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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
[コードNo.2007T554]

■監修/ 浦岡行治(奈良先端科学技術大学院大学 助教授)
■体裁/ B5判 342ページ
■発行/ 2007年 2月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 70,200円(税込価格)

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!

※ 本書籍はご試読頂けません ※

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)

執筆者一覧
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
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

構成および内容
序章 薄膜トランジスタの歴史(浦岡行治)
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(古田守、平尾孝)
1poly-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(村田和俊)
1ALD(Atomic Layer Deposition)とは
2ALDの成膜原理と特徴
3ALD法による酸化物薄膜の形成
3.1Al2O3膜
3.2SiO2膜
4LTPS-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(木村誠二、野崎眞次)
1はじめに
2高純度SiOナノ粉末の特異性
3真空蒸着法
3.1SiOナノ粉末を使うことによる利点
3.2真空蒸着方法
4SiOx膜の形成と低温酸化
5SiOナノ粉末によるSiOx蒸着膜の構造
5.1FTIRスペクトル
5.2XPSスペクトル
6シリコン酸化膜の電気特性
6.1絶縁性
6.2C-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(芹川正)
1はじめに
2ゲートSiO2膜の形成
3poly-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(中田行彦)
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(清水耕作)
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
3.5FGA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™技術(井上聡)
1はじめに
2SUFTLA™技術の詳細
2.1製造プロセス
2.1.1TFT製造プロセス
2.1.2SUFTLA™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
3SUFTLA™技術を応用したフレキシブル電子デバイス
3.1TFT-LCD(Liquid Crystal Display:液晶ディスプレイ)
3.2TFT-OLED(Organic Light Emitting Display:有機ELディスプレイ)
3.3TFT-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
3.6SRAM
4まとめ
第8章TFT転写プロセス(竹知和重)
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(和泉亮)
1はじめに
2HWCVD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(鮫島俊之)
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―(松尾直人、部家彰、河本直哉)
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
3.1a-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
3.2a-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
4.1a-Si膜中のH濃度依存性
4.2ELHMD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”(波多野睦子)
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(東清一郎)
1はじめに
2TPJ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
3TPJ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
4poly-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(浦岡行治、菅原祐太、冬木隆、三村秋男)
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
3Si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(橋英治)
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
5TFT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(安武潔、渡部平司、大参宏昌、垣内弘章)
1はじめに
2Ge微結晶核の形成プロセス
2.1a-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
3Si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
3.3Ge核からのSi結晶成長
3.4固相結晶化したSi薄膜の観察
3.5Ge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(菅野裕士、宮尾正信)
1はじめに
2SiGe固相成長法の高度化
2.1Ge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
3.1Ni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(田中英樹、古沢昌宏、下田達也)
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
4a-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(桐村浩哉、浦岡行治、冬木隆、山下一郎)
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
3.1XRD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―(神谷利夫、野村研二、細野秀雄)
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
9ZnO 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(木村睦)
1あらまし
2はじめに
3デバイスシミュレーション
3.1poly-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
3.6poly-Si膜の電流径路
3.7poly-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(住江伸吾)
1はじめに
2μ-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
6LTPSの結晶性評価装置
7おわりに
第3章ラマン分光分析(松田景子、村木直樹)
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(浦岡行治)
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(木村睦)
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
73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(野口隆)
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
4TFT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
63次元構造単結晶Si TFT LSIの可能性
7おわりに

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