結言

93

第 7 章

本研究論文の総括

7.1

本研究論文の総括

本論文は、独自開発を行ったマイクロ波プラズマ加熱を主に半導体用途で応 用するためにプロセス検討及びデバイス評価を報告したものである。

第一章では、半導体デバイスの今後の展望やディスプレイ産業の現状の技術 について述べた。また、ディスプレイ産業ではフレキシブル化が進んでいるた めガラス基板に変わる材料についても述べた。

第二章では、本論文の主題であるマイクロ波プラズマ加熱の装置構成や加熱 時の温度プロファイルについて述べた。その後、装置の基礎特性を解明するた めに電子温度や水素原子密度の導出についても述べた。

第三章では、マイクロ波プラズマ加熱を用いたシリコン基板上の Ge 薄膜内 の欠陥低減化アニールについて述べた。シリコンとゲルマニウムとでは格子定 数が 4%程度異なるため、Ge 薄膜内部には多数の欠陥が存在し、Ge チャネル デバイスの性能劣化を生じさせる。欠陥低減化のためにマイクロ波プラズマ加 熱を用いてアニールを行い、効果をSTEM及びTEMで確認を行った。さらに デバイスを作製し、電気特性評価を行ったところ、加熱前のデバイスに比べて 約10倍高い電柱値を得た。本加熱技術を用いることでGe薄膜内の低減化やデ バイス特性向上することがわかった。

第四章では、マイクロ波プラズマ加熱技術をシリサイド化アニールへ応用し た結果を述べた。電極材料として用いられているニッケルシリサイドはシリコ ン上にニッケルを成膜し、低温で長時間アニールをすることで得ることができ る。本加熱技術を用いた場合は、加熱時間は1秒以下で終了する。また、本加 熱技術では、ニッケルは加熱できるが、ニッケルシリサイドは加熱出来ない。

よって、すべてのニッケルがニッケルシリサイドに反応した時点で、自動的に 加熱処理は停止される。このことは、プロセスが短時間で終了すること以外に も余計な熱負荷がサンプルへ加わらない点や同品質のサンプルを作成しやす

いなどのメリットが有る。また、本加熱技術を用いた場合の面内分布やマイク ロ波のパワー依存についても実験し面内均一性やパワー依存が無いことも確 認した。

第五章では、マイクロ波プラズマ加熱を用いてガラス基板上のa-Si膜を結晶 化させる技術について述べた。本加熱技術でシリコンは加熱することが出来な いため、a-Siの上に熱源となるタングステンを成膜して加熱を行い結晶化させ る。結晶化したことはラマン分光法で確認をした。この技術を用いてデバイス 作製のプロセス検討を行い、最適なプロセスを得ることが出来た。また、a-Si の成膜温度を変更したサンプルでTFTを作製し電気特性評価を行った。最も高 いキャリア移動度は、270cm²/V sと非常に高い値を得た。

第六章では、フレキシブルディスプレイに用いられている基材であるポリイ ミド膜の電気特性評価を行った。ディスプレイ用の基材としてこれまでガラス 基板が用いられてきたが、最近は先の理由からポリイミド膜が用いられている。

ポリイミド膜の上下に電極を付け、電気特性評価を行ったところ電流値の時間 変化が有ることがわかった。バイアス電圧は同じである。また、ポリイミドの 直上に SiO2 膜を成膜したサンプルも同様に上下に電極を付け電気特性評価を 行った。結果は、SiO2膜の膜質によるがガラス基板とほぼ同じ特性となった。

以上のように、本論文ではマイクロ波プラズマ加熱の応用例やポリイミド膜 の電気特性について報告をしており、新規半導体デバイス作製プロセスの提案 をした。

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参考文献

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研究業績

本研究に関する論文

(1) 論文題目

Reduction of Dislocation Densities of Ge Layers Grown on Si Substrates by Using Microwave Plasma Heating and Fabrication of High Hole Mobility MOSFETs on Ge Layers

著者名

Hiroki Nakaie, Tetsuji Arai, Chiaya Yamamoto, Keisuke Arimoto, Junji Yamanaka, Kiyokazu Nakagawa, Toshiyuki Takamatsu

Journal of Materials Science and Chemical Engineering 5巻 42項〜47項 (2017年1月)

(2) 論文題目

Formation of Poly-Si Films on Glass Substrates by Using Microwave Plasma Heating and

Fabrication of TFT’s on the Films 著者名

Hiroki Nakaie, Tetsuji Arai, Keisuke Arimoto, Junji Yamanaka, Kiyokazu Nakagawa, Kazuki Kamimura, Toshiyuki Takamatsu

Journal of Materials Science and Chemical Engineering 6巻 19項〜24項 (2018年 1月)

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本研究に関する発表

(1) Hiroki Nakaie, Tetsuji Arai, Chiaya Yamamoto, Keisuke Arimoto,

Junji Yamanaka, Kiyokazu Nakagawa, Toshiyuki Takamatsu, “Reduction of Dislocation Densities of Ge Layers Grown on Si Substrates by Using Microwave Plasma Heating and Fabrication of High Hole Mobility MOSFETs on Ge Layers”, The 3rd Int'l Conference on Thin Film Technology and Applications (TFTA 2017), 3-5 Jan 2017, Bangkok, Thailand

(2) Hiroki Nakaie, Tetsuji Arai, Keisuke Arimoto, Junji Yamanaka, Kiyokazu Nakagawa, Kazuki Kamimura, Toshiyuki Takamatsu, “Formation of Poly-Si Films on Glass Substrates by Using Microwave Plasma Heating andFabrication of TFT’s on the Films”, The 4th Int’l Conference on Thin Film Technology and Applications (TFTA 2018), 13-15 Jan 2018, Sanya, China

(3) “水素ラジカル加熱を用いた Si-ULSI 用 NiSi 電極形成技術開発” 中家 大希，荒井 哲司，上村 和貴，有元 圭介，原 康祐 白倉 麻衣，

山本 千綾，山中 淳二，中川 清和，高松 利行 第７９回応用物理学会秋季学術講演会 18p-PB2-7 (2018/9/18〜21,名古屋国際会議場)