(57)【要約】【課題】本発明の目的は、歩留りが高く、高ドレイン電流化が可能な電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供することである。【解決手段】本発明の電界効果トランジスタは、基板１と、基板１上に設けられた第１の電極２と、第１の電極２表面上に設けられた第１の絶縁層３と、第１の絶縁層３表面上に設けられた第２の絶縁層４と、第１の電極２の上方に位置し、第２の絶縁層４上に設けられた第２の電極５と、第２の電極５と分離されて、前記基板１上に、前記第１の絶縁層３又は第２の絶縁層４を介して、もしくは直接設けられた第３の電極６と、第２の電極５及び第３の電極６と接すると共に第１の電極２とは第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４を介して絶縁されるように設けられた有機半導体層８とを備え、第３の電極６の上面は、第１の電極２の上面よりも低い位置に設けられると共に、第２の絶縁層４の膜厚が、第１の絶縁層３の膜厚よりも薄いことを特徴とする。【選択図】図１
2009010283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極表面上に設けられた第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層表面上に設けられた有機材料からなる第２の絶縁層と、
前記第１の電極の上方に位置し、第２の絶縁層上に設けられた第２の電極と、
前記第２の電極と分離されて、前記基板上に、前記第１の絶縁層又は第２の絶縁層を介して、もしくは直接設けられた第３の電極と、
前記第２の電極及び前記第３の電極と接すると共に、前記第１の電極とは前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層を介して絶縁されるように設けられた有機半導体層とを備え、
前記第３の電極の上面は、前記第１の電極の上面よりも低い位置に設けられると共に、
前記第２の絶縁層の膜厚が、前記第１の絶縁層の膜厚よりも薄い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２の絶縁層が、湿式法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３】
前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層の膜厚の和が３０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記第２の絶縁層の膜厚が１０ｎｍ以下であ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】
前記第１の絶縁層が、有機材料により構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項６】
基板上に第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極表面上に第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層表面上に第２の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の電極の上方に位置する第２の絶縁層上に第２の電極を形成すると同時に、
前記第２の電極と分離するように、第３の電極を形成する工程と、
前記第２の電極及び第３の電極と接すると共に、第１の電極とは前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層を介して絶縁されるように有機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７】
前記第２の絶縁層を形成する工程が、湿式法により行われることを特徴とする請求項６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、歩留りが高く、高ドレイン電流化が可能な電界効果トランジスタ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来の無機材料に替えて、有機半導体材料を活性材料として用いる有機薄膜素子への注目が集まっている。有機薄膜素子の代表例としては、有機薄膜トランジスタや、有機ＥＬ素子等が挙げられる。有機薄膜素子は、シリコン系等の無機半導体系素子に比べて低温での膜形成が可能であり、超軽量、薄型でフレキシブルなプラスチック基板上にも形成が可能であるため、新しいデバイスの創出や、低コスト化という点で期待されている。
【０００３】
有機薄膜トランジスタの応用として最も期待されているものとしては、アクティブマトリクス型フラットパネルディスプレイの駆動回路基板への応用が挙げられる。具体的には、液晶、有機ＥＬ素子、エレクトロクロミック素子等の表示素子を駆動するための画素トランジスタとして有機薄膜トランジスタを使用できる可能性がある。しかし、有機半導体材料は、一般に導電性あるいはキャリア移動度が低く、無機半導体に比べて高い抵抗値を示すため、駆動電圧が高くなる傾向にあり、薄膜トランジスタのソース−ドレイン間の電流値が少なくなり、画素面積が大きいディスプレイを実現することが困難であった。
【０００４】
有機半導体材料を用いた有機薄膜トランジスタの例として、高分子系材料であるポリチオフェンを用いた電界効果型トランジスタや、低分子系材料であるペンタセンを用いた電界効果型トランジスタなどがあるが、いずれもチャネル領域が基板に対して水平に設けられた、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）構造が用いられているため、動作電圧が２０〜３０Ｖ程度と高く、十分なドレイン電流も得られていなかった。
【０００５】
有機薄膜トランジスタのドレイン電流Ｉｄは、飽和領域において次の式で表される。
【０００６】
【数１】
2009010283.tif 000003
（但し、Ｉｄ：ドレイン電流、Ｗ：チャネル幅、ε０：真空の誘電率、εｒ：比誘電率、μ：電界効果移動度、Ｖｇ：ゲート電圧、Ｖｔｈ：しきい値電圧、ｄ：ゲート絶縁層膜厚、Ｌ：チャネル長）
有機薄膜トランジスタを有機ＥＬパネルの画素駆動用トランジスタとして用いる場合、ドレイン電流と画素面積の不足が問題となってくる。有機ＥＬ素子は電流量に応じた輝度を示すため、画素駆動用のトランジスタにおいては、一定以上のドレイン電流を必要とする。ドレイン電流を増加させるためには、チャネル幅Ｗを増加させることが有効であるが、チャネル幅を増やせば、その分有機薄膜トランジスタの占有面積が増大し、有機ＥＬ素子に割く面積が減少して、画素面積の減少を招く。また、小さい画素面積のままパネル輝度を上げようとすれば、個々の有機ＥＬ素子の負荷が増え、有機ＥＬ素子の発光不良を招いて、パネルの短寿命化をもたらす。
【０００７】
式（１）によるとドレイン電流を増加させるためには、チャネル長Ｌを小さくするか、若しくはゲート絶縁層の膜厚ｄを薄くするという方法が考えられる。
【０００８】
従来のチャネル領域が水平に設けられたＭＯＳ−ＦＥＴでは、加工の困難性から短チャネル化に限界があったが、チャネルを垂直方向に設け、ゲート電極等の膜厚でチャネル長を制御することにより、より短いチャネルを再現性良く形成することが可能となった。例えば、銅フタロシアニンの２００ｎｍ程度の薄膜を有機半導体として用い、薄膜の上下にソース／ドレイン電極を設け、薄膜の中間に半透明あるいは櫛型のＡｌゲート電極を設ける方法等が報告されている（非特許文献１）。
【０００９】
また、四角形または三角形のゲート電極を用い、チャネル領域を垂直方向に設けた、いわゆる縦型の電界効果トランジスタが開示されている（特許文献１）。この方法によると、高精度且つ容易に短いチャネル長を得ることができ、しかも、ソース／ドレイン電極とゲート電極とが自己整合的に形成することができると記載されている。このように、短チャネル化によりドレイン電流は増加するが、有機ＥＬ素子を高輝度で発光させる為には十分ではなく、高輝度発光を得る為にはチャネル幅を大きくする必要があるが、トランジスタの占有面積が大きくなり、画素面積を向上させることができなかった。
【００１０】
一方、ゲート絶縁層の膜厚を薄くする方法ではゲート容量は大きくなるものの、ゲート絶縁層の絶縁性が悪くなるため、リーク電流が大きくなったり、あるいは、絶縁破壊が生じてトランジスタが崩壊して、歩留まりが著しく低下するなどの不都合が生じていた。これを解決するための方法として、ゲート絶縁層をゲート電極を構成する金属材料の陽極酸化膜と有機高分子膜等により構成する電界効果トランジスタ（特許文献２）や、ゲート絶縁層を高誘電率材料と絶縁性有機高分子の２層構造とする構成の電界効果トランジスタ（特許文献３）などが開示されている。
しかしながら、これら文献に開示された電界効果トランジスタは、どちらもチャネル領域が水平に設けられたＭＯＳ−ＦＥＴ構造のものであり、縦型のトランジスタにおいては、ソース／ドレイン電極を形成する際、ゲート電極の形状を利用して分離するため、ゲート電極の形状に沿うように薄く、かつ欠陥を少なくして、絶縁層を形成することが困難である等、縦型のトランジスタにおける解決法は見出されていなかった。
【特許文献１】特開２００４−３４９２９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１２８１２４号公報
【特許文献３】特開２００５−２６６９８号広報
【非特許文献１】Ｋ．Ｋｕｄｏ，  Ｍ．Ｉｉｚｕｋａ，  Ｓ．Ｋｕｎｉｙｏｓｈｉ，  ａｎｄ  Ｋ．Ｔａｎａｋａ，  Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ，  Ｖｏｌ．３９３，  ｐ．３６２，  ２００１．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、縦型の電界効果トランジスタ構造において、高ドレイン電流化が可能で且つ歩留りの高い電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供することである。
【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、基板と、基板上に設けられた第１の電極と、第１の電極表面上に設けられた第１の絶縁層と、第１の絶縁層表面上に設けられた有機材料からなる第２の絶縁層と、第１の電極の上方に位置し、第２の絶縁層上に設けられた第２の電極と、第２の電極と分離されて、基板上に、前記第１の絶縁層又は第２の絶縁層を介して、もしくは直接設けられた第３の電極と、第２の電極及び第３の電極と接すると共に、第１の電極とは第１の絶縁層及び第２の絶縁層を介して絶縁されるように設けられた有機半導体層とを備え、第３の電極の上面は、第１の電極の上面よりも低い位置に設けられると共に、第２の絶縁層の膜厚が、第１の絶縁層の膜厚よりも薄いことを特徴とするものである。
【００１３】
このように、第３の電極の上面が第１の電極の上面よりも低い位置に設けられるので、ゲート電極として機能する第１の電極の側面をチャネル領域とする縦型の有機電界効果トランジスタが構成され、第２の絶縁層の膜厚が、第１の絶縁層の膜厚よりも薄いことで、十分な絶縁性を保った上でゲート絶縁層を薄くすることができるため、高ドレイン電流化が可能で且つ歩留りを高くすることができる。
【００１４】
第２の絶縁層は、湿式法により形成されることが好ましい。これにより、第１の絶縁層における欠陥等を修復することができる。ここで、湿式法とは、例えば、第２の絶縁層の材料を溶媒等に溶解して、塗布等することにより成膜する方法であり、スピンコート法、印刷法やスプレー法等が挙げられる。
さらに、第１の絶縁層と第２の絶縁層の膜厚の和が３０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、歩留りを高く保つことができる。
【００１５】
また、本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、基板上に第１の電極を形成する工程と、第１の電極表面上に第１の絶縁層を形成する工程と、第１の絶縁層表面上に第２の絶縁層を形成する工程と、第１の電極の上方に位置する第２の絶縁層上に第２の電極を形成すると同時に、第２の電極と分離するように、第３の電極を形成する工程と、第２の電極及び第３の電極と接すると共に、第１の電極とは第１の絶縁層及び第２の絶縁層を介して絶縁されるように有機半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴としたものである。
【００１６】
これによって、ゲート電極として機能する第１の電極の側面をチャネル領域とする縦型の有機電界効果トランジスタを容易に製造することができる。さらに、第２の絶縁層が形成する工程が、湿式法により行われることが好ましい。これにより、第１の絶縁層における欠陥等を修復することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電界効果トランジスタは、十分な絶縁性を保った上でゲート絶縁層を薄くすることができるため、高ドレイン電流化が可能で且つ歩留りを高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施形態に係る電界効果トランジスタの一例を示す図（図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ断面における断面図）である。この電界効果トランジスタは、基板１上に、ゲート電極として機能する第１の電極２を備え、第１の電極２の上面と、側面と、上記第１の電極２の両側の基板１の表面に渡って、第１の絶縁層３が形成されている。この第１の絶縁層３上には、第２の絶縁層４が、第１の絶縁層３を覆うように形成されている。第２の絶縁層４上に形成され、第１の電極２の上方に位置するソース／ドレイン電極として機能する第２の電極５と、第１の電極２の両側に、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４を介して位置し、ソース／ドレイン電極として機能する第３の電極６及び第４の電極７が設けられている。
【００１９】
ここで、第１の絶縁層３又は第２の絶縁層４は、第１の電極２の上面と側面のみを覆い、基板１上は覆わないように形成されてもよい。この場合には、第３の電極６及び第４の電極７は、基板１上に直接設けられるか、もしくは第１の絶縁層３上に設けられる。
【００２０】
なお、第３の電極６及び第４の電極７は、どちらか一方のみでもよく、第２の電極５がフローティング電極として機能し、ソース／ドレイン電極として機能する第３の電極６と第４の電極７を電気的に仲介する構造であっても良い。
【００２１】
また、図２に示すように、第２の電極５と第３の電極６が電気的に接続されていてもよい。この場合、第２の電極５と第３の電極６との間が短絡されるため、第３の電極６と第４の電極７間のチャネル長が約半分になりドレイン電流を多くとることができる。
【００２２】
第２の電極５と、第３の電極６及び第４の電極７と、第２の絶縁層４の表面には、有機半導体層８が形成されている。有機半導体層８は、第２の電極５並びに、第３の電極６及び第４の電極７と電気的に接すると共に、第１の電極２とは、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４により電気的に隔てられている。
【００２３】
このような構成の電界効果トランジスタは、第１の電極２に電圧を印加すると、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４に隔てられて第１の電極２と相対する有機半導体層８の領域（チャンネル領域）において、電荷が誘起される。その結果、ソースあるいはドレイン電極として機能する電極間、例えば、第２の電極５と第３の電極６及び第４の電極７の間に、第１の電極２への印加電圧に応じた電流（ドレイン電流）が流れることで、電界効果トランジスタとして動作する。
【００２４】
また、上述のごとく２層の絶縁層を用いることにより、電極間のリーク電流の発生を抑制して、歩留りを向上させるとともに、第１の絶縁層と第２の絶縁層の総膜厚を薄くして、ソース−ドレイン間の電流値を高くすることができる。
【００２５】
＜本実施形態における電界効果トランジスタの構成材料＞
基板１としては、少なくとも表面が絶縁性を有するものであればよく、各種ガラス基板や、表面に絶縁層が形成された各種ガラス基板、石英基板、表面に絶縁層が形成された石英基板、表面に絶縁層が形成されたシリコン基板、表面に絶縁層が形成された金属基板等を挙げることができる。更には、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）やポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）に例示される高分子材料から構成されたプラスチック・フィルムやプラスチック・シート、プラスチック基板を挙げることができ、このような可撓性を有する高分子材料から構成された基板１を使用すれば、例えば曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器への電界効果型トランジスタの組込みあるいは一体化が可能となる。
【００２６】
第１の電極２、第２の電極５、第３の電極６及び第４の電極７を構成する材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）等の金属、これらの金属元素を含む合金、これらの金属から成る導電性粒子、あるいは、これらの金属を含む合金の導電性粒子を挙げることができる。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。更には、上述した各種の導電性高分子を挙げることもできる。電極材料は、有機半導体層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。
【００２７】
第１の絶縁層３は、有機系絶縁材料、例えばパリレン樹脂、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、ポリビニルフェノール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、これらの共重合体や架橋体などが利用できる。
第１の絶縁層３としては、上記材料を単体で用いてもよいが、上記材料に、例えは酸化チタン、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウムなどの無機材料やテトラブチルチタネートやチタニウムエトキシド等有機金属化合物の高誘電率材料微粒子を添加しても良い。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、ポリビニルフェノール樹脂、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、これらの共重合体や架橋体、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。また、第１の電極２の表面を酸化あるいは窒化することによって形成することができ、第１の電極２の表面に酸化膜や窒化膜を成膜することで得ることもできる。
【００２８】
第１の絶縁層３上に形成される第２絶縁層４の材料としては、有機系絶縁材料、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等、パリレン樹脂、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、ポリビニルフェノール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、これらの共重合体や架橋体などが利用できる。第２の絶縁層４としては、上記材料を単体で用いてもよいが、上記材料に、例えは酸化チタン、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウムなどの無機材料やテトラブチルチタネートやチタニウムエトキシド等有機金属化合物の高誘電率材料微粒子を添加しても良い。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、ポリビニルフェノール樹脂、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、これらの共重合体や架橋体、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。
【００２９】
上記第１の絶縁層３の厚みは１０〜３００ｎｍであり、好ましくは１０〜１５０ｎｍである。１０ｎｍより薄くなると絶縁性を保つことができなくなり、３００ｎｍより大きくなるとソース−ドレイン電流が小さくなりすぎる。また、上記第１の絶縁層３上に形成する上記第２の絶縁層４の厚みは５〜５０ｎｍであり、好ましくは５〜１０ｎｍである。５ｎｍより薄くになると絶縁性を保つことができなくなり、５０ｎｍより大きくなるとソース−ドレイン電流が小さくなりすぎる。なお、第２の絶縁層４の膜厚は、１０ｎｍ以下の極薄膜とすることで、湿式法で成膜しても第１の電極２の形状を保持することができる。
【００３０】
さらに、上記第１の絶縁層３と上記第２の絶縁層４の厚みの和は３０〜２００ｎｍが好ましい。３０ｎｍより薄くになると絶縁性を保つことができなくなり、２００ｎｍより大きくなるとソース−ドレイン電流が小さくなりすぎる。
【００３１】
有機半導体層８を構成する有機半導体材料としては、半導体特性を有する有機材料であって、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できる。
【００３２】
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（ＰＴＣＤＡ、ＰＴＣＤＩ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できる。
【００３３】
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、ルブレン、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できる。
【００３４】
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、金属ハロゲン化物などを用いることができる。
なお、有機半導体層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。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、ポリビニルフェノール樹脂、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、これらの共重合体や架橋体、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。
【００３５】
＜本実施形態における電界効果トランジスタの製造方法＞
図３は、本実施形態における電界効果トランジスタの製造方法を示したものである。
【００３６】
基板１の上に、ゲート電極として機能する第１の電極２を形成する（図３（ａ）参照）。第１の電極２の形成法は、構成する材料にも依るが、真空蒸着法やスパッタリング法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ）法とエッチング技術との組合せ、各種の化学的気相成長法（ＣＶＤ法）とエッチング技術との組合せ、スピンコート法とエッチング技術との組合せ、導電性ペーストや上述した各種の導電性高分子の溶液を用いたスクリーン印刷法やインクジェット印刷法等の印刷法、リフトオフ法、シャドウマスク法、上述した各種コーティング法とエッチング技術との組合せ及びスプレー法とエッチング技術との組合せ等を挙げることができる。
【００３７】
次に、第１の絶縁層３を、第１の電極２上及び基板１上に形成する（図３（ｂ）参照）。第１の絶縁層３の形成方法としては、真空蒸着法やスパッタリング法に例示されるＰＶＤ法、各種のＣＶＤ法、スピンコート法、スクリーン印刷法やインクジェット印刷法といった印刷法、上述した各種コーティング法、浸漬法、キャスティング法及びスプレー法の内のいずれかを挙げることができる。
【００３８】
また、第１の電極２の表面を酸化、あるいは窒化することで、第１の絶縁層３を形成することができる。第１の電極２の表面を酸化する方法として、第１の電極２を構成する材料にも依存するが、Ｏ２プラズマを用いた酸化法、陽極酸化法を例示することができる。また、第１の電極２の表面を窒化する方法として、第１の電極２を構成する材料にも依存するが、Ｎ２プラズマを用いた窒化法を例示することができる。上記方法は、基板１が耐熱性を有する材料である場合に有効である。
【００３９】
あるいは、例えば、第１の電極２としてＡｕ電極を用いる場合は、一端をメルカプト基で修飾された直鎖状炭化水素のように、第１の電極２（Ａｕ電極）と化学的に結合を形成し得る官能基を有する絶縁性分子によって、浸漬法等の方法で第１の電極２表面を被覆することで、第１の電極２の表面に絶縁層を形成することもできる。
【００４０】
このようにして形成された第１の絶縁層３上に、第２の絶縁層４を形成する（図３（ｃ）参照）。第２の絶縁層４の形成方法としては、第１の絶縁層３と同様に、真空蒸着法やスパッタリング法に例示されるＰＶＤ法、各種のＣＶＤ法、スピンコート法、スクリーン印刷法やインクジェット印刷法といった印刷法、上述した各種コーティング法、浸漬法、キャスティング法及びスプレー法の内のいずれかを挙げることができる。
【００４１】
なお、第２の絶縁層４の形成法としては、スピンコート法、印刷法やスプレー法等の湿式法が好ましい。図４に示すように、第２の絶縁層４を、有機系絶縁材料の溶液を湿式法で塗布することにより形成する場合、リーク等の原因となる第１の絶縁層３のピンホール等の欠陥等に溶液が浸透し、修復することができるため、絶縁層の絶縁性を向上させることが可能となる。有機系絶縁材料を溶かす溶媒としては、第１の絶縁層３と濡れ性の良好な（接触角が小さい）溶媒を用いることが好ましい。
【００４２】
次に、第２の電極５、第３の電極６及び第４の電極７を第２の絶縁層４上に形成する（図３（ｄ）参照）。これら電極の形成法は、第１の電極２の形成法と同様である。第２の電極５、第３の電極６及び第４の電極７は同時に形成するが、第１の電極２の形状により、第１の電極２の側面上の第２の絶縁層４には電極が形成されないか、極薄くしか形成されないため、その後、ライトエッチングを行うことで、第２の電極５、第３の電極６及び第４の電極７は、分離され、それぞれが絶縁された状態となる。
ここで、第２の絶縁層４を湿式法で形成していると、第１の電極２の側面の基板１と接する部分において、有機系絶縁材料の溶液が溜まり、その部分における曲率半径が大きくなる。これにより、第３の電極６及び第４の電極７を蒸着法等により形成する際に、第３の電極６及び第４の電極７が、第１の電極２の側面に位置するところまでせり上がって形成されるため、第２の電極５と第３の電極６、あるいは第４の電極７間の距離が小さくなって、ソース−ドレイン間の電流を大きくすることができる。また、その後に形成される有機半導体層８が、第１の電極２の側面の基板１と接する部分において、膜切れや亀裂等を引き起こすなどの不都合の発生を低減することができる。
【００４３】
最後に、有機半導体層８を、第２の電極５並びに、第３の電極６及び第４の電極７と電気的に接する一方、第１の電極２とは、第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４により電気的に隔てられるように形成する（図３（ｅ）参照）。有機半導体層８の形成方法として、有機半導体層８を構成する材料にもよるが、真空蒸着法やスパッタリング法に例示されるＰＶＤ法、各種のＣＶＤ法、スピンコート法、スクリーン印刷法やインクジェット印刷法といった印刷法、エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法、浸漬法といった各種コーティング法及びスプレー法の内のいずれかを挙げることができる。
【００４４】
（実施例１）
以下、図１に基づいて本発明の電界効果トランジスタの実施例について説明する。この電界効果トランジスタは、ガラスからなる基板１上に、アルミニウムからなる第１の電極２（高さ：１μ、幅：１０μｍ）を備える。第１の電極２は、基板１上にアルミニウムを蒸着法又はスパッタ法などで成膜した。その後、レジストでマスクを形成し、ウエットエッチングにより第１の電極２のパターンを形成した。
【００４５】
上記第１の電極２の上面と、側面と、上記第１の電極２の両側の基板１の表面に渡って、第１の絶縁層３を形成した。第１の絶縁層３として、ポリ−２−クロロパラキシリレン（パリレンＣ）をＣＶＤ法により５０ｎｍ成膜した。この第１の絶縁層３上には、第２の絶縁層４として、高分子材料を５ｍｇ／ｍｌトルエン溶液として、回転数２０００ｒｐｍにてスピンコート法により成膜を行い、第２の絶縁層４を１０ｎｍとなるように形成した。
【００４６】
高分子材料としては、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリビニルフェノールとポリメタクリル酸メチルの共重合体（ＰＶＰ−ＰＭＭＡ）、ポリメタクリル酸メチルとメタクリル酸の共重合体（ＰＭＭＡ−ＭＡＡ）を用いた。
【００４７】
次に、金を、基板を回転させながらの蒸着法により、８００Åの膜厚で成膜を行なった。チャネル幅は３ｍｍになるようにマスクを用いて成膜した。成膜後、第１の電極２の側面の金電極のエッチングを行った。エッチャント液として関東化学製ＡＵＲＵＭ３０２を用いた。エッチングにより、第２の電極５、第３の電極６と第４の電極７を形成した。
【００４８】
最後に、上記第２の電極５、第３の電極６、第４の電極７及び第２の絶縁層４の表面上に、有機半導体層８を形成した。有機半導体層８には、ペンタセンを用い、基板を回転させながら蒸着させて、２４０ｎｍの膜厚に成膜を行った。
【００４９】
（実施例２）
実施例１における第１の絶縁層３の材料を有機材料と無機材料の混合物としたものである。
【００５０】
第１の絶縁層３の製造方法を説明する。ポリビニールブチラール（ＰＶＢ）およびテトラブチルチタネート（Ｔｉ（ＯＣ４Ｈ９）４）を１：９の組成比で混合し、得られた混合物をイソプロピルアルコールに溶解させて１０〜２０ｗｔ％の濃度の溶液を製造した。スピンコーティング法を用いて、アルミニウムからなる第１の電極２を形成したガラスからなる基板１上に前記溶液を塗布して厚さ９００Åのフィルムを形成し、７０℃で１時間、さらに１５０℃で３０分間熱硬化させることで第１の絶縁層３を製造した。第１の絶縁層３の材料及び製造方法を除いて、実施例１と同様にして、電界効果トランジスタを形成した。
【００５１】
（実施例３）
実施例１における第１の絶縁層材料を無機材料としたものである。
【００５２】
第１の絶縁層３の製造方法を説明する。第１の電極２のタンタルを陽極酸化することで得られる酸化タンタル膜（Ｔａ２Ｏ５）を第１の絶縁層３として用いる。この場合、１．０ｗｔ％ホウ酸アンモニウム水溶液を化成液として用い、この化成液に第１の電極２が形成された基板を浸漬する。そして第１の電極２を陽極とし、別に準備した陰極との間に直流電界を４０Ｖ印加することで５００Åの第１の絶縁層３を製造した。第１の絶縁層３の材料及び製造方法を除いて、実施例１と同様にして、電界効果トランジスタを形成した。
【００５３】
（実施例４）
第１の絶縁層３として、ポリ−２−クロロパラキシリレン（パリレンＣ）をＣＶＤ法により２０ｎｍ成膜した。この第１の絶縁層３上には、第２の絶縁層４として、ポリビニルフェニル（ＰＶＰ）を実施例１と同様にしてスピンコート法により１０ｎｍとなるように形成した。その他の層、構造については、実施例１と同様にして、電界効果トランジスタを形成した。
【００５４】
（比較例１）
実施例１における第２の絶縁層４を有さない構造で、第１の絶縁層３として、ポリ−２−クロロパラキシリレン（パリレンＣ）をＣＶＤ法により５０ｎｍ成膜した。その他の層、構造については、実施例１と同様にして、電界効果トランジスタを形成した。
【００５５】
（比較例２）
実施例１における第２の絶縁層４を有さない構造で、第１の絶縁層３として、ポリビニルフェニル（ＰＶＰ）をスピンコート法により５０ｎｍ成膜した。その他の層、構造については、実施例１と同様にして、電界効果トランジスタを形成した。
【００５６】
（比較例３）
実施例２における第２の絶縁層４を有さない構造で、第１の絶縁層３として、ポリビニールブチラール（ＰＶＢ）およびテトラブチルチタネート（Ｔｉ（ＯＣ４Ｈ９）４）との混合層を実施例２と同様にして、形成した。その他の層、構造については、実施例１と同様にして、電界効果トランジスタを形成した。
【００５７】
（比較例４）
実施例３における第２の絶縁層４を有さない構造で、第１の絶縁層３として、酸化タンタル膜（Ｔａ２Ｏ５）を実施例３と同様にして形成した。その他の層、構造については、実施例１と同様にして、電界効果トランジスタを形成した。
【００５８】
（比較例５）
第１の絶縁層３として、ポリ−２−クロロパラキシリレン（パリレンＣ）をＣＶＤ法により３０ｎｍ成膜した。この第１の絶縁層３上には、第２の絶縁層４として、ポリビニルフェニル（ＰＶＰ）を実施例１と同様にしてスピンコート法により３０ｎｍとなるように形成し、総膜厚として実施例１と同じ６０ｎｍとした。その他の層、構造については、実施例１と同様にして、電界効果トランジスタを形成した。
【００５９】
（評価結果）
第１の電極２をゲート電極、第２の電極５をソース電極、第３の電極６をドレイン電極として、ゲート電圧Ｖｇ＝−１０Ｖ、ドレイン電圧Ｖｄ＝−１５Ｖにおけるソース−ドレイン間の電流値を最大電流値Ｉｄｍａｘとして測定を行った。また、第１の電極２に印加するゲート電圧Ｖｇ＝１０Ｖ、ドレイン電圧Ｖｄ＝０Ｖにおけるソース−ドレイン間の電流値（この場合、リーク電流となる）が１０μＡ以上であるものを不良品と定義し、数十個の電界効果トランジスタを作成して、歩留りを以下の式で産出した。その結果を、表１及び図５に示す。
【００６０】
【数２】
2009010283.tif 000004
【００６１】
【表１】
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表１中の最大電流量は、作製した電界効果トランジスタでの測定値の平均値を用い、実施例１における第２の絶縁層４材料にＰＶＰを用いた場合の最大電流値で規格化した。表１より、第１の絶縁層３としてパリレンＣをＣＶＤ法により５０ｎｍの膜厚で形成し、第２の絶縁層４として各種高分子材料をスピンコート法により１０ｎｍの膜厚で形成した実施例１では、どの高分子を用いた場合でも、歩留りが１００％と高く、規格化された最大電流値も０．９５〜１．２１と高い値が得られた。また、第１の絶縁層３としてＰＶＢとＴｉ（ＯＣ４Ｈ９）４の混合層を９０ｎｍの膜厚で形成し、第２の絶縁層４としてＰＶＰをスピンコート法により１０ｎｍの膜厚で形成した実施例２では、歩留りが８０％、規格化された最大電流値が０．８８と若干低い値であるが、比較的高い値が得られた。さらに、第１の絶縁層３として酸化タンタル膜（Ｔａ２Ｏ５）を陽極酸化により５０ｎｍの膜厚で形成し、第２の絶縁層４としてＰＶＰをスピンコート法により１０ｎｍの膜厚で形成した実施例３では、歩留りは１００％と高く、規格化された最大電流値は、１．５と最も高い値を示した。
【００６２】
これに対し、比較例１〜４のように、パリレンＣ、ＰＶＰ、ＰＶＢとＴｉ（ＯＣ４Ｈ９）４の混合層及びタンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５）を５０ｎｍ形成した場合には、全て不良品となってしまい、歩留りは０％であった。膜厚が薄いために、膜にピンホールや亀裂等の欠陥が生じる等により、リーク電流が大きくなったためと考えられる。
【００６３】
これは、絶縁層を２層とすることで、リーク電流の起こりやすくなる薄い絶縁層においても、第２の絶縁層４が、膜厚を均一にしたり、欠陥等を修復したりする等により絶縁層のリーク電流を抑えるため、歩留りが高くなったものと考えられる。
また、絶縁層の膜厚に関しては、実施例４に示すように、第１の絶縁層３としてパリレンＣを２０ｎｍの膜厚で形成し、第２の絶縁層４としてＰＶＰをスピンコート法により１０ｎｍの膜厚で形成した場合、歩留りは若干低下するが、規格化された最大電流値は、実施例１の材料が同じものに比べて１．２と高くなった。これは、絶縁層の総膜厚が薄くなったため、リーク電流の発生が起こりやすくなったが、式（１）より電流値は増加したためと考えられる。図５に、絶縁層の総膜厚と歩留り及び最大電流値との関係を示す。第１の絶縁層３としてパリレンＣをＣＶＤ法で形成し、第２の絶縁層４としてＰＶＰをスピンコート法により形成した。それぞれの絶縁層の膜厚は、第２の絶縁層４の膜厚を１０ｎｍとし、第１の絶縁層３の膜厚を（絶縁層の総膜厚−１０ｎｍ）とした。このようにして、絶縁層の総膜厚を変えて、歩留り及び最大電流値を測定した。最大電流値は、絶縁層の総膜厚が６０ｎｍの時の値を１００として、規格化した。図５より絶縁層の総膜厚が、３０ｎｍより薄くなると急激に歩留りが低下していることがわかる。また、規格化された最大電流値は、膜厚が薄くなるほど、大きくなる。このことから、歩留りを高く保つことができる最小の膜厚とすることが好ましい。
【００６４】
参考として、図６に、従来の構造である、第２の絶縁層４を積層せずにパリレンＣのみを用いた場合の絶縁層の総膜厚と歩留り及び最大電流値との関係を示す。図５に示す本発明の実施形態の場合より、膜厚を薄くすると歩留りが低下している。このことから、本発明のように、絶縁層を２層とすることで、膜厚が薄い場合の歩留りを飛躍的に向上できることがわかる。
【００６５】
一方、比較例５に示すように、絶縁層の総膜厚が同じでも、第２の絶縁層４の膜厚を大きくすると、歩留りが５０％と低下した。これは、図７に示すように第２の絶縁層４が厚い場合、第１の電極２のエッジ部の形状が第２の絶縁層４によりなまってしまい、その後に第２の電極５、第３の電極６及び第４の電極７を形成する際に、図７（ａ）に示すように各電極が分離されず、図７（ｂ）に示すように第１の電極２側面上の第２の絶縁層４にまで電極が形成されてしまい、その後のライトエッチングでも各電極を分離することができなくなるため、歩留りが低下したものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明にかかる電界効果トランジスタは、歩留りが高く、高ドレイン電流化が可能となるので、有機ＥＬ素子等電流駆動型素子の駆動回路基板などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態に係る電界効果トランジスタの１例を示す図（（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面における断面図）である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電界効果トランジスタの他の例を示す図（（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面における断面図）である。
【図３】本発明の実施の形態に係る電界効果トランジスタの一例の製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る電界効果トランジスタの第２の絶縁層４による第１の絶縁層３の欠陥修復の概念図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る構造における絶縁層の総膜厚と最大電流量及び歩留りの関係を示したものである。
【図６】従来の構造における絶縁層の総膜厚と最大電流量及び歩留りの関係を示したものである。
【図７】第２の絶縁層４の厚さによる電極形成の違いを示す概念図である。（ａ）本発明の実施の形態に係る電界効果トランジスタのライトエッチング後の構造を示す図である。（ｂ）第２絶縁層４が適当でない膜厚である場合のライトエッチング後の構造を示す概念図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  基板
２  第１の電極
３  第１の絶縁層
４  第２の絶縁層
５  第２の電極
６  第３の電極
７  第４の電極
８  有機半導体層
【図１】
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【図２】
2009010283.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009010283.tif 000010
【図６】
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【図７】
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