JP2008277375A - 電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チャネル領域を縦方向に設けた電界効果トランジスタにおいて、チャネル領域の長さをさらに短くすることができ、ドレイン電流を増加させることができる電界効果トランジスタ及びその製造方法を得る。
【解決手段】絶縁性の基板１と、基板１上に設けられる凸部形状を有する第１の電極２と、第１の電極２の上面及び側面を覆う絶縁層３と、絶縁層３を介して少なくとも第１の電極の上面上に設けられる第２の電極６と、第１の電極２の側面上の絶縁層３に沿う領域が、第２の電極６との間で形成するチャネル領域となるように、基板上に設けられる第３の電極４，５と、第２の電極６と第３の電極４，５の間を覆い、チャネル領域を形成するように設けられる半導体層７とを備える電界効果トランジスタであって、第２の電極６が、第１の電極２の側面上の絶縁層３上まで延びるオーバーハング部６ａ，６ｂを有することを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、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り、特に有機半導体材料から半導体層を形成する有機薄膜トランジスタに有用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。

近年、従来の無機系材料に替えて、有機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、低コスト化面での期待が高い。

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の一つは、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バックプレーンへの応用である。具体的には、液晶、有機ＥＬ素子、電子ペーパー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示されている。しかし、有機材料は、一般に導電性あるいは移動度が低く、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る。高抵抗であるため取れる電流値が少なく、開口率の高いディスプレイを実現することが難しいという問題点があった。

有機半導体を用いた有機薄膜トランジスタの代表例として、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（非特許文献１）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（非特許文献２）などが報告されている。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が、動作電圧が２０〜３０Ｖ程度と高く、十分なドレイン電流は得られていなかった。

有機薄膜トランジスタのドレイン電流を増加させる方法としては、チャネル領域の幅を増加させる方法が挙げられる。しかしながら、チャネル領域の幅を増加させると、有機薄膜トランジスタの占有面積が増加し、開口率が低下するという問題を生じる。また、低い開口率でパネル輝度を上げようとすると、チャネルの寿命が短くなるという問題を生じる。

ドレイン電流を増加させるもう１つの方法として、チャネル領域の長さを短くする方法が挙げられる。チャネル領域の長さを短くする方法として、チャネル領域を縦方向に設け、薄膜の厚みでチャネル領域の長さを制限する方法が挙げられる（特許文献１及び２、並びに非特許文献３など）。

上記のように、チャネル領域を縦方向に設けた縦型の電界効果トランジスタにおいては、高い精度でかつ容易に、チャネル領域の長さを短くすることができ、ソース／ドレイン電極と、ゲート電極を自己整合的に形成することができる。従って、このような方法によれば、膜の厚みを調整することにより、チャネル領域の長さを制御することができる。しかしながら、このような縦型トランジスタ構造において、さらにチャネル領域を短くし、ドレイン電流を増加させることができる方法が求められている。
特開２００４−３４９２９２号公報 特開２００５−１９４４６号公報 A. Tsumura, H. Koezuka, and T. Ando, Appl. Phys. Lett., Vol. 49, p. 1210, 1986 D. J. Gundlach, Y. Y. Lin, T. N. Jackson, S. F. Nelson, and D. G. Schlom, IEEE Electron Device Lett., Vol. 18, p. 87, 1997 K. Kudo, M. Iizuka, S. Kuniyoshi, and K. Tanaka, Thin Solid Films, Vol. 393, p. 362, 2001

本発明の目的は、チャネル領域を縦方向に設けた電界効果トランジスタにおいて、チャネル領域の長さをさらに短くすることができ、ドレイン電流を増加させることができる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にある。

本発明の電界効果トランジスタは、絶縁性の基板と、基板上に設けられる凸部形状を有する第１の電極と、第１の電極の上面及び側面を覆う絶縁層と、絶縁層を介して少なくとも第１の電極の上面上に設けられる第２の電極と、第１の電極の側面上の絶縁層に沿う領域が、第２の電極との間で形成するチャネル領域となるように、基板上に設けられる第３の電極と、第２の電極と第３の電極の間を覆い、チャネル領域を形成するように設けられる半導体層とを備える電界効果トランジスタであって、第２の電極が、第１の電極の側面上の絶縁層上まで延びるオーバーハング部を有することを特徴としている。

本発明においては、第１の電極の上面上に絶縁層を介して設けられる第２の電極と、基板上に設けられる第３の電極との間でチャネル領域を形成し、第２の電極が、第１の電極の側面上の絶縁層上まで延びるオーバーハング部を有している。オーバーハング部を有することにより、第２の電極と第３の電極の間の距離を短くすることができるため、チャネル領域の長さを従来よりもさらに短くすることができる。

本発明においては、第２の電極のオーバーハング部の端部が、第１の電極の上面の位置に対応する、チャネル領域を形成可能な領域の上端部に達するように形成されていることが好ましい。オーバーハング部の端部を、上記のように形成することにより、しきい値電圧を低減することができる。第２の電極の端部と、チャネル領域を形成可能な領域との間に隔たりがあると、この部分が直列抵抗成分となる。直列抵抗成分が存在する場合、出力特性において低電圧領域で飽和領域を示さず、しきい値電圧が明確に現れない。本発明に従い、オーバーハング部を設けることにより、このような直列抵抗成分を減少させることができる。特に、上述のように、オーバーハング部の端部が、チャネル領域を形成可能な領域の上端部に達するように形成することにより、直列抵抗成分をなくすことができ、しきい値電圧をより一層低い電圧にすることができる。

また、本発明においては、基板と第３の電極の間に絶縁層を設け、この部分における絶縁層の厚みを、第１の電極の上面上の部分の絶縁層の厚みよりも厚くすることができる。このように、基板と第３の電極の間の絶縁層の厚みを厚くすることにより、第３の電極の端部を第２の電極のオーバーハング部の端部により近づけることができるので、チャネル領域の長さをさらに短くすることができる。

また、本発明においては、オーバーハング部が形成されている領域に対応する第１の電極の上面端部に、傾斜部または曲部が形成されていてもよい。このように第１の電極の上面端部、すなわちコーナー部に、傾斜部または曲部を形成することにより、その上に形成する絶縁層にも同様の形状を引き継ぐことができる。絶縁層のコーナー部に、このような傾斜部または曲部を形成することにより、その上に導電膜を堆積させる際、コーナー部分に堆積する導電膜の厚みを厚くすることができる。このため、導電膜をエッチングしてチャネル領域となる部分を形成する際、コーナー部における導電膜の厚みを厚くしておくことができ、導電膜を残存させて、容易にオーバーハング部を形成することができる。

本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、上記本発明の電界効果トランジスタを製造することができる方法であり、基板の上に、第１の導電膜を形成する工程と、第１の導電膜をエッチングすることにより、第１の電極を基板上に形成する工程と、第１の電極の上面及び側面を覆うように、絶縁層を形成する工程と、第２の導電膜を、第１の電極の上面及び側面上の絶縁層の上及び基板上に形成する工程と、第２の導電膜をエッチングすることにより、チャネル領域に対応する領域の第２の導電膜を除去し、第１の電極の上面上の絶縁層の上に、オーバーハング部を有する第２の電極を形成するとともに、基板上に第３の電極を形成する工程と、第２の電極と第３の電極の間を覆うように、半導体層を形成してチャネル領域を形成する工程とを備えることを特徴としている。

本発明の製造方法によれば、上記本発明の電界効果トランジスタを簡易な工程で、かつ効率良く製造することができる。

本発明においては、第２の導電膜を形成する工程が、エッチング工程において除去する第２の導電膜の厚みを、残存させる他の部分の厚みよりも薄くなるように第２の導電膜を形成する工程を含んでいることが好ましい。

本発明においては、第２の電極の端部に、オーバーハング部が設けられている。このようなオーバーハング部を形成するため、オーバーハング部となる部分に形成する導電膜の膜厚を厚くすることが好ましい。このような部分の膜厚を厚くするため、例えば、第２の導電膜を形成する際、斜め蒸着や、回転蒸着を行い、オーバーハング部を形成する部分における第２の導電膜の膜厚を厚くすることができる。

オーバーハング部における第２の導電膜の膜厚を厚くすることにより、チャネル領域に対応する領域の第２の導電膜をエッチングにより除去する際、オーバーハング部における第２の導電膜を残存させることができ、この部分をオーバーハング部とすることができる。

本発明においては、上記のようにして第２の電極と第３の電極をパターニングして形成した後、第２の電極と第３の電極の間を覆うように、半導体層を形成して、チャネル領域を形成する。

本発明における半導体層は、上述のように、有機半導体材料であることが好ましい。有機半導体材料としては、電子受容性機能を有する材料であってもよいし、電子供与性機能を有する材料であってもよい。これらの材料としては、以下のようなものが例示される。

上記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。

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。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。

上記半導体層としては、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。バインダ材料に分散させる場合、分散させる材料は上記有機材料以外に無機材料、例えば酸化チタン、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウムなど高誘電率材料の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。

半導体層を形成する方法としては、半導体材料により異なるが、一般には、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）、各種の化学的気相成長法（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。

本発明における絶縁性の基板としては、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を挙げることができる。更には、基体として、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。

また、本発明における第１の電極、第２の電極、及び第３の電極を形成するための材料としては、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、透明な電極を形成する場合、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、半導体層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。そして、ゲート電極は、ゲート電極を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ＰＶＤ法とエッチング技術との組合せ；各種の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といった印刷法；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を挙げることができる。

本発明における絶縁層は、ゲート電極（第１の電極）の表面を酸化あるいは窒化することによって形成してもよいし、ゲート電極（第１の電極）の表面に酸化膜や窒化膜を成膜して形成してもよい。ゲート電極（第１の電極）の表面を酸化する方法として、ゲート電極（第１の電極）を構成する材料にも依るが、Ｏ_２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、ゲート電極（第１の電極）の表面を窒化する方法として、ゲート電極（第１の電極）を構成する材料にも依るが、Ｎ_２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、基板として耐熱性を有する材料に対して有効である。

低温プロセスで製造する場合もしくは高分子材料から成るプラスチック基板を用いる場合においては、低温で処理ができる有機系絶縁材料、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。

絶縁膜の成膜方法としては、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。また、例えば、Ａｕ電極に対しては、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、ゲート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、浸漬法等の方法で自己組織的にゲート電極表面を被覆することで、ゲート電極の表面に絶縁膜を形成することもできる。

本発明によれば、チャネル領域を縦方向に設けた電界効果トランジスタにおいて、チャネル領域の長さをさらに短くすることができ、ドレイン電流を増加させることができる。従って、本発明によれば、トランジスタの小型化及び高集積化が可能となる。

また、オーバーハング部の端部が、第１の電極の上面の位置に対応する、チャネル領域を形成可能な領域の上端部に達するように形成することにより、しきい値電圧を低電圧化することができる。

以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１は、本発明に従う実施例１の電界効果トランジスタを示す断面図である。図１に示すように、本実施例の電界効果トランジスタにおいては、基板としての絶縁性基板１の上に、ゲート電極となる第１の電極２を備えている。第１の電極２は、アルミニウムから形成されており、高さは１μｍであり、上面２ｃにおける幅は１０μｍである。

第１の電極２、及び第１の電極２が形成されていない基板１の上に、絶縁層３が形成されている。絶縁層３は、パリレンＣ（ポリ−モノクロロ−パラキシリレン）を用いて形成されている。絶縁層３の厚みとしては、５０ｎｍ、１５０ｎｍ、及び３５０ｎｍの３種類の膜厚のものを形成した。

絶縁層３は、第１の電極２の上面２ｃ及び側面の上に形成されるとともに、基板１の上に形成されている。

絶縁層３の上に、金からなる第２の導電膜を膜厚８０ｎｍとなるように蒸着法により堆積させた。オーバーハング部６ａ及び６ｂの部分における膜厚を厚くして第２の導電膜を堆積させる必要があるため、基板１を回転させながら、金を蒸着させた。チャネル幅は、３ｍｍとなるようにマスクを用いて蒸着させた。

図８は、基板を傾斜させて蒸着する装置を示す模式図である。図８に示すように、基板１を所定の角度で傾斜させてセットし、蒸着源２１を、基板１の中心から距離Ｌ離した場所にセットし、高さ方向に距離Ｈ離した状態で、蒸着させることにより、第１の電極２のコーナー部分に膜厚を厚くして蒸着させることができる。

蒸着源２１及び基板１は、蒸着チャンバー２１内に設置されている。

また、図９に示すように基板を回転させながら蒸着してもよい。この装置においては、蒸着チャンバー２１内に蒸着源２１及び基板１が設置されており、基板１は水平方向にセットされている。蒸着源２１は、基板１の中心から距離Ｌ離れた位置に設置されており、高さ方向には距離Ｈ離れた位置に設けられている。基板１の軸を中心にして基板１を回転させながら、第２の導電膜を蒸着させる。蒸着源２１が、基板１の中心から離れた位置に設置されているので、第１の電極２のコーナー部に対応する部分において膜厚を厚くして蒸着させることができる。

次に、エッチャント液（関東化学社製、商品名「ＡＵＲＵＭ３０２」）を用いて、堆積した第２の導電膜をエッチングした。エッチングは、第１の電極２の側面の絶縁層上に形成された第２の導電膜が完全に除去されるまで行った。このエッチングにより、図１に示すように、第１の電極２の側面に対応する導電膜が除去され、第１の電極（ゲート電極）２の上面２ｃ上の第２の電極６と、基板１上の第３の電極４及び５とが形成された。

次に、第２の電極６と、第３の電極４及び５との間を覆うように、半導体層７を形成した。半導体層７は、ペンタセンを用いて、基板を回転させながら、厚み２４０ｎｍとなるように蒸着法により形成した。半導体層７は、第１の電極２の側面上の絶縁層３の上にも形成する必要があるので、上述と同様にして、基板を回転させながら蒸着した。

以上のようにして、半導体層７を蒸着することにより、図１に示す電界効果トランジスタを得ることができる。

図１に示す電界効果トランジスタにおいては、第１の電極２をゲート電極とし、第２の電極６をフローティング電極とし、第３の電極４及び５をそれぞれソース／ドレイン電極とすることにより、トランジスタを構成することができる。第２の電極６の両端部には、それぞれオーバーハング部６ａ及び６ｂが形成されている。オーバーハング部６ａと、ソース／ドレイン電極４の端部４ａの間がチャネル領域となり、同様にオーバーハング部６ｂと、ソース／ドレイン電極５の端部５ａとの間がチャネル領域となる。本実施例においては、第２の電極６がフローティング電極であるので、これらのチャネル領域の合計の長さがチャネル長となる。

図１に示すように、第２の電極６にオーバーハング部６ａ及び６ｂが設けられているので、チャネル領域の長さを、ゲート電極の高さよりも短くすることができる。従って、従来の縦型電界効果トランジスタよりもチャネル長を短くすることができる。

本実施例においては、上述のように、絶縁層３の膜厚を、５０ｎｍ、１５０ｎｍ、及び３５０ｎｍの３種類の膜厚とし、３種類の電界効果トランジスタを作製した。

図２は、本発明に従う他の実施例の電界効果トランジスタを示す断面図である。本実施例においては、図１に示す実施例における第３の電極５と第２の電極６とが分離されておらず、一体的に連続して形成されている。

本実施例においては、第３の電極４の反対側において、絶縁層３の側面の上に、エッチングで全体が除去されない膜厚で導電膜が形成されている。このような導電膜の形成は、以下のようにして行った。

基板を回転させながら、８０ｎｍの厚みとなるように蒸着法により成膜した後、蒸着源に対し斜め４５°となるように基板を傾け、膜厚を厚くする絶縁層３の側面が蒸着源に対向するように設置した状態で、さらに導電膜の蒸着を４０ｎｍの膜厚となるように行った。このように導電膜を形成することにより、第３の電極４側が膜厚が薄く、反対側では膜厚が厚い導電膜を形成することができる。この導電膜をエッチングすることにより、図２に示すような第２の電極６及び第３の電極４を形成した。本実施例では、第２の電極６が、ソース／ドレイン電極となる。

上記のこと以外は、上記実施例１と同様にして電界効果トランジスタを作製した。

（実施例２）
図３は、本発明に従う実施例３の電界効果トランジスタを示す断面図である。本実施例においては、第３の電極４及び５と基板１の間の絶縁層３ａ及び３ｂの部分の膜厚を、第１の電極２と第２の電極６の間に形成される絶縁層３の厚みよりも厚くして形成している。具体的には、絶縁層３ａ及び３ｂの部分の膜厚を５００ｎｍとし、第１の電極２上の絶縁層の厚みを５０ｎｍとしている。このような膜厚差は以下のようにして形成した。

絶縁層３をパリレンＣを用いて５００ｎｍとなるように全面に形成した後、フォトリソグラフィ法により、第１の電極２以外の部分をマスクし、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法で、５０ｎｍとなるまでエッチングした。エッチング後、レジストを除去し、上記と同様にして金からなる第２の導電膜を成膜した。

上記のこと以外は、実施例１と同様にして電界効果トランジスタを作製した。

なお、電極の構造は、図４に示すような電極構造であってもよい。図４においては、図２に示す実施例と同様に、第２の電極６がソース／ドレイン電極となっており、第２の電極６のオーバーハング部６ａと、第３の電極４の端部４ａの間にチャネル領域が形成されている。

（実施例３）
図５は、本発明に従う実施例３の電界効果トランジスタを示す断面図である。本実施例においては、第１の電極（ゲート電極）２の上面２ｃの端部（コーナー部）に、傾斜部２ａ及び２ｂが形成されている。傾斜部２ａ及び２ｂは、コーナー部分を面取りして形成されている。第１の電極２の上に形成された絶縁層３においても、傾斜部２ａ及び２ｂに対応する領域に、傾斜部３ａ及び３ｂが形状を引き継いで形成されている。

上記のように、オーバーハング部６ａ及び６ｂの下地層となる絶縁層３の部分に傾斜部３ａ及び３ｂが形成されることにより、この上に第２の導電膜を形成する際、オーバーハング部６ａ及び６ｂの部分に膜厚の厚い導電膜を形成することができる。従って、より容易にオーバーハング部６ａ及び６ｂを形成することが可能となる。

図１７は、本実施例における第１の電極（ゲート電極）２を製造する工程の一例を示す断面図である。

図１７（ａ）に示すように、まず、基板１の上に電極膜２を形成し、その上にレジスト膜８を形成する。次に、図１７（ｂ）に示すように、レジスト膜８を、形成するゲート電極の平面形状となるようにパターニングする。次に、図１７（ｃ）に示すように、レジスト膜８をマスクとして電極膜２をエッチングし、図１７（ｄ）に示すように、エッチング後、レジスト膜８を除去する。

次に、図１７（ｅ）に示すように、電極膜２の上面２ｃより幅の狭いレジスト膜９を形成し、このレジスト膜９をマスクとしてエッチングすることにより、図１７（ｆ）に示すように、上面２ｃの両端部に、傾斜部２ａ及び２ｂを形成する。その後、図１７（ｇ）に示すように、レジスト膜９を除去することにより、傾斜部２ａ及び２ｂを有する本実施例の第１の電極（ゲート電極）２とすることができる。

第１の電極２の傾斜面２ａ及び２ｂの傾斜面の傾斜角度と、傾斜面上に堆積される導電膜の膜厚と、傾斜面より下の側面上に堆積される導電膜の膜厚は、以下の関係を有している。

ｔ_２＝ｔ_１×ｃｏｓθ
ｔ_１は傾斜面上に堆積される導電膜の膜厚であり、θは傾斜面の傾斜角度であり、ｔ_２は傾斜面より下の部分の側面の上に堆積される導電膜の膜厚である。

本実施例では、傾斜面の傾斜角度を４５°としており、傾斜面より下の側面の角度を７３．７°としている。このため、傾斜面上に形成される導電膜の膜厚は上記の式から、約５７ｎｍであり、傾斜面より下の側面上に堆積される導電膜の膜厚は約２３ｎｍとなる。

従って、このような導電膜の膜厚の差を利用して、エッチングにより、自己整合的にオーバーハング部を形成することができる。

電極形状は、図２及び図４に示した実施例と同様に、図６に示すような電極形状であってもよい。

（比較例１）
実施例１の電界効果コンデンサにおいて、オーバーハング部６ａ及び６ｂが形成されていないこと以外は、実施例１と同様にして、絶縁層の厚みが５０ｎｍ、１５０ｎｍ、及び３５０ｎｍである３種類の比較例１の電界効果トランジスタを作製した。

〔透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察〕
実施例１の電界効果トランジスタのチャネル領域の部分を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した。試料表面にＡｌ蒸着を行い、ＦＩＢ（Forcused Ion Beam）装置に入れて、Ｐｔを蒸着した後、マイクロサンプリング法によって、観察する部分を取り出し、Ｃｕ製の支持台上に固定した。その後、ＦＩＢ加工により、断面ＴＥＭ試料を作製した。

図１６は、実施例１の電界効果トランジスタのチャネル領域を示す透過型電子顕微鏡写真である。図１６に示されるように、第２の電極にオーバーハング部が形成されている。なお、この写真に示す電界効果トランジスタは、絶縁層の厚みを１５０ｎｍとしたものである。

〔トランジスタ特性の評価〕
実施例１〜３及び比較例１の電界効果トランジスタについて、トランジスタ特性を評価した。評価結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１において、絶縁層の膜厚を５０ｎｍ及び１５０ｎｍとしたものについては、低いしきい値電圧が得られている。これに対し、絶縁層の膜厚を３５０ｎｍとした場合には、しきい値電圧が得られなかった。

絶縁層の膜厚を５０ｎｍとした電界効果トランジスタの出力特性を図１０に、伝達特性を図１１に、また絶縁層の厚みを約１５０ｎｍとしたときの出力特性を図１２に、伝達特性を図１３に、また絶縁層の厚みを３５０ｎｍとしたときの出力特性を図１４に、伝達特性を図１５に示す。

図１０〜図１５からも明らかなように、絶縁層の膜厚を３５０ｎｍとした場合には、しきい値電圧が得られていない。

これは、絶縁層の厚みを厚くしすぎたために、直列抵抗成分が大きくなったためであると思われる。

図７は、このことを説明するための断面図である。第１の電極（ゲート電極）２の側面に対応して、チャネル領域を形成可能な領域Ｃが存在している。このチャネル領域を形成可能な領域Ｃの上端部分に、オーバーハング部６ａの端部が達していない場合、領域Ｒが直列抵抗成分となる。この直列抵抗成分が大きくなりすぎると、絶縁層の膜厚を３５０ｎｍとした場合のように、しきい値が得られないものと思われる。

実施例１において絶縁層の膜厚を５０ｎｍとしたものにおいては、オーバーハング部６ａの高さ方向の長さが７０ｎｍであり、オーバーハング部６ａがチャネル領域を形成可能な領域Ｃの上端部に達している。従って、オーバーハング部の端部を、チャネル領域を形成可能な領域Ｃの上端部に達するように形成することにより、しきい値電圧を低い電圧にすることができることがわかる。

また、実施例１と比較例１との比較から明らかなように、本発明に従いオーバーハング部を設けることにより、しきい値電圧を低い電圧にすることができる。

また、実施例２においては、基板と第３の電極の間の絶縁層の厚みを５００ｎｍとし、第１の電極と第２の電極の間の絶縁層の厚みを５０ｎｍとしている。基板と第３の電極の間の絶縁層の厚みを厚くしているので、第３の電極を上方に配置させることができ、これによってチャネル領域をさらに短くすることができる。このため、実施例１の絶縁層の厚み５０ｎｍの場合よりもしきい値電圧が低くなっている。

実施例３においては、第１の電極のコーナー部に傾斜部を形成しているので、より長いオーバーハング部を形成することができる。このため、実施例１の絶縁層の厚み１５０ｎｍの場合に比べ、低いしきい値電圧が得られている。

本発明に従う実施例１の電界効果トランジスタを示す断面図。 本発明に従う他の実施例の電界効果トランジスタを示す図。 本発明に従う実施例２の電界効果トランジスタを示す断面図。 本発明に従う他の実施例の電界効果トランジスタを示す図。 本発明に従う実施例３の電界効果トランジスタを示す断面図。 本発明に従う他の実施例の電界効果トランジスタを示す図。 第２の電極のオーバーハング部と、チャネル領域が形成可能な領域Ｃとの関係を説明するための断面図 斜め蒸着法による蒸着装置の一例を示す模式図。 斜め蒸着法による蒸着装置の他の例を示す模式図。 実施例１における絶縁層膜厚５０ｎｍのときの出力特性を示す図。 実施例１における絶縁層膜厚５０ｎｍのときの伝達特性を示す図。 実施例１における絶縁層膜厚１５０ｎｍのときの出力特性を示す図。 実施例１における絶縁層膜厚１５０ｎｍのときの伝達特性を示す図。 実施例１における絶縁層膜厚３５０ｎｍのときの出力特性を示す図。 実施例１における絶縁層膜厚３５０ｎｍのときの伝達特性を示す図。 実施例１の電界効果トランジスタのチャネル領域近傍を示す透過型電子顕微鏡写真。 実施例３におけるゲート電極の製造工程の一例を示す断面図。

符号の説明

１…基板
２…第１の電極（ゲート電極）
２ａ，２ｂ…第１の電極（ゲート電極）の上方端部に形成される傾斜面
２ｃ…第１の電極（ゲート電極）の上面
３…絶縁層
３ａ，３ｂ…基板と第３の電極の間に形成される絶縁層
４，５…第３の電極（ソース／ドレイン電極）
４ａ，５ａ…第３の電極（ソース／ドレイン電極）の端部
６…第２の電極（フローティング電極またはソース／ドレイン電極）
６ａ，６ｂ…オーバーハング部
７…半導体層
８…レジスト膜
９…レジスト膜

Claims (7)

1. 絶縁性の基板と、
   前記基板上に設けられる凸部形状を有する第１の電極と、
   前記第１の電極の上面及び側面を覆う絶縁層と、
   前記絶縁層を介して少なくとも前記第１の電極の上面上に設けられる第２の電極と、
   前記第１の電極の側面上の前記絶縁層に沿う領域が、前記第２の電極との間で形成するチャネル領域となるように、前記基板上に設けられる第３の電極と、
   前記第２の電極と前記第３の電極の間を覆い、前記チャネル領域を形成するように設けられる半導体層とを備える電界効果トランジスタであって、
   前記第２の電極が、前記第１の電極の側面上の前記絶縁層上まで延びるオーバーハング部を有することを特徴とする電界効果トランジスタ。
2. 前記半導体層が、有機半導体材料から形成されてい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。
3. 前記オーバーハング部の端部が、前記第１の電極の上面の位置に対応する、チャネル領域を形成可能な領域の上端部に達するように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電界効果トランジスタ。
4. 前記基板と前記第３の電極の間に前記絶縁層が設けられており、この部分における絶縁層の厚みが、前記第１の電極の上面上の部分の前記絶縁層の厚みよりも厚い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。
5. 前記オーバーハング部が形成される領域に対応する前記第１の電極の上面端部に、傾斜部または曲部が形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。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタを製造する方法であって、
   前記基板の上に、第１の導電膜を形成する工程と、
   前記第１の導電膜をエッチングすることにより、前記第１の電極を前記基板上に形成する工程と、
   前記第１の電極の上面及び側面を覆うように、前記絶縁層を形成する工程と、
   第２の導電膜を、前記第１の電極の上面及び側面上の前記絶縁層の上及び前記基板上に形成する工程と、
   前記第２の導電膜をエッチングすることにより、前記チャネル領域に対応する領域の前記第２の導電膜を除去し、前記第１の電極の上面上の前記絶縁層の上に、前記オーバーハング部を有する前記第２の電極を形成するとともに、前記基板上に前記第３の電極を形成する工程と、
   前記第２の電極と前記第３の電極の間を覆うように、前記半導体層を形成して前記チャネル領域を形成する工程とを備えることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
7. 前記第２の導電膜を形成する工程が、前記エッチング工程において除去する前記第２の導電膜の厚みを、残存させる他の部分の厚みよりも薄くなるように前記第２の導電膜を形成する工程を含む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。