超精密制御スパッタリング・CVD融合成膜を駆使した高品質多結晶SiTFTプロセス

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近年、多結晶シリコン薄膜を用いたTFTデバイスは、液晶ディスプレイ(LCD)やイメージセンサを駆動するドライバ素子として、その応用範囲が広く、また、大口径液晶ディスプレイの高精細化においても、多結晶シリコンを用いたTFT素子は必須となる。本研究の目的は、低温でしかも高品質な多結晶シリコン薄膜を、低エネルギイオン照射プロセス技術を駆使して形成するところにある。現在、高品質な多結晶シリコン薄膜を形成するためには、その形成温度が600℃と高いため、安価なガラス基板上への作製が困難とされている。そこで、我々は、熱エネルギの不足を低エネルギのイオン照射によって補うとともに、成長薄膜表面の活性化を行い、300℃という低温で、高品質な多結晶シリコン薄膜の形成を試みた。低エネルギイオン照射プロセスによって、スパッタリング及びCVD成膜のいずれの成膜プロセスにおいても、300℃の低温において、シリコン酸化膜上の多結晶シリコン薄膜の形成を行い、RED及びXRD評価結果から、成長した薄膜表面層において良好な結晶性が確認された。また、成長した薄膜結晶層の最大粒径は膜厚〜1000Aに対して、スパッタリング成膜では〜200A、CVD成膜においては〜500Aと比較的大きな粒子径が得られた。また、スパッタリング成膜で得られた薄膜結晶層の電気的特性評価から成長薄膜〜3000Aにおいて、ホール移動度μ_Hは水素濃度30%で最大約5cm/v・secの値が得られ、また、活性キャリア不純物濃度は〜1x10^<18>cm^<-3>でターゲットの不純物濃度(As :〜1x10^<19>cm^<-3>)に対して、キャリアの活性化率は約5〜10%であった。このように、低温で結晶性に優れた薄膜の形成の実現には、原子状水素の効果による核形成の制御及び結晶成長の促進、さらには、それを助長する低エネルギイオンの照射によるイオンアシストの効果が大きな役割果たしていることが実験的に明らかとなった。これらの成果は低温多結晶シリコンTFTプロセス技術に十分適用可能であるものと考えられる。