2015 Fiscal Year Annual Research Report
大気圧プラズマの制御と反応解析に基づいた薄膜デバイス作製プロセスの高機能化
| Project/Area Number |
26249010
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
垣内 弘章 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10233660)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
押鐘 寧 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40263206)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 薄膜作製技術 / 大気圧プラズマ / 薄膜デバイス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
大気圧プラズマ中での成膜プロセスでは，原料ガス分子の分解や膜成長の過程がガス流れの影響を強く受け，プラズマ中でのガス流れの方向に膜厚や膜特性が変化する．そのため，大面積基板上への薄膜作製のために基板をプラズマに対して相対的に移動させながら成膜すると，結果として一様な膜厚の薄膜が得られるものの，膜の構造や電気特性が膜厚方向に変化した不均質な薄膜が形成される．平成27年度は，Si薄膜について，膜の不均質性に対する電極長さ（プラズマの長さ）の影響を詳細に検討するとともに，投入電力のパルス変調の不均一性解消に関する効果を調べた．具体的な成果は下記の通りである．
(1) 電極長さの違い（16mmと5mm）がSi薄膜の特性に及ぼす影響を検討した結果，電極長さが短い方がプラズマの上流部と下流部の膜特性の違いが小さくなることを確認した．基板をガス流れと同じ方向（正方向移動）または逆方向（逆方向移動）に移動させながら熱酸化膜付きSiウエハ上にSiを成膜してボトムゲート型TFTを作製し，その特性を評価したところ，正方向移動（プラズマ上流側のa-Siがチャネルを形成）の場合には，予想通り，電極長さの違いは見られなかったが，逆方向移動（下流側のmc-Siがチャネルを形成）の場合には，電極長さを短くすることにより，TFTの電界効果移動度が大幅に改善されることが分かった．このことから，プラズマ中ガス滞在時間を電極長さやガス流速によって制御すれば，a-Siだけでなく，高品質なmc-Siも形成可能と考えられる．
(2) 投入電力をパルス変調して形成したSi薄膜の構造を評価したところ，パルス変調しない場合に比べて成膜速度は減少したものの，膜特性の不均質性は改善される傾向が確認された．電力のOff時間が長すぎると膜特性が低下したため，On/Off時間が膜の構造や特性に及ぼす影響をさらに詳細に検討する予定である．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
大気圧プラズマ中でのSi薄膜成長プロセスを，異なる長さの電極を用いた成膜実験と熱流体解析ソフト（PHOENICS-CVD）によるプラズマ中反応プロセスの数値シミュレーションの両面から検討することにより，高性能な薄膜トランジスタ作製に必要な高品質a-Siおよびmc-Si薄膜形成のための要件の理解が格段に進んだ．基板温度を120℃以下に低下させて，同様の高品質Siを成膜するためには，基板表面への成膜前駆体ラジカルのフラックスとプラズマによる成膜表面への物理的・化学的エネルギー供給のバランスを考慮すると，成膜速度を遅くしていく必要があると考えられるが，これまでの知見の蓄積をベースにして検討を継続すれば，研究目的は十分に達成できるものと考えている．実際，基板加熱温度120℃（基板の裏面の温度）においても十分高性能なa-Si TFTを実証できている．また，大気圧プラズマ成膜プロセス特有の膜厚方向の不均質性に関しても，検討の結果，投入電力のパルス変調の導入によってかなりの部分解消できる手応えが得られている．
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度の成果を基に，最終的にPEN等のプラスチックフィルム上へのTFT作製を想定し，低温（基板加熱温度120℃以下）でのデバイス品質a-Siおよびmc-Siの高速成膜条件とTFT特性の検討を進める．大気圧プラズマ中では，ガス流れの上流側でa-Siが，下流側でmc-Siが成長しやすいが，これまでの検討の結果，成膜時のH2/SiH4比や投入電力等のパラメータを制御することにより，基板温度90℃においてもプラズマ領域全面で微結晶化したSi薄膜を形成できることが判明している．このことは，mc-Si成膜に関し，必ずしもプラズマ中でのガス流れの下流側で成長する膜だけに拘る必要が無いことを示しており，今後，パルス変調の効果も含めて詳細に成膜プロセス研究を進め，研究目標の達成を目指す予定である．
一方，緻密で絶縁性の良好なSiOxゲート絶縁膜についても，Si成膜研究と並行して進めていく予定である．従来は基板加熱を行わずに成膜しており，それでもTFTの動作に十分なSiOx薄膜を形成できていたが，Siと同程度に基板を加熱することにより，さらなる電気特性の向上を図る予定である．
|
Research Products
(7 results)
