(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１）と、
前記基板の上に形成されたゲート電極（２）と、
前記基板の上において前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜（３）と、
前記ゲート電極上に前記ゲート絶縁膜を介して、互いに離間して配置されたソース電極（４）およびドレイン電極（５）と、
前記ゲート絶縁膜の表面上において、少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を繋ぐように形成された有機半導体層（６）と、を備え、
前記ゲート絶縁膜は、有機金属膜（３ａ）と金属酸化膜（３ｂ）とが積層されることで構成され、前記有機半導体層側となる最表面が前記金属酸化膜で構成されており、
前記有機金属膜は、分子堆積法によって形成されたアルコーン膜であることを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項２】
前記最表面の金属酸化膜の膜厚が１ｎｍ以上かつ３ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項３】
前記有機金属膜の膜厚が１ｎｍ以上かつ２．８ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
前記有機金属膜と前記金属酸化膜とが交互に複数回繰り返し積層されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の有機トランジスタ。
【請求項５】
前記有機金属膜と前記金属酸化膜とを積層している繰り返し回数が９回以上とされていることを特徴とする請求項４に記載の有機トランジスタ。
【請求項６】
前記ゲート絶縁膜中における前記有機金属膜の体積比が１０％以上かつ２８％以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の有機トランジスタ。
【請求項７】
前記金属酸化膜は、原子層堆積法によって形成されたアルミナ膜であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の有機トランジスタ。
【請求項８】
前記有機半導体層は、塗布成膜によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の有機トランジスタ。
【請求項９】
基板（１）を準備する工程と、
前記基板の上にゲート電極（２）を形成する工程と、
前記基板の上において前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜（３）を設ける工程と、
前記ゲート絶縁膜上に有機半導体層（６）を形成する工程と、
前記ゲート電極と重なり記ゲート絶縁膜上に、前記有機半導体層に接してソース電極（４）とドレイン電極（５）を形成する工程とを含む有機トランジスタの製造方法において、
前記ゲート絶縁膜が、有機金属膜（３ａ）と金属酸化膜（３ｂ）とを複数積層する工程と、前記有機半導体層側となる最表面に前記金属酸化膜を堆積する工程とを含み、
前記ゲート絶縁膜が、分子堆積法と原子堆積法によって連続的に形成されることを特徴とする有機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、有機半導体材料などで構成される半導体薄膜を用いて形成される有機トランジスタに関するもので、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）などに適用すると好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機半導体材料などで構成される有機半導体薄膜を用いた有機トランジスタがある。有機トランジスタは、絶縁基板の上に導電層で構成されるゲート電極とゲート絶縁膜および互いに離間するソース電極とドレイン電極が順に成膜され、ソース電極とドレイン電極を繋ぐようにゲート絶縁膜の上に有機半導体薄膜が形成された構造とされている。このような有機トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜をアルミナ（ＡｌＯｘ）などの金属酸化膜で構成したものや、ポリマーなどの高分子絶縁膜で構成したもの（例えば特許文献１参照）、高分子絶縁膜と高誘電率材料の積層構造（例えば特許文献２参照）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４３０５５号公報
【特許文献２】特開２００９−２４６３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
有機トランジスタにおけるゲート絶縁膜の要件としては、高絶縁性、高絶縁破壊耐圧、高誘電率、低応力、バイアスストレス耐性、低ラフネス、表面エネルギーなどが挙げられる。高絶縁性は、リーク電流の低減に必要となる。高絶縁破壊耐圧は、素子の耐圧性能を決める。高誘電率は、ゲート駆動電圧の低減に必要となる。低応力は、フレキシブル基板などで構成される絶縁基板の反りや配線などの構成要素のクラックおよび剥離を抑制するために必要となる。バイアスストレス耐性は、有機トランジスタの耐久性を図る指標となるものである。低ラフネスは、表面の平坦性を示しており、特許文献２にも記載される通り上層に形成される有機半導体薄膜の膜質を決める。表面エネルギーは、有機半導体薄膜の濡れ性を決める指標となる。
【０００５】
図３に示されるように、従来のようにゲート絶縁膜をＡｌＯｘなどの金属酸化膜で構成した場合には、金属酸化膜が低ラフネス、高表面エネルギーであることから、塗布される有機半導体薄膜については良好な膜質のものが得られる。また、高誘電率であることから、ゲート駆動電圧も低減できる。絶縁性、バイアスストレス耐性についても比較的良い結果が得られている。ただし、応力が大きいことから、絶縁基板の反りの抑制については好ましい結果が得られない。
【０００６】
また、図３に示すように、ゲート絶縁膜をポリマーなどの高分子絶縁膜で構成した場合には、高分子絶縁膜が比較的低ラフネス、高表面エネルギーであることから、塗布される有機半導体薄膜についてはほぼ良好な膜質のものが得られる。絶縁性についてもほぼ良好な結果が得られる。また、応力も小さいことから、絶縁基板の反りの抑制についても良好となる。しかしながら、低誘電率であることから、ゲート駆動電圧が低減できないし、バイアスストレス耐性についてもあまり良い結果が得られない。
【０００７】
そこで、本発明者らは、ゲート絶縁膜として、有機金属混合層を用いることについて検討した。有機金属混合層は、アルミナなどの金属酸化膜とアルコーン（Alcone）などの有機金属膜とを積層したものである。
【０００８】
このような有機金属混合層をゲート絶縁膜として用いた場合、図３に示すように、高誘電率であることから、ゲート駆動電圧を低減できる。絶縁性、バイアスストレス耐性についても比較的良い結果が得られている。応力も小さいことから、絶縁基板の反りの抑制についても良好となる。しかしながら、塗布される有機半導体薄膜については良好な結果が得られなかった。
【０００９】
すなわち、ポリマーなどの高分子絶縁膜を用いる場合と比較して、有機金属混合層のような高誘電率のものを用いることでゲート駆動電圧の低減を図ることが可能となる。また、バイアスストレスの原因は、水の分解によって生じたプロトンのゲート絶縁膜中への拡散によるものと考えられている。このため、有機金属混合層を導入することによって、バイアスストレス耐性についても改善させている。ところが、有機金属混合層の最表面となる有機金属膜については、表面エネルギーが高すぎて、塗布成膜によって有機半導体薄膜を良好な結晶膜として作成することができなかった。
【００１０】
本発明は上記点に鑑みて、有機金属混合層を用いることでゲート駆動電圧の低減およびバイアスストレス耐性の向上を図りつつ、良好に有機半導体薄膜を成膜可能な構造の有機トランジスタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１）と、基板の上に形成されたゲート電極（２）と、基板の上においてゲート電極を覆うゲート絶縁膜（３）と、ゲート絶縁膜の上におけるゲート電極の両端上において、互いに離間して配置されたソース電極（４）およびドレイン電極（５）と、ゲート絶縁膜の表面上において、少なくともソース電極とドレイン電極との間を繋ぐように形成された有機半導体層（６）と、を備え、ゲート絶縁膜は、有機金属膜（３ａ）と金属酸化膜（３ｂ）とが積層されることで構成され、有機半導体層側となる最表面が金属酸化膜で構成されていることを特徴としている。
【００１２】
このように、ゲート絶縁膜を有機金属膜と金属酸化膜とが積層された構成とし、ゲート絶縁膜のうち有機半導体層側となる最表面が金属酸化膜で構成されるようにしている。有機金属膜および金属酸化膜は、高絶縁性および高絶縁破壊耐圧を有していることから、リーク電流の低減が図れると共に素子の耐圧性能を確保できる。また、有機金属膜および金属酸化膜は、高誘電率の材料で構成されることからゲート駆動電圧の低減を図ることが可能となり、さらに低応力であることから基板１の反りを抑制することも可能となる。また、本発明者らはゲート絶縁膜を有機金属膜と金属酸化膜とが積層された構成にすることで、バイアスストレス耐性が改善することを実験的に確認しており、有機金属膜および金属酸化膜の積層が、プロトンのゲート絶縁膜中への拡散を阻害する効果があるものと考えている。そして、有機半導体層の成膜用の下地表面を構成する金属酸化膜が低ラフネスかつ表面エネルギーが高すぎないことから、塗布成膜によって形成する有機半導体層を結晶性の良い良好な膜質で成膜することも可能となる。
【００１３】
したがって、有機金属混合層を用いることでゲート駆動電圧の低減およびバイアスストレス耐性の向上を図りつつ、良好に有機半導体層を成膜可能な構造の有機トランジスタとすることが可能となる。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる有機トランジスタの断面構成を示す図である。
【図２】図１に示す有機トランジスタに備えられたゲート絶縁膜の断面構造を示した拡大断面図である。
【図３】ゲート絶縁膜の種類を変更して、各種特性を調べた結果を示す図表である。
【図４】バイアスストレスを掛けたときの時間経過と閾値電圧のシフト量（Ｖ）を調べた結果を示す図である。
【図５（ａ）】実験で用いた試料の条件１〜４および比較例の詳細を示した図表である。
【図５（ｂ）】実験で用いた試料の条件５〜７を示した図表である。
【図６（ａ）】図５（ａ）に示した各条件１〜４および比較例のゲート絶縁膜としてリーク電流値を調べた結果を示す図表である。
【図６（ｂ）】図５（ｂ）に示した各条件５〜７のゲート絶縁膜としてリーク電流値を調べた結果を示す図表である。
【図７】図１に示す有機トランジスタの製造工程を示した断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかる有機トランジスタの断面構成を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかる有機トランジスタに備えられたゲート絶縁膜の断面構造を示した拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１７】
（第１実施形態）
本実施形態にかかる有機トランジスタについて、図１〜図７を参照して説明する。この有機トランジスタは、例えばＥＬ素子の駆動回路に備えられるトランジスタなどに適用される。
【００１８】
本実施形態の有機トランジスタは、図１に示される構造によって構成されている。具体的には、無アルカリガラスなどの絶縁性のフレキシブル基板を基材とする基板１の上に、Ｃｒ（クロム）などで構成されたゲート電極２が形成されており、このゲート電極２を覆うように絶縁材料で構成されたゲート絶縁膜３が形成されている。このゲート絶縁膜３の構造が本発明の特徴となる部分である。このゲート絶縁膜３の詳細構造については、後述する。
【００１９】
ゲート絶縁膜３の上におけるゲート電極２の両端上において、互いに離間するように、ソース電極４とドレイン電極５とが配置されている。本実施形態の場合、ゲート電極２およびゲート絶縁膜３によって突起状の構造が構成されている。そして、これらによって構成された突起状部分の一方の側面からゲート電極２の一端側の上部に至るまでソース電極４が形成され、他方の側面からゲート電極２の他端側の上部に至るまでドレイン電極５が形成されている。ソース電極４やドレイン電極５は、例えばＡｕ（金）などによって構成されている。
【００２０】
さらに、ゲート絶縁膜３の上には、ソース電極４およびドレイン電極５との間を繋ぐように有機半導体層６が形成されている。有機半導体層６は、例えばチオフェン系有機半導体材料（例えばＣ８−ＢＴＢＴ）によって構成されており、チャネル層として機能する。このような構造により、本実施形態にかかる有機トランジスタが構成されている。
【００２１】
次に、上記のように構成された有機トランジスタに備えられたゲート絶縁膜３の詳細構造について説明する。
【００２２】
本実施形態では、図２に示すように、ゲート絶縁膜３を有機金属膜３ａと金属酸化膜３ｂの積層膜からなる有機金属混合層によって構成しつつ、その最表面、つまり有機半導体層６が形成される下地表面となる部分が金属酸化膜３ｂとなるようにしている。
【００２３】
有機金属膜３ａは、例えばアルコーン（Alcone）、ジンコーン（zincone）などによって構成され、金属酸化膜３ｂは、例えばアルミナ（ＡｌＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）などによって構成されている。
【００２４】
したがって、図３に示すように、有機金属膜３ａおよび金属酸化膜３ｂは、高絶縁性および高絶縁破壊耐圧を有していることから、リーク電流の低減が図れると共に素子の耐圧性能を確保できる。また、有機金属膜３ａおよび金属酸化膜３ｂは、高誘電率の材料で構成されることからゲート駆動電圧の低減を図ることが可能となり、さらに低応力であることから基板１の反りを抑制することも可能となる。また、有機金属膜３ａおよび金属酸化膜３ｂは、プロトンのゲート絶縁膜３中への拡散を阻害する効果があることから、バイアスストレス耐性も改善できる。そして、有機半導体層６の成膜用の下地表面を構成する金属酸化膜３ｂが低ラフネスかつ表面エネルギーが高すぎないことから、塗布成膜によって形成する有機半導体層６を結晶性の良い良好な膜質で成膜することも可能となる。
【００２５】
したがって、有機金属混合層３を用いることでゲート駆動電圧の低減およびバイアスストレス耐性の向上を図りつつ、良好に有機半導体層６を成膜可能な構造の有機トランジスタとすることが可能となる。
【００２６】
さらに、このようにゲート絶縁膜３を有機金属膜３ａと金属酸化膜３ｂの積層膜からなる有機金属混合層にて構成しつつ、最表面の金属酸化膜３ｂの厚みを１ｎｍ以上かつ３ｎｍ未満となるようにしている。このように、最表面の金属酸化膜３ｂの厚みを１ｎｍ以上かつ３ｎｍ未満に設定することで、バイアスストレスによる閾値電圧のシフトを抑制できる。また、有機金属膜３ａを１ｎｍ以上かつ２．８ｎｍ以下となるようにしている。これにより、リーク電流を抑制することを可能としている。また、有機金属膜３ａと金属酸化膜３ｂとを交互に配置した積層膜の繰り返し回数、つまり有機金属膜３ａと金属酸化膜３ｂの二層分を繰り返し回数の１回分と数えて、繰り返し回数を９回以上としている。このように、繰り返し回数を９回以上にすることで、さらにリーク電流を抑制することが可能となる。これらの効果について、図４〜図６を参照して説明する。
【００２７】
図４は、最表面の金属酸化膜３ｂの厚みについて、１ｎｍ〜９ｎｍで変化させて、ゲート電圧ＶＧとして−１５Ｖ、ソース・ドレイン電圧として０Ｖを印加してバイアスストレスを掛けたときの時間経過と閾値電圧のシフト量（Ｖ）を調べた結果を示してある。すなわち、任意の時間間隔で伝達特性を測定し、閾値電圧の変化を記録した。このとき、ドレイン電圧を−１Ｖとしたときに、ドレイン電流に１ｎＡが得られるときのゲート電圧を閾値電圧とした。
【００２８】
この図に示されるように、最表面の金属酸化膜３ｂの厚みを１ｎｍ、３ｎｍとしている場合には、ストレス時間が長時間となっても閾値電圧のシフト量は−０．５Ｖ程度であり、５ｎｍ、９ｎｍとしている場合と比較して、閾値電圧のシフト量が小さかった。参考として、最表面の金属酸化膜３ｂを形成せずに（厚み＝０ｎｍ）、最表面を有機金属膜３ａで構成した場合についても同様の実験を行ったところ、図４中に示したように、最表面を金属酸化膜３ｂとした場合と比較して閾値電圧のシフト量が大きかった。このことから、最表面を金属酸化膜３ｂとする方がバイアスストレス耐性の面でも有利であり、特に、１ｎｍ〜３ｎｍの厚みで最表面の金属酸化膜３ｂを形成すると好ましいと言える。
【００２９】
また、有機金属膜３ａや金属酸化膜３ｂの膜厚などの各種条件を変えてゲート絶縁膜３を形成し、各条件とリーク電流との関係について調べた。すなわち、ゲート絶縁膜３の絶縁特性を測定するために、有機トランジスタを作成した基板１と同一の基板１内に、クロム電極／ゲート絶縁膜／金電極で構成されるＭＩＮ（metal-Insulator-metal）構造の素子を作成し、その素子のゲート絶縁膜のリーク特性を評価した。このとき、電界強度が４ＭＶ／ｃｍのときの電流値をリーク電流値としている。図５（ａ）、（ｂ）は、その条件を示した図表であり、図６（ａ）、（ｂ）は、各条件とリーク電流の関係を示した図表である。
【００３０】
図５（ａ）に示すように、金属酸化膜３ｂをアルミナ（ＡｌＯｘ）、有機金属膜３ａをアルコーンで構成しつつ、繰り返し回数を９回一定とし、ゲート絶縁膜３の全膜厚を９０ｎｍとして、有機金属膜３ａと金属酸化膜３ｂの膜厚を変化させた。具体的には、条件１では、金属酸化膜３ｂを７．２ｎｍ、有機金属膜３ａを２．８ｎｍとした。この場合、有機金属膜３ａ（アルコーン）の体積比は２８％となる。条件２では、金属酸化膜３ｂを７．７ｎｍ、有機金属膜３ａを２．３ｎｍとした。この場合、有機金属膜３ａ（アルコーン）の体積比は２３％となる。条件３では、金属酸化膜３ｂを９ｎｍ、有機金属膜３ａを１ｎｍとした。この場合、有機金属膜３ａ（アルコーン）の体積比は１０％となる。条件４では、金属酸化膜３ｂを９．３ｎｍ、有機金属膜３ａを０．７ｎｍとした。この場合、有機金属膜３ａ（アルコーン）の体積比は７％となる。なお、比較として、金属酸化膜３ｂのみを９０ｎｍ成膜した場合についても調べた。
【００３１】
また、図５（ｂ）に示すように、金属酸化膜３ｂをアルミナ（ＡｌＯｘ）、有機金属膜３ａをアルコーンで構成しつつ、繰り返し回数を変化させた。このときも、ゲート絶縁膜３の全膜厚が約９０ｎｍとなるようにし、金属酸化膜３ｂと有機金属膜３ａの膜厚比が約９：１となるようにした。具体的には、条件５では、金属酸化膜３ｂを２０．３ｎｍ、有機金属膜３ａを２．３ｎｍとし、繰り返し回数を４回とした。条件６では、金属酸化膜３ｂを９ｎｍ、有機金属膜３ａを１ｎｍとし、繰り返し回数を９回とした。条件７では、金属酸化膜３ｂを５．４ｎｍ、有機金属膜３ａを０．６ｎｍとし、繰り返し回数を１５回とした。
【００３２】
これらの条件のもと、リーク電流を調べた。その結果、図６（ａ）に示すように、条件１〜４については、有機金属膜３ａを構成するアルコーンの体積比が条件４のように少ないとリーク電流が４７．６ｎＡ／ｃｍ２と比較的大きくなった。そして、アルコーンの体積比が多くなるに連れてリーク電流が小さくなり、さらに体積比が多くなるとリーク電流が大きくなった。具体的には、上記条件１〜４の場合、条件２、つまりアルコーンの体積比が２３％のときに１８．８ｎＡ／ｃｍ２と最も小さくなっており、体積比が１０％〜２８％の範囲ではリーク電流が３７．５ｎＡ／ｃｍ２以下と比較的小さくなっていた。また、比較例として金属酸化膜３ｂのみでゲート絶縁膜３を形成した場合には、リーク電流が９７．４ｎＡ／ｃｍ２と大きくなった。
これらの結果より、アルコーンの体積比を１０％〜２８％とすること、換言すれば、有機金属膜３ａの膜厚を１ｎｍ〜２．８ｎｍとすることで、リーク電流を４０ｎＡ／ｃｍ２以下まで小さくすることが可能になることが判る。したがって、上記したように、有機金属膜３ａの膜厚を１ｎｎｍ〜２．８ｎｍとすることで、リーク電流を抑制することが可能となる。
【００３３】
また、図６（ｂ）に示すように、有機金属膜３ａと金属酸化膜３ｂの繰り返し回数に応じてリーク電流の大きさが変わる。具体的には、繰り返し回数を多くするほどリーク電流が小さくなっており、繰り返し回数が４回のときには５３．７ｎＡ／ｃｍ2、９回のときには３７．５ｎＡ／ｃｍ2、１５回のときには３５．１ｎＡ／ｃｍ2となった。このことから、繰り返し回数を９回以上とすることで、リーク電流を４０ｎＡ／ｃｍ2以下まで小さくすることが可能になることが判る。したがって、上記したように、有機金属膜３ａと金属酸化膜３ｂの繰り返し回数を９回以上とすることで、リーク電流を抑制することが可能となる。
【００３４】
なお、最表面の金属酸化膜３ｂを１ｎｍ未満とすることも考えられる。しかしながら、実際にはアルコーン膜上に１ｎｍ未満の膜厚の均一な膜を成膜すると、膜の連続性が著しく低下し低抵抗率や低表面ラフネスを保証することができなくなる可能性があるが、１ｎｍ以上とすることで連続性を担保でき、絶縁膜の要件を確保することが可能となる。また、最表面の金属酸化膜３ｂを３ｎｍ以上とすると、金属酸化膜３ｂの応力の影響が大きくなることから、上記したような５ｎｍ未満、好ましくは３ｎｍ以下とすれば、その問題も発生しないようにできる。
【００３５】
続いて、本実施形態の有機トランジスタの製造方法について、図７を参照して説明する。
【００３６】
〔図７（ａ）に示す工程〕
無アルカリガラスなどの絶縁性のフレキシブル基板を基材とする基板１を用意し、この基板１の表面にＣｒなどの電極材料をスパッタ法などによって例えば５０ｎｍの厚みで成膜したのち、これをフォトリソグラフィ法によるレジスト膜パターンを用いたエッチングにてゲート電極２を形成する。
【００３７】
〔図７（ｂ）に示す工程〕
有機金属膜３ａについては、例えば分子堆積法（ＭＬＤ：Molecular Layer Deposition）によって成膜することができる。分子堆積法は、逐次の自己限定的表面反応に基づいて有機金属膜３ａを成膜するものであり、分子堆積法での反応中に「有機」の単位が堆積されていくことで有機金属膜３ａが形成される。すなわち有機金属膜３ａでは、金属又は半金属の単位と有機の単位を有する単一もしくは分岐のある線状構造として記載される。この繰り返し単位の概略は、以下の構造式で表される。
【００３８】
（化１）
［−Ｍ−Ｚ−Ｒ−Ｚ−］               （１）
上記化学式中、Ｍは金属又は半金属原子、好ましくはアルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウムなどが挙げられる。各Ｚはヘテロ原子、特に酸素原子が好適である。Ｒ基は好ましくはヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基であり、炭素数が２以上のアルキレンなどが挙げられる。
【００４０】
分子堆積法では、無機反応物と有機反応物を共に用いることにより、有機−無機ハイブリッドポリマーの有機金属膜３ａを実現できる。例えば、Ａｌ（ＣＨ3）、トリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡという）は、酸素を含む化学種と容易に反応し、ＴＭＡとエチレングリコール（以下、ＥＧという）（ＨＯ−ＣＨ（ＣＨ2）2−ＯＨ）を逐次的な段階的プロセスで共に使用すると、アルコーンとして知られる有機−無機ハイブリッドポリマーの有機金属膜３ａを堆積できる。
【００４１】
具体的には、ゲート電極２を形成した基板１をＴＭＡに曝露することで、ＴＭＡを化学吸着させた単層を形成する。吸着後に、気相中の過剰なＴＭＡについては、窒素（Ｎ2）パージすることによって除去する。次に、ＴＭＡ単層を化学吸着させた後の試料をＥＧに曝露すると、ＴＭＡ単層と反応してアルコーンの層が形成される。その後、反応生成物（この場合はメタン）と過剰のＥＧを除去することで、膜形成の１サイクルが完了するため、これを有機金属膜３ａの１層分として目的の膜厚が得られるまで繰り返す。このような有機金属膜３ａの成膜については、高温下（例えば１３０℃）において実施することができる。
【００４２】
一方、金属酸化膜３ｂについては、例えば原子層堆積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）によって成膜することができる。原子層堆積法は、原料となる複数のガスを交互に切替えて基板１の上に導き、化学吸着により基板１上へ単原子層（ガス分子層）を形成することで、基板１上での化学反応により無機層を１層ずつ形成するものである。例えば、金属酸化膜３ｂをアルミナによって構成する場合、Ａｌ源として（ＴＭＡ）を使用し、酸素（Ｏ）源として水（Ｈ2Ｏ）などを使用する。
【００４３】
具体的には、有機金属膜３ａを形成した基板１をＴＭＡに曝露することで、ＴＭＡを化学吸着させた単層を形成する。吸着後に、気相中の過剰なＴＭＡについては、窒素（Ｎ2）パージすることによって除去する。次に、ＴＭＡ単層を化学吸着させた後の試料を水蒸気に曝露すると、ＴＭＡ単層と反応してＡｌ2Ｏ3層が形成される。その後、反応生成物（この場合はメタン）と過剰のＨ2Ｏを除去することで、膜形成の１サイクルが完了するため、これを金属酸化膜３ｂの１層分として目的の膜厚が得られるまで繰り返す。このような有機金属膜３ａの成膜については、いわゆる「ＡＬＤウィンドウ」と呼ばれる前駆体特異的な温度領域（例えば１３０℃）で処理することで、膜の成長が線形となり、厚さをÅ（０．１ｎｍ）規模で制御することが可能となる。
【００４４】
このようにＡＬＤとＭＬＤは同一の装置において、ＴＭＡのような有機金属化合物を基板表面に吸着させた後に、基板表面に吸着させる材料を変えることによって容易に作り分けることができる。さらにＡＬＤ膜とＭＬＤ膜の積層膜界面は、共有結合の良好な界面が形成できるため、積層回数を増やしたとしても界面の固定電荷の形成を抑制することができる。
【００４５】
このような有機金属膜３ａと金属酸化膜３ｂの成膜を所定の繰り返し回数実施し、最表面が金属酸化膜３ｂとなるようにすることでゲート絶縁膜３を形成できる。
【００４６】
〔図７（ｃ）に示す工程〕
ゲート絶縁膜３の表面に例えばシャドウマスクを用いた真空蒸着法によってＡｕ層を５０ｎｍの厚みで成膜することでソース電極４およびドレイン電極５を形成する。
【００４７】
〔図７（ｄ）に示す工程〕
ソース電極４およびドレイン電極５を繋ぐようにゲート絶縁膜３の表面に有機半導体層６を塗布成膜する。ここでは、チオフェン系有機半導体材料（例えばＣ８−ＢＴＢＴ）をドロップキャスト法により４０ｎｍ成膜することで有機半導体層６を成膜している。このとき、ゲート絶縁膜３の最表面が金属酸化膜３ｂで構成されていることから、有機半導体層６を結晶性の良い良好な膜質で成膜することが可能となる。このようにして、本実施形態にかかる有機トランジスタを製造することができる。
【００４８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してソース電極４やドレイン電極５および有機半導体層６の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
図８に示すように、本実施形態では、ゲート絶縁膜３の上に有機半導体層６を塗布成膜したのち、その上にソース電極４およびドレイン電極５を形成した構造としている。このように、有機半導体層６とソース電極４およびドレイン電極５との上下関係を第１実施形態に対して入れ替えた構造としても良い。
【００５０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１、第２実施形態に対してゲート絶縁膜３の構成を変更したものであり、その他については第１、第２実施形態と同様であるため、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第１実施形態に示した構造の有機トランジスタを例に挙げるが、第２実施形態の構造の有機トランジスタについても適用可能である。
【００５１】
図９に示すように、本実施形態では、ゲート絶縁膜３を有機金属膜３ａと金属酸化膜３ｂとを有した有機金属混合層にて構成しつつ、最表面の金属酸化膜３ｂを自己組織化単分子膜３ｃで表面処理した構成としている。つまり、最表面の金属酸化膜３ｂに自己組織化単分子膜３ｃが配置され、この上に有機半導体層６が形成されるようにしている。自己組織化単分子膜３ｃは、例えばリン酸とフェニル基を有する分子層によって構成されている。
【００５２】
このように、最表面の金属酸化膜３ｂを自己組織化単分子膜３ｃで表面処理した構造とすることもできる。これにより、より有機半導体層６の成膜用の下地表面を低ラフネスとしつつ、表面エネルギーを高すぎず低すぎないものにできることから、より結晶性の良い良好な膜質で有機半導体層６を成膜することが可能となる。
【００５３】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００５４】
例えば、上記実施形態では、有機金属膜３ａと金属酸化膜３ｂとを順に積層しつつ、再表面を金属酸化膜３ｂとしたゲート絶縁膜３を例に挙げ、各有機金属膜３ａや各金属酸化膜３ｂが同じ膜厚とされる構造を例に挙げたが、この構造は一例を示したに過ぎない。例えば、最表面を金属酸化膜３ｂとしていれば、最もゲート電極２側となる最下層を有機金属膜３ａではなく金属酸化膜３ｂとしても良い。また、各有機金属膜３ａや各金属酸化膜３ｂの膜厚が第１実施形態で説明した範囲内において異なっていても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１      基板
２      ゲート電極
３      ゲート絶縁膜
３ａ    有機金属膜
３ｂ    金属酸化膜
４      ソース電極
５      ドレイン電極
６      有機半導体層
【図１】
0006340978.tif 000002
【図２】
0006340978.tif 000003
【図３】
0006340978.tif 000004
【図４】
0006340978.tif 000005
【図５（ａ）】
0006340978.tif 000006
【図５（ｂ）】
0006340978.tif 000007
【図６（ａ）】
0006340978.tif 000008
【図６（ｂ）】
0006340978.tif 000009
【図７】
0006340978.tif 000010
【図８】
0006340978.tif 000011
【図９】
0006340978.tif 000012