シリコン薄膜トランジスタの高性能化に関する研究

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多結晶シリコン(Polycrystalline Silicon: Poly-Si)薄膜トランジスタ(Thin-Film Transistor: TFT)の性能向上のためには、移動度向上が必要である。移動度向上のためには結晶グレインサイズを大きくすることが有効であるが、グレインサイズが大きいTFTでは、各グレインの結晶方位の不均一により、素子間で移動度が大きくばらつくことが問題となっている。本研究では、連続発振レーザー結晶化により、平均長さが20μm、平均幅が2μmの横方向成長結晶グレインを形成し、Poly-Si TFTを作製した。作製したPoly-Si TFTの素子間移動度ばらつきの解析結果に基づき、ワイヤ形状の素子構造を用いて素子間移動度ばらつきの低減を試みた。横方向成長結晶グレインをチャネルとするPoly-Si TFTの素子間移動度ばらつきのチャネル面積依存性を解析した結果、素子間移動度ばらつきは、チャネル中に存在するグレイン個数(N)によって決定され、N^<-1/2>に比例することがわかった。この結果から、異なる結晶面方位を有する表面をチャネル上に複数存在させることが素子間移動度ばらつきの低減に有効と考え、素子構造をワイヤ形状とした。横方向成長結晶グレインをチャネルとする平面構造とワイヤ構造のPoly-Si TFTを試作し、素子間移動度ばらつきを比較した。その結果、ワイヤ構造により素子間移動度ばらつきは41%低減した。さらに、ワイヤ構造により、連続発振レーザー結晶化によってPoly-Si膜内部に生じた引っ張り歪が、電子移動度の向上に有効な1軸性の歪となり、平面構造よりも、電子移動度向上は8%向上した。以上の結果から、ワイヤ構造が、横方向成長結晶グレインをチャネルとするPoly-Si TFTの素子間移動度ばらつき低減と電子移動度向上の両方に有効であることがわかった。