触媒CVD法による高移動度ポリ・シリコン膜の低温形成

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液晶ディスプレイ用の薄膜トランジスタ(TFT)材料として、ガラス基板上の堆積されたポリ・シリコン膜が期待されている。このポリ・シリコン膜は、現在、600℃前後の熱処理、もしくはレーザー・スポット熱処理により作られているが、デスプレイ面積の大型化にともない、熱歪みの影響が無視できなくなるうえ、レーザー熱処理ではスルー・プットも問題となる。そのため、400℃以下の低温で、大面積にわたって高移動度ポリ・シリコン膜が堆積できる新しい薄膜堆積法の開発が強く望まれていた。一方、本報告者らは、基板近傍に置かれた加熱触媒体に原料ガスを吹き付けるだけで、プラズマも光励起も用いず、薄膜を低温堆積できる「触媒CVD法」と名付けた方法を開発してきた。本研究は、シランと水素ガスを原料とし、堆積条件の選択により、この方法を用いて400℃以下の低温で高移動度なポリ・シリコン膜が形成できることを示すことを目的としたもので、今までに、1)触媒体温度がシリコン融点以下、1300℃前後の時には堆積ガス圧を0.1Torrとし、融点以上の1700℃前後の時には0.001Torrとする、2種類の堆積条件のセットでポリ・シリコン膜が形成できること、2)そのうち、低ガス圧のセット(LP-mode)では、触媒体寿命はほとんど半永久的となり膜堆積自体も安定化すること、3)このLP-modeで作られたポリ・シリコンのホール移動度は100cm^2/vsを越えるほど高いこと、などを明らかにした。また、最近、この方法によるポリ・シリコン膜を用いたTFTが動作することも確認し、本研究の目的を達成した。