(57)【要約】【課題】本発明は、集積性と高速動作性に優れた縦型電界効果トランジスタ、および該トランジスタを半導体層へのダメージが少なく、かつ、その工程が容易な製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明では、第１電極と、上記第１電極の上部に配置され、絶縁層で埋設された第２電極と、上記絶縁層に埋設された第２電極の上部に配置された第３電極と、および上記第１電極と前記第３電極の両方に接する半導体層とからなり、第１電極がドレインまたはソース電極であり、第２電極がゲート電極であり、第３電極がソースまたはドレイン電極であることを特徴とする電界効果トランジスタ、およびその製造方法により上記の課題を解決する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、上記第１電極の上部に配置され、絶縁層で埋設された第２電極と、上記絶縁層に埋設された第２電極の上部に配置された第３電極と、および上記第１電極と前記第３電極の両方に接する半導体層とからなり、第１電極がドレインまたはソース電極であり、第２電極がゲート電極であり、第３電極がソースまたはドレイン電極であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
第２電極が、第１および第３電極の構成材料よりも小さな酸化電位の材料からなる請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
絶縁層が、酸化膜、陽極酸化膜および有機自己組織化膜の少なくとも１つを含む請求項１または２のいずれかに記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
第１電極および第３電極が白金であり、第２電極がアルミニウムまたはタンタルである請求項１〜３のいずれか１つに記載の電界効果トランジスタ。
【請求項５】
半導体層、絶縁層および電極から選択される少なくとも１つが、有機材料で形成される請求項１〜４のいずれか１つに記載の電界効果トランジスタ。
【請求項６】
半導体層が、ペンタセン、フッ素化フタロシアニン、ペリレンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、チオフェンオリゴマーおよびその誘導体、チェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、フルオレン−ビチオフェンコポリマーである請求項１〜５のいずれか１つに記載の電界効果トランジスタ。
【請求項７】
基材上に第１電極層を形成する工程と、
上記第１電極層上に第１絶縁層を形成する工程と、
上記第１絶縁層上の一部に第２電極層を形成する工程と、
上記第１絶縁層および上記第２電極層上に第２絶縁層を形成する工程と、
上記第２絶縁層の上部に第３電極層を形成する工程と、
所定の形状の第３電極、第２電極、および第１電極を形成するために、第３電極層、第２絶縁層、第２電極層、第１絶縁層、および第１電極層を加工する工程と、
形成された第２電極の側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
所定の形状の第１電極と所定の形状の第３電極との両方に接する半導体層を形成する工程と
からなり、第１電極がドレインまたはソース電極であり、第２電極がゲート電極であり、第３電極がソースまたはドレイン電極である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８】
レジスト光を透過する基材上に第１電極層を形成する工程と、
上記第１電極層上に第１絶縁層を形成する工程と、
上記第１絶縁層上の一部に第２電極層を形成する工程と、
上記第１絶縁層および上記第２電極層上に第２絶縁層を形成する工程と、
所定の形状の第１電極、および第２電極を形成するために、第２絶縁層、第２電極層、第１絶縁層、および第１電極層を加工する工程と、
形成された第２電極の側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
形成された第２絶縁層上が開口したレジストパターンを形成する工程と、
上記レジストパターンを用いて第２絶縁層上の開口部に第３電極を形成する工程と、
形成された第１電極と形成された第３電極との両方に接する半導体層を形成する工程と
からなり、第１電極がドレインまたはソース電極であり、第２電極がゲート電極であり、第３電極がソースまたはドレイン電極である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９】
レジスト光を透過する基材上に第１電極層を形成する工程と、上記第１電極層上に第１絶縁層を形成する工程と、
上記第１絶縁層上に第２電極層を形成する工程と、
所定の形状の第１電極、および第２電極を形成するために、第１電極層、第１絶縁層および第２電極層を加工する工程と、
形成された第２電極の表面および側面に第２絶縁層およびゲート絶縁膜を形成する工程と、
形成された第２絶縁層上が開口したレジストパターンを形成する工程と、
上記レジストパターンを用いて第２絶縁層上の開口部に第３電極を形成する工程と、
形成された第１電極と形成された第３電極との両方に接する半導体層を形成する工程と
からなり、第１電極がドレインまたはソース電極であり、第２電極がゲート電極であり、第３電極がソースまたはドレイン電極である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１０】
所定の形状に加工する工程が、請求項７では第３電極を、請求項８および請求項９では第２絶縁層をマスクとして、反応性イオンエッチングにより順じ加工する請求項７〜９のいずれか１つに記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
請求項７および請求項８のゲート絶縁膜を形成する工程、ならびに請求項９のゲート絶縁膜および第２絶縁層を形成する工程が、第２電極を酸化することを含む請求項７〜１０のいずれか１つ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイの駆動回路、論理回路、メモリ回路、二次元イメージセンサなどに適用可能な電界効果トランジスタに関し、より詳細には、集積性と高速動作性に優れた特徴を有する縦型電界効果トランジスタ、およびそれを従来よりも半導体層へのダメージが少なく、容易な工程で製造することができる製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プレーナー型トランジスタは、一般に、ディスプレイの駆動回路、論理回路、メモリ回路、二次元イメージセンサなどに利用されている。しかし該トランジスタは、チャンネル領域によって分離されたソースとドレインが、平面的に配置された構造であるため、集積には不利である。また、チャンネル長を微細化するためには、極めて高精度な微細加工技術を必要とし、そのため、高速化にも不利である。これら欠点を回避する技術として、縦型電界効果トランジスタが提案されている。縦型電界効果トランジスタは、ソース、チャンネル領域およびドレインを縦に配し、そのため、トランジスタの占める面積が小さく、集積化に有利である。さらに、チャンネル領域の長さは半導体層の厚さで決まるため、チャンネル領域の長さを比較的容易に微小で精度よく制御できるため、高速動作にも有利である。
【０００３】
それら縦型電界効果トランジスタの技術の一例として、特公平４−４７９８７号公報（特許文献１）では、基材上にソース領域、チャンネル領域およびゲート領域をメサ状に形成し、チャンネル領域の側面に絶縁層を介してゲート電極を設けた構造を提案している。特開５８−３２８７号公報（特許文献２）では、基材上にソース領域、チャンネル領域およびゲート領域を形成し、ソース領域、チャンネル領域およびゲート領域を貫く形で凹部のチャンネル領域を形成し、その側面に絶縁層を介してゲート電極を設けた構造を提案している。また、特開平２−８４７７５号公報（特許文献３）では、１）絶縁性基材上にドレインを形成する工程、２）ドレイン上に絶縁層を形成する工程、３）絶縁層の上にゲート電極を所定の形状で形成する工程、４）ゲート電極を陽極酸化して絶縁層で被う工程、５）前記のゲート電極をマスクとして、ドレイン直上の絶縁層をエッチング除去する工程、６）全面に半導体層を形成する工程、７）半導体層の上にソース電極を形成する工程からなる縦型電界効果トランジスタと該製造方法が報告されている。
【０００４】
また、近年、製造装置・工程の簡便化、製造コストの低減化、フレキシブルなデバイスや商品への適用などの点から、特開昭６４−２５５６３号公報（特許文献４）では、有機材料を用いたトランジスタの技術も報告されている。しかし、現在までに報告されている有機材料は、一般に移動度が小さいため、Ｓｉや化合物半導体からなる電界効果トランジスタと比較して、高速動作が困難である。そのため、より高速動作をさせるため、Ｓｉや化合物半導体からなる縦型電界効果トランジスタが提案されている。有機材料を半導体層として用いた電界効果トランジスタにおいても、チャンネル長を半導体層の膜厚で制御できるトップアンドボトムコンタクト型と呼ばれる構造の電界効果トランジスタが提案されている（非特許文献１、非特許文献２）。上記トップアンドボトムコンタクト型は、ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、その上にソース電極とソース電極とを覆う半導体層を形成し、ソース電極の端部近傍と半導体層とを介して相対する位置にドレイン電極を配置し、ソース電極とドレイン電極間の半導体層の膜厚方向の電流をゲート電極の電位で制御するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特公平４−４７９８７号公報
【特許文献２】
特開５８−３２８７号公報
【特許文献３】
特開平２−８４７７５号公報
【特許文献４】
特開昭６４−２５５６３号公報
【非特許文献１】
“印刷プロセスで製造できる有機薄膜トランジスタを開発”、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００２年１月２１日、産業技術総合研究所、〔２００２年１０月１５日検索〕、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ａｉｓｔ＿ｊ／ｐｒｅｓｓ＿ｒｅｌｅａｓｅ／ｐｒ２００２／ｐｒ２００２０１２１／ｐｒ２００２０１２１．ｈｔｍｌ＞
【非特許文献２】
吉田学、外４名、「電界効果トランジスタ特性向上のための新たな有機トランジスタ素子構造の設計」、第４９回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集、Ｎｏ．３、応用物理学会、平成１４年３月２７日、ｐ．１２３６
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の縦型電界効果トランジスタでは、前記のような半導体層をメサ状に加工したり、半導体層に凹部を形成した後に、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成している。そのため、半導体層の加工の際や、半導体層の上に真空蒸着やスパッタ法などで絶縁層を形成する際に、半導体またはその界面にダメージを与えることがあった。さらに、ドレイン電極およびゲート電極を埋設した半導体層を形成する工程と、半導体層の上にソース電極を形成する工程とを有する縦型電界効果トランジスタの製造方法でも、半導体層の上にソース電極を形成する工程で、半導体層にダメージを与えることがあった。
【０００７】
有機半導体は、一般に、無機材料と比較して電極形成や加工の際の熱、光、化学物質などに対する耐性が低いため、有機材料を用いたトランジスタでは、ダメージを受けやすい。有機半導体を用いたトップアンドボトムコンタクト型の電界効果トランジスタでも、半導体層の上に電極を形成するため、半導体層にダメージを与えやすく、それが素子の性能や信頼性を損なう原因の一つとなっている。さらに、通常のトランジスタの製造工程では、フォトリソグラフィー技術を用いて加工する手法が適用されている。しかし、有機材料は、一般に、加工が困難であり、また加工によってダメージを与えることが多い。
そこで、本発明は、従来よりも集積性と高速動作性に優れた電界効果トランジスタ、および半導体層へのダメージが少なく、かつ、その工程が容易な該電界効果トランジスタの製造方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かくして、本発明によれば、
第１電極と、上記第１電極の上部に配置され、絶縁層で埋設された第２電極と、上記絶縁層に埋設された第２電極の上部に配置された第３電極と、および上記第１電極と前記第３電極の両方に接する半導体層とからなり、第１電極がドレインまたはソース電極であり、第２電極がゲート電極であり、第３電極がソースまたはドレイン電極であることを特徴とする電界効果トランジスタが提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、
基材上に第１電極層を形成する工程と、
上記第１電極層上に第１絶縁層を形成する工程と、
上記第１絶縁層上の一部に第２電極層を形成する工程と、
上記第１絶縁層および上記第２電極層上に第２絶縁層を形成する工程と、
上記第２絶縁層の上部に第３電極層を形成する工程と、
所定の形状の第３電極、第２電極、および第１電極を形成するために、第３電極層、第２絶縁層、第２電極層、第１絶縁層、および第１電極層を加工する工程と、
形成された第２電極の側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
所定の形状の第１電極と所定の形状の第３電極との両方に接する半導体層を形成する工程と
からなり、第１電極がドレインまたはソース電極であり、第２電極がゲート電極であり、第３電極がソースまたはドレイン電極であることを特徴とする電界効果トランジスタの第１の製造方法が提供される。
【００１０】
さらに、本発明によれば、
レジスト光を透過する基材上に第１電極層を形成する工程と、
上記第１電極層上に第１絶縁層を形成する工程と、
上記第１絶縁層上の一部に第２電極層を形成する工程と、
上記第１絶縁層および上記第２電極層上に第２絶縁層を形成する工程と、
所定の形状の第１電極、および第２電極を形成するために、第２絶縁層、第２電極層、第１絶縁層、および第１電極層を加工する工程と、
形成された第２電極の側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
形成された第２絶縁層上が開口したレジストパターンを形成する工程と、
上記レジストパターを用いて第２絶縁層上の開口部に第３電極を形成する工程と、
形成された第１電極と形成された第３電極との両方に接する半導体層を形成する工程と
からなり、第１電極がドレインまたはソース電極であり、第２電極がゲート電極であり、第３電極がソースまたはドレイン電極であることを特徴とする電界効果トランジスタの第２の製造方法が提供される。
【００１１】
さらに、
レジスト光を透過する基材上に第１電極層を形成する工程と、
上記第１電極層上に第１絶縁層を形成する工程と、
上記第１絶縁層上に第２電極層を形成する工程と、
所定の形状の第１電極、および第２電極を形成するために、第１電極層、第１絶縁層および第２電極層を加工する工程と、
形成された第２電極の表面および側面に第２絶縁層およびゲート絶縁膜を形成する工程と、
形成された第２絶縁層上が開口したレジストパターンを形成する工程と、
上記レジストパターンを用いて第２絶縁層上の開口部に第３電極を形成する工程と、
形成された第１電極と形成された第３電極との両方に接する半導体層を形成する工程と
からなり、第１電極がドレインまたはソース電極であり、第２電極がゲート電極であり、第３電極がソースまたはドレイン電極であることを特徴とする電界効果トランジスタの第３の製造方法が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、本質的に、従来よりも集積性および高速動作性に優れ、フレキシブルな電界効果トランジスタ、ことに縦型電界効果トランジスタ、および半導体層へのダメージが少なく、かつ、工程が容易な電界効果トランジスタ、ことに縦型電界効果トランジスタの製造方法に関するものである。
本発明の電界効果トランジスタとは、本質的にゲート電極に加えられるゲート電圧の値の変化を、ドレイン電流の変化として取り出して用いることができるトランジスタを意味する。
以下、本発明の電界効果トランジスタの実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の電界効果トランジスタの一例を示す断面図である。
図１の構成の電界効果トランジスタは、主として、
基材上に、
第１電極と、
上記第１電極の上部に配置され、絶縁層で埋設された第２電極と、
上記絶縁層に埋設された第２電極の上部に配置された第３電極と、
上記第１電極と前記第３電極の両方に接する半導体層と
からなる。
【００１４】
Ａ．基材
本発明の電界効果トランジスタでは、基材は、その上に形成する材料が安定に保持するためのものであり、本質的に、必ずしも必要ではない。さらに、材質、幅および厚みは、特には限定しない。材質としては、ステンレスなど金属類や合金、ガラス、樹脂、紙、布などが挙げられる。さらに、処理工程によって寸法変化が少なく、基材コストが低く、完成したデバイスにフレキシビリティを与えるために、折り曲げ可能な素材が好ましい。例えば、ＰＥＳ基材、ポリイミド基材、ＰＥＴ基材等が挙げられる。
【００１５】
しかし、本発明の電界効果トランジスタの第２および第３の製造方法では、ガラス等のレジスト光を透過する材料を用いた基材が必要である。レジスト光を透過する材料とは、レジスト露光の際に、露光により、露光部がレジスト現像液に不溶、非露光部がレジスト現像液に可溶となる（以降、ネガ型レジストと称する）レジストを塗布した面とは反対側からレジスト光を照射し、塗布面基材に直接接しているレジストパターンが不溶となるものを意味する。そのため、基材は、ガラス等の透明性を有するもののみに限定されるのではなく、基材の厚み等を調節することで、上記目的を達せられるものであれば、必ずしも完全な透明性を有する必要はない。
さらに、基材表面を、所定の絶縁性を付与すものでコーティングしてもよい。絶縁性を付与する材料としては、後記のＣ．絶縁層で挙げる材料等が適用できる。
【００１６】
Ｂ．第１、第２および第３電極
前記第１、第２および第３電極の材料は、無機、有機等の材質、および透明性の有無等は問題としない。例えば、金、白金、アルミニウム、銅、タンタル、チタンなどの金属類、合金類、高ドープシリコンなどの低抵抗半導体や金属シリサイドなどの合金などの無機材料、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチアジル、ポリアニリン、ポリエチレンヂオキシチオフェン／ポリスチレンサルフォネート（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）などの導電性高分子材料を含む有機材料が挙げられる。さらに、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、酸化錫等の金属酸化物などの透明性を有する材料も適用できる。
【００１７】
また、第１および第３電極材料は、半導体層とオーミック接触できるものが好ましい。また、例えショットキー接合になってもその障壁が低いものであれば十分に使用可能である。さらに、第１および第３電極の材料は、半導体層にキャリア注入しやすくするために、電極の仕事関数と半導体材料のフェルミ準位が近いものがより好ましい。
対して、第２電極は、ゲート絶縁膜を介して、ｐ型、ｎ型半導体を第２電極として使うことも可能である。例えば、ｐチャネル電界効果トランジスタではｐ型半導体、ｎチャネル電界効果トランジスタではｎ型半導体を第２電極として適用できる。
【００１８】
上記の中でも、ゲート絶縁膜を形成する上で、第２電極を、第１および第３電極の材料よりも小さな酸化電位を有する材料から選択するのが好ましい。また、それらを有機材料から選択するのも好ましい。
第２電極の材料を、第１および第３電極の材料よりも酸化されやすい材料で選択すれば、第１、第２および第３電極を形成した後に、第２電極のみをより選択的に酸化させ、露出した第２電極表面にゲート絶縁膜を形成させることができる。
【００１９】
有機材料は一般に可撓性が高いため、電極を有機材料で形成するのが好ましい。つまり、電極を有機材料で形成することにより、フレキシブルな電界効果トランジスタを製造することも可能となる。
上記の観点から、第２電極としてアルミニウムやタンタルを材料とし、第１および第３電極として白金を用いた組み合わせが特に好ましい。
なお、本発明の電界効果トランジスタでは、第１電極をソース電極とした場合には第３電極をドレイン電極とし、逆に第１電極をドレイン電極とした場合には、第３電極をソース電極としてもよい。
【００２０】
第１電極および第３電極の厚みは、特には限定されない。しかし、薄ければ電極の抵抗値が高くなるため、１０ｎｍ〜１μｍ程度、好ましくは、１００〜５００ｎｍ程度が好ましく、さらに好ましくは１００〜３００ｎｍである。
また、本発明における電界効果トランジスタのチャンネル長は、絶縁層で埋設された第１電極の厚みと該絶縁層の厚みの和で規定される。
そのため、第２電極の厚みは、通常０．００５μｍ〜１０μｍの範囲であるが、０．０１μｍ〜１μｍ程度が好ましく、さらに好ましくは、０．０１μｍ以上、０．１μｍ以下である。
また、第２電極の幅は、狭いほど集積度は高くなるものの、狭すぎると電極の電気抵抗が増加し、さらに形成にも限界がある。そのため、幅は、０．０１μｍ〜１０μｍ程度、好ましくは、０．０１μｍ〜１μｍ程度、さらに好ましくは０．０５μｍ以上、０．５μｍ以下である。
【００２１】
電極の形状については、特には問わない。例えば、断面で言えば円筒形、テーパのついた形状等も挙げられる。更に、第２電極は、少なくとも１本ありさえすれば本数は問わない。つまり、チャネルとなる部位が存在すればよいため、第２電極の本数は、２本以上の複数本であっても、第２電極の平面形状がストライプ状、メッシュ状、格子状等のマトリクス状になっていても構わない。
【００２２】
Ｃ．絶縁層
本発明の絶縁層とは、第２電極を埋没させる絶縁物質からなる層を意味する。構造的には、絶縁層は単一の材料で形成されても、部分的に異なる材料で形成されてもよい。
例えば、図２（ｂ）の構造の電界効果トランジスタでは、第２電極２４ｂを埋設する絶縁層は、
（１）第２電極２４ｂの側面に形成されたゲート絶縁膜、
（２）第１電極２２ｂと第２電極２４ｂとの間に挟まれた第１絶縁層２３１ｂ、および
（３）第２電極２４ｂと第３電極２５ｂとの間に挟まれた第２絶縁層２３３ｂの３つの部分からなる。さらに、図２（ｂ）の構造の電界効果トランジスタでは、第２絶縁層は、第２電極の側面に配された第３絶縁層２３３ａならびに第２電極および第３絶縁層と第３電極とに挟まれた第４絶縁層２３２ａからなる。各部分は、同じ材料であっても異なる材料であってもよい。
【００２３】
第１絶縁層、第２絶縁層およびゲート絶縁膜の材料は、無機材料、有機材料の区別は問わない。無機系材料としては、酸化アルミニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物、およびシリコン酸化物、シリコン窒化物など、ならびに、これらを１つ以上組み合わせたものが挙げられる。
有機材料としては、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、シリコン樹脂、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、これらの共重合体など、およびそれらを１つ以上組み合わせたものが挙げられる。
特に、ゲート絶縁膜は、ゲート長が短くなるほど薄くなるので、高誘電率材料からなるのが好ましい。そのため、酸化ハフニウムや酸化ジルコニウム、ポリフッ化ビニリデン系の樹脂などの高誘電率材料も挙げられる。
【００２４】
上記の中で、第１および第２絶縁層は、シリコン窒化物、シリコン酸化物、酸化タンタルおよび酸化アルミニウムが好ましい。それ以外に、電極で用いた場合と同様な理由で、有機材料も好ましい。
【００２５】
また、ゲート絶縁膜は、厚みが薄い方が好ましいため、第２電極自体を酸素ガスや水蒸気雰囲気下で酸化させて形成させる酸化膜や、陽極酸化膜または有機自己組織化膜で形成するのが特に好ましい。
【００２６】
有機自己組織化膜とは、基本的に、直線状の骨格構造を持つ有機分子の一方の末端の官能基を、特定の物質の表面の原子あるいは原子集団と物理的または化学的に吸着または結合させ、分子間の相互作用によって形成させるものである。
【００２７】
有機自己組織化膜を形成させる材料は、酸化でき、表面に酸化膜を形成できる材料であれば特には限定されない。例えば、シリコン、ＧａＡｓ等の化合物半導体や、アルミニウムなどの各種金属などが挙げられる。また、有機自己組織化膜を形成する材料としては、酸化物表面の水酸基と相互作用を有する官能基を持つ分子であれば特には限定されない。例えば、各種クロロシラン分子、各種メトキシシラン分子、各種エトキシシラン分子、各種シラノール分子、各種メチルシラン分子などが挙げられる。
上記の他、第２の電極が金、銀および銅などの金属や化合物半導体の場合、チオール類が自己組織化膜として利用できる。
【００２８】
また、一般に、プラズマＣＶＤ等で絶縁層を形成すると、形成時に発生する熱により、絶縁層にピンホール等の欠陥部が発生することがある。そのため、絶縁層にさらに陽極酸化膜や有機自己組織化膜等を形成させることで絶縁性を高めることもできる。
【００２９】
チャンネル長は、絶縁層に埋設された第２電極の膜厚と上下の絶縁層の厚みの和で規定できる。本発明では、それぞれの厚みは、第２電極の膜厚と上下の絶縁層それぞれの形成条件（成長速度や成長時間など）で精密に制御でき、プレーナー型のようにリソグラフィーの精度に因らないので、制御も簡便である。
【００３０】
中でも、絶縁層は、第１電極と第２電極との間の領域、および第２電極と第３電極との間の領域を、電極間の寄生容量を小さくするため、誘電率を低くすることが好ましい。そのため、低誘電率材料を構成材料として用いることが望ましい。第１電極と第２電極との間の領域、および第２電極と第３電極の間の領域の厚さは、好ましくは１ｎｍ〜１００ｎｍ、さらに好ましく１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下である。
また、ゲート絶縁膜は、高誘電率材料を構成材料として用いるか、厚みを薄くすることが望ましい。従って、好ましくは１０ｎｍ以下、さらに好ましくは２ｎｍ以下である。
【００３１】
Ｄ．半導体層
半導体層としては、ｐ型、ｎ型、真性半導体、あるいはそれらの組み合わせのいずれも適用できる。半導体層にｐ型半導体を適用した場合、電極１には、金属もしくは有機導電体の電極が使用できる。なお、半導体層にｎ型半導体を適用した場合、電気伝導に寄与するキャリアとゲート電圧の正負を逆にすればよい。
半導体層を構成する材料は、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族および有機半導体などが挙げられるが、これらに特に限定されるものではない。中でも、有機半導体は、コスト面やフレキシブルな電界効果トランジスタを製造することが可能である点から好ましい。
【００３２】
上記有機半導体の材料としては、電子受容性機能を有する材料および電子供与性機能を有する材料のいずれも適用できる。以下に、その一例を述べる。
【００３３】
（ｉ）電子受容性材料
電子受容性材料としては、ピリジン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、キノリン及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及びその誘導体、ペリレン及びその誘導体（ＰＴＣＤＡ、ＰＴＣＤＩなど）、ナフタレン誘導体（ＮＴＣＤＡ、ＮＴＣＤＩなど）、バソキュプロイン及びその誘導体などの低分子が挙げられる。
【００３４】
（ｉｉ）電子供与性材料
電子供与性材料としては、チオフェン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ポリフェニレンビニレン等のフェニレンビニレン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、フルオレン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフラン及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及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級アミン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、カルバゾール及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及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ピロール及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、アセチレン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、イソチアナフェン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ヘプタジエン及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が挙げられる。
【００３５】
また、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、ポリアセン、ポリフェナントレン等のポリアセン類およびそれらの誘導体、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ピレ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及びそれらの誘導体、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、ポリフェニレン、ポリナフタレン、ポリアントラセン等の芳香族共役ポリマー、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリイソチアナフテン、ポリイソナフトチオフェン、ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリテルロフェン等のヘテロ環式共役ポリマーが挙げられる。
【００３６】
さらに、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、白金、鉛などの金属、金属酸化物、金属ハロゲン化物が挙げられる。
【００３７】
前記半導体層は、上記の材料を１つ以上組み合わせたものを適用してもよい。さらに、上記材料を適切なバインダ材料に分散混合させて適用してもよい。さらに、適切な高分子の主鎖中や側鎖に、上記の低分子を組み込んだ材料なども挙げられる。前記バインダ材料あるいは主鎖となる高分子としては、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、シリコン樹脂、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挙げられる。
【００３８】
中でも、有機材料を用いることが好ましく、特に好ましくはペンタセン、フッ素化フタロシアニン、ペリレンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、チオフェンオリゴマーおよびその誘導体、チェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、フルオレン−ビチオフェンコポリマーである。
【００３９】
次に、本発明の電界効果トランジスタの第１の製造方法について、以下に説明する。
【００４０】
基材２１ａの上に第１電極層を形成する。
第１電極層上に第１絶縁層を形成する。
第１絶縁層上に第２電極層を形成する。
第１絶縁層および第２電極層上に第２絶縁層を形成する。
また、図２ａの電界効果トランジスタのように、第２絶縁層が、第３絶縁層および第４絶縁層の２つの部分からなる場合、それらを別々に形成してもよい。
上記電極および絶縁層を形成する方法としては、蒸着法、スパッタ法、塗布法、めっき法、スピンコート法、ＣＶＤ法およびインクジェットプリント法など公知の方法が挙げられる。
【００４１】
第２絶縁層上に、第３電極層を形成する。
形成方法としては、第２絶縁層上に所定の第３電極を形成できるものであれば特には限定されない。
第１電極層、第１絶縁層、第２電極層、第２絶縁層、および第３電極層を所定の形状に加工する。
第３電極層を所定の形状に加工する方法は、例えば、公知の方法を用いて第２絶縁層上に第３電極層を形成した後に、第３電極層上にフォトリソグラフィー法等の公知の方法を用いて所定のレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとしてエッチングすることで第３電極を所定の形状に加工する方法が挙げられる。
【００４２】
それ以外に、所定の形状に孔が空けられたパターンマスクを第２絶縁層上に配置し、該マスクの上から前記の材料を、蒸着法、スパッタ法、塗布法、インクジェットプリント法など公知の方法で電極パターンを形成し、マスクを除去することで第３電極を形成する方法も適用できる。
【００４３】
また、電極層および絶縁層に有機材料を用いた場合、上記形成工程を常温のプロセスで行うことが可能となる。そのため、形成工程に要するエネルギー消費量を抑えることができる。
【００４４】
第１電極層、第１絶縁層、第２電極層、および第２絶縁層を所定の形状に加工する方法は、ドライエッチング法、ウエットエッチング法等の公知のエッチング法を適用してもよい。中でも、使用する反応ガス種によって、特定の材料を選択的にエッチングでき、エッチングの進行方向に異方性を持たせることができる反応性イオンエッチング法を用いることが好ましい。
【００４５】
反応性イオンエッチングとは、導入するガスに高周波電力を印加してプラズマ状態とし、形成された活性種（ガス分子に電子やイオンが衝突することにより形成された反応性に富んだラジカル）をエッチング材料表面の原子と反応させて揮発性の反応生成物を生成させ、これをエッチング材料の表面から脱離させることによりエッチング（物理化学的に削る）反応を促進させる技術である。原則として、削りたいものとガスが反応してできる生成物が揮発性物質になることが必要であり、通常、導入ガスには、基材材料と反応しやすく揮発性物質を作りやすいフッ素、塩素などのハロゲンを含む化合物を用いる。また、ガスの圧力を数Ｐａ（数１０ｍＴｏｒｒ）以下に設定すると、イオンの運動方向が揃い、削りたい（基材に垂直）方向に加工でき異方性を持たすことができる（異方性エッチング）。
【００４６】
本発明では、本工程に、所定の形状に加工された第３電極をマスクとし、反応性イオンエッチングを用いて、下層の第２絶縁層、第２電極層、第１絶縁層および第１電極層を順次選択的にエッチングすることで、従来、厳密な位置あわせが必要とされた露光工程を軽減できることから好ましい。
【００４７】
また、ドライエッチングで使う反応性イオンのパワーは大変強いため、処理対象の層が十分に腐食される頃には、レジストも半分以上消えてなくなり、その一部は変質してポリマと呼ばれるものになる。そのため、反応性イオンエッチング工程後に、ポリマを取り除く洗浄工程を加えてもよい。
ポリマを取り除く方法は、ウェットステーションやスピンプロセッサ等の公知の装置を用いて取り除くことができる。
【００４８】
また、所定の形状に加工する工程は、必ずしも第３電極形成後に行う必要なく、電極および絶縁層を形成する毎に行ってもよい。
【００４９】
また、第１電極と第３電極を同じ材料で形成して上記方法を用いる場合、第１電極をエッチングする際に、同時に既にパターン形成された第３電極もエッチングされてしまうことがある。そのため、第１および第３電極の膜厚を、形成後に所望の膜厚になるように、あらかじめ調節しておくことが好ましい。
【００５０】
第２電極の側面の表面近傍領域に選択的にゲート絶縁膜を形成する。
形成方法としては、公知の蒸着法、スパッタ法、塗布法、めっき法、スピンコート法、ＣＶＤ法およびインクジェットプリント法などを用いてもよい。
好ましくは、第２電極を、第１電極および第３電極の構成材料よりも小さな酸化電位の材料から選択し、酸素ガスや水蒸気雰囲気下で第２電極をより選択的に酸化させて酸化膜を形成するか、陽極酸化膜や有機自己組織化膜などで形成するのが好ましい。
【００５１】
陽極酸化膜の形成方法は、適切な溶媒中で、室温で、対向電極と酸化したい第２電極の間にのみ電界が印加されるようにすることで、容易に、かつ選択的に第２電極の表面に形成することができる。そのため、他の構成材料が比較的酸化されやすい材料からなる場合でも、電極に選択的にゲート絶縁膜を形成することができ、ＣＶＤ法や熱酸化法などの他の酸化膜形成法と比べて、装置が簡便である。
【００５２】
有機自己組織化膜の形成方法は、当該分子を含む溶液中に第２電極を含む部分を浸漬するだけであり、自発的に稠密な膜を形成（場合によっては単分子膜が形成）させることができる。その際、アルミニウムやシリコンなどのように、表面に水酸基を多く持つような表面皮膜（例えば、自然酸化膜）を形成する場合、例えばオクタデシルトリクロロシランなどのシランカップリング剤を適用してもよい。
【００５３】
また、絶縁層に存在するピンホール等の欠陥部分を修復して絶縁性を高めるため、絶縁層にそれらを組み合わせるのも好ましい。
【００５４】
第１電極と第３電極の両方に直接接する半導体層を形成する。
形成方法は、蒸着法、スパッタ法、塗布法、スピンコート法、めっき法、スピンコート法、ＣＶＤ法およびインクジェットプリント法など公知の方法が挙げられる。そのうち、蒸着法のように指向性の高い原料フラックスを用いて半導体層を形成する場合、凹凸の段差で膜が途切れる場合があるため、段差を完全に覆うように薄膜を形成する必要がある。その際、段差に対して異なる方向に配置した２つ以上の蒸着源を用いる方法や、原料フラックスの方向に対して段差の方向が変わるように基材を回転させる方法などが適用できる。
【００５５】
また、第２の製造方法として、基材にレジスト光を透過する材料を用いた場合、第１電極層、第１絶縁層、第２電極層、第２絶縁層を第１の方法と同様に形成した後、第２絶縁層を所定の形状に加工する。そして、第２絶縁層をマスクとして第１電極層、第１絶縁層、および第２電極層を所定の形状に加工し、第１電極、第１絶縁層、および第２電極を形成する。好ましくは反応性イオンエッチングを用いて加工する方法である。その後、第２電極の側面にゲート絶縁膜を形成する。形成方法は公知の方法が適用できるが、中でも好ましくは、酸化膜、陽極酸化膜および有機自己組織化膜で形成することである。その後、ネガ型レジストを基材表面側塗布し、基材と反対側から露光を行う。その結果、第１電極、第１絶縁層、第２絶縁層、第２電極およびゲート絶縁膜が積層されている部分では、光が遮断されているため、絶縁層上のレジストは、露光されずにレジスト現像液に可溶な状態となる。そのため、現像後、第２絶縁層上のみが開口したレジストパターンが形成される。そして、前記レジストパターンの上から第３電極を前記の材料により、蒸着法、スパッタ法、塗布法、インクジェットプリント法など公知の方法で形成する。その後、レジストをその上に形成された膜ごと剥離することで、第２絶縁層上にのみ第３電極が形成される。そして、最後に第１電極と第３電極の両方に直接接する半導体層を形成する。
【００５６】
また、第３の製造方法として、基材にレジスト光を透過する材料を用いた場合、第１電極層、第１絶縁層、第２電極層を第１の方法と同様に形成した後、第２電極を所定の形状に加工する。そして、第２電極をマスクとして第１絶縁層を所定の形状に加工する。好ましくは、反応性イオンエッチングを用いて加工する方法である。その後、第２絶縁層およびゲート絶縁膜を形成する。それらは、個別に形成してもよいし、同時に形成してもよい。形成方法は公知の方法が適用できるが、中でも好ましくは、酸化膜、陽極酸化膜および有機自己組織化膜で第２絶縁層およびゲート絶縁層を同時に形成することである。その後、ネガ型レジストを塗布し、基材面側から露光を行う。その結果、第２電極、第１絶縁層、第２絶縁層、第１電極およびゲート絶縁膜が積層されている部分では、光が遮断されているため、絶縁層上のレジストは、露光されずにレジスト現像液に可溶な状態となる。そのため、現像後、第２絶縁層上のみが開口したレジストパターンが形成される。そして、前記レジストパターンの上から第３電極を前記の材料により、蒸着法、スパッタ法、塗布法、インクジェットプリント法など公知の方法で形成する。その後、レジストをその上に形成された膜ごと剥離することで、第２絶縁層上にのみ第３電極が形成される。そして、最後に第１電極と第３電極の両方に直接接する半導体層を形成する。
【００５７】
【実施例】
（実施例１）
基材２１ａとしてのガラス基材を用い、該ガラス基材上に電子ビーム蒸着法で膜厚約１５０ｎｍの白金膜からなる第１電極層を形成する。次いで、前記第１電極層上に、ＣＶＤ法を用いて約３０ｎｍのシリコン窒化膜からなる第１絶縁層を形成する。次に、前記第１絶縁層上に、蒸着法を用いて、膜厚約１５０ｎｍのアルミニウム膜からなる第２電極層を形成する。次に、前記第２電極層上に、ＣＶＤ法により膜厚約３０ｎｍのシリコン酸化膜からなる第２絶縁層を形成する。前記第２の絶縁層上に、電子ビーム蒸着法により膜厚約３００ｎｍの白金膜からなる第３電極層を形成する。
【００５８】
第３電極層上に、公知のフォトリソグラフィー法を用いて所定のレジストパターンを形成する。前記レジストパターンをマスクとし、反応性イオンエッチング法を用いて、前記第３電極層を所定の形状に加工する。
レジスト剥離液によりレジストを剥離した後、所定の形状に加工された第３電極２５ａをマスクとして前記第２絶縁層２３１ａを所定の形状にエッチングにより加工する。
同様にして、所定の形状に加工された上層のパターンをマスクとして反応性イオンエッチング法により第２電極２２ａ、第１の絶縁層２３１ａ、第１電極２４ａを順次所定の形状に加工する。
【００５９】
酸素雰囲気下で、第２電極２４ａの側面を選択的に酸化し、約１０ｎｍの厚みのゲート絶縁膜２３３ａを形成する。
基材の法線方向に対して、異なる２方向に配置した２個の蒸着源から半導体材料としてペンタセン（Ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）を用いて同時蒸着し、膜厚約５００ｎｍの半導体層２６ａを形成する。この際、２つの蒸着源を繋いだ線が、凸部の長手方向に対して垂直になるように配置する。
以上の工程で図２（ａ）の構造を有する電界効果トランジスタが製造できる。
【００６０】
上記の製造工程において、第１絶縁層２３１ａとしてシリコン窒化膜、第２絶縁層２３１ａとしてシリコン酸化膜を用いると、反応性イオンエッチングにおいて反応ガスとしてＣＦ４を用いた場合、シリコン酸化膜よりもシリコン窒化膜の方がエッチング速度が速いため、第１絶縁層２３１ａのシリコン窒化膜のエッチングの際に、第２絶縁層２３１ａのシリコン酸化膜へのダメージを軽減できる。さらに、上記実施例で製造した電界効果トランジスタは、従来品と同等かもしくはそれ以上の機能を有していた。
【００６１】
（実施例２）
実施例１に記載の方法と同様にして、ガラス基材２１ｂの上に、白金からなる第１電極層、シリコン酸化膜からなる第１絶縁層、アルミニウムからなる第２電極層を順次積層して形成する。
フォトリソグラフィー法を用いて所定のレジストパターンを形成し、前記レジストパターンのマスクとして、反応性イオンエッチング法により第２電極層を所定の形状に加工する。
【００６２】
レジスト剥離液にてレジストを剥離した後、所定の形状に加工された第２電極２４ｂをマスクとして第１絶縁層を所定の形状にエッチングして加工する。
以下、同様にして、所定の形状に加工された上層のパターンをマスクとして反応性イオンエッチング法により第１電極を所定の形状に加工する。
【００６３】
酸素雰囲気下で前記第２電極２４ｂの上面および側面を選択的に酸化し、約１０ｎｍの厚みの第２絶縁層およびゲート絶縁膜を形成する。
ネガ型レジストを基材表面から塗布し、基材２１ｂの反対側から露光する。これを現像液に浸漬して現像する。その結果、絶縁層２３３ｂの上の部分のレジストのみが、現像液に溶解し、絶縁層２３３ｂが露出する。
【００６４】
レジストパターンの上から、電子ビーム蒸着法により、第２絶縁層上に第３電極２５ｂとして、膜厚約１５０ｎｍの白金膜を蒸着し、レジスト剥離液によりレジストを剥離する。その結果、レジストの存在しない絶縁層２３３ｂの上の部分にのみ白金のパターンが形成され、第３電極２５ｂのパターンを形成する。
最後に、半導体層２６として、膜厚約５００ｎｍのポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）の誘導体であるポリメトキシエチルヘキシロキシフェニレンビニレン（ＭＥＨ−ＰＰＶ）膜を、ＭＥＨ−ＰＰＶのクロロホルム溶液（約０．５重量％）を用いてスピンコート法で形成し、図２（ｂ）の構造を有する電界効果トランジスタを製造する。
上記実施例で製造した電界効果トランジスタは、従来品と同等かもしくはそれ以上の機能を有していた。
【００６５】
（実施例３）
第２電極の材料としてタンタルを用い、スパッタ法を用いて膜厚約２００ｎｍのタンタル膜を形成する。酒石酸アンモニウム溶液中で、約１６０Ｖの定電流−定電圧法を用い、陽極酸化膜法にて該タンタル膜上に、膜厚約３０ｎｍの酸化タンタル膜を形成する。それ以外は、実施例１および２と同様にして、図２（ａ）および（ｂ）の構造を有する電界効果トランジスタを製造する。
上記実施例で製造した電界効果トランジスタも、従来品と同等かもしくはそれ以上の機能を有していた。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、従来よりも非常に高速動作が可能で集積性に優れた電界効果トランジスタを提供することができる。
また、半導体層、絶縁層および電極から選択される少なくとも１つが、有機材料で形成されることで、従来よりもフレキシブルな電界効果トランジスタを実現できる。
また、第２電極が、第１および第３電極の構成材料よりも小さな酸化電位の材料から選択し、絶縁層が第１電極を酸化させて形成させた酸化膜、陽極酸化膜および有機自己組織化膜を含むことでゲート絶縁膜を薄くすることができる。
【００６７】
さらに、本発明の製造方法によれば、第２電極、絶縁層、第３電極および第１電極を所定の形状に形成した後に半導体層を形成するため、無機材料と比較して電極形成や加工の際の熱、光、化学物質などに対する耐性が一般に低く、ダメージを受けやすい有機材料を、従来よりも容易に半導体層に用いることができ、フレキシブルな電界効果トランジスタを実現できる。
【００６８】
また、第１電極、第１絶縁層、第２電極を所定の形状に加工する工程を反応性エッチングにより行うことで、厳密な位置あわせが必要な露光工程を軽減でき、容易に上記電界効果トランジスタを製造することができる。
さらに、基材にレジスト光を透過する基材を用い、第１電極、第１絶縁層、第２電極、およびゲート絶縁膜を埋設するレジスト膜を形成した後に、基材側から露光し、現像してレジストパターンを形成する工程を用いることで、従来、ステッパなど高価な装置を用いて、高精度な位置合わせが必要な工程が必要であったレジストパターンの形成、ひいては、従来、絶縁層に位置を合わせて第３電極を形成する工程を容易に、かつ、厳密に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく電界効果トランジスタの構造の例を示す断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は本発明に基づく電界効果トランジスタの構造のより具体的な構造の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１，２１ａ，２１ｂ  基材、
１２，２２ａ，２２ｂ  第１電極、
１３  絶縁層、
２３１ａ、２３１ｂ  第１絶縁層、
２３３ａ  第３絶縁層、
２３２ａ  第４絶縁層
２３３ｂ  第２絶縁層、
１４，２４ａ，２４ｂ  第２電極、
１５，２５ａ，２５ｂ  第３電極、
１６，２６ａ，２６ｂ  半導体層
【図１】
2004327615.tif 000003
【図２】
2004327615.tif 000004