シリコン中の水素の精密制御と薄膜トランジスターへの応用

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555001
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 村上 浩一 筑波大学, 物理工学系, 教授 (10116113)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 堅吉 (株)日立製作所, 電子デバイス事業部・画像開発センタ, 主任技師(研究職) ; 北島 正弘 科学技術庁, 金属材料技術研究所, グループリーダー(研究職) ; 牧村 哲也 筑波大学, 物理工学系, 講師 (80261783)
• Keywords: シリコン / 水素 / 水素分子 / Si-H結合 / ラマン散乱 / レーザーアニール / ポリシリコン化

Research Abstract

本研究代表者らがこれまでに見い出したシリコン結晶中の3種類の水素分子に着目して、水素添加効果を調べ、その精密制御法を新たに編み出し、それに基づいてデバイス特性の向上を計ることが目的である。
本年度は、結晶シリコン中の水素の状態とアモルファスシリコン(a-Si)からレーザーアニールで作られたポリシリコン薄膜中の水素の状態を調べ、比較を行った。結果を以下にまとめる。(1)マイクロ波プラズマを用いて、水素原子処理と重水素原子処理を行い、分子の形成を試みた。また、(2)水素添加効果として同位体効果を明らかにした。これらは、種々の結晶シリコンで種々の温度における水素処理の結果、形成された水素分子とSi-H結合のラマン散乱スペクトルの詳細な検討により行った。また、(3)水素を添加した結晶シリコン基板を熱アニールし、多原子空孔に捕捉された水素分子の拡散の挙動を系統的に調べた。一方、(4)応用研究として、プラズマCVDで堆積した高濃度水素を含むa-Siから熱処理で水素を除き、その量の変化をラマン測定で評価する方法を開発した。SIMS測定とラマン散乱測定によって水素の含有量とSi-Hシグナルの相関を調べ、ラマン散乱法がその評価法として使えることを示した。エキシマーレーザーを用いてガラス基板上の薄いa-Si堆積層のレーザーアニールを行い、多結晶化させ、その状態をしらべた。しかし、モホロジーの問題があり、Si-Hの結合についての知見は得られないことがわかった。その研究のためには、顕微ラマン法を用いて評価するか、低温測定を適用するか、もしくは多結晶化した表面モホロジーの改良を行うことが今後必要であると考えられる。

Research Products

• [Publications] K.Murakami 他: "A New Type of Hydrogen Molecules in Si"Physica. 273-274. 188-191 (1999)
• [Publications] M.Kitagima 他: "Temperature Dependence of Formation of Hz in n-and p-type Si"Physica B. 273-274. 192-195 (1999)
• [Publications] K.Ishioka 他: "Hydrogen Molecules trapped by Multivacancies in Silicon"Physical Revien B. 60. 10852-10854 (1999)
• [Publications] M.Kitagima 他: "Three Different Forms of Hydrogen Molecules in Si"Jpn. J. Appl. Phys.. 38. L691-693 (1999)
• [Publications] M.Kitagima 他: "Eftects of Crystal Disorden on Molecular Hydrogen..."Mater. Sci. and Eng. B58. 13-16 (1999)
• [Publications] T.Makimura 他: "Formation Dynamics of Si Nanoparticles after Laser Ablation..."Appl. Phys. Lett.. 76(印刷中). (2000)