Si系ヘテロ混晶の非熱平衡成長の創出とボンド配列の局在制御による新機能探索研究

• Project/Area Number: 13025237
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 宮尾 正信 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 教授 (60315132)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 権丈 淳 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 助手 (20037899) ; 佐道 泰造 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 助教授 (20274491)
• Project Period (FY): 2001 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥42,100,000 (Direct Cost: ¥42,100,000); Fiscal Year 2003: ¥14,000,000 (Direct Cost: ¥14,000,000); Fiscal Year 2002: ¥14,000,000 (Direct Cost: ¥14,000,000); Fiscal Year 2001: ¥14,100,000 (Direct Cost: ¥14,100,000)
• Keywords: 電子デバイス・機器 / 集積回路 / ディスプレイ / シリコン / 結晶成長

Research Abstract

ガラス基板(軟化温度:〜500℃)等の非晶質絶縁膜上に結晶方位の揃った大粒径(数μm程度)のSi系ヘテロ結晶粒を形成し、そこに能動素子(トランジスタなど)を作り込めば、集積回路とディスプレイとがグローバルにインテグレーションされる事になる。本技術の確立を目的とし、本年度は以下の研究を行った。
(1)ボンド変調法により形成されたSiヘテロ結晶のミクロスコッピク評価
Siヘテロ構造非熱平衡プロセス装置(平成13年度購入)を用い、パルス状イオン線照射によるダイナミカルな過剰空孔導入、局所的異種原子導入による結晶核発生位置の局在化、触媒金属添加による結晶核の大粒径化等の要素技術を融合化してガラス上に高品質のSi系ヘテロ混晶半導体を形成した。そのミクロスコピックな結晶性を、Siヘテロ半導体光学評価装置(平成14年度購入)、及びSiヘテロ結晶評価局所化装置(平成15年度購入)を用いて評価し、結晶粒を構成する元素が均一に分布している事、粒内には残留応力がなく、結晶欠陥が極めて少ない事を明らかにした。
(2)デバイス試作
薄膜トランジスタのプロトタイプを試作し、デバイス特性の評価を行うと共に、デバイスシミュレーションを併用して、デバイス特性と半導体の結晶性との相関を調べた。その結果、Si系ヘテロ半導体デバイスの電流駆動能力は、多結晶Siデバイスに比べて大きい事が明らかとなった。即ち、Si系ヘテロ半導体は、デバイスをガラス基板上に集積化する為の基盤材料として、多結晶Siよりも優位である事が実証された。

Research Products

• [Publications] H.Kanno 他: "Ge-fraction-dependent metal-induced lateral crystallization of amorphous-Si_<1-x>Ge_x(0≦x≦1) on SiO_2"Appl.Phys.Lett.. 82(13). 2148-2150 (2003)
• [Publications] T.Sadoh 他: "Enhancement of Bulk Nucleation in a-Si_<1-x>Ge_x on SiO_2 for Low-Temperature Solid-Phase Crystallization"Thin Solid Films. 427(1-2). 96-100 (2003)
• [Publications] H.Kanno 他: "Metal-Induced Solid-Phase Crystallization of Amorphous SiGe Films on Insulator"Jpn.J.Appl.Phys.. 42(4B). 1933-1936 (2003)
• [Publications] I.Tsunoda 他: "500℃ Formation of Poly-Si_<1-x>Ge_x(x>0.5) on SiO_2 by Ion-beam Stimulated Solid Phase Crystallization"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 744. 501-506 (2003)
• [Publications] T.Sadoh 他: "Ge-dependent Morphological Change in Poly-SiGe Formed by Ni-mediated Crystallization"Applied Surface Science. 224(1-4). 227-230 (2004)
• [Publications] I.Tsunoda 他: "Enhanced Crystal nucleation in a-SiGe/SiO_2 by Ion-irradiation Assisted Annealing"Applied Surface Science. 224(1-4). 231-234 (2004)
• [Publications] H.Kanno 他: "Metal-induced crystallization of amorphous SiGe films on insulator"The 2nd International Workshop on New Group IV(Si-Ge-C) Semiconductors. IV-01 (2002)
• [Publications] T.Sadoh 他: "Pre-Irradiation Effect on Solid-Phase Crystallization in a-Si1-xGex on SiO2"The 2nd International Workshop on New Group IV(Si-Ge-C) Semiconductors. IV-02 (2002)
• [Publications] T.Sadoh 他: "Low-temperature formation of poly-SiGe on insulator enhanced by metal-catalysis and ion-irradiation"E-MRS Spring Meeting. K-IV 4 (2002)
• [Publications] T.Sadoh 他: "Thickness Dependence and Pre-Irradiation Effects for Low-Temperature Nucleation in a-Si1-xGex on SiO2"2002 International Workshop on Active-Matrix Liquid-Crystal Displays. TFTp2-2 (2002)
• [Publications] H.Kanno 他: "Metal-Induced Solid-Phase Crystallization of Amorphous SiGe Films on Insulator"International Conference on Solid State Devices and Materials. C-9-2 (2002)
• [Publications] H.Kanno 他: "Ge dependent morphological change in poly-SiGe formed by Ni-mediated crystallization"First International SiGe Technology and Device Meeting. VIII-B-3 (2002)
• [Publications] M.Miyao et al.: "Ion-beam Stimulated Solid-phase Crystallization of Amorphous Si on SiO_2"Thin Solid Films. Vol.383. 104-106 (2001)
• [Publications] I.Tsunoda et al.: "Influence of Ion Beam Irradiation on Solid-Phase Regrowth of Amorphous Si on SiO_2"Solid State Phenomena. Vol.78-79. 345-348 (2001)
• [Publications] M.Miyao et al.: "Low temperature solid-phase crystallization of a-Si_<1-x>Gex for future TFT"電子情報通信学会技術研究報告(ED2001-71). 101・161. 1-5 (2001)
• [Publications] T.Sadoh et al.: "Enhancement of solid-phase crystallization of a-Si on SiO_2 by Si-Si bond modulation"Abst. of 2001 International Workshop on Active-Matrix Liquid-Crystal Displays. TFTp4-TFTp2 (2001)
• [Publications] I.Tsunoda et al.: "Low-temperature solid-phase crystallization of a-Si_<1-x>Gex ON Si0_2 by ion-beam stimulation"Materials Science and Engineering B. Vol.89. 336-340 (2002)