| 研究課題/領域番号 |
16K06309
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| 研究機関 | 高知工科大学 |
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研究代表者 |
古田 守 高知工科大学, 環境理工学群, 教授 (20412439)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 酸化物半導体 / イメージセンサー / 薄膜トランジスタ / フレキシブルデバイス |
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| 研究実績の概要 |
本年度は有機ゲート絶縁膜を用いた自己整合型InGaZnO薄膜トランジスタ(IGZO TFT)を プラスチック基板が使用可能な最高温度150℃にて実現するプロセス構築を行った。特に、チャネル保護膜材料の選定、ならびに電圧ストレス信頼性の課題抽出に注力した。以下に研究実績の概要を示す。
1)チャネル保護膜の特性・信頼性影響 チャネル上の保護膜として1)有機絶縁膜と2)原子層堆積(ALD)法による低温形成酸化アルミニウム(Al2O3)の2種類に関して比較検討を実施した。その結果、150～200℃のプロセス温度においては、有機絶縁膜を保護膜に用いた方が優れた特性を示すことを確認し、特性面での目標を達成できるメドを得た。一方で、ALD法は膜中水素量の低減や酸化プラズマダメージの低減が課題であることを明らにしたが、無機材料によるチャネル保護膜は素子信頼性の観点から必要な技術と考えており、次年度以降もこれら課題を踏まえ、更なる成膜法の検討を進める。
2)トランジスタ信頼性の課題抽出と対策 チャネル保護膜とゲート絶縁膜双方に有機絶縁膜を用いた場合、優れた特性を得られるものの大気環境下での電圧ストレス試験にて水分起因の特性劣化が確認された。これに対し、水分透過性の低い有機絶縁膜を層間絶縁膜に用いることで大気環境下での電圧ストレス信頼性を大幅に改善できることを示した。
上記の研究成果を2016年12月に開催された国際会議International Display Workshop(IDW)にて発表し、Outstanding Poster Awardを受賞した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度目標は、1）150℃の低温プロセスにてフレキシブルな透明チャネル酸化物トランジスタを実現し、有機絶縁膜と酸化物IGZOチャネルからなる自己整合型トランジスタの特性・信頼性制御に取り組むこと、2）低温プロセス最大の課題である素子信頼性に関し、バイアスストレス印加でのしきい値電圧変動３V以下を実現する、ことの2点であった。
目標1）に関しては、研究実績に記載のように、チャネル保護膜として有機および無機絶縁膜を比較検討した結果、特性面での目標を達成できるメドを得た。目標2）に関しては、目標であるバイアスストレス印加でのしきい値電圧変動3V以下に対し、素子ばらつきを考慮して3～3.5Vが得られている。現状ベストデータでは目標を達成できているものの、素子ばらつきを考慮した平均値でも目標を達成すべく次年度取り組みを加速させる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の研究により、有機絶縁膜と酸化物半導体との間に欠陥準位の少ない良好な界面が形成可能であること、それを用いた薄膜トランジスタが優れた特性を示すことが確認できた一方で、信頼性の観点では限界を感じる点も明らかとなってきた。
本年度実施した原子層堆積によるAl2O3チャネル保護膜の実験より、低温プロセスにおける無機絶縁膜と酸化物半導体との界面制御に関し、今後の研究の方向性に重要な示唆を与える技術内容を得た。本年度の研究により界面制御における要求が明確となったため、次年度以降はこの点を踏まえた成膜方法の見直しを行い、無機絶縁膜によるチャネル保護膜形成とそれを用いた薄膜トランジスタの特性・信頼性向上にも注力し、目標達成に向けた研究を継続推進する。
また次年度は界面における欠陥形成メカニズムの解明やその制御方法に関しても継続して取り組んでいく計画である。
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