高品質シリコン薄膜の形成・新規評価技術の確立とそのディスプレイデバイスへの応用

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平成24年度は,低温での高品質多結晶シリコン薄膜トランジスタの作製に主眼を置き,「水中レーザーアニール」による多結晶シリコン薄膜の低温結晶化検討を行った.薄膜トランジスタのチャネル材料には様々なものがあるが,中でも多結晶シリコン薄膜は他種材料と比べて格段に高い移動度(酸化物半導体の10～100倍)と優れた信頼性をもつ.その一方で作製温度が最高500℃程度と高いことから,プラスチック基板上への作製が行えない.この技術課題を解決できれば,プラスチック基板上へ高画質・多機能ディスプレイを作製することが可能となる.多結晶シリコン薄膜トランジスタの作製プロセスにおいて,結晶化・ドーパント活性化・欠陥不活性化の3プロセスは非常に高温の熱処理工程であり,基板温度は300～500℃にもなる.本研究では,「水中レーザーアニール」という熱処理プロセスを提案する.本手法は,流水中に試料を設置した状態で試料上面からレーザー光照射を行うものである.そこで本年度は,多結晶シリコン薄膜トランジスタの作製温度をプラスチックのガラス転移温度(約150℃)以下に低温化し,水中レーザーアニールを多結晶シリコン薄膜トランジスタ作製技術へ導入することを可能とすることを目的とした.上記検討の結果,図1に示すように,水中レーザーアニールにより結晶化した多結晶シリコン薄膜を用いてトランジスタを作製し,素子駆動に成功した.これらの結果は国内学会1件および国際学会3件にて発表し,高い反響を得ることができた.また,これらの成果を学術論文2報にまとめた.