電子デバイス／薄膜トランジスタ

９．低温ポリシリコンＴＦＴ

　ガラス基板上に粒径の大きいポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）膜を低温で作る方法を前項で紹介しましたが、実際には少しずつ違ういろいろな方法が開発されています。微妙なノウハウなど公表されていない場合も多いと思われます。しかしまだアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）膜のように大きな面積にわたる膜をつくるのは難しいようです。それでもａ－Ｓｉの弱点をカバーできるので、比較的小さい液晶パネルにはｐｏｌｙ－ＳｉのＴＦＴが使われるようになっています。

　さてＴＦＴですが、原理的にはａ－Ｓｉ・ＴＦＴと変わりません。しかしａ－Ｓｉとｐｏｌｙ－Ｓｉとでは膜の作り方が違いますので、トランジスタの構造もちがってきます。図９－１は前項で紹介した特許に示されているＴＦＴの断面構造です。ａ－Ｓｉ・ＴＦＴでもっともよく使われている逆スタガ型ではなく、コプレーナ型です。

　ガラス基板の上に低温ｐｏｌｙ－Ｓｉ層が形成されています。その両端にソース、ドレイン電極が設けられ、上にはゲート絶縁膜、ゲート電極が積層されています。ソース、ドレイン領域には不純物ドープも行われますので、結晶シリコンのＩＧＦＥＴにかなり近い構造です。

　逆スタガでなくコプレーナ型が選ばれる理由が低温ｐｏｌｙ－Ｓｉ膜の作り方に関係していることは容易に理解できると思います。ここでの低温ｐｏｌｙ－Ｓｉ膜はａ－Ｓｉ膜にレーザ光を照射して再結晶化させて作られています。逆スタガ構造ですと、ガラス基板の上にゲート電極、ゲート絶縁膜を作ってからａ－Ｓｉ膜を作ります。チャンネルはゲート絶縁膜とシリコン膜の界面にできますが、レーザ照射はシリコン膜の反対側の面から行われることになり、肝心のゲート絶縁膜との界面付近まできちんと再結晶化ができるか不安が残ります。

　コプレーナ型の場合はまずガラス基板のうえにａ－Ｓｉ膜を作り、これにレーザ光を照射して再結晶化しますので、膜表面に結晶粒ができていることを確認できます。特許にも書かれていますが、結晶粒径が数μｍ程度と大きくなれば、１つの結晶粒を選んでそのなかにチャンネルが入るようにすることもできます（大量生産するときにいちいちこんなことができるのかは別ですが）。１つの結晶粒の中は単結晶とほとんど同じですから、結晶シリコンのＩＧＦＥＴに近い特性のＴＦＴが実現できることが期待されます。

　最初にも触れましたが、ガラス基板が使える低温で、ｐｏｌｙ－Ｓｉ膜が作れるようにはなりましたが、なかなか大きな面積にするのは難しいようで、応用はまず比較的小さな画面の液晶ディスプレイから始まっています。

　例えば、パソコン画面をそのまま投影できるプロジェクタが急速に普及しましたが、このうち液晶式のものにはｐｏｌｙ－Ｓｉ・ＴＦＴが使われています。プロジェクタの場合、液晶パネルを３枚使ってＲＧＢの各色の画像をそれぞれ表示し、これを光学的に重ね合わせてカラーの拡大画像をスクリーン上に投影します。この液晶パネルはせいぜい数ｃｍ角と小さいので、低温ｐｏｌｙ－ＳｉのＴＦＴで作製するのに向いているのです。また、携帯電話の画面も基本的に小さいので、ｐｏｌｙ－Ｓｉ・ＴＦＴへの置き換えが進んでいるようです。