JP2008041914A - 有機薄膜トランジスタ及びその製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡便な構成で、より高性能な有機薄膜トランジスタ及びその製造方法、更にはそれを用いた電子機器を提供すること。
【解決手段】ゲート電極と、ゲート電極を覆い、複数の凹部が形成されるゲート絶縁膜と、複数の凹部に配置されるソース電極及びドレイン電極と、ソース電極及びドレイン電極の間の領域に配置され、ソース電極及びドレイン電極に接続される有機半導体層と、ソース電極及び、ドレイン電極、を有する有機薄膜トランジスタとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体層に有機物を用いる薄膜トランジスタ（以下「有機薄膜トランジスタ」という。）及びその製造方法に関し、特にいわゆるボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタに好適なものに関する。

有機薄膜トランジスタは、従来の半導体層にシリコンを用いる薄膜トランジスタに対し簡単な製造工程、安価、フレキシビリティー等の特性を有しており、現在盛んに研究が行われている。

一般的に有機薄膜トランジスタは二つの構造に分けることができる。一つはソース電極及びドレイン電極を有機物半導体層を形成した後に形成するトップコンタクト型であり、もう一つは有機物半導体層をソース電極及びドレイン電極を形成した後に形成するボトムコンタクト型である（例えば下記非特許文献１参照）。

トップコンタクト型の有機薄膜トランジスタは、ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタよりも電極から半導体層へのキャリア注入障壁や電極／半導体層界面の接触抵抗が小さいという点において優れた特性を有している。しかし、例えば一般的な電極形成において用いられるようなエッチング処理などの溶液処理に弱く、有機半導体層を形成した後にこのような処理を用いることは難しく、複雑な回路構成には対応できないといった課題がある。また、トランジスタの動作電圧を低くするにはソース電極とドレイン電極の間隔で定められるチャネル長を１μm程度まで短くする必要があるが、エッチング処理の代わりに他の方法、例えばマスク蒸着法を用いた場合であっても数十μm程度が限界であり、これ以下に加工することは困難であるといった課題がある。

そこで、ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタの検討がより重要となっている。ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタについての公知の技術としては、例えば下記特許文献１乃至３に記載の技術がある。

Ｃ．Ｄ．Ｄｉｍｉｔｒａｋｏｐｏｕｌｏ，Ｐ．Ｒ．Ｌ．Ｍａｌｅｎｆａｎｔ、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．、２００２、１４、９９ 米国特許第６４３３３５９号明細書 米国特許第６５６９７０７号明細書 米国特許第６８６４５０４号明細書

しかしながら、上記特許文献１、２に記載の技術では、基板や電極の表面処理によってトランジスタ特性が改善されるという点において有用であるが、処理の安定性及び再現性に乏しい、また、電極の接触抵抗を根本的には改善していないといった課題が残る。また、上記特許文献３に記載の技術には、有機半導体層にキャリアが誘起されない部分があるため、有機半導体層における抵抗が増大してトランジスタの電気的特性が低下してしまうという課題がある。また、上記特許文献３に記載の技術には製造工程も複雑であるといった課題もある。

そこで、本発明は、上記課題を鑑み、より簡便な構成で、より高性能な有機薄膜トランジスタ及びその製造方法、更にはそれを用いた電子機器を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を行ったところ、ゲート絶縁膜に凹部を形成し、この凹部にソース電極及びドレイン電極を形成することで有機半導体層における注入障壁、接触抵抗、更には上述した有機半導体層における抵抗を小さくし、オン電流や移動度の大きな有機薄膜トランジスタを簡便に形成することができる点に想到し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明の一手段に係る有機薄膜トランジスタは、ゲート電極と、ゲート電極を覆い、複数の凹部が形成されるゲート絶縁膜と、複数の凹部に配置されるソース電極及びドレイン電極と、ソース電極及び前記ドレイン電極の間の領域に配置され、ソース電極及びドレイン電極に接続される有機半導体層と、を有する。このようにすることで有機半導体層における注入障壁、接触抵抗、更には上述した有機半導体層における抵抗を小さくし、オン電流や移動度の大きな有機薄膜トランジスタを簡便に形成することができる。

また、限定されるわけではないが、本手段において、ソース電極及びドレイン電極のそれぞれは、ゲート絶縁膜を介しゲート電極と重畳して配置されていることも望ましい。このようにすることでソース電極とドレイン電極の間のチャネル領域全体にゲート電極を対応させることができ、有機半導体層におけるキャリアの誘起を確実にすることができる。

また、限定されるわけではないが、本手段において、ゲート絶縁膜の凹部はテーパーを有していることも望ましい。即ち、テーパー端部によって有機結晶の面内配向を揃えることができ、分子密度の高い面を電極に密に接触させることで、より注入障壁や接触抵抗を低減することができる。

また、限定されるわけではないが、本手段において、ソース電極及びドレイン電極の高さとゲート絶縁膜の高さをほぼ同じにすることが望ましい。これにより有機半導体層の平坦性を確保し、注入障壁や接触抵抗を低減させることができる。ここで「ほぼ同じ」とは、完全に同じであることを含むのはもちろんであるが、誤差範囲までも含む概念である。

また、本発明の他の一手段に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板にゲート電極を形成し、ゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜に凹部を形成し、ゲート絶縁膜に形成された凹部にソース電極及びドレイン電極を形成し、有機半導体層を形成する。

また、限定されるわけではないが、本手段において、ソース電極及びドレイン電極のそれぞれを、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と重畳するよう形成することも望ましい。このようにすることで、ソース電極とドレイン電極の間のチャネル領域全体にゲート電極を対応させることができ、有機半導体層におけるキャリアの誘起を確実に行わせることができる。

また、限定されるわけではないが、本手段において、ゲート絶縁膜の凹部は、テーパーを有するよう形成されることも望ましい。テーパー端部により有機結晶の面内配向を揃えることができ、分子密度の高い面を電極に密に接触させることが可能となり、より注入障壁や接触抵抗を低減することができる。

また、限定されるわけではないが、本手段において、ソース電極及びドレイン電極を形成した後、ソース電極、ドレイン電極及びゲート絶縁膜を研磨することも望ましい。このようにすることでゲート絶縁膜、ソース電極及びドレイン電極の高さをほぼ同じにすることで有機半導体層の平坦性を確保することができる。

以上本発明によって、簡便な構成で、より高性能な有機薄膜トランジスタ及びその製造方法、更にはそれを用いた電子機器を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書においては同一又は同様の機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施形態１）
図１に、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（以下「本有機薄膜トランジスタ」）の概略断面図を示す。図１に示されるとおり、本有機薄膜トランジスタ１は、基板２と、この基板２上に形成されるゲート電極３と、基板２及びゲート電極３を覆って形成され、凹部４１ａ、ｂが形成されるゲート絶縁膜４と、ゲート絶縁膜４の凹部４１ａに形成されるソース電極５と、ゲート絶縁膜４の凹部４１ｂに形成されるドレイン電極６と、ソース電極５、ドレイン電極６及びこれらの間の領域（チャネル領域となる。）を覆って形成される有機半導体層７と、ソース電極５、ドレイン電極６及び有機半導体層７を保護する保護膜８と、を有して形成されている。なお、本有機薄膜トランジスタの平面図を図２に示しておく（なお図１は図２のＡ−Ａ断面図に相当する）。

基板２は、ゲート電極３、ゲート絶縁膜４、ソース電極５、ドレイン電極６、有機半導体層７、保護膜８を形成する下地となるものであって、限定されるわけではないが、例えばシリコン、ガラス、プラスチックフィルムを好適に用いることができる。

ゲート電極３は、電圧を印加することで有機半導体層にキャリアを誘起させることができるものであって、導電性を有する限りにおいて限定されるわけではないが、例えばＡｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ又はこれらを複数積層させたものを好適に用いることができる。またゲート電極の厚さとしては、限定されるわけではないが、例えば１ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあることが望ましく、より望ましくは１０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲内である。

ゲート絶縁膜４は、ゲート電極３と、この上に形成される有機半導体層７とを絶縁する機能を有する膜であって、絶縁性を有する限りにおいて限定されるわけではないが、例えばＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｂａ_ｘＳｒ_１−ｘＴｉＯ_３（ＢＳＴ）等の無機絶縁物、又はＰＶＡ、ＰＶＰ、ＰＭＭＡ等の有機絶縁物を好適に用いることができる。

また本実施形態に係るゲート絶縁膜４は、図１で示すように全体として平坦となるよう形成されているが、凹んだ部分、即ち凹部を複数有して構成されており、この部分にソース電極５、ドレイン電極６が配置されている。凹部の深さについては限定されるわけではないが、ソース電極５、ドレイン電極６の厚さ程度有していることが望ましく、例えば１ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあることが望ましく、より望ましくは１０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲内である。なお、図１で示すように、本実施形態のゲート絶縁膜４における凹部４１ａ、ｂの断面にはテーパー４１１ａ、４１１ｂが形成されている。

ソース電極５は、ドレイン電極６との間に電界を印加し、有機半導体層７にキャリアを注入することができるものであり、ドレイン電極６は、ソース電極５との間に電界を印加し、有機半導体層７からキャリアを流れ込ませることができるものである。ソース電極５、ドレイン電極６は、構成において同じものを採用することができ、導電性を有する限りにおいて限定されるわけではないが、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ又はこれらを複数積層させたものを好適に用いることができる。なお、ソース電極５、ドレイン電極６の厚さとしては、限定されるわけではないが、例えば１ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあることが望ましく、より望ましくは１０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲内である。なお、ソース電極５とドレイン電極６は、ゲート絶縁膜４を介してゲート電極３と重畳するように形成されている。このようにすることで、ソース電極とドレイン電極の間のチャネル領域全体にゲート電極を対応させることができ、有機半導体層におけるキャリアの誘起を確実に行わせることができる。

有機半導体層７は、ゲート電極３により印加される電圧によりソース電極５とドレイン電極６との間に流れる電流を調整する機能を有する層であって、限定されるわけではないが、例えばペンタセンやＣ_６０、フタロシアニン等の低分子やＰ３ＨＴ、ＭＥＨ−ＰＰＶ等の高分子を好適に用いることができる。なお、本実施形態に係る有機半導体層７は、ゲート電極５、ドレイン電極６、更にはゲート絶縁膜４上のソース電極５とドレイン電極６の間の領域を覆うように形成されている。

保護膜８は、ソース電極５、ドレイン電極６及び有機半導体層７を保護する機能を有する膜であって、限定されるわけではないが、例えばパリレンを好適に用いることができる。なお、この保護膜８の厚さは、ソース電極５、ドレイン電極６及び有機半導体層７保護できる限りにおいて限定されない。また、場合によって保護膜８は省略可能である。

以上の構成により、本有機薄膜トランジスタは、キャリア注入障壁と接触抵抗を低減させることによって高いオン電流と高い電界効果キャリア移動度とを達成することができる。より具体的に説明すると、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜に凹部を複数設け、この凹部にソース電極５、ドレイン電極６を配置することで有機半導体層を厚くした際にソース／ドレイン電極領域とゲート絶縁層領域を橋渡しする連続的な結晶粒ないしは結晶ドメインを数多く生じせしめることで、不連続な結晶粒ないしは結晶ドメインのみしか存在しない場合と比較して、電極上面からの有効なキャリア注入とそのチャネル部への輸送を促進し、接触抵抗を低減することで高いオン電流及び高い電界効果キャリア移動度を達成することができる。また、その機構について確定的に述べるわけではないが、本実施形態に係るゲート絶縁膜に形成される凹部の側壁にテーパーを形成することにより、ゲート絶縁膜４の平坦面との間で折れ曲がり線を生じさせ、面の不連続部に結晶の低自由エネルギー面が沿う傾向を有効に利用して折れ曲がり線から両垂直方向に特定の方位が面内配向した有機半導体結晶粒を選択的に成長させ、よって生じる低自由エネルギー面と電極との広範囲な接触によってキャリア注入障壁と接触抵抗を低減することで高いオン電流及び高い電界効果キャリア移動度を達成することができる。

次に、本有機薄膜トランジスタの製造方法について図３を用いて説明する。本実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板２上にゲート電極３を形成し（図３（Ａ））、ゲート絶縁膜４を形成し（図３（Ｂ））、ゲート絶縁膜に凹部を形成し（図３（Ｃ））、ゲート絶縁膜に形成された前記凹部にソース電極及びゲート電極を形成し（図３（Ｄ））、有機半導体層を形成し（図３（Ｅ））、保護膜を形成する（図３（Ｆ））。

ゲート電極３の形成は、ゲート電極３を形成できる限り限定されるわけではないが、例えば真空蒸着法、スパッタリング法を好適に用いることができる。望ましい配線パターンを得るためには、その後、さらにフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いることが好適である。

ゲート絶縁膜４の形成も、ゲート絶縁膜４を形成できる限り限定されず、例えばゲート絶縁膜４が無機絶縁物である場合はスパッタリング法、有機絶縁物である場合はスピンコート法を好適に用いることができる。なお、ゲート絶縁膜４を形成した後、ゲート絶縁膜４を平坦化するための平坦化処理を行うことも望ましい。この平坦化処理としては限定されるわけではないが、例えば無機絶縁物に対しては化学的機械研磨法、有機絶縁物にはモールディング法が好適である。無機絶縁物に対して平坦化処理を行いゲート絶縁膜４を形成する場合の概念図を図４に示しておく。

ゲート絶縁膜４に凹部を形成する方法としては、限定されるわけではないが、例えばゲート絶縁膜４が無機絶縁物の場合には化学エッチング法、反応性イオンエッチング法を、有機絶縁物の場合は精密な鋳型を用いて半溶融状態の絶縁膜に型押しを行うことで凹部形成と同時にテーパーを形成させることができるモールディング法を好適に用いることができる。なお、無機絶縁物に対する化学エッチングによる処理は、等方的なエッチング作用を利用して自発的になだらかなテーパーを形成することができるためより望ましい。エッチング処理については周知の方法を採用することができ、限定されるわけではないが図５に本方法におけるエッチング処理工程を示し説明する。

図５におけるエッチング処理は、例えば図４で示す方法を用いて平坦化されたゲート絶縁膜４（図５中の（Ｂ））にフォトレジスト４２を塗布し（図６（Ｂ’））、フォトレジストに所望のパターンが形成されたマスクを用いて光を照射し、一部のフォトレジストのみを残して後は除去する（図５（Ｂ’’））。そして例えば緩衝フッ酸を用いてエッチング処理を施して凹部とテーパーを同時に形成する（図５（Ｃ）。なお、フォトレジストはソース電極及びドレイン電極の形成においても用いられる（図５（Ｃ’））。

ソース電極５、ドレイン電極６を形成する方法としては、これら電極を形成することができる限りにおいて限定されるわけではないが、例えば真空蒸着法、スパッタリング法を好適に用いることができる。なお、この凹部にうまくソース電極、ドレイン電極を形成する方法としては、限定されるわけではないが、ゲート絶縁膜に凹部を形成する方法においてエッチングを用い、その際に用いたフォトレジストをそのまま使用することも工程数を削減するという点、更にはテーパーと電極との間に隙間を形成し、この隙間を利用してトランジスタ特性を向上させることができる点で望ましい（図５（Ｃ’））。なお、このフォトレジストは電極形成後除去する（図５（Ｄ））。

なお、ソース電極５、ドレイン電極６を形成した後にゲート絶縁膜との平坦性を確実にするため平坦化処理を行っておくことが望ましい。平坦化処理としては、限定されるわけではないが、例えば化学的機械研磨法を好適に用いることができる。

有機半導体層７を形成する方法としては、限定されるわけではないが、例えば真空蒸着法、分子線蒸着法、インクジェット法、スピンコート法を用いることができる。

保護膜８を形成する方法としても、限定されるわけではないが、例えば真空蒸着法、分子線蒸着法、インクジェット法、スピンコート法を用いることができる。

以上、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタを得ることができる。

（実施形態２）
本実施形態に係る有機薄膜トランジスタ１は、有機半導体層の厚さが異なる以外は実施形態１と同様である。この断面外略図を図６に示し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態に係る有機半導体層７は、ソース電極５及びドレイン電極６よりも薄くしているところが実施形態１と異なる。このようにすることで、ソース電極５及びドレイン電極６の上に存在する有機半導体層７と、ソース電極５とドレイン電極６の間の領域に存在する有機半導体層７とが断絶されることとなり、ソース電極５及びドレイン電極６上における有機半導体層７を機能させることができないが、ソース電極５およびドレイン電極６は、それぞれの側面５１、６１で有機半導体層７と接続できているため、実施形態１で述べたキャリア注入障壁と接触抵抗の低減を図ることができるという効果がある。

以上本実施形態によっても、キャリア注入障壁と接触抵抗を低減させることによって高いオン電流と高い電界効果キャリア移動度とを達成することができる。

（実施形態３）
本実施形態に係る有機薄膜トランジスタ１は、ソース電極５、ドレイン電極６の形状が異なる以外はほぼ実施形態１と同様である。この断面外略図を図７に示し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態に係るゲート絶縁膜の凹部４１全体にソース電極５、ドレイン電極６が充填されており、上記の実施形態において存在するソース電極５、ドレイン電極６の側面とテーパーとの間に有機半導体層７が充填される隙間がない。このようにすることで、実施形態１で利用するテーパーの効果を利用することはできないが、ソース電極５及びドレイン電極６を凹部を十分充填させることができ、キャリア注入障壁と接触抵抗を低減させることによって高いオン電流と高い電界効果キャリア移動度とを達成することができる。なお、本実施形態における電極の形成としては、例えば実施形態１において電極形成の際にまで残したフォトレジストを電極形成前に除去しておき、ゲート絶縁膜上に電極層を形成し、その後研磨する等して平坦化させることで実現できる。

（実施形態４）
本実施形態に係る有機薄膜トランジスタ１は、ゲート絶縁総４の凹部４１ａ、ｂの断面形状が異なる以外はほぼ実施形態１と同様である。この断面外略図を図８に示し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態に係るゲート絶縁膜４の凹部４１の断面にはテーパーが形成されておらず、凹部４１の側壁が基板面に対してほぼ垂直方向にあるところが特徴的である。このようにすることでも実施形態３と同様の効果を達成することができる。なお、上記テーパーを形成しないで凹部を形成する方法としては、限定されるわけではないが、例えば反応性イオンエッチング法を好適に用いることができる。

以下、上記実施形態に係る有機薄膜トランジスタについて、実際に作成を行い、効果を確認した。以下、作成条件、結果とともに説明する。

（実施例１）
まず、リンがドープされたｎ型のシリコンウェハーをゲート電極を兼ねた基板として採用し、熱酸化法を用いてＳｉＯ_２からなるゲート絶縁膜を３００ｎｍ形成し、フォトリソグラフィ法を用いてソースおよびドレイン電極領域をパターニングした後緩衝フッ酸を用いて深さ３３ｎｍの凹部を形成し、ＤＣスパッタリング法を用いてＣｒ（下層）、Ｐｔ（上層）からなるソース電極及びドレイン電極をそれぞれ３３ｎｍ（Ｐｔ：３１ｎｍ、Ｃｒ：２ｎｍ）形成した。その上に分子線蒸着法を用いてペンタセンからなる有機半導体層を６６ｎｍ形成した。なお、有機半導体層のチャネル領域の幅／長さは５０００μｍ／２２．９μｍとした。

この作成した有機薄膜トランジスタのソース電極端付近の表面形状を原子間力顕微鏡により撮影した。この結果を図９に示す。この結果、一部の結晶粒が電極（左側）とチャネル部（右側）を跨いで成長していることが確認できた。

またこの得られた有機薄膜トランジスタに対し、ソース接地回路における出力特性を測定した。この結果を図１０に示す。この結果、電界効果移動度は飽和領域（ドレイン電圧−８０Ｖ）において０．４８ｃｍ^２／Ｖｓ、オン電流は−２．９ｍＡ、ゲート閾電圧は−３．５Ｖであり、高い電界効果移動度、高いオン電流を得ることができていることを確認した。

（比較例１）
一方、上記実施例１とほぼ同様であるが、凹部を形成せず平坦なゲート絶縁膜上にそのままソース電極、ドレイン電極を配置した有機薄膜トランジスタについても作成を行った。この構造の概略を図１１に示しておく。なお有機半導体層の厚さは９９ｎｍとした。

また、この比較用トランジスタソース電極端付近の表面形状を原子間力顕微鏡により撮影した写真を図１２に示す。この結果、すべての結晶粒が電極（左側）とチャネル部（右側）の境界で不連続となっていることが確認できた。またこのトランジスタに対し、同様の出力特性を測定した。この結果を図１３に示す。この結果、電界効果移動度は飽和領域（ドレイン電圧−８０Ｖ）において０．３０ｃｍ^２／Ｖｓ、オン電流は−１．６ｍＡ、ゲート閾電圧は−５．２Ｖであった。この結果により実施例１に係る有機薄膜トランジスタの方が電界効果移動度とオン電流が大きく、ゲート閾電圧も小さく、より高性能であることが確認できた。

また、図１０および図１２の低ドレイン電圧領域（グラフ中、横軸０〜１０Ｖの範囲）での比較において、実施例１のもの（図１０）は直線的に立ち上がっているのに対して、比較例のもの（図１２）は非線形な立ち上がりが見られる。後者は、ソース電極と半導体層との間にキャリアの注入障壁がある場合に見られる典型的な形状であることから、実施例１に係る有機薄膜トランジスタの方が、電極形状の工夫により注入障壁が小さくなっていることが強く示唆される。

また、実施例１と比較例１のトランジスタにおいて、ソース／ドレイン電極に隣接するペンタセン結晶粒の＜０１０＞方向と電極端との成す角の頻度分布を調べたところ、図１４に示されるように、電極を平坦化しテーパー形状を設けた実施例１のトランジスタでは９０°方向（電極と垂直な方向）に明瞭な配向が認められるのに対して、従来の構造である比較例（図１５参照）では、配向傾向は認められなかった。ペンタセンの場合、＜０１０＞方向に垂直な面が最も規則的かつ分子密度の高い面の一つである。このことから、テーパー形状によって配向が制御され、電極との接触面がより理想的になったことが強く示唆される。

（実施例２）
本実施例は、有機半導体層の厚さを４ｎｍにした以外は実施例１と同様に行った。この作成した有機薄膜トランジスタを上面から見た場合の原子間顕微鏡により撮影した写真を図１６に示す。

またこの得られた有機薄膜トランジスタに対し、ソース接地回路における出力特性を測定した。この結果、電界効果移動度は飽和領域（ドレイン電圧−８０Ｖ）において０．１６ｃｍ^２／Ｖｓ、オン電流は−０．５１ｍＡ、ゲート閾電圧は１１．０Ｖであり、高い電界効果移動度、高いオン電流を得ることができていることを確認した。

（比較例２）
本比較例は、ほぼ実施例２と同様であるが、比較例１と同様、凹部を形成せず平坦なゲート絶縁膜上にそのままソース電極、ドレイン電極を配置した有機薄膜トランジスタについても作成を行った。なお有機半導体層の厚さは実施例２と同じ４ｎｍとした。なお、この作成した有機薄膜トランジスタを上面から見た場合の原子間顕微鏡により撮影した写真を図１７に示す。

またこのトランジスタに対し、同様の出力特性を測定した。この結果、電界効果移動度は飽和領域（ドレイン電圧−８０Ｖ）において０．０１３ｃｍ^２／Ｖｓ、オン電流は−０．０１ｍＡ、ゲート閾電圧は−１２．５Ｖであった。この結果により実施例２に係る有機薄膜トランジスタの方が電界効果移動度とオン電流が極めて大きく、ゲート閾電圧も小さく、より高性能であることが確認できた。

（実施例３）
本実施例は、有機半導体層の厚さを７ｎｍにした以外は実施例１と同様に行った。また、この得られた有機薄膜トランジスタに対し、ソース接地回路における出力特性を測定した。この結果、電界効果移動度は飽和領域（ドレイン電圧−８０Ｖ）において０．３２ｃｍ^２／Ｖｓ、オン電流は−０．９６ｍＡ、ゲート閾電圧は１３．０Ｖであり、高い電界効果移動度、高いオン電流を得ることができていることを確認した。

（比較例３）
本比較例は、ほぼ実施例３と同様であるが、比較例１と同様、凹部を形成せず平坦なゲート絶縁膜上にそのままソース電極、ドレイン電極を配置した有機薄膜トランジスタについても作成を行った。なお有機半導体層の厚さは実施例３と同じ７ｎｍとした。

またこのトランジスタに対し、同様の出力特性を測定した。この結果、電界効果移動度は飽和領域（ドレイン電圧−８０Ｖ）において０．０９ｃｍ^２／Ｖｓ、オン電流は−０．１４ｍＡ、ゲート閾電圧は−１５．５Vであった。この結果により実施例３に係る有機薄膜トランジスタの方が電界効果移動度とオン電流が大きく、ゲート閾電圧も小さく、より高性能であることが確認できた。

以上の実施例１から３より、有機層の膜厚が１００ｎｍ近いものから数ｎｍと薄いものに至るまで、本発明による電界効果移動度等の向上が見込まれることが明らかになった。また、改善の比（絶縁膜に凹部を形成したトランジスタの電界効果移動度／絶縁膜が平坦なトランジスタの電界効果移動度）は膜厚が薄いほど大きいこと、ただし、電界効果移動度の絶対値は膜厚が厚いほど大きいことが確認された。

以上の実施例におけるトランジスタ特性の改善は、有機半導体層の厚みが電極の膜厚よりも薄いときには専らテーパーの形成によって生じた結晶配向による効果が期待され、有機半導体層の膜厚が厚いときには、それに加えて電極領域とゲート絶縁層領域を橋渡しする連続的な結晶粒の生成による効果が期待されるものと考えられる。機構の詳細は未確定であるが、前者の改善効果は専ら効果注入障壁の低減によるもの、後者の改善効果は専ら線形な接触抵抗の低減によるものであると推測されているが、必ずしもそれに限定されるものではない。

実施形態１に係る有機薄膜トランジスタの概略断面図である。 実施形態１に係る有機薄膜トランジスタを上面から見た場合の概略図である。 実施形態１に係る有機薄膜トランジスタの製造工程を説明するための図である。 実施形態１に係る有機薄膜トランジスタの製造工程の一部の詳細を説明するための図である。 実施形態１に係る有機薄膜トランジスタの製造工程の一部の詳細を説明するための図である。 実施形態２に係る有機薄膜トランジスタの概略断面図である。 実施形態３に係る有機薄膜トランジスタの概略断面図である。 実施形態４に係る有機薄膜トランジスタの概略断面図である。 実施例１で作成した有機薄膜トランジスタのソース電極端付近の表面形状の原子間力顕微鏡による写真（図面代用）。 実施例１で作成した有機薄膜トランジスタに対し、ソース接地回路における出力特性を測定した結果を示す図。 比較例１で作成した有機薄膜トランジスタの概略断面図である。 比較例１で作成した有機薄膜トランジスタのソース電極端付近の表面形状の原子間力顕微鏡による写真（図面代用）。 比較例１で作成した有機薄膜トランジスタに対し、ソース接地回路における出力特性を測定した結果を示す図。 実施例１におけるペンタセン結晶粒の＜０１０＞方向と電極端との成す角の頻度分布を調べた結果を示す図。 比較例１におけるペンタセン結晶粒の＜０１０＞方向と電極端との成す角の頻度分布を調べた結果を示す図。 実施例２で作成した有機薄膜トランジスタのソース電極端付近の表面形状の原子間力顕微鏡による写真（図面代用）。 比較例２で作成した有機薄膜トランジスタのソース電極端付近の表面形状の原子間力顕微鏡による写真（図面代用）。

符号の説明

１…有機薄膜トランジスタ、２…基板、３…ゲート電極、４…ゲート絶縁膜、５…ソース電極、６…ドレイン電極、７…有機半導体層、８…保護膜、４１ａ、ｂ…凹部、４１１ａ、４１１ｂ…テーパー、５１…（ソース電極）の側面、５２…（ドレイン電極の）側面

Claims (8)

1. ゲート電極と、
   前記ゲート電極を覆い、複数の凹部が形成されるゲート絶縁膜と、
   前記複数の凹部に配置されるソース電極及びドレイン電極と、
   前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間の領域に配置され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接続される有機半導体層と、を有する有機薄膜トランジスタ。
2. 前記ソース電極及び前記ドレイン電極のそれぞれは、前記ゲート絶縁膜を介し前記ゲート電極と重畳して配置されている請求項１記載の有機薄膜トランジスタ。
3. 前記ゲート絶縁膜の凹部はテーパーを有している請求項１記載の有機薄膜トランジスタ。
4. 前記ソース電極及びゲート電極の高さと前記ゲート絶縁膜の高さがほぼ同じである請求項１記載の有機薄膜トランジスタ。
5. 基板にゲート電極を形成し、
   ゲート絶縁膜を形成し、
   前記ゲート絶縁膜に凹部を形成し、
   前記ゲート絶縁膜に形成された前記凹部にソース電極及びドレイン電極を形成し、
   有機半導体層を形成する、有機薄膜トランジスタの製造方法。
6. 前記ソース電極及び前記ドレイン電極のそれぞれは、前記ゲート絶縁膜を介し前記ゲート電極と重畳するよう形成される請求項５記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
7. 前記ゲート絶縁膜の凹部は、テーパーを有するよう形成される請求項５記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
8. 前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成した後、前記ソース電極、前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜を研磨し、平坦化する請求項５記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。