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低温ポリシリコン薄膜トランジスタの開発―システムオンパネルをめざして―

  • Low-Temperature Poly-Silicon Thin Film Transistor for System on Panel
※こちらの書籍は、電子書籍(eBook)として販売をしております。
弊社のeBookは丸善の専門書販売サイト「Knowledge Worker」にてご購入頂けます。
・価格5100円(税抜)
http://kw.maruzen.co.jp/ims/itemDetail.html?itmCd=1011787299

★ 次世代ディスプレイを実現する低温ポリシリコンの最新技術動向!
★ プロセス・酸化から、結晶化、信頼性、評価、応用までを完全収録!
★ 第一線で活躍する研究者による分担執筆!

商品コード: T0554

  • 監修: 浦岡行治
  • 発行日: 2007年2月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、342ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-678-7

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  • システムオンパネル,微結晶,デバイス構造,LTPS-TFT,レーザー結晶化,低温固相成長,信頼性評価

刊行にあたって

 大手電機メーカーに勤務していたころ、半導体が「産業の米」であるのに対し、ディスプレイは「産業の顔」であると、教育を受けた。言うまでもなく、携帯端末からパソコン、家庭電化製品に至るまで、産業、民生機器は、すべてディスプレイという「顔」を持っており、我々の生活を支えている。まさに、ディスプレイは産業の「顔」である。そして、その進化は目覚しいものがある。今後、どんなディスプレイが出現するか、そして、それによって、我々のライフスタイルがどう変化するか大変楽しみな分野である。
 本書は、こうしたディスプレイの進化を力強くささえる低温ポリシリコン薄膜トランジスタについて、焦点をあてたものである。低温ポリシリコンは、単結晶並みの高い性能と低温プロセスという大きな2つの特長から、液晶をはじめ、有機ELなど次世代のディスプレイに必要不可欠な技術である。さらに、低温ポリシリコン技術の高性能化、低温化は、コンピュータとディスプレイの垣根を越えた新しいディスプレイ「システムオンパネル」の実現を期待させるものである。
 本書は、これまで低温ポリシリコン薄膜トランジスタの発展を企業や大学において支えてこられた先生方に、ご執筆いただいた。プロセスから、デバイス構造、評価、シミュレーション、さらに今後の新たな展開など、この1冊を見れば全容を見通せることを目指した構成とした。また、この分野に新に参画される方々のために、できるだけ平易な書き方をお願いした。
(「刊行にあたって」より抜粋)
2007年2月  浦岡行治(奈良先端科学技術大学院大学 助教授)

著者一覧

浦岡行治   奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 助教授  
古田 守   高知工科大学 総合研究所 助教授  
平尾 孝   高知工科大学 総合研究所 教授  
村田和俊   三井造船(株) 技術本部 玉野技術開発センター 主管研究員 
木村誠二   電気通信大学 機器分析センター 研究支援推進員  
野崎眞次   電気通信大学 電子工学科 教授  
芹川 正   大阪大学 接合科学研究所 特任研究員  
中田行彦   立命館アジア太平洋大学 大学院経営管理研究科 教授  
清水耕作   日本大学 生産工学部 電気電子工学科 専任講師 
井上 聡   セイコーエプソン(株) フロンティアデバイス研究所 研究所長  
竹知和重   次世代モバイル用表示材料技術研究組合 研究部 主任研究員  
和泉 亮   九州工業大学 工学部 電気工学科 助教授 
鮫島俊之   東京農工大学大学院 共生科学技術研究院 教授  
松尾直人   兵庫県立大学大学院 工学研究科物質系工学専攻 マテリアル物性部門 教授 
部家 彰   兵庫県立大学大学院 工学研究科物質系工学専攻 マテリアル物性部門 助手 
河本直哉   山口大学 工学部 電気電子工学科 技官 
波多野睦子   (株)日立製作所 中央研究所 ULSI研究部 主管研究員 
東清一郎   広島大学大学院 先端物質科学研究科 助教授  
菅原祐太   奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科   
冬木 隆   奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 教授  
三村秋男   (独)産業技術総合研究所 研究員   
髙橋英治   日新電機(株) 技術開発研究所 プロセス研究センター ビーム・プラズマ応用第3グループ グループ長
安武 潔   大阪大学 大学院工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 教授 
渡部平司   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 教授 
大参宏昌   大阪大学 大学院工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 助手 
垣内弘章   大阪大学 大学院工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 助教授 
菅野裕士   九州大学大学院 システム情報科学研究院 電子デバイス工学部門 学術研究員 
宮尾正信   九州大学大学院 システム情報科学研究院 電子デバイス工学部門 教授 
田中英樹   セイコーエプソン(株) フロンティアデバイス研究所 主任  
古沢昌宏   セイコーエプソン(株) フロンティアデバイス研究所 グループリーダー  
下田達也   セイコーエプソン(株) 研究開発本部 理事;フェロー (現:北陸先端科学技術大学院大学 ナノマテリアルテクノロジーセンター 教授) 
桐村浩哉   奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 博士研究員  
山下一郎   松下電器産業(株) 先端技術研究所 主幹研究員  
神谷利夫   東京工業大学 応用セラミック研究所 助教授  
野村研二   (独)科学技術振興機構 ERATO-SORST 博士研究員  
細野秀雄   東京工業大学 フロンティア創造共同研究センター 教授  
木村 睦   龍谷大学 理工学部 電子情報学科 助教授 
住江伸吾   (株)コベルコ科研 LEO事業本部 担当部長  
松田景子   (株)東レリサーチセンター 構造化学研究部 研究員  
村木直樹   (株)東レリサーチセンター 構造化学研究部 室長  
野口 隆   琉球大学 工学部 電気電子工学科 教授 

目次

序章 薄膜トランジスタの歴史
1. はじめに
2. 薄膜トランジスタの歴史
3. システムオンパネルとは
4. ポリシリコン薄膜トランジスタとは
5. 低温多結晶シリコン薄膜トランジスタの今後の展開
 
〔第I編 プロセス・酸化〕
第1章 poly-Si TFTにおけるイオン注入技術
1. poly-Si TFTにおけるイオン注入技術
2. イオン注入による不純物の深さ分布
3. 非質量分離型イオンドーピングによる不純物注入プロセス
3.1 イオンドーピング装置
3.2 イオンドーピングによる生成イオン種とそのイオンビーム電流密度依存性
3.3 非質量分離注入における注入イオンのプロファイル
3.4 注入イオンの活性化に与える同時注入水素の影響
3.5 ドーパントと同時に注入される水素がTFT特性に与える影響
4. 今後の展望
 
第2章 ALD成膜技術のLTPS-TFTへの適用
1. ALD(Atomic Layer Deposition)とは
2. ALDの成膜原理と特徴
3. ALD法による酸化物薄膜の形成
3.1 Al2O3膜
3.2 SiO2膜
4. LTPS-TFTゲート絶縁膜への適用
5. おわりに
 
第3章 SiOナノ粉末の真空蒸着による高品位シリコン酸化膜の低温形成
1. はじめに
2. 高純度SiOナノ粉末の特異性
3. 真空蒸着法
3.1 SiOナノ粉末を使うことによる利点
3.2 真空蒸着方法
4. SiOx膜の形成と低温酸化
5. SiOナノ粉末によるSiOx蒸着膜の構造
5.1 FTIRスペクトル
5.2 XPSスペクトル
6. シリコン酸化膜の電気特性
6.1 絶縁性
6.2 C-V特性
6.3 界面準位密度
7. さらなる低温化および高品位化を目指して
8. まとめ
 
第4章 スパッタリング法によるゲートSiO2膜
1. はじめに
2. ゲートSiO2膜の形成
3. poly-Si TFT特性
3.1 酸素-アルゴン混合効果
3.2 極薄ゲートSiO2膜
3.3 形成温度の低温化
4. まとめ

第5章 低温酸化:光酸化とプラズマ酸化
1. はじめに
2. 次世代低温LTPS-TFT用ゲート絶縁膜
3. 低温酸化技術
4. 実験方法
5. 光酸化
5.1 光酸化の特長
5.2 光酸化機構
5.2.1 光酸化速度
5.2.2 光酸化における酸素原子発生
5.3 光酸化膜の界面、膜特性
5.4 光酸化/PECVD積層膜の電気特性
6. プラズマ酸化
6.1 プラズマの要求仕様
6.2 プラズマ酸化速度
6.3 希ガス希釈表面波プラズマの診断
6.4 プラズマ酸化膜の膜特性
6.5 プラズマ酸化/PECVD積層膜の電気特性
6.6 大型・角型マイクロ波表面波プラズマ装置
7. まとめ
 
第6章 水素化処理技術
1. はじめに
2. 水素化の歴史
3. 水素化の方法
3.1 フォーミングガス法
3.2 ホットワイヤ法
3.2.1 水素の拡散距離
3.2.2 ドーピング膜に対する水素化処理と活性化
3.3 水素化条件の検討
3.3.1 ガス流量依存性
3.3.2 ガス圧依存性
3.3.3 基板加熱温度依存性
3.3.4 水素処理継続時間依存性
3.3.5 水素化処理時の表面温度について
3.3.6 薄膜に入る水素量
3.3.7 結晶化率との関連
3.4 デバイス特性
3.5 FGAとの比較
4. プラズマその他熱以外の分解を用いた方法
5. 水素化の方法と今後の課題
 
第7章 SUFTLA(TM)技術
1. はじめに
2. SUFTLA(TM)技術の詳細
2.1 製造プロセス
2.1.1 TFT製造プロセス
2.1.2 SUFTLA(TM)プロセス
2.2 転写メカニズムと転写条件の最適化
2.2.1 転写メカニズム
2.2.2 転写条件の最適化
2.3 転写前後におけるTFTや回路の特性
2.3.1 転写前後のTFT特性
2.3.2 転写前後のリングオシレータ回路
3. SUFTLA(TM)技術を応用したフレキシブル電子デバイス
3.1 TFT-LCD(Liquid Crystal Display:液晶ディスプレイ)
3.2 TFT-OLED(Organic Light Emitting Display:有機ELディスプレイ)
3.3 TFT-EPD(Electro Phoretic Display:電気泳動ディスプレイ)
3.4 指紋センサー
3.5 非同期マイクロプロセッサー
3.6 SRAM
4. まとめ
 
第8章 TFT転写プロセス
1. 転写技術の背景
2. 典型的な転写技術
3. ガラスエッチング転写
3.1 転写プロセスフロー
3.2 ガラスエッチング
3.2.1 噴流エッチング
3.2.2 スプレーエッチング
3.3 転写法に適した接着剤
3.3.1 材料間の熱膨張係数による部材の反り
3.3.2 構造力学計算による考察
3.4 転写TFT特性
4. まとめ
 
第9章 HWCVD(Cat-CVD)法によるシリコン窒化膜系薄膜の成膜技術
1. はじめに
2. HWCVD法の原理と特徴
3. 装置の概要
4. シリコン窒化膜
5. シリコン炭窒化膜
6. まとめ
 
〔第II編 結晶化〕
第1章 レーザー結晶化
1. はじめに
2. パルスレーザー短時間加熱とシリコン膜の結晶化
2.1 パルスレーザー誘起溶融結晶化プロセス
2.2 低温プロセス
2.3 応力
2.4 電気的性質
2.5 大粒径レーザー結晶化
2.6 高出力レーザーの応用
3. 薄膜トランジスタ(poly-Si TFT)への応用
4. まとめ
 
第2章 エキシマレーザー結晶化―水素が核形成・結晶化に与える効果―
1. はじめに
2. 低エネルギー密度(225mJ/cm2)下での2次元結晶成長の機構
3. 中-高エネルギー密度(318~500mJ/cm2)下でのpoly-Si薄膜の2次元結晶成長と水素
3.1 a-Si薄膜中に取り込まれた水素原子もしくは分子と結晶欠陥生成
3.2 a-Si薄膜中に取り込まれた水素原子もしくは分子と2次元結晶成長の関係
4. 低エネルギー密度(100~150mJ/cm2)下での水素変調ドープELA法による低温poly-Si膜の形成
4.1 a-Si膜中のH濃度依存性
4.2 ELHMD法により形成したpoly-Si膜の特性
4.3 結晶化におけるHの効果(ELHMD法の利点)
5. まとめ
 
第3章 システムインディスプレイに向けた高品質レーザー結晶化技術“SELAX”
1. はじめに
2. 低温ポリSi TFTの高性能化
3. 擬似単結晶Si技術
4. 擬似単結晶SiのTFT特性とパネルへの適用
 
第4章 熱プラズマジェットを用いた結晶化技術
1. はじめに
2. TPJを用いた超急速熱処理実験
2.1 非接触温度測定技術
2.2 熱処理条件と基板表面温度
3. TPJによるa-Si膜の結晶化
3.1 ミリ秒時間におけるa-Si結晶化過程のその場観測
3.2 熱処理条件とpoly-Si膜の結晶性
3.3 熱処理条件とpoly-Si膜の電気特性
4. poly-Si TFT作製プロセスへの応用
5. おわりに
 
第5章 グリーンレーザーによる積層シリコン構造の結晶化と薄膜トランジスタへの応用
1. はじめに
2. レーザー照射条件とトランジスタ作製フロー
3. Si薄膜の結晶性と電気特性
4. まとめ
 
第6章 微結晶シリコン
1. はじめに
2. 内部アンテナ型ICPプラズマ源を用いたPECVD装置
3. 微結晶シリコン薄膜の堆積
4. プラズマ診断
5. TFT電気特性
6. おわりに
 
第7章 Ge核を用いたSi薄膜の低温結晶化技術
1. はじめに
2. Ge微結晶核の形成プロセス
2.1 a-Geの固相結晶化による島状Ge結晶の形成プロセス
2.2 酸素エッチングによるGe微結晶の密度およびサイズの制御
3. Si薄膜の固相結晶化に対するGe核の影響
3.1 実験方法
3.2 アニール前のSi薄膜の構造
3.3 Ge核からのSi結晶成長
3.4 固相結晶化したSi薄膜の観察
3.5 Ge核の利用によるSi固相結晶化の促進
4. おわりに
 
第8章 高品質SiGe多結晶の低温固相成長
1. はじめに
2. SiGe固相成長法の高度化
2.1 Ge局所ドーピングによる固相成長(a-Si)の制御
2.2 イオン線照射によるSiGe固相成長の促進
3. 非晶質SiGe薄膜の触媒誘起固相成長とその制御
3.1 Ni触媒による固相成長の促進
3.2 電界印加によるNi誘起固相成長の制御
4. おわりに
 
第9章 液体シリコン材料
1. はじめに
2. 液体シリコン材料の開発
3. 液体シリコン材料からのa-Si膜の形成過程
4. a-Si TFTの試作と評価
5. 結晶化の検討
6. スピンコートによるSi膜でTFTを試作
7. インクジェットによるSi膜でTFTを試作
8. まとめ
 
第10章 フェリチンタンパクを用いたシリコン薄膜の結晶化
1. はじめに
2. フェリチンタンパクを用いた結晶化法
2.1 フェリチンタンパクとは
2.2 フェリチンタンパク質の吸着密度制御
2.3 熱処理によるSi多結晶膜の固相成長
3. 形成されたSi多結晶膜の結晶性
3.1 XRDによる評価結果
3.2 後方散乱電子回折(EBSD)法による結晶粒径の評価結果
4. 考察およびまとめ
 
第11章 酸化物薄膜トランジスタ―透明結晶TFTからフレキシブルアモルファスTFTまで―
1. 一般参考文献
2. はじめに
3. 酸化物TFTと他のTFTの比較
4. 酸化物半導体のキャリア輸送特性と電子構造の特徴
5. 酸化物TFTの構造
6. チャネル材料
7. ゲート絶縁体
8. デバイス形成:パターニング、エッチング
9. ZnO TFTの特徴
10. アモルファス酸化物
11. 回路
12. 安定性
 
〔第III編 評価・シミュレーション〕
第1章 シミュレーション
1. あらまし
2. はじめに
3. デバイスシミュレーション
3.1 poly-Si TFTの動作原理とシミュレーションモデル
3.2 表裏絶縁膜界面のトラップ準位
3.3 絶縁膜界面と結晶粒界のトラップ準位
3.4 結晶粒界の位置
3.5 結晶粒界のラフネス
3.6 poly-Si膜の電流径路
3.7 poly-Si膜エッジの電流集中
3.8 トラップ密度の抽出
3.9 オフ電流の解析
4. 回路シミュレーション
5. プロセスシミュレーション
6. まとめ
 
第2章 TFT用低温ポリシリコン薄膜の結晶性評価装置
1. はじめに
2. μ-PCD法によるLTPS薄膜の結晶性評価
2.1 励起レーザー光の短波長化
2.2 差動μ-PCD法の採用
2.3 ピーク値による評価
3. エキシマレーザーアニールによる結晶化の評価
4. 熱・水素・活性化アニールの評価
5. 差分マップによる装置異常の早期検出
6. LTPSの結晶性評価装置
7. おわりに
 
第3章 ラマン分光分析
1. はじめに
2. 原理
3. 結晶構造とラマンスペクトル
4. 深さ方向分析について
5. イオン注入によるシリコンの結晶性低下
6. アニールによる再結晶化
7. ラマン分光法による応力評価
8. ラマン分光法による低温ポリシリコンTFTの評価
9. おわりに
 
〔第IV編 信頼性〕
第1章 低温多結晶シリコンTFTにおける劣化メカニズムと信頼性評価技術
1. はじめに
2. 低温多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造方法
3. 低温多結晶シリコン薄膜トランジスタにおける劣化現象
3.1 ホットキャリア劣化とは
3.2 ダイナミックストレスによる劣化
3.3 発光解析技術
3.4 ホットキャリアによる劣化メカニズム
3.5 発熱による劣化
3.6 発熱分布のドレイン電圧依存性
3.7 発熱温度のゲート幅依存性
3.8 発熱温度と劣化の関係
3.9 配線構造の違いによる温度変化
3.10 シリコンの結晶性と発熱劣化の関係
3.11 発熱による劣化メカニズムの考察
3.12 発熱劣化の改善について
4. まとめ
 
〔第V編 応用〕
第1章 人工網膜
1. あらまし
2. はじめに
3. 薄膜フォトダイオード
4. 薄膜トランジスタ
5. 網膜画素
6. 網膜アレイ
7. 3次元化
8. まとめ
 
第2章 低温プロセスによる薄膜Si結晶化と3次元構造の薄膜トランジスタ
1. あらまし
2. はじめに
3. 低温化プロセスによる2次元的構造のTFT
3.1 有効な結晶化と電気的特性
3.2 プラスチックパネル上TFTの現状
4. TFT自体の3次元構造化(FIN型TFT)
5. 機能素子としての不揮発性メモリTFT
6. 3次元構造単結晶Si TFT LSIの可能性
7. おわりに
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