ナノインプリント技術によるシリコン薄膜の結晶位置と方位制御の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360022
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 浅野 種正 九州工業大学, マイクロ化総合技術センター, 教授 (50126306)
• 研究分担者: 西坂 美香 九州工業大学, マイクロ化総合技術センター, 助手 (50336096) ; 馬場 昭好 九州工業大学, マイクロ化総合技術センター, 助手 (80304872) ; 牧平 憲治 九州工業大学, マイクロ化総合技術センター, 助手 (10253569)
• キーワード: 薄膜トランジスタ / 固相結晶化 / ナノインプリント / 多結晶シリコン / TFT / 結晶粒位置制御 / 薄膜集積回路 / システム・オン・パネル

研究概要

石英やガラス等の非結晶質絶縁物基板上の所望の位置に、トランジスタを包含できるほどに大きく、かつ結晶方位を制御してシリコン薄膜を結晶化する技術を開発することを目的に実施した。成果を以下に要約する。
(1)先端が先鋭で金属を被覆した構造体から、非晶質シリコン薄膜表面のナノメートルサイズの領域に極微量の金属を転写することで、転写位置からシリコンの固相結晶化を優先的に発生させ、直径が約8ミクロンの大粒径シリコン結晶を所望の位置に形成する方法を開発した。これを金属ナノインプリント技術と命名した。先端が先鋭な構造体は、シリコンのマイクロマシニング技術を利用して作製した。
(2)ナノインプリントによる結晶化に有効な金属として、少なくともニッケル、錫があることを見出した。
(3)ニッケルを金属として用いると、ニッケル・シリサイドが触媒効果を提供して固相による結晶成長速度が増大する現象があるが、ニッケルの供給量を制限する実験手法を開発して調査した結果、ナノインプリントによる結晶化過程では、金属はシリコンの結晶核の発生を促進しているのみで、結晶成長速度を変調させないことを明らかにした。
(4)金属ナノインプリント技術を利用して単一結晶粒内に薄膜トランジスタを形成する技術を開発した。その結果、通常の固相結晶化で形成したシリコン薄膜に作製したトランジスタに比べて、2倍以上の電流駆動力(キャリヤ移動度)をもつ高性能トランジスタを作製できることを実証した。
(5)相補型電界効果トランジスタ(CMOS)回路を金属ナノインプリント技術を使って作製する技術を開発した。その結果、通常の薄膜トランジスタに比べ数倍〜数十倍の高速動作能力をもつ薄膜CMOS回路を実現できることを示した。

研究成果

• [文献書誌] K.Makihira, M.Yoshii, T.Asano: "CMOS application of single-grain thin-film transistor produced using metal imprint technology"Japanese Journal of Applied Physics. 43,No.4B. 1983-1987 (2003)
• [文献書誌] M.Miyasaka, K.Makihira, T.Asano, B.Pecz, J.Stoemenos: "Structural properties of nickel-metal-induced laterally crystallized silicon films"Solid State Phenomena. Vol.93. 213-218 (2003)
• [文献書誌] K.Makihira, T.Asano: "Growth of Si nanowire by using metal induced lateral crystallization"Solid State Phenomena. Vol.93. 207-212 (2003)
• [文献書誌] K.Makihira, M.Yoshii, T.Asano: "Grain positioning using metal imprint technology for single-grain Si thin film transistor"Electronics and Communications in Japan, Part II : Electronics. Vol.86. 45-51 (2003)
• [文献書誌] M.Miyasaka, T.Shimoda, K.Makihira, T.Asano, B.Pecz, J.Stoemenos: "Structural properties of nickel-metal-induced laterally crystallized silicon films and their improvement using excimer laser annealing"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.42. 2592-2599 (2003)
• [文献書誌] K.Makihira, T.Asano: "Growth of Si nanowire by using metal-induced lateral crystallization"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.43,No.4B(印刷中). (2004)