ポリイミド基板上に集積した多数TFTの自己整合的な特性ばらつき均一化技術の確立

本研究の目的は、フレキシブル対応ポリイミド基板上に、電荷注入によりしきい値電圧Vthの制御が可能な金属/酸化膜/窒化膜（電荷捕獲膜）/酸化膜/半導体（MONOS）型ポリシリコン薄膜トランジスタ（TFT）を実現することであり、さらに、そのMONOS型TFTを多数集積して同時に電荷注入を行い、電荷注入時のトンネル酸化膜中の電界緩和現象を利用し、現在問題となっているVthバラつきを自己収束させ均一化する技術の確立を目指すものである。今年度は、MONOS型ポリシリコンTFTを製作するプロセスフローを構築し、まず固相結晶化により形成したポリシリコンをチャネル層とするMONOS型TFT(N型)の製作を行った。製作したTFTのゲートに正バイアスを印加し、トンネリングにより電子をチャネル層から電荷捕獲層へ注入し、注入時間によりVthを制御できることを明らかとした。しかし、TFTのトランスファー特性においてサブスレショルド特性の劣化（S値の増大）が認められ、電子注入によるトンネル酸化膜/ポリシリコン界面特性の劣化が示唆された。比較のために結晶シリコンのMONOSキャパシタも作製し、電荷注入によるフラットバント電圧（トランジスタのVthに対応）のシフトを評価したところ、界面特性を劣化させることなく、フラットバンド電圧が制御できることが確認できた。これらの結果より、トンネル酸化膜とシリコンとの界面において、ポリシリコンの場合は結晶シリコンの場合に比べて欠陥が多く、電荷注入ストレスに弱いことが分かった。今後、TFTのトランスファー特性を劣化させずにVthを制御するには界面特性の向上が重要であることが示唆された。これらの結果は、多数TFTのVth均一化を目指す本テーマのみならず、電荷蓄積層を用いた不揮発性メモリ等の高性能化を目指す上でも有用な知見であると考えらる。

本研究の目的は、フレキシブル対応ポリイミド基板上に、電荷注入によりしきい値電圧Vthの制御が可能な金属/酸化膜/窒化膜（電荷捕獲膜）/酸化膜/半導体（MONOS）型ポリシリコン薄膜トランジスタ（TFT）を実現することであり、さらに、そのMONOS型TFTを多数集積して同時に電荷注入を行い、電荷注入時のトンネル酸化膜中の電界緩和現象を利用し、現在問題となっているVthバラつきを自己収束させ均一化する技術の確立を目指すものである。今年度は、MONOS型ポリシリコンTFTを製作するプロセスフローを構築し、まず固相結晶化により形成したポリシリコンをチャネル層とするMONOS型TFT(N型)の製作を行った。製作したTFTのゲートに正バイアスを印加し、トンネリングにより電子をチャネル層から電荷捕獲層へ注入し、注入時間によりVthを制御できることを明らかとした。しかし、TFTのトランスファー特性においてサブスレショルド特性の劣化（S値の増大）が認められ、電子注入によるトンネル酸化膜/ポリシリコン界面特性の劣化が示唆された。比較のために結晶シリコンのMONOSキャパシタも作製し、電荷注入によるフラットバント電圧（トランジスタのVthに対応）のシフトを評価したところ、界面特性を劣化させることなく、フラットバンド電圧が制御できることが確認できた。これらの結果より、トンネル酸化膜とシリコンとの界面において、ポリシリコンの場合は結晶シリコンの場合に比べて欠陥が多く、電荷注入ストレスに弱いことが分かった。今後、TFTのトランスファー特性を劣化させずにVthを制御するには界面特性の向上が重要であることが示唆された。これらの結果は、多数TFTのVth均一化を目指す本テーマのみならず、電荷蓄積層を用いた不揮発性メモリ等の高性能化を目指す上でも有用な知見であると考えらる。