(57)【要約】【課題】本発明の目的は、電極の断線やショートが起こりにくく信頼性の高いと共に、寄生容量が小さく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】絶縁性の基板と、前記基板上に設けられ、凸部を有する第１の電極と、前記凸部の上面及び側面を覆う絶縁膜と、前記凸部の１側面側の基板表面上に設けられる第２及び第３の電極と、前記凸部の上面に前記絶縁膜を介して設けられる第４の電極と、前記第２の電極、第３の電極及び第４の電極と接すると共に、前記絶縁膜によって前記第１の電極と隔てられる半導体層と、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
2008060312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板と、
前記基板上に設けられ、凸部を有する第１の電極と、
前記凸部の上面及び側面を覆う絶縁膜と、
前記凸部の１側面側の基板表面上に設けられる第２及び第３の電極と、
前記凸部の上面に前記絶縁膜を介して設けられる第４の電極と、
前記第２の電極、第３の電極及び第４の電極と接すると共に、前記絶縁膜によって前記第１の電極と隔てられる半導体層と、
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】
前記第１の電極の電位によって、前記第２の電極と前記第３の電極との電気的な導通状態または電気的な非道通状態の切り替えが可能であ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または２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
絶縁性の基板上に凸部を有する第１の電極を形成する工程と、
前記凸部の上面及び側面を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
前記凸部の１側面側の基板表面上に第２及び第３の電極を形成する工程と、
前記凸部の上面に前記絶縁膜を介して第４の電極を形成する工程と、
前記第２の電極、第３の電極及び第４の電極と接するように形成すると共に、前記絶縁膜を介して前記第１の電極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。
【請求項５】
前記第２、第３及び第４の電極が、同一の成膜工程で形成されることを特徴とする請求項４に記載の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６に示すように基板上に形成された断面形状が四辺形のゲート電極１０２、ゲート電極１０２の頂面及び両側面に形成された絶縁膜１０３、ゲート電極１０２の頂面の上方に形成された第１のソース／ドレイン電極１０６、ゲート電極１０２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１０４及び第３のソース／ドレイン電極１０５、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１０７で構成されている。このため、第１の電極１０６と第２の電極１０４間、あるいは第１の電極１０６と第３の電極１０５間がチャネル領域となり、ゲート電極１０２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７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て第３の電極２０５となり、反対側の半導体層２０７のみにチャネル領域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２０４及び第３の電極２０５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７に示すように、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２０２とソース電極である第３の電極２０５とが、絶縁膜２０３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、電極の断線やショートが起こりにくく信頼性が高いと共に、寄生容量が小さく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、絶縁性の基板と、前記基板上に設けられ、凸部を有する第１の電極と、前記凸部の上面及び側面を覆う絶縁膜と、前記凸部の１側面側の基板表面上に設けられる第２及び第３の電極と、前記凸部の上面に前記絶縁膜を介して設けられる第４の電極と、前記第２の電極、第３の電極及び第４の電極と接すると共に、前記絶縁膜によって前記第１の電極と隔てられる半導体層と、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２の電極と第４の電極間、及び第３の電極と第４の電極間のチャネル長を短くできるとともに、電極間のショートや切断の可能性が少なく信頼性の高い電界効果トランジスタを提供できる。また、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。さらに、トランジスタがＯＦＦの場合、第４の電極が、電気的に孤立した状態となるため、第４の電極と第１の電極間に寄生容量が発生せず、周波数特性の高い電界効果トランジスタを提供できる。
【００１４】
また、前記第１の電極電位によって、前記第２の電極と前記第３の電極との電気的な導通状態または電気的な非道通状態の切り替えが可能であることを特徴とする。
【００１５】
これにより、第１の電極をゲート電極として、第２の電極と第３の電極間の電流量を制御することができる。
【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。
本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、絶縁性の基板上に凸部を有する第１の電極を形成する工程と、前記凸部の上面及び側面を覆うように絶縁膜を形成する工程と、前記凸部の１側面側の基板表面上に第２及び第３の電極を形成する工程と、前記凸部の上面に前記絶縁膜を介して第４の電極を形成する工程と、前記第２の電極、第３の電極及び第４の電極と接するように形成すると共に、前記絶縁膜を介して前記第１の電極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。
【００１７】
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。
【００１８】
さらに、前記第２、第３及び第４の電極が、同一の成膜工程で形成されることを特徴とする。
【００１９】
これにより、より簡略化された製造プロセスで電極を形成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、チャネル長が短く高性能な電界効果トランジスタにおいて、簡易な製造工程でありながら、電極の断線やショートの発生を抑制して、高い信頼性を得ることができると共に、寄生容量を低減して、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】
【００２１】
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。
【００２２】
＜電界効果トランジスタの構造＞
図１は、本発明の実施形態である電界効果トランジスタの一例を示す斜視図（ａ）、断面図（ｂ）及び上面図（ｃ）である。この電界効果トランジスタは、絶縁性材料からなる基板１上に、凸部を構成するように第１の電極２が形成されている。その第１の電極２の上面及び側面を覆うように絶縁膜３が略均一な厚みに形成されている。この凸部の１側面側の基板表面上に第２の電極４と第３の電極５が、図１に示すように凸部の側面近くから帯状に一定の間隔を空けて形成されている。また、凸部の上面に形成された絶縁膜３の表面には、第４の電極６が形成されている。第４の電極６は、図１に示すように第２の電極４及び第３の電極５に対応する凸部の上面の位置を含むように形成される。さらに、上記第２の電極４、第３の電極５及び第４の電極６に接すると共に、第１の電極２とは絶縁膜３を介して積層するように半導体層７が形成されている。
【００２３】
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２はゲート電極、上記絶縁膜３はゲート絶縁膜、上記第２電極４はドレイン電極（又はソース電極）、上記第３電極５はソース電極（又はドレイン電極）、半導体層７は活性層として機能する。
【００２４】
したがって、第２の電極４（例えばドレイン電極）と第４の電極６間の半導体層７、及び第３の電極５（例えばソース電極）と第４の電極６間の半導体層７が本発明の電界効果トランジスタにおける活性層となるため、第１の電極２（ゲート電極）に印加される電圧によって、第２の電極４と第３の電極５間の電流量が制御される。第４の電極は、ゲートがＯＮの時は、第２の電極側の活性層と第３の電極側の活性層を繋ぐ配線として機能し、ゲートがＯＦＦの時は、電気的に孤立した状態となる。
【００２５】
上記第１の電極２における凸部の高さは、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。
【００２６】
また、第１の電極２における凸部の幅が狭いほど、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、狭すぎると配線抵抗が増大する等、凸部上への第４の電極６の形成等に問題が生じる。したがって、凸部の幅としては、０．１μｍ〜１００μｍの範囲が好ましく、さらに、１μｍ〜５０μｍの範囲が特に好ましい。
また、半導体層７は、第２の電極４と第４の電極６間、及び第３の電極５と第４の電極６間で個別に間隔を空けて形成されることが好ましい。これにより、第４の電極６を介さずに、直接第２の電極４と第３の電極５が、その間の半導体層７を介して電気的に接続されてしまうことを防ぐことができる。
さらに、第４の電極６は、第２の電極４側の半導体層７に接続する部分と第３の電極５側の半導体層７に接続する部分との間に間隔が空くように、一部に切り欠きを持つ形状とすることが好ましい。これにより、電極を形成する際に、蒸着位置がずれて、第２の電極４と第３の電極５が繋がって形成され、半導体層７を介さずに電極間が短絡してしまい、接続してトランジスタとして機能しなくなることを防ぐことができる。
一例として、本実施形態の各電極の幅等についての寸法を図２に示す。第１の電極２の幅（Ｗｇ）を１０μｍ、第２の電極４及び第３の電極５の幅（Ｗｓ、Ｗｄ）を５０μｍ、第２の電極４と第３の電極５との間隔を２５μｍ、OLE_LINK2第４の電極６の狭小部OLE_LINK2の幅を８μｍとした。また、第４の電極６の狭小部の端は、第１の電極２の端から、１μｍ離れている。
【００２７】
上記第１の電極２における凸部の側面と基体表面とのなす角度は、後述するように、凸部の段差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。
【００２８】
＜電界効果トランジスタの構成材料＞
上記半導体層７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。
【００２９】
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。
【００３０】
上記半導体層７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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
上記半導体層７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。
【００３４】
上記基板１または基板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。
【００３５】
上記絶縁膜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。
【００３６】
上記第１の電極２、第２の電極４、第３の電極５及び第４の電極６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７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。
【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４を用いて説明する。
【００３８】
まず、基板１上に、第１の電極２を形成する。まず、導電性材料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４（ｂ）に示すような断面が矩形状になるように加工する。具体的には、基板１としてのガラス板上に、膜厚約１μｍのアルミニウム（Ａｌ）膜をスパッタリング法で形成し、続いて、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２を形成する。
【００３９】
次に、上記第１の電極２を覆う絶縁膜３を形成する。この絶縁膜３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、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２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２の表面を酸化することで、絶縁膜３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、上記絶縁膜３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。本実施形態では、図４（ｃ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、厚み２００ｎｍ程度の窒化シリコンからなる絶縁膜３を形成した。
【００４０】
次に、図４（ｄ）に示すように、上記絶縁膜３上に第２の電極４、第３の電極５及び第４の電極６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、基板に対して斜め方向からの蒸着により、上記第２の電極４、第３の電極５及び第４の電極６を同時に形成する。
【００４１】
具体的には、図５（ａ）に示すように、凸部を構成する第１の電極２の側面と基板法線とのなす角度θよりも大きな角度から材料ビーム９を照射して、成膜することで、凸部側面への材料の付着を防ぐことができ、第２の電極４と第４の電極６間、及び第３の電極５と第４の電極６間が切断できる。それに対し、図５（ｂ）に示すように、凸部を構成する第１の電極２の側面と基板法線とのなす角度θよりも小さな角度から材料ビーム９を照射して、成膜すると、凸部側面への材料が付着してしまい、第２の電極４と第４の電極６間、及び第３の電極５と第４の電極６間が接続されてしまい、半導体層７が電気的に短絡して、トランジスタとして機能しなくなる。
【００４２】
なお、斜め蒸着の際、蒸着方向に対する基板の角度を大きくすると、蒸着物の回りこみによる第１の電極２の側面上への成膜を防ぐ効果は大きくなるが、反面、第２の電極４及び第３の電極５の第１の電極２側のエッジが、第１の電極２の側面から離れすぎて、ゲート電極である第１の電極２による制御性が低下したり、チャネル長が長くなる等、ＴＦＴの特性を低下させる可能性がある。したがって、材料ビーム９の角度は大きくすればするほど良いというものではなく、適度に角度を加減する必要がある。材料ビーム９の角度としては、θ〜θ＋１０度程度が好ましい。また、電極の分離をより確実なものとするため、斜め蒸着とパターニングの後に電極全体に対する短時間のエッチングを併用しても良い。
【００４３】
また、上記第２の電極４、第３の電極５及び第４の電極６を図１（ａ）あるいは（ｃ）に示すように平面内の所定の形状にする方法としては、レジストマスクやメタル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。
【００４４】
本実施形態では、メタルマスクを用いて斜め方向（材料ビーム９と基板法線となす角度：１０度）からの蒸着法により、厚み１５０ｎｍ程度の金（Ａｕ）からなる第２の電極４、第３の電極５及び第４の電極６を同時に形成した。
【００４５】
次に、図４（ｅ）に示すように、上記第２の電極４、第３の電極５及び第４の電極６の上に、半導体層７を形成する。この半導体層７は、上記第２の電極４、第３の電極５及び第４の電極６に接する一方、上記第１の電極２とは上記絶縁膜３によって隔てられる。この半導体層７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。
【００４６】
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７を成膜する場合、上記第１の電極２の段差で膜が途切れる場合がある。したがって、半導体部分の断線を起こりにくくすることを考えると、斜め方向から蒸着することが望ましい。本実施形態では、具体的には、上記基板１の法線方向に対して４５度の角度から、ペンタセン（Ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）を蒸着して、膜厚約５０ｎｍの半導体層７を形成した。
【００４７】
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。
【００４８】
さらに、信頼性を向上させるため、図４（ｆ）に示すように、保護膜８で半導体層７を覆っても良い。そうすることで、有機材料等で半導体層７を形成する場合、外気による劣化を抑制することができる。保護膜８の材料には、例えば酸化シリコンや窒化シリコン等の無機系の材料を用いても良いし、有機系の材料としてポリイミドやポリパラキシリレン等の材料を用いても良い。
【００４９】
＜電界効果トランジスタの負荷容量＞
本実施形態の電界効果トランジスタにおける寄生容量の低減による信号線の負荷容量の低減効果について、図７に示す従来例と比較して、以下に説明する。
【００５０】
従来例との主な違いは第１の電極２あるいは２０２と重なっている電極が、第３の電極２０５か第４の電極６かの違いである。１個のトランジスタにおいて、第３の電極２０５と第１の電極２０２の重なりによって形成される静電容量をＣs、１個のトランジスタにおいて、第４の電極６と第１の電極２の重なりによって形成される静電容量をＣaとする。
【００５１】
本発明の場合、トランジスタがＯＦＦ状態の時は第４の電極６は信号線とは電気的に非接続の状態であるため、静電容量Ｃaは信号線に対して負荷容量を与えない。信号線に対して負荷容量を与えるのはトランジスタがＯＮしている場合である。
【００５２】
アクティブマトリクス型の薄膜トランジスタディスプレイパネルを考えた場合、一本の信号線に接続されているトランジスタ数をｎ個にすると、１個のトランジスタはＯＮしていて他のｎ−１個のトランジスタはＯＦＦしている。
【００５３】
そこで、本発明においては信号線１本あたりの負荷容量は次の式のようになる。
Ｃsig1＝Ｃa＋Ｃb
＝ε0・ε・Ｓa／ｄ＋Ｃb                   ‥‥（式１）
（Ｃa：トランジスタの第１の電極２上部と第４の電極６の重なりによって形成されるトランジスタ１個あたりの容量、Ｃb：トランジスタ以外の部分における他の配線との交差によって形成される信号線１本あたりの容量、Ｓa：第４の電極６が第１の電極２と重なっている面積（トランジスタ１個あたり）、ε0：真空の誘電率（Ｆ／ｍ）、ε：絶縁膜の比誘電率、ｄ：絶縁膜の厚さ（ｍ））
【００５４】
図７に示す従来例の場合、トランジスタのＯＮ−ＯＦＦ状態にかかわらず静電容量Ｃsは信号線に対して負荷容量を与える。
そこで、従来例においては信号線１本あたりの負荷容量は次の式のようになる。
Ｃsig2＝ｎ・Ｃs＋Ｃb
＝ｎ・ε0・ε・Ｓs／ｄ＋Ｃb
＝ｎ・ε0・ε・Ｗs・Ｗg／ｄ＋Ｃb          ‥‥（式２）
（Ｓs：第３の電極２０５が第１の電極２０２と重なっている面積、Ｗs：第３の電極２０５の幅（ｍ）、Ｗg：第１の電極２０２の幅（ｍ））
【００５５】
本発明と参考例の負荷容量の差ΔＣsigを表す式は次のようになる。
ΔＣsig＝Ｃsig2−Ｃsig1
＝ε0・ε・（ｎ・Ｗs・Ｗg−Ｓa）／ｄ     ‥‥（式３）
信号線は最も頻繁に電位が切り替わるため信号線の負荷容量の軽減は高速動作化において非常に有効である。
【００５６】
本発明の電界効果トランジスタとして、図１及び図２に示すトランジスタを、例えばＱＣＩＦ（（１７６×１４４）画素）のアクティブマトリクス型の薄膜トランジスタディスプレイパネルに用いた場合、１本の信号線につながっているトランジスタは１４４個であるため、（式３）より、信号線の負荷は図３及び図７に示す従来例の電界効果トランジスタを用いた場合に対して約２２ｐＦ改善される。
（ここで、ε0＝８．８５４Ｅ-12（Ｆ／ｍ）、ε＝７、ｎ＝１４４、Ｗs＝５Ｅ-5（ｍ）、Ｗg＝１Ｅ-5（ｍ）、ｄ＝２Ｅ-7（ｍ）、Ｓa＝１．１Ｅ-9（ｍ2）として計算した。）
【００５７】
本実施形態の電界効果トランジスタは、チャンネル長が、基板１上に形成された第１の電極２の凸部の高さで規定される。上記凸部の高さは、この第１の電極２を形成する膜の厚みによって定まる。そのため、上記凸部の高さは、水平方向の寸法と比較して極めて小さく、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。
【００５８】
上記半導体層７、各電極および絶縁膜３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。
【００５９】
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。
【００６０】
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２、ゲート絶縁膜に相当する絶縁膜３、ドレイン電極又はソース電極に相当する第２の電極４、ソース電極又はドレイン電極に相当する第３の電極５を所定の形状に作製した後に、半導体層７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７を形成するため、上記半導体層７を有機材料で構成する場合、各電極や絶縁膜３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７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。
【００６１】
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４、第３の電極５及び第４の電極６は、１回の工程で形成できるので、第２の電極および第３の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。
【００６２】
以上のように、より簡略化された製造工程により、信頼性が高く、かつ、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】
【００６３】
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】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態の電界効果トランジスタを示す概略の斜視図、断面図及び上面図である。
【図２】本発明の実施形態の電界効果トランジスタの電極寸法を示す図である。
【図３】従来の電界効果トランジスタの電極寸法を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の電界効果トランジスタの製造工程を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の電界効果トランジスタの電極製造工程における斜め蒸着を示す図である。
【図６】従来の電界効果トランジスタを示す概略断面図である。
【図７】従来の電界効果トランジスタを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１‥基板
２，１０２，２０２‥第１の電極、ゲート電極
３，１０３，２０３‥絶縁膜
４，１０４，２０４‥第２の電極、第２のソース／ドレイン電極
５，１０５，２０５‥第３の電極、第３のソース／ドレイン電極
６，１０６‥第４の電極、第１のソース／ドレイン電極
７，１０７，２０７‥半導体層
８‥保護膜
９‥材料ビーム
【図１】
2008060312.tif 000003
【図２】
2008060312.tif 000004
【図３】
2008060312.tif 000005
【図４】
2008060312.tif 000006
【図５】
2008060312.tif 000007
【図６】
2008060312.tif 000008
【図７】
2008060312.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月10日(2006.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記第１の電極の電位によって、前記第２の電極と前記第３の電極との電気的な導通状態または電気的な非導通状態の切り替えが可能であ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。