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

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13025237
• 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)
• 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)結晶方位の制御
SiO_2上に堆積した非晶質Si薄膜を従来型の固相成長法で結晶化すると、面方位の異なる結晶粒が混在して形成される。これは、非晶質Si膜中のバルク核発生とSi薄膜/SiO_2界面における核発生とが同時進行するためである。もし、界面核発生のみを選択的に誘発すれば、界面エネルギーの差により、結晶核が一定方向に揃う事が期待される。そこで、Ge超薄膜(〜10nm)をSi薄膜/SiO_2界面に局所導入して、600℃で結晶化した。X線回折測定の結果、界面核発生が誘発され、結晶粒が(111)面に優先配向している可能性が示唆された。
(2)結晶粒の拡大化
前年度に引き続き、非晶質SiGe薄膜の触媒金属誘起成長を検討した。非晶質SiGe薄膜表面に触媒金属(Ni)を局所付着する事で、結晶化温度が700℃から500℃に大幅低下した。形成される結晶粒の寸法・形状はGe濃度に大きく依存するが、Ge濃度を最適化(20〜40%)する事で大粒径(〜10μm)且つ表面平坦な結晶粒が実現した。顕微ラマン分光測定の結果、結晶粒には内部応力が残留していない事も明らかとなった。
今後は、上記の方法で形成したSi系ヘテロ結晶の物性を詳細に評価すると共に、デバイス試作に展開して行く。

Research Products

• [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)