビームのような加熱源によ
り加熱し、再結晶化させる方法)においては、前述のよ
うな基板表面に人工的に形成された溝と、微小結晶粒子
との間に生じる相互作用だけを考慮するのでは不十分で
あり、加熱した場合に一部存在するシリコンの液相と溝
の相互作用をも考慮することが必要である。レーザビー
ム等の(光学的加熱源)で、シリコン膜を直接加熱する
と同相と液相が共存する状態があることが知られている
。(ホーキンス、アプライドフィジックス レター:A
ppl、 Phys、 Lett、 42゜358(1
983)、)本発明者は、この共存状態についてさらに
詳しく検討していたところ、同相・液相の共存状態では
熱力学的に安定な状態として、ラメラ状の同相シリコン
が選択的に故長し、そあ固相シリコンの基板垂直方向が
<100>方位、固相シリコンと液相シリコンとの境界
は(111)面で形成され、さらにラメラ状の固相シリ
コンの長手方向が<110>方位になることを見い出し
た。従って溝の形状はシリコンとの液相との相互作用を
考慮して決定する必要があることを見いだした。ところ
が従来例では、これらのことが考慮されていなかった。
結晶Siが得られないかを詳しく検討したところ、次の
ようなことが判った。通常良く行われているようなエネ
ルギービームアニール法(一度、非晶質もしくは多結晶
シリコン膜を堆積後、レーザビームのような加熱源によ
り加熱し、再結晶化させる方法)においては、前述のよ
うな基板表面に人工的に形成された溝と、微小結晶粒子
との間に生じる相互作用だけを考慮するのでは不十分で
あり、加熱した場合に一部存在するシリコンの液相と溝
の相互作用をも考慮することが必要である。レーザビー
ム等の(光学的加熱源)で、シリコン膜を直接加熱する
と同相と液相が共存する状態があることが知られている
。(ホーキンス、アプライドフィジックス レター:A
ppl、 Phys、 Lett、 42゜358(1
983)、)本発明者は、この共存状態についてさらに
詳しく検討していたところ、同相・液相の共存状態では
熱力学的に安定な状態として、ラメラ状の同相シリコン
が選択的に故長し、そあ固相シリコンの基板垂直方向が
<100>方位、固相シリコンと液相シリコンとの境界
は(111)面で形成され、さらにラメラ状の固相シリ
コンの長手方向が<110>方位になることを見い出し
た。従って溝の形状はシリコンとの液相との相互作用を
考慮して決定する必要があることを見いだした。ところ
が従来例では、これらのことが考慮されていなかった。
第1図は本発明の基本概念を説明するための基板構造の
斜視図である。先ず基板1上の絶縁体膜2の表面に溝の
底面3と基板表面が平行で、向い合った1組の溝の側壁
4が底面3となす角のうち小なる角θが54.7°ある
いはその近傍である帯状の溝を複数個、一定間隔で形成
する。次に、多結晶シリコン膜5を該基板表面上に堆積
し、光学エネルギービームとして、レーザビームで該シ
リコン膜5を、固相と液相が共存する状態になるように
加熱し、再結晶化させる。この時、加熱された該シリコ
ン膜中では、基板垂直方向<100>方位である微小結
晶粒子が選択的に成長してくる。さらに、この状態では
、同相のシリコン粒子は主に、基板垂直方向が< 10
0 >方位を有するものであって、この同相シリコン粒
子と液相シリコン粒子との界面は(111)結晶面にな
る傾向が強い。特に、基板垂直方向が<100>方位で
微小結晶粒子がラメラ状に細長く成長し、その傾いた側
面が結晶格子面の(111)面に対応するような幾何学
的条件を有する絶縁体基板表面上に成長しやすいことが
判った。
斜視図である。先ず基板1上の絶縁体膜2の表面に溝の
底面3と基板表面が平行で、向い合った1組の溝の側壁
4が底面3となす角のうち小なる角θが54.7°ある
いはその近傍である帯状の溝を複数個、一定間隔で形成
する。次に、多結晶シリコン膜5を該基板表面上に堆積
し、光学エネルギービームとして、レーザビームで該シ
リコン膜5を、固相と液相が共存する状態になるように
加熱し、再結晶化させる。この時、加熱された該シリコ
ン膜中では、基板垂直方向<100>方位である微小結
晶粒子が選択的に成長してくる。さらに、この状態では
、同相のシリコン粒子は主に、基板垂直方向が< 10
0 >方位を有するものであって、この同相シリコン粒
子と液相シリコン粒子との界面は(111)結晶面にな
る傾向が強い。特に、基板垂直方向が<100>方位で
微小結晶粒子がラメラ状に細長く成長し、その傾いた側
面が結晶格子面の(111)面に対応するような幾何学
的条件を有する絶縁体基板表面上に成長しやすいことが
判った。
以上のことを幾何学的にまとめると、基板表面が(10
0)面で、溝の長手方向Yに関して、左右1組の等価な
(111)面が溝の側壁4と平行の時、上記の溝の長手
方向Yは<110>方位となる。このとき、(100)
面と(111)面のなす角は54.7°であって、あら
かじめ、本発明のように、溝底面と側壁とのなす角が制
御された基板上に単結晶シリコン膜が形成されることが
判った。
0)面で、溝の長手方向Yに関して、左右1組の等価な
(111)面が溝の側壁4と平行の時、上記の溝の長手
方向Yは<110>方位となる。このとき、(100)
面と(111)面のなす角は54.7°であって、あら
かじめ、本発明のように、溝底面と側壁とのなす角が制
御された基板上に単結晶シリコン膜が形成されることが
判った。
(実施例)
以下、本発明の実施例について、第1図を参照して詳細
に説明する。本実施例においては、1で示した基板とし
て、サファイヤ基板、あるいは石英ガラス基板を用いた
。基板1上には化学気相成長法で絶縁体である非晶質S
iO□膜2を0.4pm堆積した。次いで、第1図で示
したような溝底面3と溝側壁4となす角が54.7°の
溝を形成するために、フォトリソグラフィ技術で、溝の
凸に相当する部分だけを膜厚4000AルシストAZ1
350JY−被覆し、CHF3−0□系のプラズマエチ
ッング技術で所望の角度付きの溝を加工した。0□を1
0%程度を含む、SiO2膜のプラズマエチッング技術
による形状制御については、キャステラーノが詳しく報
告している(R,N、 Ca5tellano。
に説明する。本実施例においては、1で示した基板とし
て、サファイヤ基板、あるいは石英ガラス基板を用いた
。基板1上には化学気相成長法で絶縁体である非晶質S
iO□膜2を0.4pm堆積した。次いで、第1図で示
したような溝底面3と溝側壁4となす角が54.7°の
溝を形成するために、フォトリソグラフィ技術で、溝の
凸に相当する部分だけを膜厚4000AルシストAZ1
350JY−被覆し、CHF3−0□系のプラズマエチ
ッング技術で所望の角度付きの溝を加工した。0□を1
0%程度を含む、SiO2膜のプラズマエチッング技術
による形状制御については、キャステラーノが詳しく報
告している(R,N、 Ca5tellano。
ソリッドステート テクノロジ: 5olid Sta
teTechnology / May 1984.
P2O3−206)。ここで形成した溝のピッチは42
m、溝の深さは0.2pmであった。第1図のaの値は
2.0pm、 bの値は1.71+mである。
teTechnology / May 1984.
P2O3−206)。ここで形成した溝のピッチは42
m、溝の深さは0.2pmであった。第1図のaの値は
2.0pm、 bの値は1.71+mである。
以上のようにして、形成した溝を有する基板表面上で、
多結晶シリコン膜5として、減圧化学気相成長法として
5iH4−H2系)、700°Cで成長させたものを用
い、膜厚は0.4pmとした。しがる後、光学的エネル
ギービームとして、CW−Ar+レーザ(波長0.5p
m)をY方向にスキャンし、シリコン膜5を加熱し、再
結晶化させた。加熱条件としては、ビーム径80pm、
パワー9W、レーザ走査速度2mm/sとして、該シリ
コン膜5は液相と同相が共存する状態となった。
多結晶シリコン膜5として、減圧化学気相成長法として
5iH4−H2系)、700°Cで成長させたものを用
い、膜厚は0.4pmとした。しがる後、光学的エネル
ギービームとして、CW−Ar+レーザ(波長0.5p
m)をY方向にスキャンし、シリコン膜5を加熱し、再
結晶化させた。加熱条件としては、ビーム径80pm、
パワー9W、レーザ走査速度2mm/sとして、該シリ
コン膜5は液相と同相が共存する状態となった。
以上のごとく形成したシリコン膜5をエツチング法、X
線回折法、電子チャネリング法で評価したところ、基板
垂直方向2が< 100 >方位で、方位分布<110
>方位であることが明らかになった。また、得られた単
結晶シリコン粒子の大きさはレーザ走査方向が溝と直角
の時はレーザビームがガウス形のものを用いたので、レ
ーザビーム径の約半分程度(40pm)であったが、レ
ーザ走査方向を溝と平行にした場合は、幅40pm、長
さ5mm程度という、集積回路のチップサイズと同程度
の非常に大きなものが再現性良く形成できていることが
判った。基板として、石英ガラスを用いた場合には、従
来から指摘されているようにマイクロフラッグの発生が
見られ、結晶粒の長さは0.5mm程度であった。ただ
し再現性は良好であった。サファイヤ基板のものと石英
基板のものにそれぞれチャンネルMO8)ランジスタを
形成した。本発明で得られた単結晶シリコン膜は結晶粒
子が大きく、結晶方位が制御されているため、いづれも
電圧vthがウェハ内で±5%以内に収まっており、結
晶粒界に沿ったリーク電流が発生していないため、リー
ク電流値が、結晶粒界が存在している場合に比でl/1
000になっていることが判った。
線回折法、電子チャネリング法で評価したところ、基板
垂直方向2が< 100 >方位で、方位分布<110
>方位であることが明らかになった。また、得られた単
結晶シリコン粒子の大きさはレーザ走査方向が溝と直角
の時はレーザビームがガウス形のものを用いたので、レ
ーザビーム径の約半分程度(40pm)であったが、レ
ーザ走査方向を溝と平行にした場合は、幅40pm、長
さ5mm程度という、集積回路のチップサイズと同程度
の非常に大きなものが再現性良く形成できていることが
判った。基板として、石英ガラスを用いた場合には、従
来から指摘されているようにマイクロフラッグの発生が
見られ、結晶粒の長さは0.5mm程度であった。ただ
し再現性は良好であった。サファイヤ基板のものと石英
基板のものにそれぞれチャンネルMO8)ランジスタを
形成した。本発明で得られた単結晶シリコン膜は結晶粒
子が大きく、結晶方位が制御されているため、いづれも
電圧vthがウェハ内で±5%以内に収まっており、結
晶粒界に沿ったリーク電流が発生していないため、リー
ク電流値が、結晶粒界が存在している場合に比でl/1
000になっていることが判った。
さらに、同様な方法により、−皮下層に単結晶シリコン
膜を形成した後、層間絶縁体分離膜を形成し、再度、単
結晶シリコン膜を形成して、調べたところ、下層と同様
な良質で、均一性の良い膜が上層にも形成されることが
判った。
膜を形成した後、層間絶縁体分離膜を形成し、再度、単
結晶シリコン膜を形成して、調べたところ、下層と同様
な良質で、均一性の良い膜が上層にも形成されることが
判った。
また、溝形状として、溝底面3と溝側壁4とがなる角0
が54.7°から±3°程度はずれていても本発明の結
晶学的方位制御の効果が十分あることが判った。
が54.7°から±3°程度はずれていても本発明の結
晶学的方位制御の効果が十分あることが判った。
本実施例以外に、基板1としてアルミナ、窒化アルミニ
ウム、スピネル、シリコン基板等を用いても、同様な結
果が得られた。また、絶縁体Jl!2として、シリコン
膜を熱酸化して形状したSi O2膜を用いても、同様
な結果が得られた。
ウム、スピネル、シリコン基板等を用いても、同様な結
果が得られた。また、絶縁体Jl!2として、シリコン
膜を熱酸化して形状したSi O2膜を用いても、同様
な結果が得られた。
さらに、シリコン膜5として、減圧化学気相成長法で、
他の成長温度で堆積したものや、他の手段、例えば、常
圧化学気相成長法、真空蒸着法、プラズマ成長法等で形
成したものを用いても良く、少なくとも、基板垂直方向
が<100>方位である微小結晶粒子を含み、その後の
アニール過程で、<100>方位の結晶粒子をもとに選
択的に成長するものであればかまわない。
他の成長温度で堆積したものや、他の手段、例えば、常
圧化学気相成長法、真空蒸着法、プラズマ成長法等で形
成したものを用いても良く、少なくとも、基板垂直方向
が<100>方位である微小結晶粒子を含み、その後の
アニール過程で、<100>方位の結晶粒子をもとに選
択的に成長するものであればかまわない。
光学エネルギービームとして、CW−Ar+レーザを用
いた例を示したが、本発明は用いるレーザの波長に限定
されず、他のCW−Nd:YAGレーザ、CO2レーザ
等を使用しても、何ら限定されない。また、光学エネル
ギービームはレーザ光に限定されず、ハロゲンランプ等
のランプ光源をミラー、レンズで集光したものを用いて
も、何ら差しつがえない。
いた例を示したが、本発明は用いるレーザの波長に限定
されず、他のCW−Nd:YAGレーザ、CO2レーザ
等を使用しても、何ら限定されない。また、光学エネル
ギービームはレーザ光に限定されず、ハロゲンランプ等
のランプ光源をミラー、レンズで集光したものを用いて
も、何ら差しつがえない。
(発明の効果)
基板表面に施された溝形状により、該基板の溝膜材料の
単結晶化をもたらす方法において、従来の<100>t
extureシリコン膜を単結晶化させようとする溝形
状が、溝の底面が基板表面と平行かつ、溝側面が溝底面
と直角な従来例では、大粒径の単結晶化膜が得られにく
かったが、本発明では、溝形状の改良により、大粒径か
つ、基板垂直方向が<100>方位、溝の長手方向が<
110>方位である単結晶シリコン膜を再現性良く形成
できる利点を有する。
単結晶化をもたらす方法において、従来の<100>t
extureシリコン膜を単結晶化させようとする溝形
状が、溝の底面が基板表面と平行かつ、溝側面が溝底面
と直角な従来例では、大粒径の単結晶化膜が得られにく
かったが、本発明では、溝形状の改良により、大粒径か
つ、基板垂直方向が<100>方位、溝の長手方向が<
110>方位である単結晶シリコン膜を再現性良く形成
できる利点を有する。
本発明で得られる単結晶シリコン膜上にMOS)ランシ
スター等の素子を形成すると、デバイス特性向上のみな
らず、デバイス特性の均一性が著しく向上する等の利点
を有し、さらには、デバイスの多層化において、種結晶
を必要としないために、デバイス回路設計上の自由度が
大きく、半導体装置製造に当たり、多大の効果をもたら
す。
スター等の素子を形成すると、デバイス特性向上のみな
らず、デバイス特性の均一性が著しく向上する等の利点
を有し、さらには、デバイスの多層化において、種結晶
を必要としないために、デバイス回路設計上の自由度が
大きく、半導体装置製造に当たり、多大の効果をもたら
す。
第1図は本発明を説明するための基板構造の斜視図。第
2図(a)、 (b)は従来例を説明するための基板構
造の斜視図。
2図(a)、 (b)は従来例を説明するための基板構
造の斜視図。
Claims (1)
- 少なくとも表面が絶縁体膜で覆われている基板の表面に
、溝の底面と基板表面が平行で向い合った1組の溝の側
壁が底面となす角のうち小なる角が54.7°あるいは
その近傍である帯状の溝を複数個形成し、次いで基板表
面に多結晶シリコン膜を堆積し、次いで、光学的エネル
ギービームを前記シリコン膜に照射して固相と液相が共
存する状態になるように加熱し、再結晶化させて、前記
基板上に、帯状の溝の長手方向が<110>方位、かつ
、基板垂直方向が<100>方位である単位結晶シリコ
ン膜を形成することを特徴とするSOI結晶形成法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60082298A JPS61241909A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | Soi結晶形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60082298A JPS61241909A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | Soi結晶形成法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61241909A true JPS61241909A (ja) | 1986-10-28 |
JPH0351289B2 JPH0351289B2 (ja) | 1991-08-06 |
Family
ID=13770639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60082298A Granted JPS61241909A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | Soi結晶形成法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61241909A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5304357A (en) * | 1991-05-15 | 1994-04-19 | Ricoh Co. Ltd. | Apparatus for zone melting recrystallization of thin semiconductor film |
JP2001319877A (ja) * | 2000-05-02 | 2001-11-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
JP2003234477A (ja) * | 2002-02-08 | 2003-08-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及びその作製方法 |
JP2004006786A (ja) * | 2002-03-15 | 2004-01-08 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
JP2004006679A (ja) * | 2002-03-05 | 2004-01-08 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体素子及びそれを用いた半導体装置 |
JP2004006712A (ja) * | 2002-03-15 | 2004-01-08 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体素子及びそれを用いた半導体装置 |
JP2004088084A (ja) * | 2002-06-25 | 2004-03-18 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
US7312473B2 (en) | 2001-12-28 | 2007-12-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device and electronic device using the same |
US7705357B2 (en) | 2002-03-05 | 2010-04-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Thin film transistor with channel region in recess |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57145316A (en) * | 1981-03-04 | 1982-09-08 | Toshiba Corp | Manufacture of semicondcutor device |
-
1985
- 1985-04-19 JP JP60082298A patent/JPS61241909A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57145316A (en) * | 1981-03-04 | 1982-09-08 | Toshiba Corp | Manufacture of semicondcutor device |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5304357A (en) * | 1991-05-15 | 1994-04-19 | Ricoh Co. Ltd. | Apparatus for zone melting recrystallization of thin semiconductor film |
JP2001319877A (ja) * | 2000-05-02 | 2001-11-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
US7312473B2 (en) | 2001-12-28 | 2007-12-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device and electronic device using the same |
JP2003234477A (ja) * | 2002-02-08 | 2003-08-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及びその作製方法 |
US7709895B2 (en) | 2002-02-08 | 2010-05-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device having insulating stripe patterns |
JP2004006679A (ja) * | 2002-03-05 | 2004-01-08 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体素子及びそれを用いた半導体装置 |
US7705357B2 (en) | 2002-03-05 | 2010-04-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Thin film transistor with channel region in recess |
JP2004006786A (ja) * | 2002-03-15 | 2004-01-08 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
JP2004006712A (ja) * | 2002-03-15 | 2004-01-08 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体素子及びそれを用いた半導体装置 |
JP2004088084A (ja) * | 2002-06-25 | 2004-03-18 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0351289B2 (ja) | 1991-08-06 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |