(57)【要約】【課題】高温処理による有機半導体膜のクラック発生を抑制し、有機トランジスタの耐熱性の向上を図る。【解決手段】一面側を主面とする基板１１と、前記基板の主面に対する傾斜角を設けた側面を有するソース電極１２およびドレイン電極１３と、有機半導体膜１４と、ゲート絶縁膜１５と、ゲート電極１６と、を備える。ソース電極１２およびドレイン電極１３の傾斜角を５°以上６０°以下とし、有機半導体膜１４のうちソース電極１２およびドレイン電極１３の傾斜部における膜厚が、有機半導体膜１４のうちチャネル部を構成する部分における膜厚よりも薄くなるようにする。そして、有機半導体膜１４のうちチャネル部を構成する部分における結晶軸方位は、有機半導体材料の線膨張係数が最小となる方位に対して４０°以内とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側を主面とする基板（１１）と、
前記基板の上に形成され、互いに離れて配置され、前記基板の主面に対する傾斜角を設けた側面を有し、かつ、前記側面が互いに向き合うソース電極（１２）およびドレイン電極（１３）と、
前記基板、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆い、かつ、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを繋ぐように形成された有機半導体膜（１４）と、
前記有機半導体膜の上に形成され、前記有機半導体膜のうち前記ソース電極と前記ドレイン電極とを繋ぐように形成された部分を覆うゲート絶縁膜（１５）と、
前記有機半導体膜のうち前記ソース電極と前記ドレイン電極との間をチャネル部として、前記ゲート絶縁膜のうち前記チャネル部の上に配置されている部分を覆うように形成されたゲート電極（１６）と、を備え、
前記有機半導体膜のうち前記ソース電極および前記ドレイン電極の傾斜部の上に形成された部分の膜厚は、前記有機半導体膜のうち前記チャネル部を構成する部分の膜厚よりも薄く、
前記基板の法線方向から見て、前記有機半導体膜のうち前記チャネル部を構成する部分の膜平面方向における結晶軸方位と、前記ソース電極と前記ドレイン電極の配列方向とのなす角が４０°以内である有機トランジスタ。
【請求項２】
前記ソース電極および前記ドレイン電極の傾斜角は、５°以上６０°以下である請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項３】
前記基板は、該基板の表面に金属酸化物層と、金属酸化物層の上に形成された自己組織化単分子膜を設けたものである請求項１または請求項２に記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜は、有機金属と無機金属酸化物とが混合された有機金属混合絶縁膜である請求項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】
前記有機半導体膜のチャネル部における膜厚は、６ｎｍ以上かつ１１ｎｍ以下である請求項１ないし４のいずれか１つに記載の有機トランジスタ。
【請求項６】
前記有機半導体膜のうちの前記ソース電極および前記ドレイン電極の傾斜部の上に形成された部分の膜厚は、１０ｎｍ以下である請求項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】
前記ソース電極の傾斜部の法線方向から見て、前記有機半導体膜のうち前記ソース電極の傾斜部を構成する部分の膜平面方向における結晶軸方位と、前記ソース電極の傾斜部の平面方向のうち前記ソース電極と前記ドレイン電極の配列方向に沿った方位とのなす角が４０°以内であり、
前記ドレイン電極の傾斜部の法線方向から見て、前記有機半導体膜のうち前記ドレイン電極の傾斜部を構成する部分の膜平面方向における結晶軸方位と、前記ドレイン電極の傾斜部の平面方向のうち前記ソース電極と前記ドレイン電極の配列方向に沿った方位とのなす角が４０°以内である請求項１ないし６のいずれかの１つに記載の有機トランジスタ。
【請求項８】
前記有機半導体膜は、相転移温度２４０℃以上の有機半導体材料である請求項１ないし７のいずれかの１つに記載の有機トランジスタ。
【請求項９】
一面側を主面とする基板（１１）と、
前記基板の上に形成されたゲート電極（１６）と、
前記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁膜（１５）と、
前記下地層の上で互いに離れて形成され、前記基板の主面に対する傾斜角を設けた側面を有し、前記側面が互いに向き合うとともに、前記ゲート電極の両端に対応する位置に配置されたソース電極（１２）およびドレイン電極（１３）と、
前記ゲート絶縁膜、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆い、かつ、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを繋ぐように形成された有機半導体膜（１４）と、を備え、
前記有機半導体膜のうちの前記ソース電極および前記ドレイン電極の傾斜部の上に形成された部分の膜厚は、前記有機半導体膜のうちの前記チャネル部を構成する部分の膜厚よりも薄く、
前記基板の法線方向から見て、前記有機半導体膜のうち前記チャネル部を構成する部分の膜平面方向における結晶軸方位と、前記ソース電極と前記ドレイン電極の配列方向とのなす角が４０°以内である有機トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボトムコンタクト構造である有機トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、有機トランジスタでは、有機半導体膜の規則性や配向性が重要であることが知られている。有機トランジスタの移動度を高くするために行われる有機半導体の結晶配向の制御手法としては、例えば自己組織化単分子膜（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ：略称ＳＡＭ）を用いる手法が挙げられる。
【０００３】
近年では、有機トランジスタの移動度をさらに上げるため、電極部およびチャネル部のそれぞれにおける有機半導体膜の結晶配向を細かく制御することが検討されている。すなわち、電極部とチャネル部とでは有機半導体の吸着の様相が異なることに起因して、有機半導体膜は、電極部とチャネル部とで異なる結晶配向となり、結晶配向の異なる界面を有することとなる。この界面における欠陥発生の抑制するための有機半導体膜の結晶配向の制御手段として、例えば、特許文献１が挙げられる。
【０００４】
特許文献１に記載の有機トランジスタは、ボトムコンタクト構造であって、ソース電極およびドレイン電極の端部に傾斜角を設けている。このように有機半導体と接する電極に傾斜角を設けると、これに伴って電極部の有機半導体膜の結晶配向が変化する。この現象を利用することにより、電極部の結晶軸方位がチャネル部の結晶軸方位と同じ方位となるように、すなわち、電極部およびチャネル部の領域にて有機半導体膜面の法線方向における結晶軸方位が揃うように結晶配向を制御できる。これにより、結晶配向の異なる界面の発生およびこれによる欠陥の発生を低減でき、結果として有機トランジスタの移動度を上げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２０９４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の有機トランジスタは、ソース電極およびドレイン電極に傾斜を設けた後に、その上に有機半導体膜を形成して結晶配向を制御するボトムコンタクト構造に適用される。この手法により、有機半導体膜の結晶配向が有機半導体膜面の法線方向における結晶軸方位が揃うように制御することで、移動度の高いボトムコンタクト構造の有機トランジスタを作製できる。
【０００７】
しかしながら、有機トランジスタは熱に弱いため、有機半導体の結晶配向を上記のように制御しても、その後に高温処理をすると、電極部とチャネル部との界面付近の有機半導体膜にクラック等の欠陥が発生して、移動度が低下することが確認された。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、高い移動度を有し、ボトムコンタクト構造の耐熱性が高い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】
【０００９】
請求項１に記載の有機トランジスタは、一面側を主面とする基板（１１）と、基板の上に形成され、互いに離れて配置され、基板の主面に対する傾斜角を設けた側面を有し、かつ、側面が互いに向き合うソース電極（１２）およびドレイン電極（１３）と、基板、ソース電極およびドレイン電極を覆い、かつ、ソース電極とドレイン電極とを繋ぐように形成された有機半導体膜（１４）と、有機半導体膜の上に形成され、有機半導体膜のうちソース電極とドレイン電極とを繋ぐように形成された部分を覆うゲート絶縁膜（１５）と、有機半導体膜のうちソース電極とドレイン電極との間をチャネル部として、ゲート絶縁膜のうちチャネル部の上に配置されている部分を覆うように形成されたゲート電極（１６）とを備える。このような構造において、有機半導体膜のうちソース電極およびドレイン電極の傾斜部の上に形成された部分の膜厚は、有機半導体膜のうちチャネル部を構成する部分の膜厚よりも薄く、基板の法線方向から見て、有機半導体膜のうちチャネル部を構成する部分の膜平面方向における結晶軸方位と、ソース電極とドレイン電極の配列方向とのなす角が４０°以内とされている。
【００１０】
有機半導体膜のうちソース電極およびドレイン電極の傾斜部の上に形成された部分の膜厚を、有機半導体膜のうちチャネル部を構成する部分の膜厚よりも薄くすることにより、高温処理後の移動度維持率を高くできる。また、これと併せて、基板の法線方向から見て、有機半導体膜のうちチャネル部を構成する部分の膜平面方向における結晶軸方位と、ソース電極とドレイン電極の配列方向とのなす角を４０°以内とすることで、高温処理後の移動度維持率を高くできる。したがって、有機半導体膜の膜厚および有機半導体膜の結晶軸方位を調整することで、高温処理によるクラック等の欠陥発生およびこれに伴う移動度低下を抑制できる結果、高移動度の耐熱性の高い有機トランジスタとすることができる。
【００１１】
請求項９に記載の有機トランジスタは、一面側を主面とする基板（１１）と、基板の上に形成されたゲート電極（１６）と、ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁膜（１５）と、下地層の上で互いに離れて形成され、基板の主面に対する傾斜角を設けた側面を有し、側面が互いに向き合うとともに、ゲート電極の両端に対応する位置に配置されたソース電極（１２）およびドレイン電極（１３）と、下地層、ソース電極およびドレイン電極を覆い、かつ、ソース電極とドレイン電極とを繋ぐように形成された有機半導体膜（１４）とを備える。このような構成において、有機半導体膜のうちのソース電極およびドレイン電極の傾斜部の上に形成された部分の膜厚は、有機半導体膜のうちのチャネル部を構成する部分の膜厚よりも薄く、基板の法線方向から見て、有機半導体膜のうちチャネル部を構成する部分の膜平面方向における結晶軸方位と、ソース電極とドレイン電極の配列方向とのなす角が４０°以内とされている。
【００１２】
ボトムゲートボトムコンタクト構造の有機トランジスタであっても、ソース電極およびドレイン電極の上に有機半導体膜を形成し、その膜厚および結晶軸方位を調整できる点は、トップゲートボトムコンタクト構造の有機トランジスタと同じである。したがって、請求項１の有機トランジスタと同様に、高移動度の耐熱性の高い有機トランジスタとすることができる。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１】第１実施形態にかかる有機トランジスタの断面図である。
【図２】図１に示す有機トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図３】ソース電極およびドレイン電極の傾斜角と被覆率並びに初期移動度との関係を示す図である。
【図４】ソース電極およびドレイン電極の傾斜角と移動度維持率との関係を示す図である。
【図５】被覆率と移動度維持率との関係を示す図である。
【図６】チャネル部膜厚と初期移動度との関係を示す図である。
【図７】チャネル部膜厚と移動度維持率との関係を示す図である。
【図８】基板の主面に対する法線方向から見た有機半導体膜の膜平面方向における結晶軸方位を示す図である。
【図９】軸方位のズレと移動度維持率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本開示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。
【００１６】
（第１実施形態）
本実施形態について、図１を参照して述べる。図１に示された有機トランジスタ１０は、例えばＥＬ（エレクトロルミネッセンスの略）素子の駆動回路や医療用センサに備えられるトランジスタなどに適用されるものである。
【００１７】
本実施形態の有機トランジスタ１０は、基板１１の上にソース電極１２、ドレイン電極１３、有機半導体膜１４、ゲート絶縁膜１５およびゲート電極１６を順に形成したボトムコンタクト構造とされている。
【００１８】
基板１１は、一面側を主面とする板状もしくはフィルム状の基板であり、例えば無アルカリガラスなどのガラスやセラミック、あるいはポリエチレンナフタレートやポリイミドなどのプラスチック等よりなるもので、リジッド基板でもよいし、フレキシブル基板でもよい。
【００１９】
なお、有機半導体膜１４の形成に用いられる有機半導体材料の濡れ性を向上させるため、基板１１の表面に下地層、例えば金属酸化物を形成してもよい。また、基板１１の表面上もしくはその上に形成した金属酸化物の上に自己組織化単分子膜（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ：略称ＳＡＭ、以下「ＳＡＭ」という。）を形成してもよい。金属酸化物としては、例えばアルミナや酸化ジルコニウムなどが挙げられる。また、このＳＡＭは、有機トランジスタのＳＡＭとして用いられる公知の有機材料よりなるものである。典型的には、ＳＡＭを構成する有機材料は、ホスホン酸誘導体であり、例えばフェニルホスホン酸（Ｃ６Ｈ５Ｃ３Ｈ６ＰＯ３Ｈ２）、ｎ−トリデシルホスホン酸（ｎ−Ｃ１３Ｈ２７ＰＯ３Ｈ２）等のｎ−アルキルホスホン酸（ｎ−ＣｎＨ２ｎ＋１ＰＯ３Ｈ２）などが挙げられる。
【００２０】
ソース電極１２およびドレイン電極１３は、基板１１の上において、互いに離れて配置され、基板１１の主面に対する傾斜角を設けた側面（以下「傾斜面」という。）を有している。そして、その傾斜面は、互いに向き合っている。ソース電極１２およびドレイン電極１３は、例えば金（Ａｕ）もしくは銀（Ａｇ）などの電極材料によって構成されている。また、ソース電極１２およびドレイン電極１３の互いに向かい合う傾斜面に、それぞれ傾斜角が設けられている。ここでいう「傾斜角」とは、基板１１の主面に対して直交し、かつ、ソース電極１２とドレイン電極１３の配列方向に沿った平面で、ソース電極１２またはドレイン電極１３の傾斜面の断面を切った場合における傾斜面と基板１１の主面とのなす角度をいう。ソース電極１２およびドレイン電極１３の傾斜角は、５°以上６０°以下である。これらの傾斜角は同じであってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。
【００２１】
有機半導体膜１４は、基板１１、ソース電極１２およびドレイン電極１３を覆い、かつ、ソース電極１２とドレイン電極１３とを繋ぐように形成されている。有機半導体膜１４は、少なくともソース電極１２からドレイン電極１３までの領域の上に連続して形成されているが、基板１１の全面を覆うように形成してもよい。
【００２２】
ここで、有機半導体膜１４に用いられる有機半導体材料は、例えば製造時や滅菌処理時に想定される１８０℃程度の高温処理においても結晶軸方位に変化が起きないように、すなわち、耐熱性を発揮させるために、相転移温度が２４０℃以上の材料であることが好ましい。２４０℃以上の相転移温度を有する有機半導体材料であれば特に制限はないが、例えば化学式１で示されるＤＮＢＤＴ（Ｒ＝ＣｎＨ２ｎ＋１、ｎ≦８）や化学式２で示されるＤＮＮＤＴ（Ｒ＝ＣｎＨ２ｎ＋１、ｎ≦８）などのカルコゲン含有有機化合物が挙げられる。
【００２３】
【化１】
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【００２４】
例えばｎ＝６であるＣ６−ＤＮＢＤＴの相転移温度は２６８℃、ｎ＝８であるＣ８−ＤＮＢＤＴの相転移温度は２４５℃である。
【００２５】
【化２】
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【００２６】
例えばｎ＝６であるＣ６−ＤＮＮＤＴやｎ＝８であるＣ８−ＤＮＮＤＴの相転移温度は、いずれも３００℃以上である。
【００２７】
ゲート絶縁膜１５は、有機半導体膜１４の上に配置され、少なくとも有機半導体膜１４のうちソース電極１２とドレイン電極１３とを繋ぐように形成された部分を覆うように形成されている。このゲート絶縁膜１５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。
【００２８】
ゲート電極１６は、有機半導体膜１４のうちソース電極１２とドレイン電極１３との間をチャネル部として、ゲート絶縁膜１５のうち該チャネル部の上に配置されている部分を覆うように形成されている。そして、ゲート電極１６は所望パターン、例えば一方向を長手方向とするライン状に形成されている。このゲート電極１６は、例えば金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）などの電極材料により構成されている。
【００２９】
次に、上記のように構成された有機トランジスタ１０に備えられた有機半導体膜１４の詳細構造について説明する。
【００３０】
一般的に、材料の線膨張係数は、同じ材料であっても結晶軸方位によりその数値が異なり、材料ごとにこの数値が最小となる方位が存在し、有機半導体材料にも線膨張係数が最小となる結晶軸方位が存在する。有機半導体膜のうちのソース電極およびドレイン電極の傾斜部の上に形成される部分（以下「傾斜部位」という。）とチャネル部を構成する部分（以下「チャネル部位」という。）における結晶軸方位を、この線膨張係数が最小となる方位に近くするほど、理論的には有機半導体膜の加熱による熱膨張が小さくなる。すなわち、この有機半導体の結晶軸方位を考慮した結晶配向とすれば、有機半導体膜の熱応力が小さくなると考えられ、有機半導体膜のクラック等の欠陥は発生しにくくなり、高温処理に伴う有機トランジスタの移動度低下を抑制できる。
【００３１】
具体的には、有機半導体膜１４のうちチャネル部位の膜平面方向における結晶軸方位は、有機半導体材料の線膨張係数が最小となる軸方位、すなわち、基板１１の法線方向から見てソース電極１２とドレイン電極１３の配列方向（以下「チャネル方位」という。）に対して４０°以内であることが好ましい。さらには、有機半導体１４のうちソース電極１２の傾斜部の膜平面方向における結晶軸方位が、ソース電極１２の傾斜面の平面方向のうちチャネル方位に沿った方位に対して４０°以内であることがより好ましい。これに加えて、有機半導体１４のうちドレイン電極１３の傾斜部の膜平面方向における結晶軸方位が、ドレイン電極１３の傾斜面の平面方向のうちチャネル方位に沿った方位に対して４０°以内であるとさらに好ましい。言い換えると、有機半導体膜１４のうちチャネル部、ソース電極１２の傾斜部およびドレイン電極１３の傾斜部の膜平面方向における結晶軸方位が、いずれも線膨張係数が最小となる方位に対して４０°以内に収まっている状態（以下「結晶軸方位が連続性を保つ状態」という。）が最も好ましい。有機半導体膜１４のうちチャネル部位の膜平面方向における結晶軸方位がチャネル方位に対して４０°以内であれば、高温処理による欠陥発生を抑制できる。さらには、有機半導体膜１４の膜平面方向における結晶軸方位が連続性を保つ状態は、有機半導体膜１４の熱応力が最も緩和されると考えられる。つまり、有機半導体膜１４の膜平面方向における結晶軸方位が連続性を保つ状態は、有機半導体膜１４のうちソース電極１２の傾斜部、ドレイン電極１３の傾斜部およびチャネル部のそれぞれの界面付近での欠陥発生を最も効果的に抑制できると考えられる。
【００３２】
なお、材料の線膨張係数が最小となる結晶軸方位は、材料の単結晶についてＸ線回折法や透過電子顕微鏡を用いた電子線回折法により結晶配向を確認し、線膨張係数の測定やシミュレーション等による解析によって得ることができる。また、有機半導体膜１４の結晶軸方位は、偏光顕微鏡観察、２次元複屈折評価装置や透過電子顕微鏡などにより確認できる。
【００３３】
有機半導体膜１４のうちチャネル部位における膜厚（以下「チャネル部膜厚」という。）は、高温処理による欠陥発生の抑制、すなわち移動度低下抑制の観点から、６ｎｍ以上１１ｎｍ以下であることが好ましい。また、有機半導体膜１４のうちソース電極１２およびドレイン電極１３の傾斜部位における膜厚（以下「傾斜部膜厚」という。）は、チャネル部膜厚よりも薄いことが好ましく、傾斜部膜厚は１０ｎｍ以下、かつ、チャネル部膜厚の６５％以上であることがより好ましい。
【００３４】
なお、ソース電極１２およびドレイン電極１３の傾斜部膜厚およびチャネル部膜厚は、以下に述べる部位で測定した値である。まず、ソース電極１２またはドレイン電極１３の傾斜面と基板１１の面が接する点をそれぞれソース電極端またはドレイン電極端とする。ここで、傾斜部膜厚は、ソース電極端およびドレイン電極端付近においては液溜まりなどの影響により他に比べて厚くなりうることから、この部位よりもソース電極１２またはドレイン電極１３の傾斜面の上方向に位置する場所を基準とするほうが適切である。そこで、チャネル部膜厚と傾斜部膜厚との比較の部位を明確にすべく、ソース電極１２の傾斜部膜厚は、ソース電極端から基板１１の面に沿ってソース電極１２の方向に例えば１００ｎｍ以上離れた任意の部位におけるソース電極１２の傾斜面の法線方向の膜厚である。また、同様に、ドレイン電極の傾斜部膜厚は、ドレイン電極端から基板１１の面に沿って例えば１００ｎｍ以上離れた任意の場所のドレイン電極１３の傾斜面の法線方向の膜厚である。一方、チャネル部膜厚は、ソース電極端またはドレイン電極端から基板１１の面に沿って他方の電極側に例えば１００ｎｍ以上離れた任意の場所における有機半導体１４の膜厚である。
【００３５】
次に、本実施形態の有機トランジスタ１０の製造方法について、図２を参照して説明する。
【００３６】
〔図２（ａ）に示す工程〕
例えば無アルカリガラスのようなガラス基板やポリエチレンナフタレート、ポリイミドなどで構成されるフィルム基板を準備する。その後、この基板に例えばアルミナを原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：略称ＡＬＤ）法などにより成膜する。その後、ＳＡＭ材料を有機溶媒に溶かした溶液にこの基板を浸漬してアルミナ上にＳＡＭを形成する。そして、有機溶媒での洗浄により余分なＳＡＭ材料を表面から除去して、溶媒を乾燥させることにより基板１１を形成する。また、基板１１は、既に表面処理がされている基板を使用してもよく、その後の有機半導体膜の塗布工程に特に支障がない場合には、表面処理をしていない基板を使用してもよい。
【００３７】
〔図２（ｂ）に示す工程〕
次に、基板１１の上に、金（Ａｕ）もしくは銀（Ａｇ）などの電極材料よりなるソース電極１２およびドレイン電極１３を形成する。具体的には、基板１１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層を成膜する。その後、例えばマスクとなるレジスト膜をＡｕ層の上に形成し、レジスト膜の不要な部位を現像によって除去する。続けてウェットエッチングをすると、レジスト膜から露出しているＡｕ層が除去される。また、ウェットエッチングであるため、レジスト膜の下にあるＡｕ層も横方向エッチングにより部分的に除去され、Ａｕ層の側面に傾斜が形成される。その後、レジスト膜を除去すると、傾斜角が設けられたソース電極１２およびドレイン電極１３が形成される。なお、エッチング液やエッチング時間などの条件を調整することにより、ソース電極１２およびドレイン電極１３の傾斜角を任意の角度に調整できる。
【００３８】
〔図２（ｃ）に示す工程〕
次に、基板１１、ソース電極１２およびドレイン電極１３の上に、有機半導体膜１４を例えば直描塗布法により形成する。具体的には、高分子有機材料や低分子有機材料にて構成される有機半導体材料（例えばＣ８−ＤＮＢＤＴ）を有機溶媒に溶かし、例えば直描塗布法によりソース電極１２からドレイン電極１３に向かって直線的にライン状に成膜することで有機半導体膜１４が成膜される。
【００３９】
有機半導体膜１４の塗布方向の調整により、有機半導体１４のうち傾斜部およびチャネル部の膜平面方向における結晶軸方位を制御できる。また、ソース電極１２およびドレイン電極１３の傾斜角を前述のように適宜調整することで、有機半導体膜１４の傾斜部膜厚をチャネル部膜厚よりも薄くできる。このようにして、有機半導体膜１４の膜平面方向における結晶軸方位および膜厚が制御され、有機半導体膜１４は良好な膜質になる。
【００４０】
なお、有機半導体膜１４の塗布に際して、ソース電極１２およびドレイン電極１３における有機半導体材料の濡れ性（接触角）を制御したい場合、必要に応じてこれらの電極の上に、基板１１に用いたものと同一または異なるＳＡＭを形成してもよい。
【００４１】
〔図２（ｄ）に示す工程〕
次に、有機半導体膜１４のうちソース電極１２とドレイン電極１３とを繋ぐように形成された部分を覆うようにゲート絶縁膜１５を形成する。ゲート絶縁膜１５は、例えば有機金属と無機金属酸化物とが混合された有機金属混合絶縁膜であり、有機金属としては例えばアルコーン、ジンコーンなどが、無機金属酸化物としては例えばアルミナ（ＡｌＯｘ）や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）もしくは酸化ハフニウム（ＨｆＯ）などが挙げられる。
【００４２】
有機金属混合絶縁膜は、これら有機金属および無機金属酸化物をそれぞれ堆積することを繰り返すことによって、成膜されるものである。有機金属については、例えば分子層堆積（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：略称ＭＬＤ）法によって成膜を行い、無機金属酸化物については、例えば原子堆積膜法によって成膜することができる。これらを交互に繰り返すことにより、有機金属混合絶縁膜を形成できる。また、ゲート絶縁膜１５は金属酸化物のみで構成されたものであってもよい。なお、このようにして形成されたゲート絶縁膜１５については、必要に応じて、ウェットエッチングなどによって所望形状にパターニングすることができる。
【００４３】
〔図２（ｅ）に示す工程〕
その後、ゲート絶縁膜１５の直上に、ゲート電極１６の形成材料として、金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）などの電極材料を、例えばシャドウマスクを用いた真空蒸着法などによってゲート電極１６を成膜する。
【００４４】
このようにして、ゲート電極１６を形成したのち、必要に応じて、蒸着もしくはスピンコートなどによって、アルミナもしくはパラキシリレン系ポリマーなどにより構成される図示しない保護膜を成膜する。このような製造方法により、図１に示した有機トランジスタ１０を製造することができる。
【００４５】
ところで、本発明者は、高温処理をすると有機半導体膜にクラック等の欠陥が発生する現象について、その原因は有機材料と無機材料との界面に熱応力が生じるためではないかと考察した。具体的には、本発明者は、有機半導体材料の線膨張係数は５０ｐｐｍ・Ｋ−１〜１５０ｐｐｍ・Ｋ−１であるのに対して、電極材料の線膨張係数は２０ｐｐｍ・Ｋ−１以下であり、両者の差が大きいことに起因して、これらの界面に熱応力が発生すると考えた。
【００４６】
そこで、本発明者は、有機半導体膜の結晶の軸方向と線膨張係数に着目して鋭意検討を行った。その結果、有機半導体膜のうちチャネル部位の膜平面方向における結晶軸方向とその線膨張係数が最小となる方位とが４０°以内に収めると、移動度低下を抑えることができることを見出した。すなわち、このように調整することにより、有機半導体膜の傾斜部位とチャネル部位との界面付近における高温処理後のクラック等の欠陥発生を抑制できる。その結果、高温処理による有機トランジスタの移動度低下を大幅に抑えることができることを見出した。
【００４７】
本実施形態にかかる有機トランジスタによれば、まず、ソース電極１２およびドレイン電極１３の傾斜角を５°以上６０°以下とし、有機半導体膜１４の傾斜部膜厚をチャネル部膜厚よりも薄くする。そして、有機半導体膜１４のうちチャネル部位の膜平面方向における結晶軸方位を、有機半導体材料の線膨張係数が最小となる方位に対して４０°以内とする。これにより、高温処理後の有機トランジスタの移動度低下を大幅に抑えることができる。図３ないし９は、この効果等を示す一例であり、これら図３ないし９を参照して、本実施形態の効果について具体的に述べることとする。
【００４８】
まず、図３は、図１に示された構成において、ソース電極１２およびドレイン電極１３の傾斜角を変化させた際、有機半導体膜１４のうちチャネル部膜厚に対する傾斜部膜厚の比率（以下「被覆率」という。）の変化および初期移動度の変化を示したものである。また、図３のうち、丸で表されたプロットは被覆率を、四角で表されたプロットは初期移動度を示している。これによると、傾斜角が５°以上６０°以下の領域では、被覆率は７０％から１００％の範囲で推移するものの、有機トランジスタの初期移動度は５ｃｍ２／Ｖｓ以上であった。一方、傾斜角が６０°を超える領域では、傾斜角が大きくなるほど、被覆率は７０％未満へと急激に減少し、有機トランジスタの初期移動度は４ｃｍ２／Ｖｓ未満へと急激に低下した。よって、ソース電極１２およびドレイン電極１３の傾斜角は５°以上６０°以下の領域に設計することにより、初期移動度が高い有機トランジスタ１０を作製できることが確認された。
【００４９】
なお、ここでいう「初期移動度」とは、高温処理を行う前の有機トランジスタ１０の移動度である。また、「移動度」（単位：ｃｍ２／Ｖｓ）とは、有機半導体膜１４内でのキャリア、つまり正孔や電子の移動度であり、上記の各水準について、有機トランジスタ１０を作動させて、測定したものである。
【００５０】
次に、図４は、初期移動度に対する高温処理後の移動度維持率とソース電極１２およびドレイン電極１３の傾斜角（以下「電極傾斜角」という。）との関係を示している。具体的には、傾斜部膜厚別の有機トランジスタ１０の初期移動度を測定し、次に、これらの有機トランジスタ１０を大気下において１９０℃に設定したホットプレート上で５時間加熱（以下「高温処理」という。）した後に、室温に戻して移動度を再度測定した。そして、初期移動度に対する高温処理後の移動度維持率を算出し、耐熱性評価の指標として用いた。つまり、移動度維持率が大きいほど耐熱性が高いことを示している。また、図４に示したグラフには現していないが、図４の各プロットにおける傾斜部膜厚は、図４横軸の傾斜角が小さいほうから順に１０．６ｎｍ、９．９ｎｍ、７．１ｎｍ、５．２ｎｍ、２ｎｍ未満であった。
【００５１】
図４に示されるように、電極傾斜角が５°以上６０°以下の領域では、移動度維持率は６０％以上であった。一方、電極傾斜角が６０°を超える領域では、電極傾斜角が大きくなるほど、移動度維持率は６０％未満へと急激に低下した。このことから、電極傾斜角を５°以上かつ６０°以下に調整し、傾斜部膜厚を１０ｎｍ以下の所定の領域に設計することにより、移動度維持率の低下を抑制でき、耐熱性が向上することが確認された。
【００５２】
次に、図５は、被覆率と移動度維持率との関係を示している。被覆率が１００％未満、すなわち、傾斜部膜厚がチャネル部膜厚よりも薄いと、移動度維持率は被覆率が１００％の場合に比べて上昇し、移動度維持率は６０％以上を維持していた。しかし、被覆率が６５％未満の領域では、移動度維持率は６０％未満となり、被覆率を低くし過ぎると移動度維持率が低下した。このことから、被覆率が６５％以下１００％未満、すなわち有機半導体膜１４のソース電極１２およびドレイン電極１３の傾斜部膜厚がチャネル部膜厚の６５％以上１００％未満の所定の領域に設計することにより、移動度維持率の低下を抑制でき、耐熱性が向上することが確認された。
【００５３】
次に、図６は、チャネル部膜厚と初期移動度との関係を示している。これによると、例えば初期移動度は、チャネル膜厚が６ｎｍ付近では９ｃｍ２／Ｖｓ、チャネル膜厚が１１ｎｍ付近では７．５ｃｍ２／Ｖｓと高いが、チャネル部膜厚が厚くなるにつれて初期移動度は低下する傾向であった。一方、図７は、チャネル部膜厚と移動度維持率との関係を示している。これによると、有機半導体膜１４のチャネル部膜厚が６ｎｍ未満もしくは１６ｎｍを超える領域では、移動度維持率は６０％未満であった。これに対して、チャネル部膜厚が６ｎｍ以上かつ１６ｎｍ以下の範囲では、移動度維持率は６０％以上であった。また、チャネル部膜厚が６ｎｍから１６ｎｍの領域においては、チャネル部膜厚９ｎｍ付近が移動度維持率のピークであり、チャネル部膜厚がこれを超えてくると、徐々に移動度維持率は低下した。図６および図７の結果から、有機半導体膜１４のチャネル部膜厚を６ｎｍ以上かつ１１ｎｍ以下の範囲に設計することにより、初期移動度を高くしつつ、移動度維持率を６０％以上に維持でき、耐熱性が向上することが確認された。
【００５４】
なお、有機半導体１４の膜厚については、透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）による断面分析および、２次元複屈折評価装置によりフィッティングを行うこと確認できる。
【００５５】
次に、有機半導体膜１４に使用したＣ８−ＤＮＢＤＴを例に、結晶軸方位について具体的に述べる。図８は、基板１１の法線方向から見た端面図であって、ソース電極１２、ドレイン電極１３、有機半導体膜１４およびその材料分子（Ｃ８−ＤＮＢＤＴ）の向きを模式的に示したものである。図８における「ｂ」の軸は、有機半導体膜１４の成膜方向（後述する「ｃ軸」）の水平面においてこれと直交する方位を指す。一方、「ｃ」の軸は、有機半導体膜１４の成膜方向、例えばソース電極１２からドレイン電極１３へと向かう方向の方位を指し、有機半導体膜１４の成膜方向によって変動する。すなわち、この有機半導体膜１４の成膜方向により、材料分子の結晶軸方位（すなわちｃ軸）を調整することができる。以後、結晶軸方位を〔ａｂｃ〕と表記した場合、ｂｃ平面の法線方向をａ成分、ｂ軸をｂ成分、ｃ軸をｃ成分とし、例えば〔００１〕方位とはａ＝０、ｂ＝０、ｃ＝１の軸方向、すなわちｃ軸の方位を指す。また、「チャネル方位」とは、電流が流れる方位、すなわち、ソース電極１２からドレイン電極１３に向かう方位を指す。
【００５６】
ここで、Ｃ８−ＤＮＢＤＴの結晶の軸方位に対する線膨張係数を測定したところ、例えば、〔０１０〕の方位（すなわちｂ軸方位）では９０ｐｐｍ・Ｋ−１、〔００１〕の方位（すなわちｃ軸方位）では７６ｐｐｍ・Ｋ−１となった。その結果、Ｃ８−ＤＮＢＤＴにおいて線膨張係数が最小となる方位は、〔００１〕の方位であった。また、Ｃ８−ＤＮＢＤＴの結晶面、つまり結晶軸方位に対して直交する平面における有機半導体膜１４のクラックの入りやすさは、Ｃ８−ＤＮＢＤＴの結晶面が〔０１０〕面、すなわち軸方位はｂ軸の向きとなった場合に最もクラックが入りやすいことが判明した。
【００５７】
次に、上述のＣ８−ＤＮＢＤＴの結晶軸方位を踏まえ、図９について説明する。図９は、本実施形態の有機トランジスタ１０に使用した有機半導体膜１４（Ｃ８−ＤＮＢＤＴ）の軸方位のズレと移動度維持率との関係を示したものである。ここでいう「軸方位のズレ」とは、本実施形態の有機トランジスタ１０における有機半導体膜１４（Ｃ８−ＤＮＢＤＴ）の結晶軸方位が最小となる方位（すなわちｃ軸方位）とチャネル方位とのなす角度を意味している。ここで、例えば直描塗布法で有機半導体膜１４の成膜を行った場合、有機半導体の膜平面方向における結晶軸方位は、おおよそ塗布方向に沿った方位に調整できるため、軸方位のズレは、有機半導体膜１４の塗布方向の調整により行った。このようにして軸方位のズレを任意の値へと調整して移動度低下率との関係を調べた。これによると、軸方位のズレが４０°以内の領域では、移動度維持率は６０％以上であった。一方、軸方位のズレが４０°を超える領域では、軸方位のズレが大きくなるほど移動度維持率は低下する傾向であり、軸方位のズレが６８°では、移動度維持率は６０％未満であった。このことから、有機半導体膜１４の膜平面方向における結晶軸方位を有機半導体材料の線膨張係数が最小となる方位、すなわち、ソース電極１２からドレイン電極１３に向かう方位に対して４０°以内に収める調整により、移動度維持率の低下を抑制でき、耐熱性が向上することが確認された。
【００５８】
このように、本実施形態によれば、有機半導体膜１４の膜厚調整や結晶軸方位の調整により、高温処理による有機トランジスタ１０の移動度低下を抑制し、耐熱性を向上できる。また、他の材料として例えばＤＮＮＤＴを使用した場合であっても、ＤＮＢＤＴを使用した場合と同様の結果が得られた。このことから、相転移温度２４０℃以上の有機半導体材料を使用したことも、高温処理前後の結晶軸方位の変化を抑え、クラック等の欠陥が発生しにくい結晶軸方位を維持する結果となり、有機トランジスタ１０の耐熱性向上に寄与したものと考えられる。
【００５９】
（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。例えば、上記実施形態では、トップゲートボトムコンタクト構造の有機トランジスタ１０について述べた。しかし、ソース電極１２およびドレイン電極１３に傾斜角を形成した後、その上に有機半導体膜１４を形成されるものであればよく、ボトムゲートボトムコンタクト構造であってもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０  有機トランジスタ
１１  基板
１２  ソース電極
１３  ドレイン電極
１４  有機半導体膜
１５  ゲート絶縁膜
１６  ゲート電極
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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