フレキシブルディスプレイにむけた酸化物ＴＦＴの劣化特性の解明と高信頼性素子の開発

高度情報化社会の発展に伴い、ディスプレイは産業、民生、医療の分野において重要な情報端末となっている。次世代を担うディスプレイとしてフレキシブルディスプレイの実現は、その軽量性、柔軟性などの観点から期待が高まっている。ディスプレイの画素駆動素子とである薄膜トランジスタ(TFT)のチャネル材料として透明な材料であるa-InGaZnO(a-IGZO)を用いることで透明ディスプレイの実現が可能となる。しかし、現状ではa-IGZO-TFTの長期使用に対する電気特性の信頼性が低く、特性劣化のメカニズムはいまだ解明されていないという問題がある。本研究では新規絶縁膜材料の提案による、高信頼性a-IGZO-TFTの作製、高信頼化機構の解明を目的としている。本研究ではこれまでにフッ素をシリコン窒化膜に添加する（SiN：F膜）ことで高信頼性a-IGZO-TFTを達成することができることがわかっている。信頼性改善機構として考えられるものは以下の2つである。フッ素を絶縁膜中に添加することでSiの未結合手が終端され絶縁膜中のトラップ準位密度が減少するという機構と絶縁膜中にフッ素が含有されることで界面準位密度が減少するという機構である。そこで本年度は上記のどの機構が主たる信頼性改善機構であるのかを調べることを目的として取り組んだ。その結果、熱酸化法により作製したSiO2を界面のみフッ化した場合においてもa-IGZO-TFTの信頼性は大幅に回復した。また、この場合においても界面でInとフッ素の結合が形成されていることが分かった。このことから、絶縁膜／a-IGZO界面にフッ素が存在することで界面準位密度が減少するという機構が信頼性改善に寄与していると考えられる。この知見は、酸化物半導体素子の高信頼化、高性能化全般に役立つものである。

高度情報化社会の発展に伴い、ディスプレイは産業、民生、医療の分野において重要な情報端末となっている。次世代を担うディスプレイとしてフレキシブルディスプレイの実現は、その軽量性、柔軟性などの観点から期待が高まっている。ディスプレイの画素駆動素子とである薄膜トランジスタ(TFT)のチャネル材料として透明な材料であるa-InGaZnO(a-IGZO)を用いることで透明ディスプレイの実現が可能となる。しかし、現状ではa-IGZO-TFTの長期使用に対する電気特性の信頼性が低く、特性劣化のメカニズムはいまだ解明されていないという問題がある。本研究では新規絶縁膜材料の提案による、高信頼性a-IGZO-TFTの作製、高信頼化機構の解明を目的としている。本研究ではこれまでにフッ素をシリコン窒化膜に添加する（SiN：F膜）ことで高信頼性a-IGZO-TFTを達成することができることがわかっている。信頼性改善機構として考えられるものは以下の2つである。フッ素を絶縁膜中に添加することでSiの未結合手が終端され絶縁膜中のトラップ準位密度が減少するという機構と絶縁膜中にフッ素が含有されることで界面準位密度が減少するという機構である。そこで本年度は上記のどの機構が主たる信頼性改善機構であるのかを調べることを目的として取り組んだ。その結果、熱酸化法により作製したSiO2を界面のみフッ化した場合においてもa-IGZO-TFTの信頼性は大幅に回復した。また、この場合においても界面でInとフッ素の結合が形成されていることが分かった。このことから、絶縁膜／a-IGZO界面にフッ素が存在することで界面準位密度が減少するという機構が信頼性改善に寄与していると考えられる。この知見は、酸化物半導体素子の高信頼化、高性能化全般に役立つものである。