(57)【要約】【課題】本発明の目的は、寄生容量が低減され、周波数特性に優れた電界効果トランジスタ等の機能デバイスを提供することにある。【解決手段】対向する２つの内側面を有する凹部が設けられた絶縁基板と、前記対向する２つの内側面の内、いずれか一方の第１の内側面に設けられた第１の電極と、前記第１の電極の表面および側面を覆うように設けられた誘電体層と、前記第１の内側面に対向する第２の内側面上に設けられる第２の電極と、前記第１の内側面につながる絶縁基板表面上に設けられる第３の電極と、前記第２の電極上および第３の電極上、ならびに前記凹部内の前記誘電体層上に設けられる半導体層と、を備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの内側面を有する凹部が設けられた絶縁基板と、
前記凹部の対向する２つの内側面の内、いずれか一方の第１の内側面に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極の表面および側面を覆うように設けられた誘電体層と、
前記第１の内側面に対向する第２の内側面上に設けられる第２の電極と、
前記第１の内側面につながる絶縁基板表面上に設けられる第３の電極と、
前記第２の電極上および第３の電極上、ならびに前記凹部内の前記誘電体層上に設けられる半導体層と、
を備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記凹部が、基体上に部分的に設けられた絶縁層により構成されることを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記凹部が、絶縁基板を加工することにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記半導体層が、有機半導体材料で構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項５】
絶縁基板上に対向する２つの内側面を有する凹部を形成する工程と、
前記凹部の対向する２つの内側面の内、いずれか一方の第１の内側面に第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極の表面および側面を覆うように誘電体層を形成する工程と、
前記第１の内側面に対向する第２の内側面上に第２の電極を形成する工程と、
前記第１の内側面につながる絶縁基板表面上に第３の電極を形成する工程と、
前記第２の電極上および第３の電極上、ならびに前記凹部内の前記誘電体層上に半導体層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電界効果トランジスタ等及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報技術の高度な発展に伴い、超薄型で携帯が容易な情報処理装置、表示装置、記憶装置への要望が高まっている。また、これらを用いる前払い式電子決済システム、後払い式電子決済システム、即時決済型電子決済システム、情報配信システム、情報交換システム等の実用化に向けた開発が進められている。
【０００３】
超薄型情報処理装置を提供する技術として、有機半導体薄膜を用いる電界効果トランジスタ、ダイオード、キャパシタ等の機能デバイスが大変注目されている。有機半導体薄膜を用いた機能デバイスは、無機半導体薄膜を用いた機能デバイスと比較して、より低温のプロセスで製造されるため、基板として可撓性に優れたプラスチック基板やフィルム基板を用いることができ、軽量で壊れにくいデバイスが作製できる。また、有機半導体材料を含む溶液の塗布、吹きつけ、印刷等の方法を用いたデバイス作製が可能であり、多数のデバイスを低コストで、迅速に製造できる。
【０００４】
このような有機半導体薄膜を用いた機能デバイスとして、高精度、且つ、容易に短いゲート長を得ることができ、しかも、ゲート電極とソース／ドレイン電極とが自己整合的に形成された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が開示されている（特許文献１参照）。具体的には、図４に示すように基板１０１上に形成された断面形状が四辺形のゲート電極１０４、ゲート電極１０４の頂面及び両側面に形成された絶縁膜１０３、ゲート電極１０４の頂面の上方に形成された第１のソース／ドレイン電極１１０、ゲート電極１０４により分断された基板の表面上の両側にそれぞれ形成された第２のソース／ドレイン電極１０６及び第３のソース／ドレイン電極１０７、並びに、第１〜第３のソース／ドレイン電極上に形成された半導体層１０８で構成されている。このため、第１の電極１１０と第２の電極１０６間、あるいは第１の電極１１０と第３の電極１０７間がチャネル領域１０９となり、ゲート電極１０４の膜厚程度の短いチャネル長を得ることができる。
【０００５】
また、特許文献２には、上述の構成に加えて、図５に示すように頂面上の電極と片側の基板上の電極が繋がった第２の電極２０６とその反対側のみにチャネル領域２０９を持つ構成が開示されている。このような構成にすることで、第２の電極２０６及び第３の電極２０７を形成する際、基板面に対して斜め方向から材料を蒸着することで反対側の凸部側面への回り込みによる材料付着を避けることができ、電界効果トランジスタの信頼性が高まると共に、製造プロセスにおける工程数を少なくして歩留りを向上させることができる。
【特許文献１】特開２００４−３４９２９２号公報
【特許文献２】特開２００５−１９４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図５に示すような、特許文献２等で開示された従来のトランジスタでは、ゲート電極である第１の電極２０４とドレイン電極である第２の電極２０６、あるいは第１の電極２０４とソース電極である第３の電極２０７とが、誘電体層２０５を介して積層されているため、２つの電極間がコンデンサとして作用し、寄生容量が大きくなり、周波数特性が低下するという課題があった。
【０００７】
例えば、電界効果トランジスタ等の機能デバイスを用いた通信機器の例として無線ＩＣタグの用途の場合、通信回路に用いられる主搬送周波数としては、次の帯域を例示することができる。
【０００８】
（１）１２５ｋＨｚ〜１３５ｋＨｚ、（２）１３ＭＨｚ〜１４ＭＨｚ、（３）８６０ＭＨｚ〜９５０ＭＨｚ、（４）２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚ。特に、８６０ＭＨｚ〜９５０ＭＨｚ帯については、地域別の周波数割り当てがなされており、欧州では８６０ＭＨｚ帯、米国では９１５ＭＨｚ帯、日本では９５０ＭＨｚ帯が特に好適に利用される。また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信の用途では、２．４ＧＨｚ帯が特に好適に利用される。
【０００９】
また、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅｂａｎｄ）通信の用途では、マイクロ波帯（３．１〜１０．６ＧＨｚ帯）が特に好適に利用される。移動通信と無線ＬＡＮ通信、ＮＷＡ（Ｎｏｍａｄｉｃ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ａｃｃｅｓｓ）通信の用途では、マイクロ波帯（１．７ＧＨｚ帯、２．５ＧＨｚ帯、４ＧＨｚ〜５ＧＨｚ帯）に加えて、２０ＧＨｚ程度の準ミリ波帯や、５９〜６６ＧＨｚのミリ波帯が特に好適に利用される。ＩＴＳ通信の用途では、５．８ＧＨｚ帯が特に好適に利用される。
【００１０】
このように、通信機器の高周波数化が要望されてきており、それに対応するように電界効果トランジスタ等の機能デバイスの周波数特性の向上が必要となっている。
【００１１】
本発明の目的は、寄生容量が低減され、周波数特性に優れた電界効果トランジスタ等の機能デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電界効果トランジスタは、対向する２つの内側面を有する凹部が設けられた絶縁基板と、その凹部の対向する２つの内側面の内、いずれか一方の第１の内側面に設けられた第１の電極と、第１の電極の表面および側面を覆うように設けられた誘電体層と、第１の内側面に対向する第２の内側面上に設けられる第２の電極と、第１の内側面につながる絶縁基板表面上に設けられる第３の電極と、第２の電極上および第３の電極上、ならびに凹部内の誘電体層上に設けられる半導体層と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
上記構成によれば、第１の電極と第２の電極、あるいは第１の電極と第３の電極との間の重なりが微小になるため、２つの電極がコンデンサとして作用することはほとんど無く、寄生容量が低減される。例えば、寄生容量が１／１０に低減されると、周波数特性が改善され、１０倍の周波数で使用できる電界効果トランジスタが提供される。
【００１４】
また、前記凹部は、基体上に部分的に設けられた絶縁層により形成される。これにより、通常のフォトリソプロセスによって、凹部を容易に形成することができる。
【００１５】
あるいは、前記凹部は、絶縁基板を加工することにより形成される。これにより、より簡略化された製造プロセスで凹部を形成することができる。
【００１６】
さらに、半導体層は、有機半導体材料で構成される。これにより、有機半導体層を塗布や印刷等の低コストプロセスにより形成することができ、絶縁基板として可撓性に優れたプラスチック基板やフィルム基板を用いることができる。
【００１７】
本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、絶縁基板上に対向する２つの内側面を有する凹部を形成する工程と、前記凹部の対向する２つの内側面の内、いずれか一方の第１の内側面に第１の電極を形成する工程と、前記第１の電極の表面および側面を覆うように誘電体層を形成する工程と、前記第１の内側面に対向する第２の内側面上に第２の電極を形成する工程と、前記第１の内側面につながる絶縁基板表面上に第３の電極を形成する工程と、前記第２の電極上および第３の電極上、ならびに前記凹部内の前記誘電体層上に半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
上記の製造方法によれば、電極及び誘電体層を所定の形状に作製した後に、半導体層を形成するため、半導体層を有機材料で構成する場合、電極あるいは誘電体層の形成や加工の際の熱、光および化学物質などによるダメージを効果的に回避することが可能となるとともに、容易に寄生容量の小さい電界効果トランジスタを形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、チャネル長が短く、簡易なプロセスで形成できる電界効果トランジスタにおいて、電極間の重なりが微小となり、それにより寄生容量が小さく、周波数特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（第１の実施形態）
＜電界効果トランジスタの構造＞
図１は、本発明の第１実施形態である電界効果トランジスタの一例を示す断面図（ａ）及び上面図（ｂ）である。この電界効果トランジスタでは、絶縁性材料からなる基体１上に、矩形状の穴の開いた絶縁層が設けられている。上面図（ｂ）で見ると凹部１１は絶縁層に矩形状の穴として表される。ここでは、説明のため、断面図（ａ）において紙面に向かって右の部分を絶縁層２、左の部分を絶縁層３と表示する。この絶縁層２及び３、並びに基体１により、凹部１１を有する絶縁基板が構成される。上記凹部１１内における絶縁層２の側面上と基体１の表面上に第１の電極４が形成されている。この第１の電極４の表面を覆うように、誘電体層５が凹部内と絶縁層２及び３の凹部周辺の上面に略均一な厚みに形成されている。この誘電体層５上には、絶縁層２の上面に第２の電極６が設けられ、絶縁層３の上面及び凹部内の側面に第３の電極７が形成されている。上記第２の電極６の表面と、上記第３の電極７の表面と、上記誘電体層５の凹部の露出面に接するように、半導体層８が形成されている。
【００２２】
本実施形態の電界効果トランジスタでは、上記第１の電極４はゲート電極、上記誘電体層５はゲート絶縁膜、上記第２電極６はドレイン電極（又はソース電極）、上記第３電極７はソース電極（又はドレイン電極）、半導体層８は活性層として機能する。
【００２３】
上記絶縁層２または３の高さ、つまり凹部１１の深さは、この電界効果トランジスタのチャンネル長を規定するため、１０ナノメートル〜１０マイクロメートルの範囲が好ましい。さらに、動作速度向上とリーク電流抑制の観点から、０．１μｍ〜１．５μｍの範囲が特に好ましい。
【００２４】
また、上記絶縁層２と絶縁層３との間の長さ、つまり凹部１１の底面の幅は、狭いほど電界効果トランジスタの集積度は向上するため好ましいが、狭すぎるとこの凹部１１自体の形成や凹部内への電極の形成に問題が生じる。したがって、上記凹部１１の底面の幅は、凹部１１の深さの半分以上が好ましく、特に、集積度向上と導通（オン）時の電気抵抗の抑制の観点から、０．１μｍ〜５μｍの範囲が特に好ましい。
【００２５】
上記絶縁層２または３の側面、つまり凹部１１の側面と基体表面とのなす角度は、後述するように、凹部の構造を利用して電極をパターニングする場合、９０度からずれると凹部側面への材料の付着を制御しにくくなるため、９０度に対して±３０度以内とすることが好ましい。さらに、好ましくは、９０度に対して±２０度以内とする方が良い。
【００２６】
また、上記凹部１１の断面形状は、上端から下端に向かうにつれて大きくなる逆テーパ形状とした方が、側面への材料の付着を抑える点で好ましい。
【００２７】
＜電界効果トランジスタの構成材料＞
上記半導体層８を構成する材料は、Ｓｉ、ＩＩＩ−Ｖ族（主にＧａＡｓ系、他にＩｎＰ，ＧａＡｌＡｓなど）、ＩＩ−ＶＩ族（ＣｄＳ／ＣｄＴｅ系、Ｃｕ２Ｓ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅなど）、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族あるいは有機半導体など、特に限定されない。しかしながら、上記有機半導体は、無機半導体と比較して、電極形成や加工の際の熱、光および化学物質などに対する耐性が一般に低いため、ダメージを受けやすい。
【００２８】
本実施形態の電界効果トランジスタは、電極形成および加工をした後、上記半導体層を形成する構造をしているため、この半導体層はダメージを受けることが無い。つまり、本実施形態の電界効果トランジスタは、ダメージを受けることなく有機半導体を用い得る点で、特に有効である。
【００２９】
上記半導体層を構成する有機半導体材料としては、電子受容性機能を有する材料と、電子供与性機能を有する材料とのいずれも用いることができ、例えば、以下に例示するような材料が利用される。
【００３０】
上記電子受容性機能を有する材料としては、例えば、ピリジンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、キノリンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフェナンスロリン類およびその誘導体によるラダーポリマー、シアノ−ポリフェニレンビニレンなどの高分子、フッ素化無金属フタロシアニン、フッ素化金属フタロシアニン類およびその誘導体、ペリレンおよびその誘導体（金ＣＤＡ、金ＣＤＩなど）、ナフタレン誘導体（ＮＴＣＤＡ、ＮＴＣＤＩなど）、バソキュプロインおよびその誘導体などの低分子有機化合物が利用される。
【００３１】
また、電子供与性機能を有する材料としては、チオフェンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、フェニレン−ビニレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、フルオレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフランおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、チエニレン−ビニレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、トリフェニルアミンなどの芳香族第３級アミンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、カルバゾールおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ビニルカルバゾールおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ピロールおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、アセチレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、イソチアナフェンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ヘプタジエンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマーなどの高分子、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン類およびそれらの誘導体、ジアミン類、フェニルジアミン類およびそれらの誘導体、ペンタセンなどのアセン類およびその誘導体、ポルフィリン、テトラメチルポルフィリン、テトラフェニルポルフィリン、テトラベンズポルフィリン、モノアゾテトラベンズポルフィリン、ジアゾテトラベンズポルフィン、トリアゾテトラベンズポルフィリン、オクタエチルポルフィリン、オクタアルキルチオポルフィラジン、オクタアルキルアミノポルフィラジン、ヘミポルフィラジン、クロロフィル等の無金属ポルフィリンや金属ポルフィリンおよびそれらの誘導体、シアニン色素、メロシアニン色素、スクアリリウム色素、キナクリドン色素、アゾ色素、アントラキノン、ベンゾキノン、ナフトキノン等のキノン系色素などの低分子有機化合物が利用される。金属フタロシアニンや金属ポルフィリンの中心金属としては、マグネシウム、亜鉛、銅、銀、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、スズ、金、鉛などの金属、金属酸化物、金属ハロゲン化物などを用いる。
【００３２】
上記半導体層８としては、上記材料を単体で用いてもよいが、上記材料が適当なバインダ材料に分散混合されたものを用いてもよい。また、適当な高分子有機化合物の主鎖中や側鎖に、上記低分子有機化合物を組み込んだ材料を用いてもよい。上記バインダ材料あるいは主鎖となる高分子有機化合物としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、変性エーテル型ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、フェノキシ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、セルロース樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ケイ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂などや、これらの共重合体、あるいは、ポリビニルカルバゾールやポリシランなどの光導電ポリマーなどが用いられる。
【００３３】
上記基体１または基体１の材料は、その上に形成する材料を安定に保持するものであれば、特に限定されない。例えば、ステンレスなどの金属や合金、ガラス、樹脂、紙および布などが挙げられる。
【００３４】
上記絶縁層２及び３の材料は、ケイ素酸化膜、ケイ素窒化膜、およびこれらの混合膜などの無機材料の他、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、変性エーテル型ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、フェノキシ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、セルロース樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ケイ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアクリルアミド樹脂およびポリビニルアルコール樹脂などの有機材料や、これらの共重合体などが利用される。
【００３５】
上記第１の電極４、第２の電極６および第３の電極７の材料としては、金、アルミニウム、銅、タンタル、チタンなどの金属、合金、高ドープケイ素などの低抵抗半導体や金属シリサイドなどの合金などが挙げられる。また、透明な電極に形成する場合、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）やフッ素ドープされた酸化スズ、酸化亜鉛および酸化錫などの金属酸化物が用いられる。また、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチアジルなどの導電性の高分子有機化合物を用いてもよい。電極材料は、半導体層８との間の電気的性質（オーミック性やショットキー性など）によっても選択される。
【００３６】
上記誘電体層５の材料としては、ケイ素酸化膜、ケイ素窒化膜、およびこれらの混合膜などの無機材料の他、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、変性エーテル型ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、フェノキシ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、セルロース樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ケイ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアクリルアミド樹脂およびポリビニルアルコール樹脂などの有機材料や、これらの共重合体などが利用される。
【００３７】
＜電界効果トランジスタの製造方法＞
以下、本実施形態の電界効果トランジスタの製造方法を、図２を用いて説明する。
【００３８】
まず、基体１上に、凹部１１を形成する。この凹部１１は、例えば、上記基体１上に絶縁膜からなる所定の厚さの膜を形成し、この膜を、公知のフォトリソグラフィーの手法を用いて、図２（ｂ）に示すような形状に加工する。具体的には、基体１としてのガラス板上に、膜厚約１．５μｍの窒化ケイ素膜をプラズマＣＶＤ法で形成し、続いて、フォトリソグラフィー法により図２（ａ）に示すような形状のレジストパターンを形成した後、ＣＦ４ガスによる反応性イオンエッチング法によって上記窒化ケイ素膜をエッチングして、絶縁層２および絶縁層３を形成する。
【００３９】
上記基体１、あるいは絶縁層２及び３は、絶縁性材料により構成されるが、絶縁性材料の使用が困難であったり、絶縁性が不十分である場合には、上記凹部１１を形成した基体１、ならびに絶縁層２及び３の表面を、ポリパラキシリレン等の電気絶縁性を持つ材料で被覆してもよい。
【００４０】
次に、凹部１１の側面に第１の電極４を形成する。この第１の電極４は、用いる材料に応じて、蒸着法、スパッタリング法、塗布法およびインクジェットプリント法など公知の方法を利用することができるが、上記凹部１１等の基板形状を利用して第１の電極をパターニングする場合には、蒸着法やスパッタリング法のような材料の指向性が高い方法を用いる方が良い。
【００４１】
本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、アルミニウム（Ａｌ）をターゲットにしたスパッタリング法によって、上記絶縁層２上面と側面、凹部１１内の基体１の一部、上記絶縁層３の上面に、膜厚約２００ｎｍのアルミニウム膜を形成する。このアルミニウム膜を、フォトリソグラフィー法および反応性イオンエッチング法により加工して、上記第１の電極４を形成する。ここでは、図２（ｂ）に示すプロセスで残留していたレジストパターンを利用し、レジストパターン１０を溶解除去するリフトオフ法により、図２（ｄ）に示すような断面形状が鍵形の第１の電極４を形成する。
【００４２】
上記第１の電極４を図１（ｂ）に示すように平面内の所定の形状にする方法としては、レジストマスクや金属のマスクを利用する方法や、一旦膜を形成した後にフォトリソグラフィー法で加工する方法など公知の方法が利用できる。上記第１の電極４は、トランジスタのゲートとして機能することになるので、作製する際に上記第１の電極４から外部への配線を同時に形成してもよい。
【００４３】
続いて、上記第１の電極４を覆う誘電体層５を形成する。この誘電体層５をケイ素酸化物やケイ素窒化物などの無機材料や、ポリパラキシリレン等の重合体で形成する場合、カバレッジを向上させるために、プラズマＣＶＤなどのＣＶＤ法を用いるのが好ましい。また、上記第１の電極４が、アルミニウムやタンタルなどのような絶縁性の酸化膜を形成する材料で形成されている場合には、上記第１の電極４の表面を酸化することで、誘電体層５を形成してもよい。この酸化の方法としては、熱酸化、酸化剤の溶液を用いる酸化および陽極酸化などの公知の方法が利用される。また、上記誘電体層５を有機材料で形成する場合、この有機材料の溶液をスピンコート法などの方法で塗布して形成してもよい。
【００４４】
本実施形態では、図２（ｅ）に示すように、熱ＣＶＤ法により、厚み３３０ｎｍのポリパラキシリレンからなる誘電体層５を形成した。
【００４５】
次に、図２（ｆ）に示すように、上記絶縁層２上面の誘電体層５に第２の電極６を形成する。また、上記絶縁層３の上面及び側面の誘電体層５に、第３の電極７を形成する。ここで、蒸着法のように、材料の指向性が高い成膜方法を用いると、指向性を有する方向に対して垂直な面には材料が付着するが、上記指向性を有する方向に対して略平行な面には材料が付着しにくい。この特性を利用して、上記第２の電極６と上記第３の電極７を同時に形成する。
【００４６】
このため、凹部１１の側面が、９０度からずれている場合、基体１表面の法線方向と材料ビーム１２の指向方向との角度をθとした場合、９０−θ、つまり基板表面と材料ビーム１２の指向方向とのなす角度は、基体１表面と凹部側面とのなす角度φよりも小さくする必要がある。
【００４７】
上記第２の電極６及び第３の電極７を図１（ｂ）に示すように平面内の所定の形状にする方法としては、レジストマスクや金属のマスクを利用する方法や、一旦膜を形成した後にフォトリソグラフィー法で加工する方法など公知の方法が利用できる。
【００４８】
上記蒸着工程において、材料ビーム１２の指向性を高めるには、例えば、材料源と上記誘電体層５との間に、スリットを設けた構造体を挿入すればよい。
【００４９】
また、上記材料の指向方向に対する上記凹部１１の側面の角度によっては、この凹部１１の側面上に、原料の回りこみによって少量の原料が付着する場合もある。しかしながら、上記凹部１１の上面上の付着量や、この凹部１１の両側の平坦面上の付着量と比較すると、上記側面上に付着する量は非常に少ない。したがって、例えば、上記材料を溶解する溶媒に適当な時間浸漬すること、あるいは等方性のプラズマエッチングにより、凹部１１の側面に付着した材料を除去してもよい。
【００５０】
本実施形態では、具体的には、上記基体１の表面の法線方向と材料ビーム１２の指向方向との角度θが３０度になるように配置した蒸着源から、金を出射させ、この金を上記誘電体層５の表面に蒸着させた。このとき、基体１表面と凹部側面とのなす角度φは９０度であった。その結果、上記絶縁層２上面の誘電体層５に、金からなる第２の電極６を形成すると共に、上記絶縁層３の上面及び側面の誘電体層５に、金からなる第３の電極７が同時に形成された。基体１の表面の法線方向と材料ビーム１２の指向方向との角度θは、基体１上に形成される電極の膜厚と凹部１１側面に形成される電極の膜厚とがほぼ等しくなるように、φが９０度の場合、４５度を中心として２５度〜６５度が好ましく、より好ましくは３０度〜６０度であり、更に好ましくは３９度〜５１度であるが、基体１表面と凹部側面とのなす角度φや凹部の幅等に応じて適宜選択される。
【００５１】
次に、上記第２の電極６および第３の電極７の上に、半導体層８を形成する。この半導体層８は、上記第２の電極６と上記第３の電極７との両方に接する一方、上記第１の電極４とは上記誘電体層５によって隔てられる。この半導体層８を形成する材料を、蒸着法、スパッタ法、塗布法、スピンコート法およびインクジェットプリント法など公知の方法によって形成する。
【００５２】
蒸着法のような材料の堆積の指向性が高い方法を用いて、上記半導体層８を成膜する場合、上記凹部１１による段差で膜が途切れる場合がある。したがって、上記段差に対して異なる方向に配置した２つ以上の材料源を用いたり、材料ビーム１２の堆積方向に対して段差の方向が変わるように基体１を回転するなどの方法によって、上記段差を完全に覆うように成膜してもよい。
【００５３】
本実施形態では、具体的には、上記基体１の法線方向に対して、４５°の角度をなす、異なる２方向に配置した２個の蒸着源からペンタセン（Ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）を同時に出射し、蒸着して、半導体層８を形成した。この際、２つの蒸着源を繋いだ線が、上記基体１の表面の法線方向に対して垂直になるように配置した。
以上の工程により、本実施形態の電界効果トランジスタが完成する。
【００５４】
次に、本発明の寄生容量低減効果について、以下に詳細に説明する。
一般に、面積Ａ［ｍ２］  、間隔  ｄ［ｍ］  の一対の平行導体の間に、誘電率εの誘電体が形成されている場合に作用する静電容量Ｃは次式で求められる。
Ｃ＝ε・Ａ／ｄ                                                ‥‥（１）
【００５５】
従って、図５に示す従来のトランジスタにおいて、第１の電極２０４と第２の電極２０６との間の重なり部の面積Ａ１Ｄは、チャネル幅に相当する図５の紙面に垂直な方向の奥行きをｗ１とし、第２の電極２０６の下端部と第１の電極２０４との重なり長をｈ１ａ、第２の電極２０６の垂直部と第１の電極２０４との重なり長をｈ１ｂ、第２の電極２０６の上端部と第１の電極２０４との重なり長をｈ１ｃとすれば、次式で求めることができる。
Ａ１Ｄ＝ｗ１・（ｈ１ａ＋ｈ１ｂ＋ｈ１ｃ）                      ‥‥（２）
【００５６】
また、第１の電極２０４と第２の電極２０６との間の間隔（誘電体層の膜厚）をｄ１とし、誘電体層の誘電率をε１とすれば、図５に示す従来のトランジスタにおける第１の電極２０４と第２の電極２０６との間の寄生容量Ｃ１Ｄは、次式で求めることができる。
Ｃ１Ｄ＝ε１・Ａ１Ｄ／ｄ１＝ε１・ｗ１・（ｈ１ａ＋ｈ１ｂ＋ｈ１ｃ）／ｄ１
‥‥（３）
【００５７】
次に、図１に示す本発明の電界効果トランジスタにおいて、第１の電極４と第２の電極６との間の重なり部の面積Ａ２Ｄは、図１（ａ）に示す第２の電極６の左端部と第１の電極４の上端部との重なり長が第１の電極４の膜厚ｈｇと等しくなるから、図１（ｂ）に示すチャネル幅をｗ２として、次式で求めることができる。
Ａ２Ｄ＝ｗ２・ｈｇ                                            ‥‥（４）
【００５８】
第１の電極４と第２の電極６との間の間隔は、実質的に誘電体層の厚さｄｙとなる。従って、誘電体層の誘電率をε２とすれば、図１に示す本発明のトランジスタにおける第１の電極４と第２の電極６との間の寄生容量Ｃ２Ｄは、次式で求めることができる。
Ｃ２Ｄ＝ε２・Ａ２／ｄ５＝ε２・ｗ２・ｈｇ／ｄｙ              ‥‥（５）
【００５９】
上記の場合、本発明のトランジスタにおける第１の電極４と第２の電極６との間の寄生容量Ｃ２Ｄと、従来のトランジスタの寄生容量Ｃ１Ｄとの比は、次式で求めることができる。
Ｃ１Ｄ／Ｃ２Ｄ＝［ε１・ｗ１・（ｈ１ａ＋ｈ１ｂ＋ｈ１ｃ）／ｄ１］・
ｄｙ／（ε２・ｗ２・ｈｇ）      ‥‥（６）
【００６０】
ここで、本発明による寄生容量の低減効果と、周波数特性の改善効果とについて見積もるために、本発明の１実施形態として、次の仮定を設ける。
ε１＝ε２
ｗ１＝ｗ２
【００６１】
更に、次の仮定を設ける。
ｈ１ａ＝１００ｈｇ
ｈ１ａ＝ｈ１ｂ＝ｈ１ｃ
ｄ１＝ｄｙ
【００６２】
この場合、本発明のトランジスタの寄生容量Ｃ２Ｄと、従来のトランジスタの寄生容量Ｃ１Ｄとの比は、次式で求めることができる。
Ｃ１Ｄ／Ｃ２Ｄ＝（ｈ１ａ＋ｈ１ｂ＋ｈ１ｃ）／ｈｇ＝３００
‥‥（７）
従って、ｈ１ａとｈｇとの比を更に大きくすることにより、３００倍以上の周波数特性の改善効果が得られることになる。
【００６３】
また、同様にして本発明のトランジスタにおける第１の電極４と第３の電極７との間の寄生容量Ｃ２Ｓと、従来のトランジスタにおける第１の電極２０４と第３の電極２０７との間の寄生容量Ｃ１Ｓとの比は、次式で求めることができる。
Ｃ１Ｓ／Ｃ２Ｓ＝ε１・ｗ１・ｈ１ｅ・ｄ２／（ε２・ｗ２・ｈ２・ｄ１）
‥‥（８）
ここで、ｈ１ｅは従来例の第１の電極２０４と第３の電極２０７との重なり長、ｄ２は本発明の凹部１１の幅、ｈ２は本発明の凹部１１の深さ、ε１とε２はそれぞれの電極間の誘電体の誘電率とする。
【００６４】
同様にして、次の仮定を設ける。
ε１＝ε２
ｗ１＝ｗ２
ｄ２＝３００ｄ１
ｈ２＝ｈ１ｅ
【００６５】
この場合、本発明のトランジスタの寄生容量Ｃ２Ｓと、従来のトランジスタの寄生容量Ｃ１Ｓとの比は、次式で求めることができる。
Ｃ１Ｓ／Ｃ２Ｓ＝ｈ１ｅ・ｄ２／（ｈ２・ｄ１）＝３００          ‥‥（９）
従って、ｄ２とｄ１との比を更に大きくすることにより、３００倍以上の周波数特性の改善効果が得られることになる。
【００６６】
本発明の１実施形態の電界効果トランジスタにおいては、上記第１の電極４、第２の電極６、第３の電極７、誘電体層５および半導体層８のうちの少なくとも１つが、有機材料からなる。有機材料は、常温のプロセスで成膜や加工がされるので、電界効果トランジスタの製造時および廃棄時のエネルギー消費量が削減される。また、有機材料は、塗布や印刷などの低コスト  プロセスにより形成するので、電界効果トランジスタが低コストで量産される。また、有機材料は、可撓性が高いので、フレキシブルな電界効果トランジスタを得ることができる。
【００６７】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、凹部１１を形成するために基体１上に、絶縁層２及び３を配置していたが、第２の実施形態の電界効果トランジスタでは、基体１自体を公知のフォトリソグラフィーの手法を用いて加工して、凹部１１を形成することで、より少ない工程で電界効果トランジスタを形成することができる。
【００６８】
図３に示すように、例えば基体１としてガラス板を用い、このガラス板の表面にフォトリソグラフィー法によってレジストパターンを形成する。そして、ＣＦ４およびＣＨＦ３ガスによる反応性イオンエッチング法によって上記基体１をエッチングして、凹部１１を形成する。この凹部１１の高さは約１．５μｍに形成する。  この後、実施形態１に示す各工程と同様の工程によって、第１の電極４、誘電体層５、第２の電極６、第３の電極７、および半導体層８を形成して、図３の構造の電界効果トランジスタを得る。
【００６９】
凹部１１の寸法、並びに基体１、各電極、誘電体層５、半導体層８の材料は、第１の実施の形態と同様である。
【００７０】
第１及び第２の実施形態の電界効果トランジスタは、チャンネル長が、基体１上に形成された絶縁層２及び３の高さ、または、上記基体１に形成した凹部１１の深さで規定される。上記絶縁層２及び３の高さは、この絶縁層２及び３を形成する膜の厚みによって定まり、上記基体１の凹部１１の深さは、この基体１のエッチング深さによって定まる。上記絶縁層２及び３の高さおよび上記凹部１１の深さは、水平方向の寸法と比較して小さく、かつ精密に制御される。したがって、本実施形態の電界効果トランジスタは、チャンネル長を短くでき、高速動作が可能なトランジスタが容易に実現される。
【００７１】
また、本実施形態の電界効果トランジスタにおいては、ゲート電極および、ソース電極又はドレイン電極のいずれか一方が、基体１の表面に対して垂直方向に位置するように積層されているので、プレーナー型トランジスタと比較して集積性に優れている。
【００７２】
また、上記半導体層８、各電極および誘電体層５に有機材料を用いることより、基本的に常温のプロセスで成膜や加工がされるので、製造時のエネルギー消費量を抑えることがされる。
【００７３】
また、有機材料を用いるので、塗布や印刷などの簡単かつ低コストのプロセスにより素子が製造される。また、有機材料は一般に可撓性が高いので、柔軟な素子を作製することも可能である。
【００７４】
本実施形態の電界効果トランジスタの製造方法によれば、ゲート電極に相当する第１の電極４、ゲート絶縁膜に相当する誘電体層５、ドレイン電極又はソース電極に相当する第２の電極６、ソース電極又はドレイン電極に相当する第３の電極７を所定の形状に作製した後に、半導体層８を形成する。つまり、全ての電極を形成した後の工程で、上記半導体層８を形成するため、上記半導体層８を有機材料で構成する場合、電極や誘電体層の形成や加工の際の熱、光および化学物質などによるダメージを効果的に回避することが可能となる。また、有機材料は一般に加工が難しいので、半導体層８を積層した後に加工を行なわない本実施形態の製造方法は、特に有効である。
【００７５】
また、本実施形態の電界効果トランジスタによれば、上記第２の電極６と第３の電極７は、１回の工程で形成できるので、ソース電極およびドレイン電極を別工程で形成していた従来の縦型トランジスタよりも、工程が簡略化される。
【００７６】
以上のように、より簡略化された製造工程により、寄生容量が低減され、周波数特性に優れた電界効果トランジスタが提供される。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、本発明にかかる電界効果トランジスタは、ＩＣカード等の種々の電子装置や、情報処理装置、表示装置、記憶装置等に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１の実施形態の機能デバイスを示す概略の断面図及び上面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の機能デバイスの製造工程を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の機能デバイスの製造工程を示す図である。
【図４】従来の電界効果トランジスタの第１の例を示す概略の断面図である。
【図５】従来の電界効果トランジスタの第２の例を示す概略の断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１，１０１，２０１‥基体、基板
２‥絶縁層
３‥絶縁層
４，１０４，２０４‥第１の電極、ゲート電極
５，１０５，２０５‥誘電体層、絶縁膜
６，１０６，２０６‥第２の電極、第２のソース／ドレイン電極
７，１０７，２０７‥第３の電極、第３のソース／ドレイン電極
８，１０８，２０８‥半導体層
９，１０９，２０９‥チャネル領域
１０‥レジスト
１１‥凹部
１２‥材料ビーム
１１０‥第１のソース／ドレイン電極
２１１‥凸部
【図１】
2008060345.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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