(57)【要約】【課題】  有機物を利用して薄膜トランジスタを製造しようとする場合、有機半導体薄膜のキャリア移動度が小さく、実用的な動作速度を有する有機薄膜トランジスタは得られなかった。この課題を解決するために縦型有機薄膜トランジスタが検討され、高速動作が期待されているが、十分な電流オンオフ比が得られないという課題がある。【解決手段】  本発明の有機薄膜トランジスタは、第３の電極と第２の電極を有機半導体層の形成前に成膜し、同時にパターニングする。このように第３の電極の直上に同一の形状を有する第２の電極を配置する。その後第３の電極と第２の電極の一部もしくは全てを覆うように第１の電極上に有機半導体層を形成する。本発明によれば、良好な製造歩留まりで製造でき、かつ電流オンオフ比の大きな有機薄膜トランジスタが得られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の電極を有し、その第１の電極上に同一の形状でパターニングされた第１の絶縁層、第３の電極、第２の絶縁層、第２の電極を有し、これらのパターニングされた第１の絶縁層、第３の電極、第２の絶縁層、第２の電極の一部もしくは全てを覆うように第１の電極上に有機半導体層を形成した構造を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記第１の絶縁層、第３の電極、第２の絶縁層、第２の電極の形状は開口部を有し、その開口部が櫛歯状もしくは円形状の形状であることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記有機半導体層が銅フタロシアニン、ペンタセン、Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン、ポリ−３−ヘキシルチオフェンのうちから選択された１つの有機材料を含むことを特徴とする請求項１、または２に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記第３の電極がアルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記第１の電極及び第２の電極がインジウムすず酸化物、金、銀、パラジウム、白金のうちから選択された１つの導電性材料を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記第１の絶縁層及び第２の絶縁層が二酸化ケイ素を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記第３の電極の側部に絶縁性の薄膜を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項８】
前記第３の電極の側部に配置される絶縁性薄膜がアルミニウムの酸化物からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項９】
基板上に第１の電極を形成する工程と、その第１の電極上に第１の絶縁層、第３の電極、第２の絶縁層、第２の電極となる膜を順に成膜し、同一の形状にパターニングする工程と、これらのパターニングされた第１の絶縁層、第３の電極、第２の絶縁層、第２の電極の一部もしくは全てを覆うように第１の電極上に有機半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記第１の絶縁層、第３の電極、第２の絶縁層、第２の電極となる膜を順に成膜し、同一の形状にパターニングする工程において、それぞれの膜を反応性イオンエッチング法によりエッチングガスを交換しながら連続してエッチングすることを特徴とする請求項９に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記第１の絶縁層、第３の電極、第２の絶縁層、第２の電極となる膜を順に成膜し、同一の形状にパターニングする工程の後に、酸素雰囲気中に放置し、パターニングされた第３の電極の側面を酸化する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項９、または１０に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機材料を半導体層として有する有機薄膜トランジスタに関し、特にソースドレイン間の電流変調量を大きくでき、かつ製造歩留まりを向上可能な有機薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタは、液晶表示装置等の表示用のスイッチング素子として広く用いられている。従来、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor以下、ＴＦＴとも呼ぶ）は、アモルファスや多結晶のシリコンを用いて作製されていた。しかし、このようなシリコンを用いたＴＦＴの作製に用いられるＣＶＤ装置は、非常に高額であり、ＴＦＴを用いた表示装置等の大型化は、製造コストの大幅な増加を伴うという問題点があった。また、アモルファスや多結晶のシリコンを成膜するプロセスは非常に高い温度下で行われる。そのため基板として使用可能な材料の種類が限られ、軽量な樹脂基板等は使用できないという問題があった。
【０００３】
上記問題を解決するために、アモルファスや多結晶のシリコンに代えて有機物を用いたＴＦＴが提案されている。この有機物でＴＦＴを形成する際に用いる成膜方法として、真空蒸着法や塗布法等が知られている。これらの成膜方法によれば、コストアップを抑えつつ素子の大型化が実現可能になり、成膜時に必要となるプロセス温度を比較的低温にすることができる。このため、有機物を用いたＴＦＴでは、基板に用いる材料の選択時の制限が少ないといった利点が得られ、その実用化が期待されている。
【０００４】
実際、近年、有機物を用いたＴＦＴは盛んに報告されるようになった。有機薄膜トランジスタに関する報告例としては、下記非特許文献１〜１４や特許文献１〜９などがある。これらのＴＦＴの有機化合物層に用いる有機物としては、共役系ポリマーやチオフェンなどの多量体（特許文献１〜５）、或いは金属フタロシアニン化合物（特許文献６）、またペンタセンなどの縮合芳香族炭化水素（特許文献７、８）などが、単体或いは他の化合物との混合物の状態で用いられている。
【０００５】
また、半導体層の材料として有機材料を使用することにより、素子の基板もガラスなどの硬い材料はもちろんのこと、樹脂やプラスチックを適用することができる。そのため素子全体にフレキシブル性を持たせることが可能となり、フレキシブル有機薄膜トランジスタに関する研究も盛んに行われている。さらに、有機薄膜トランジスタの製造プロセスとして溶液を用いた塗布プロセスを採用することができる。このように低コスト化等を目標とした塗布プロセス、印刷プロセスを適用した製造方法の研究も盛んに行われている。
【０００６】
このように有機材料を用いたＴＦＴの開発は多く行われている。しかし、有機材料をＴＦＴのチャネル材料に用いた場合、シリコン系の材料に比べてキャリアの移動度が著しく小さく、実用的な動作速度を有する有機ＴＦＴを作製することは非常に困難であった。シリコン系材料の場合、アモルファスシリコンでは移動度１〜１０（cm2/Vs）、ポリシリコンでは１００（cm2/Vs）程度が得られる。これに対し、有機材料の移動度は特殊な単結晶を除いて１（cm2/Vs）以下であり、トランジスタの動作性能のひとつである遮断周波数はせいぜい数kHz程度であった。
【０００７】
この移動度の低い有機ＴＦＴを実用化させるための方法のひとつとして、縦型有機トランジスタが検討されている（たとえば、非特許文献１３、１４、特許文献９）。この構造においては実際に遮断周波数数十ｋＨｚでの動作に成功している。しかし、縦型有機トランジスタにおいて、十分なソースとドレイン間に流れる電流オンオフ比が得られないという課題がある。
【０００８】
【非特許文献１】F. Ebisawaら，Journal of Applied Physics，５４巻，３２５５頁，１９８３年
【非特許文献２】A. Assadiら，Applied Physics Letter，５３巻，１９５頁，１９８８年
【非特許文献３】G. Guillaudら，Chemical Physics Letter，１６７巻，５０３頁，１９９０年
【非特許文献４】X. Pengら，Applied Physics Letter，５７巻，２０１３頁，１９９０年
【非特許文献５】G. Horowitzら, Synthetic Metals, ４１−４３巻，１１２７頁，１９９１年
【非特許文献６】S. Miyauchiら，Synthetic Metals，４１−４３巻，１９９１年
【非特許文献７】H. Fuchigamiら，Applied Physics Letter，６３巻，１３７２頁，１９９３年
【非特許文献８】H. Koezukaら，Applied Physics Letter，６２巻，１７９４頁，１９９３年
【非特許文献９】F. Garnierら，Science，２６５巻，１６８４頁，１９９４年
【非特許文献１０】A. R. Brownら，Synthetic Metals，６８巻，６５頁，１９９４年
【非特許文献１１】A. Dodabalapurら，Science，２６８巻，２７０頁，１９９５年
【非特許文献１２】T. Sumimotoら，Synthetic Metals，８６巻，２２５９頁，１９９７年
【非特許文献１３】K. Kudoら，Thin Solid Films, ３３１巻，５１頁，１９９８年
【非特許文献１４】K. Kudoら，Thin Solid Films，４３８−４３９巻，３３０頁，２００３年
【特許文献１】特開平８−２２８０３４号公報
【特許文献２】特開平８−２２８０３５号公報
【特許文献３】特開平９−２３２５８９号公報
【特許文献４】特開平１０−１２５９２４号公報
【特許文献５】特開平１０−１９０００１号公報
【特許文献６】特開２０００−１７４２７７号公報
【特許文献７】特開平５−５５５６８号公報
【特許文献８】特開２００１−９４１０７号公報
【特許文献９】特開２００４−６４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
有機物を利用して薄膜トランジスタを製造しようとする場合、従来はシリコンデバイスと類似のＭＯＳ型構造で検討されてきた。しかし有機半導体薄膜のキャリア移動度が小さく、実用的な動作速度を有する有機薄膜トランジスタは得られていない。さらにこの課題を解決するために静電誘導型トランジスタに類似の構造を有する縦型有機薄膜トランジスタが検討され、高速動作が期待されている。
【００１０】
しかしながら縦型有機薄膜トランジスタは、構造上ソース電極とドレイン電極が重なっている部分が大きく、ゲート電極による変調が効きにくい部分が多く存在する。そのため、ゲート電極で変調できるソース−ドレイン電流量に限界があり、結果として、ソース−ドレイン間の電流オンオフ比の大きな素子を得ることは困難であった。また、電流オンオフ比を大きくするためにはゲート電極の加工を非常に微細に行う必要があり、有機薄膜トランジスタの特徴である製造プロセスの簡便性が失われてしまうという欠点を有していた。
【００１１】
また、縦型有機薄膜トランジスタのゲート電極は、その周囲を有機半導体層に囲まれ、有機半導体層中に挿入された構造である。そのため、ゲート電極の作製プロセスの微細な変化によって、作製する有機薄膜トランジスタの性能が変化しやすく、製造歩留まりを向上させることが困難であるという欠点を有していた。さらに有機半導体層を形成した後に、ドレイン電極を形成するプロセスが必要になる。このドレイン電極の形成プロセスによる有機半導体層へのダメージが、歩留まりを低下させる原因のひとつとなっていた。
【００１２】
本発明は、上記に鑑み、高速動作が可能な縦型の有機薄膜トランジスタにおいて、複雑なプロセスを用いることなく電流オンオフ比の大きな有機薄膜トランジスタを良好な製造歩留まりで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上述の課題を解決するために鋭意検討した結果、ソース−ドレイン電流のオンオフ比が向上する有機薄膜トランジスタ構造を見いだし、本発明を発明するに到ったものである。
【００１４】
本発明に係る有機薄膜トランジスタは、基板上に第１の電極を有し、その第１の電極上に同一の形状でパターニングされた第１の絶縁層、第３の電極、第２の絶縁層、第２の電極を有し、さらに、これらのパターニングされた第１の絶縁層、第３の電極、第２の絶縁層、第２の電極の一部もしくは全てを覆うように第１の電極上に有機半導体層を形成した構造を有することを特徴とする。
【００１５】
さらに本発明に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に第１の電極を形成する工程と、その第１の電極上に第１の絶縁層、第３の電極、第２の絶縁層、第２の電極となる膜を順に成膜し、同一の形状にパターニングする工程と、これらのパターニングされた第１の絶縁層、第３の電極、第２の絶縁層、第２の電極の一部もしくは全てを覆うように第１の電極上に有機半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の有機薄膜トランジスタ構造とすることで、大きな電流オンオフ比を有し、かつ製造歩留まりの良好な有機薄膜トランジスタを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面等を参照し、本発明に係る実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は本発明に係る実施形態例の有機薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。図２は比較形態例の縦型構造を有する有機薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。図３及び図４は本発明に係る有機薄膜トランジスタにおける開口部を有するゲート電極の第１例（櫛歯状）及び第２例（円形状）を示す平面パターン図である。図５は第３の電極の側部に絶縁薄膜を有する有機薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
【００１８】
本発明の実施形態例の有機薄膜トランジスタ１０Ａは、図１に示すように、ソース電極、ゲート電極、ドレイン電極を縦方向に配置した構造を有している。有機薄膜トランジスタ１０Ａは、基板１１、第１の電極１２、第１の絶縁層１５、第３の電極１４、第２の絶縁層１６、第２の電極１３、有機半導体層１７から構成されている。第３の電極１４はゲート電極であり、第１の電極１２と第２の電極１３は一方がソース電極であり、他方がドレイン電極である。第３の電極１４に加える電圧によって第１の電極１２と第２の電極１３との間を流れる電流を制御する。以下、第１の電極１２をソース電極、第２の電極１３をドレイン電極として説明する。また図１には本発明に関係するトランジスタの部分のみを示している。しかし、図示していないが、各電極はそれぞれの取り出しパッド等を備えているものである。
【００１９】
基板１１上に第１の電極１２を形成する。その第１の電極１２上に、第１の絶縁層１５、第３の電極１４、第２の絶縁層１６、第２の電極１３となる膜を順に積層し、これらの膜を同一形状にパターニングする。さらに、このパターニングされた第１の絶縁層、第３の電極、第２の絶縁層、第２の電極の一部もしくは全てを覆うように、第１の電極上１２に有機半導体層１７を形成する。ここで有機半導体層１７はトランジスタのチャネルとなることから、ソース電極からドレイン電極間に連続して形成させる必要がある。そのためたとえば、図１に示すように第２の電極１３の上面まで全てを覆うように形成してもよく。また第２の電極の側面の一部を覆う高さまで形成し、第２の電極の側面の一部及び上面を露出させることもできる。
【００２０】
積層された第１の絶縁層、第３の電極、第２の絶縁層、第２の電極は、同一形状であり、たとえば櫛歯状、円形状の開口部１９の開口部を有する形状とすることができる。一方第１の電極１２は、図１に示すように開口部を有していない。このように第３の電極１４と第２の電極は、開口部を有することから第１の電極１２より小さい面積で構成される。この第３の電極パターン例として、図３、図４に櫛歯状、円形状の開口部１９を有する平面パターンを示す。しかしこれらの形状は特に限定されない。これらの櫛歯状、円形状の開口部を有する有機薄膜トランジスタは、製造冶具の製造が簡便であり、かつ製造プロセスを複雑にすることなく製造することができる。
【００２１】
また、縦型の有機薄膜トランジスタの場合、第１の電極及び第２の電極との間に第３の電極が挿入された構造であり、それぞれの電極は非常に近い位置に縦方向に積層して配置される。そのため第３の電極を流れる漏れ電流が発生しやすいという問題がある。その場合、第３の電極の上部もしくは下部もしくは周囲に絶縁性の薄膜を有することで漏れ電流を抑制することができる。たとえば、図１においては第３の電極の上下に絶縁層１６、１５を有することで漏れ電流を抑制することができる。さらに応用例として、図５のように第３の電極の側部断面に絶縁性薄膜１８を形成し、第３の電極の周囲を絶縁物で囲い、この漏れ電流をさらに抑制することもできる。
【００２２】
このように本発明の縦型有機薄膜トランジスタにおいては、第３の電極と第２の電極を有機半導体層の形成プロセスの前に成膜し、これらを同時にパターニングする。このため同一の形状を有する第３の電極と第２の電極が容易に作製できる。第３の電極の直上に第２の電極を配置することによって、第３の電極の開口部における第１及び第２の電極の重なり部分がなくなる。そのためトランジスタのソースドレイン電流のオンオフ比を少なくとも従来の１０倍以上大きくすることが出来る。さらに第３の電極及び第２の電極は第１の電極上に存在し、第３の電極、第２の電極が適当な開口部を有することにより、トランジスタとしてのチャネル幅を大きくし、より大きな電流を得ることが可能となる。
【００２３】
また製造プロセスの安定化が困難なゲート電極である第３の電極を有機半導体層の形成に先駆けて行うことにより、第３の電極の形状コントロールがしやすくなる。さらに、有機半導体層へのプロセスダメージも抑制できる。また、有機半導体層を１回の工程で形成できる。その結果、有機薄膜トランジスタの製造歩留まりを向上させることができる。このように従来の縦型有機薄膜トランジスタの製造歩留まりを向上させながら、ソースドレイン電流のオンオフ比を向上できる。
【００２４】
比較形態例の有機薄膜トランジスタ２０は、図２に示すように基板１１、第１の電極１２、第１の有機半導体層１７−１、開口部を有する第３の電極１４、第２の有機半導体層１７−２、第２の電極１３から構成される。有機薄膜トランジスタ２０は、基板１１上に第１の電極１２を形成し、さらに第１の有機半導体層１７−１を形成する。その後開口部を有する第３の電極１４を形成し、第２の有機半導体層１７−２、第２の電極１３を形成する。比較形態例の第２の電極１３は、開口部がなく、第３の電極１４の開口部の真上にも形成されている。従って第３の電極の開口部においては、第１及び第２の電極は対向し、その平面的な配置位置が重なりあっている。
【００２５】
次に、本発明における有機薄膜トランジスタに使用される材料や、その製造方法について説明する。基板１１として用いることが可能な材料としては、ガラス、シリコン等の無機材料やアクリル系樹脂のようなプラスチックなどを使用することができる。しかし、特にこれらに限定されるものではなく、その上に形成される複合型論理素子を保持できる材料であればよい。また、基板以外の構成要素により有機薄膜トランジスタの構造を十分に支持し得る場合には、使用しない事も可能である。
【００２６】
電極１２〜１４の製造方法としては、特にこれらに限定されるものではないが、真空蒸着法、スパッタ法、エッチング法、リフトオフ等通常の電極形成プロセスを利用できる。また、導電性ポリマーのような有機材料を電極として使用する場合には、特にこれらに限定されないが、スピンコート法、ディップ法等の溶液プロセスも利用することができる。
【００２７】
これらの電極の材料としては、導電性の材料であれば特に限定されない。しかしゲート電極となる第３の電極１４は、たとえば多くの有機半導体材料とショットキー接合を形成することが容易なアルミニウムを用いると安定した有機薄膜トランジスタを得ることができる。また第１の電極１２及び第２の電極１３としては、多くの有機半導体材料へのキャリア注入が容易なインジウムすず酸化物、金、銀、パラジウム、白金のうちから選択された１つの材料で形成することにより有機薄膜トランジスタの性能を有効に活用することができる。
【００２８】
絶縁層１５，１６の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタ法などのドライプロセスを利用できるが、特に限定されるものではない。また、絶縁層を溶液により形成する場合にはスピンコート法、ディップ法等の溶液プロセスも利用することができる。これらの絶縁層１５、１６に使用される材料としては、電気絶縁性を有している材料であれば特に限定されること無く使用することができる。しかしスパッタ、蒸着等の真空プロセスで形成できる二酸化珪素や、有機材料から選択することで製造プロセスを複雑にすることなく有機薄膜トランジスタを製造することができる。
【００２９】
また有機半導体層１７、１７−１、１７−２の形成方法としては、真空蒸着法等のドライプロセスの他、スピンコート法、ディップ法等の溶液プロセスも利用することができるが、特に限定されるものではない。この有機半導体材料としては、銅フタロシアニンなどのポルフィリン系化合物、ペンタセンなどのアセン系化合物、Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンなどの芳香族系アミン化合物、ポリ-3-ヘキシルチオフェンなどのポリマーなどを使用することができる。しかし、電極から注入されたキャリアを輸送する性能を有していれば特に限定されることは無い。
【００３０】
有機薄膜トランジスタ１０Ａの電極１２，１３、絶縁層１５，１６の膜厚は、特に制限されることはない。しかし、一般に、膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすく、逆に厚すぎるとチャネル長が長くなり、或いは高い印加電圧が必要となって素子の性能劣化の要因になる。そのため、数ｎｍから５００ｎｍの範囲が好ましい。
【００３１】
さらに本有機薄膜トランジスタの応用例として、たとえば図５に示すように第３の電極１４の側面にも絶縁性薄膜１８を形成することができる。第３の電極１４の側面に絶縁性薄膜１８を有することにより第３の電極に流れる漏れ電流をさらに抑制することができる。ゲート電極にアルミニウムを使用した場合、アルミニウム電極を形成した後に表面を酸化して、アルミニウム酸化物とすることで絶縁性薄膜として使用することができる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明にかかる有機薄膜トランジスタの具体的な実施例として、その代表的な構成材料と、作製されたトランジスタの特性について、詳細に説明する。図２に示す有機薄膜トランジスタを比較例とし、図１に示す本発明の有機薄膜トランジスタを実施例１〜８として作製する。作製した有機薄膜トランジスタのそれぞれの電流オンオフ比、製造歩留まり、あるいはゲート電流値を測定し、比較する。ここでの実施例における第２の電極１３、第３の電極１４のパターンは、図３に示す櫛歯状の形状である。さらに第１の電極１２はソース電極、第２の電極１３はドレイン電極、第３の電極１４はゲート電極として説明する。しかし、第１の電極１２をドレイン電極、第２の電極１３をソース電極とすることもできる。以下、実施例をもとに本発明を詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３３】
（比較例１）
比較形態例で説明した図２の有機薄膜トランジスタ２０を、以下の手順で作製した。基板１１として無アルカリガラス基板を用い、この基板上にソース電極１２として金を、シャドウマスクを用いた真空蒸着法にて１００ｎｍ形成した。第１の有機半導体層１７−１として銅フタロシアニンを、シャドウマスクを用いた蒸着法にて１００ｎｍ形成した。ゲート電極１４としてアルミニウムを、シャドウマスクを用いた真空蒸着法により成膜した。この時の膜厚は３０ｎｍとした。ここで用いたシャドウマスクは、ゲート電極の電極幅２０μｍ、電極間隔２０μｍになるように設計した。次いで第２の有機半導体層１７−２として銅フタロシアニンを、シャドウマスクを用いた蒸着法にて１００ｎｍ形成した。最後にドレイン電極１３として真空蒸着法により金を１００ｎｍ成膜し、有機薄膜トランジスタ２０１を作製した。
【００３４】
作製した有機薄膜トランジスタ２０１のソース電極とドレイン電極間に５Ｖの電圧を印加し、ゲート電極にオン電圧−５Ｖ、オフ電圧５Ｖの電圧を印加し、流れる電流を測定した。ゲート電圧−５Ｖのときのソース−ドレイン電流（オン電流）と、ゲート電圧５Ｖのときのソース−ドレイン電流（オフ電流）とのオンオフ比は２．３×１０２であった。また、この比較例の有機薄膜トランジスタ２０１の製造歩留まりを１として、以下の実施例１〜８における製造歩留まりとを比較する。
【００３５】
（実施例１）
実施形態例で説明した図１の有機薄膜トランジスタ１０Ａを、以下の手順で作製した。無アルカリガラス基板上にインジウムすず酸化物をスパッタ法にて１００ｎｍ形成し、リソグラフィー法によるエッチングでパターニングし、ソース電極１２を形成した。ソース電極１２上に、第１の絶縁層としての二酸化ケイ素１００ｎｍ、ゲート電極としてのアルミニウム３０ｎｍ、第２の絶縁層としての二酸化ケイ素１００ｎｍ、ドレイン電極としての金５０ｎｍ、をスパッタ法により順に形成した。上部の金の成膜上にレジストを塗布し、パターン幅２０μm、パターン間隔２０μmになるように露光した。
【００３６】
レジストの現像後、エッチング、レジストの除去を行い、ドレイン電極１３、第２の絶縁膜１６、ゲート電極１４、第１の絶縁膜１５をパターニングした。このエッチングは、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching反応性イオンエッチング）法によりエッチングガスを交換しながら連続して行った。第１の絶縁膜、ゲート電極、第２の絶縁膜、ドレイン電極が形成されたソース電極上に銅フタロシアニンを、シャドウマスクを用いた蒸着法にて３００ｎｍ形成し、有機薄膜トランジスタ１０１を作製した。
【００３７】
比較例と同じ条件で電流のオンオフ比を測定した結果、オンオフ比は１．３×１０４であり、電流オンオフ比の著しい向上が見られた。また、この有機薄膜トランジスタ１０１の歩留まりは、比較例の１．５５倍と良好であった。
【００３８】
（実施例２〜４）
実施例２〜４は、実施例１に対し有機半導体層として下記（表１）の有機半導体層材料を使用した実施例である。有機半導体層材料として表１に示した化合物を用いた以外は実施例１と全く同様に有機薄膜トランジスタ１０Ａ（１０２〜１０４）を作製した。
【００３９】
ここでの有機半導体材料として、有機薄膜トランジスタ１０２はペンタセン、有機薄膜トランジスタ１０３はＮ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン、有機薄膜トランジスタ１０４はポリ-3-ヘキシルチオフェンを使用している。このように有機半導体材料としては、銅フタロシアニンなどのポルフィリン系化合物、ペンタセンなどのアセン系化合物、Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジンなどの芳香族系アミン化合物、ポリ-3-ヘキシルチオフェンなどのポリマーなどを使用することができる。しかし、電極から注入されたキャリアを輸送する性能を有していれば特に限定されることは無い。
【００４０】
作製した有機薄膜トランジスタ１０２〜１０４について、実施例１と同様にして得られたオンオフ比、歩留まり比の結果を表１に示す。本実施例によれば、比較例に対し１０８〜２４０倍の良好なオンオフ比、及び１．４７〜１．６３倍の良好な歩留まり比を有する有機薄膜トランジスタが得られた。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
（実施例５〜７）
実施例５〜７は、実施例１に対し第１の電極及び第２の電極として下記（表２）の金属及び金属化合物を使用した実施例である。第１の電極及び第２の電極材料として表２に示した金属及び金属化合物を用いた以外は実施例１と全く同様に有機薄膜トランジスタ１０Ａ（１０５〜１０７）を作製した。第１の電極と第２の電極材料として、有機薄膜トランジスタ１０５はインジウムすず酸化物と金、有機薄膜トランジスタ１０６は白金と金、有機薄膜トランジスタ１０７は銀と金とを、それぞれ使用している。また第３の電極としては、実施例１と同様にアルミニウムを使用している。
【００４３】
これらの電極の材料としては、導電性の材料であれば特に限定されない。しかしゲート電極となる第３の電極は、たとえば多くの有機半導体材料とショットキー接合を形成することが容易なアルミニウムを用いると安定した有機薄膜トランジスタを得ることができる。また第１の電極及び第２の電極としては、多くの有機半導体材料へのキャリア注入が容易なインジウムすず酸化物、金、銀、パラジウム、白金のうちから選択された１つの材料で形成することにより有機薄膜トランジスタの性能を有効に活用することができる。
【００４４】
作製した有機薄膜トランジスタ１０５〜１０７について、実施例１と同様にして得られたオンオフ比、歩留まり比の結果を表２に示す。本実施例によれば、比較例に対し８５〜６３２倍の良好なオンオフ比、及び１．４２〜１．５倍の良好な歩留まり比を有する有機薄膜トランジスタが得られた。
【００４５】
【表２】
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【００４６】
（実施例８）
実施例８は、実施例１に対しゲート電極の側面に絶縁性薄膜を形成した実施例である。実施例１において、ドレイン電極やゲート電極をパターニングした後、純酸素雰囲気下に６時間放置し、ゲート電極のアルミニウム側面に酸化アルミニウム皮膜を形成させ、有機薄膜トランジスタ１０８を作製した。この絶縁膜の形成工程以外の製造方法は実施例１と全く同様にし、有機薄膜トランジスタ１０８を作製した。
【００４７】
縦型有機薄膜トランジスタの場合、ドレイン電極及びソース電極とゲート電極が非常に近い位置に縦方向に積層して配置される。そのためゲート電極を流れる漏れ電流が発生しやすいという問題が生じる。その場合、ゲート電極の上部もしくは下部もしくは周囲に絶縁性の薄膜を有することで漏れ電流を抑制することができる。本実施例においてはゲート電極の上下に絶縁層１６、１５を有し、さらにゲート電極の側部断面に絶縁性薄膜１８を形成する。このようにゲート電極の周囲を絶縁物で囲い、さらに漏れ電流を抑制している。
【００４８】
これらの絶縁層１５、１６や、絶縁性薄膜１８に使用される材料としては、電気絶縁性を有している材料であれば特に限定されること無く使用することができる。しかし絶縁層１５、１６としてはスパッタ、蒸着等の真空プロセスで形成できる二酸化珪素や、有機材料から選択することで製造プロセスを複雑にすることなく有機薄膜トランジスタを製造することができる。また絶縁性薄膜１８としては、ゲート電極にアルミニウムを使用した場合、そのアルミニウム電極の側面を酸化して、アルミニウム酸化物とすることで絶縁性薄膜として使用することができる。
【００４９】
実施例１と同様にオンオフ比を測定し、８．２×１０４のオンオフ比（比較例との比４５７倍）が得られた。また、このときのゲート電極を流れる電流は１０ナノアンペアで、実施例１のときのゲート電流値（５３ナノアンペア）の５分の１以下であった。
【００５０】
上記したように、本発明の有機薄膜トランジスタの構成によれば、良好な特性及び製造歩留まりが得られることが分かる。本発明の有機薄膜トランジスタは、第３の電極（ゲート）と第２の電極（ドレイン又はソース）を有機半導体層の形成プロセスの前に成膜し、同時にパターニングする。その後に有機半導体材料を第３の電極と第２の電極の一部もしくは全てを覆うように第１の電極上に有機半導体層を形成する。同時にパターニングすることで、第３の電極の直上に同一の形状を有する第２の電極を容易に配置することができる。本発明によれば、複雑なプロセスを用いることなく、良好な製造歩留まりで製造でき、かつ電流オンオフ比の大きな有機薄膜トランジスタが得られる。
【００５１】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明した。しかし本発明に係る有機薄膜トランジスタは、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではない。すなわち本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した有機薄膜トランジスタも、本発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る実施形態例の有機薄膜トランジスタ１０Ａの構成を示す断面図である。
【図２】比較例の有機薄膜トランジスタ２０の構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る実施形態例の有機薄膜トランジスタ１０Ｂにおける開口部を有するゲート電極の第１例（櫛歯状）の平面パターン図である。
【図４】本発明に係る実施形態例の有機薄膜トランジスタ１０Ｃにおける開口部を有するゲート電極の第２例（円形状）の平面パターン図である。
【図５】本発明に係る実施形態例の絶縁性薄膜を有する有機薄膜トランジスタ１０Ｄの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０Ａ：有機薄膜トランジスタ
１０Ｂ：有機薄膜トランジスタ(櫛歯開口部構造)
１０Ｃ：有機薄膜トランジスタ(円形開口部構造)
１０Ｄ：絶縁性薄膜を有する有機薄膜トランジスタ
２０：比較例の縦型有機薄膜トランジスタ
１１：基板
１２：第１の電極
１３：第２の電極
１４：第３の電極
１５：第１の絶縁層
１６：第２の絶縁層
１７、１７−１、１７−２：有機半導体層 
１８：側部の絶縁性薄膜
１９：ゲート電極開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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