JP2011258891A - 有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導体層におけるソース電極とドレイン電極との電極間のチャネル領域が結晶相であり、且つ該半導体層における該チャネル領域以外の第２の領域が非結晶相である構成ではない場合に比べて、半導体素子間の電気的な分離が実現された有機トランジスタを提供する。
【解決手段】有機トランジスタ１０は、基板１２上に、ゲート電極１４Ｇ、ゲート絶縁膜１６、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄ、及び半導体層２０が設けられている。半導体層２０における、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄとの電極間の領域であるチャネル領域２０Ａは、結晶相とされている。また、半導体層２０における、このチャネル領域２０Ａ以外の第２の領域２０Ｂは、非結晶相とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法に関するものである。

特許文献１には、基板上に、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体層、ゲート電極を備えた有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層に貫通部を設けることによって、複数の半導体素子に分離した構成が示されている。

特許文献２には、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、及び有機半導体層を備えたトランジスタにおいて、有機半導体層における、半導体素子と半導体素子との素子間に相当する領域に紫外線を照射して非活性化することで、複数の半導体素子を構成することが提案されている。

特許文献３には、半導体素子間に隔壁を設けることで複数の半導体素子を構成することが記載されている。

特許文献４には、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、及び有機半導体層を備えたトランジスタにおいて、有機半導体層における、半導体素子と半導体素子との素子間に相当する領域にプラズマ処理を施して非活性化することで、複数の半導体素子を構成することが提案されている。

特開２００６−１４０４３６ 特開２００６−１７９８５５ 特開２００７−２２０７１３ 特開２００８−２７０４９４

本発明の課題は、半導体層におけるソース電極とドレイン電極との電極間のチャネル領域が結晶相であり、且つ該半導体層における該チャネル領域以外の第２の領域が非結晶相である構成ではない場合に比べて、半導体素子間の電気的な分離が実現された有機トランジスタを提供することである。

上記課題は、以下の手段により解決される。
請求項１に係る発明は、
基板と、
前記基板上に、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、半導体層と、を備え、
前記半導体層における、前記ソース電極と前記ドレイン電極との電極間のチャネル領域及び前記ソース電極及び前記ドレイン電極に重なる領域が少なくとも結晶相であり、該半導体層における該結晶相以外の領域が非結晶相である、有機トランジスタである。

請求項２に係る発明は、
前記半導体層における前記非結晶相の領域が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に重なる領域を含む請求項１に記載の有機トランジスタである。

請求項３に係る発明は、
非結晶の半導体層を形成する工程と、
前記非結晶の半導体層上に、該半導体層の少なくとも一部が露出するように蒸気侵入防止膜を形成する工程と、
前記非結晶の半導体層における前記蒸気侵入防止膜から露出した領域に、前記半導体層に含まれる半導体材料を溶解する溶媒の蒸気を供給することによって、該蒸気を供給された領域及び該領域に連続する領域の少なくとも一部の半導体材料を非結晶相から結晶相へ相転移させる工程と、
を少なくとも有する有機トランジスタの製造方法である。

請求項４に係る発明は、前記蒸気侵入防止膜が、金属膜である請求項３に記載の有機トランジスタの製造方法である。

請求項５に係る発明は、前記蒸気侵入防止膜が、ソース電極及びドレイン電極である請求項３または請求項４に記載の有機トランジスタの製造方法である。

請求項１に係る発明によれば、半導体層における、ソース電極とドレイン電極との電極間のチャネル領域及びソース電極及びドレイン電極に重なる領域が少なくとも結晶相であり、該半導体層における該結晶相以外の領域が非結晶相である構成ではない場合に比べて、半導体素子間の電気的な分離が実現される。

請求項２に係る発明によれば、半導体層における非結晶相の領域が、ソース電極及びドレイン電極に重なる領域を含まない場合に比べて、半導体素子間の更なる電気的な分離が効果的に実現される。

請求項３に係る発明によれば、非結晶の半導体層における蒸気侵入防止膜から露出した領域に、半導体層に含まれる半導体材料を溶解する溶媒の蒸気を供給することによって、該蒸気を供給された領域及び該領域に連続する領域の少なくとも一部の半導体材料を非結晶相から結晶相へ相転移させる工程を経ずに有機トランジスタを作製した場合に比べて、半導体素子間の電気的な分離が効果的に実現される。

請求項４に係る発明によれば、蒸気侵入防止膜を、金属膜としない場合に比べて、製造工程の簡略化が図れる。

請求項５に係る発明によれば、蒸気侵入防止膜を、ソース電極及びドレイン電極とは別体として設ける場合に比べて、製造工程の簡略化が図れる。

本実施の形態に係る有機トランジスタを示す概略構成図である。 本実施の形態に係る有機トランジスタを示す概略構成図である。 本実施の形態に係る有機トランジスタを示す概略構成図である。 本実施の形態に係る有機トランジスタを示す概略構成図である。 （Ａ）〜（Ｃ）本実施の形態に係る有機トランジスタの製造方法を示す工程図である。 （Ａ）〜（Ｃ）本実施の形態に係る有機トランジスタの製造方法を示す工程図である。 （Ａ），（Ｂ）本実施の形態に係る有機トランジスタの製造方法を示す工程図である。 本実施の形態に係る有機トランジスタの製造方法における半導体層の形成工程において形成された半導体層の一例を示す顕微鏡写真である。

本実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の機能を有する部材には、全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。

図１に示すように、本実施の形態の有機トランジスタ１０は、基板１２上に、ゲート電極１４Ｇ、ゲート絶縁膜１６、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄ、及び半導体層２０がこの順に設けられている。ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄは、半導体層２０に接触して設けられ、且つ互いに離間した位置に設けられている。

本実施の形態においては、半導体層２０における、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄとの電極間の領域（以下、「チャネル領域」と称する（図１中、チャネル領域２０Ａ参照））は結晶相とされている。また、半導体層２０における、この結晶相以外の領域（以下、「第２の領域」と称する（図１中、第２の領域２０Ｂ参照））は、非結晶相とされている。

すなわち、本実施の形態の有機トランジスタ１０は、半導体層２０に結晶相のチャネル領域２０Ａと非結晶相の第２の領域２０Ｂとが交互に設けられた構成とされており、非結晶相の第２の領域２０Ｂによって分離された複数の半導体素子１０Ａが、基板１２の面方向に沿って配列された構成とされている。

なお、結晶相であるか、非結晶相であるかは、Ｘ線回折スペクトル測定により得られた回折像の点や線の有無により判別される。また、本実施の形態において「非結晶」とは、結晶状態では無い事を示し、具体的には、アモルファス（非晶質）であることを示す。

このように、本実施の形態の有機トランジスタ１０では、半導体層２０における、厚み方向からみたときにソース電極１８Ｓとドレイン電極１８Ｄとの電極間のチャネル領域２０Ａが結晶相とされ、この結晶相以外の領域が非結晶相とされていることから、隣接した半導体素子１０Ａ間の電気的分離が実現されると考えられる。

なお、半導体層２０におけるソース電極１８Ｓとドレイン電極１８Ｄとの電極間のチャネル領域２０Ａとは、半導体層２０において、ソース電極１８Ｓとドレイン電極１８Ｄの間からゲート電極１４Ｇが半導体層２０の厚み方向に対して投影される領域を示す（図１参照）。

また、本実施の形態では、「電極間」とは、厚み方向から見たときに、各電極に重なる領域を含まず、且つ電極と電極とが向かい合う面に連続する領域を意味している。このため、半導体層２０におけるソース電極１８Ｓとドレイン電極１８Ｄとの電極間のチャネル領域２０Ａとは、半導体層２０における、半導体層２０を厚み方向から見たときにゲート電極１４Ｇの配置された領域に相当する領域であって、且つソース電極１８Ｓとドレイン電極１８Ｄとが向かい合う面に連続するソース電極１８Ｓとドレイン電極１８Ｄとの電極間の領域を意味する。

なお、このチャネル領域２０Ａは、上述のように、半導体層２０において、ゲート電極１４Ｇの設けられた位置に対応し、且つソース電極１８Ｓとドレイン電極１８Ｄとの電極間の領域であることが必須であるが、図２に示すように、該半導体層２０における、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄに重なる領域をも含んだ領域であってもよい（図２中、チャネル領域２０Ａ参照）。ただし、本実施の形態の有機トランジスタ１０においては、半導体素子１０Ａの更なる電気的分離の向上の観点から、半導体層２０における、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄに重なる領域の少なくとも一部は、非結晶相である第２の領域２０Ｂであることが好ましい。すなわち、半導体層２０における非結晶相の領域（第２の領域２０Ｂ）は、半導体層２０における、ソース電極１８Ｓとドレイン電極１８Ｄに重なる領域（厚み方向に連続する領域）を含む領域であることが望ましい（図１のチャネル領域２０Ａ、及び第２の領域２０Ｂ参照）。

なお、本実施の形態の有機トランジスタ１０は、半導体層２０のソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄとの電極間のチャネル領域が結晶相とされており、且つ半導体層２０の該結晶相以外の領域が非結晶相とされていればよく、図１及び図２に示す構成に限られない。

例えば、図１及び図２に示す例では、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄが、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄの基板１２とは反対側の面で半導体層２０に接する構成（所謂、プラナ型）である場合を説明した。しかし、有機トランジスタ１０は、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄが、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄの基板１２側の面で半導体層２０に接する構成（所謂、スタガ型）であってもよい。
この場合には、例えば、図３に示すように、基板１２上に、ゲート電極１４Ｇと、ゲート絶縁膜１６と、半導体層２０と、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄと、がこの順に設けられた構成の有機トランジスタ１１Ａとすればよい。

また、図１〜図３に示す例では、ゲート電極１４Ｇがソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄより基板１２側に設けられた構成の、所謂、ボトム・ゲート構造である有機トランジスタ（有機トランジスタ１０、有機トランジスタ１１Ａ、有機トランジスタ１１Ｂ）を説明したが、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄがゲート電極１４Ｇより基板１２側に設けられた構成の有機トランジスタ（所謂、トップ・ゲート構造）であってもよい。
この場合には、例えば、図４に示すように、基板１２上に、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄと、半導体層２０と、ゲート絶縁膜１６と、ゲート電極１４Ｇと、をこの順に設けた構成（スタガ型）の有機トランジスタ１１Ｂとしてもよく、また、ボトム・ゲート構造で且つプラナ型の構成であってもよい。

なお、本実施の形態の有機トランジスタ(有機トランジスタ１０、有機トランジスタ１１Ａ、有機トランジスタ１１Ｂ)を用いて、何らかの電子装置を作製する場合には、さらに他の素子や回路等を組み合わせてもよい。

以下、本実施の形態に係る有機トランジスタ１０の製造方法について詳細に説明する。

本実施の形態の有機トランジスタ１０は、以下の製造方法によって製造される。
まず、基板１２上に、ゲート電極１４Ｇ、ゲート絶縁膜１６、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄ、を形成する（図５（Ａ）参照）。
これらの基板１２、ゲート電極１４Ｇ、ゲート絶縁膜１６、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄの構成材料及びこれらの形成方法としては、従来公知の方法が用いられる。

具体的には、基板１２としては、シリコン単結晶基板（例えばリン等を高濃度にドープしたシリコン単結晶基板等）、ガラス基板、プラスチック基板（例えばポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、セルロース樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリススチレン樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、スチレンブタジエン共重合体、塩化ビニルデン−アクリロニトリル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体、又はシリコン樹脂等）等が挙げられるが、これに限定されるものではない。

ゲート電極１４Ｇを構成する材料としては、金（Ａｕ）等の金属、金属酸化物、導電性高分子等が挙げられる。ゲート電極１４Ｇ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物理的気相成長法（ＰＶＤ）法；有機金属化合物化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）法を含む各種の化学気相成長法（ＣＶＤ）法；リフトオフ法；シャドウマスク法；電解メッキ法や無電解メッキ法若しくはこれらの組み合わせとったメッキ法；又は塗布液（液体材料）を塗布する方法として、スピンコーティング法、インクジェット法、スプレー法、エレクトロスプレー法などのうちいずれかと、必要に応じたパターニング技術との組み合わせが挙げられる。

ゲート絶縁膜１６としては、酸化シリコン膜や、窒化シリコン膜や、ポリイミドのような有機系絶縁膜等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
ゲート絶縁膜１６を形成する方法としては、スピンコーティング法、インクジェット法、スプレー法、エレクトロスプレー法等が挙げられるが、これらに限定されない。

ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄを構成する材料としては、上述したゲート電極１４Ｇを構成する材料が挙げられる。また、このソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄの形成方法についても、上述したゲート電極１４Ｇの形成方法として挙げた方法が用いられる。

次に、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄ上に、半導体層２０を形成する。

この半導体層２０の構成材料としては、公知の半導体材料が挙げられる。具体的には、半導体層２０の構成材料としては、トリエチルシリルエチニルアントラジチオフェン（ＴＥＳ ＡＤＴ）、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフロレン及びその誘導体、ポリフロレン−オリゴチオフェンの共重合体及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−複素環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びその誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びその誘導体、含金属または非含金属のフタロシアニン及びその誘導体、ピロメリト酸二無水物及びその誘導体、ピロメリト酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ならびにナフタレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体等が挙げられる。
これらの中でも、結晶性の理由から、ＴＥＳ−ＡＤＴを用いることが好ましい。

本実施の形態において、半導体層２０は、下記工程を経ることによって形成される。すなわち、半導体層２０は、
（Ａ）非結晶の半導体層を形成する工程と、
（Ｂ）非結晶の半導体層上に、半導体層の少なくとも一部が露出するように、蒸気侵入防止膜を形成する工程と、
（Ｃ）非結晶の半導体層における蒸気侵入防止膜から露出した領域に、半導体層に含まれる半導体材料を溶解する溶媒の蒸気を供給することによって、該蒸気を供給された領域及び該領域に連続する領域の少なくとも一部の半導体材料を非結晶相から結晶相へ相転移させる工程と、
を経ることによって形成される。

上記（Ａ）非結晶の半導体層を形成する工程では、半導体材料を用いて、非結晶の半導体層２１（図５（Ｂ）参照）を形成する。
この非結晶の半導体層２１を形成する方法としては、あくまでも「非結晶」の半導体層２１が形成される方法であれば、いかなる方法であってもよく、一例としては、半導体材料を含む塗布液を塗布する方法や、真空蒸着法が挙げられる。

半導体材料を含む塗布液を用いて、非結晶の半導体層２１を形成する場合には、この塗布液としては、半導体層２０の構成材料として選択した半導体材料と、該半導体材料を溶解する溶媒と、を含む塗布液を用いればよい。
この塗布液に含まれる溶媒としては、半導体材料を溶解する液体を用いればよく、半導体層２０の構成材料として選択した半導体材料に応じて選択すればよいが、例えば、トルエン、無機溶媒（硝酸、硫酸、アンモニア、過酸化水素、二硫化炭素、四塩化炭素、又はエチレンカーボネート等）、ケトン系溶媒（メチルエチルケトン、アセトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソプロピルケトン、又はジクロヘキサノン等）、アルコール系溶媒（メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、又はグリセリン等）、エーテル系溶媒（ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソール、ジエチレングリコールジメチルエーテル、又はジエチレングリコールエチルエーテル等）、セロソルブ系溶媒（メリルセロソブル、エチルセロソルブ、又はフェニルセロソルブ等）、脂肪族炭化水素系溶媒（ヘキサン、ヘプタン、ペンタン、ヘプタン、又はシクロヘキサン等）、芳香族炭化水素系溶媒（トルエン、キシレン、又はベンゼン等）、アミド系溶媒（ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、又はアミド等）、ハロゲン化合物系溶媒（モノクロロベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルム、又は１，２−ジクロロエタン等）、エステル系溶媒（酢酸エチル、酢酸メチル、又はギ酸エチル等）、硫黄化合物系溶媒（ジメチルスルホキシド、又はスルホラン等）、ニトリル系溶媒（アセトニトリル、プロピオニトリル、又はアクリロニトリル等）、有機酸系溶媒（ギ酸、酢酸、トリクロロ酢酸、又はトリフルオロ酢酸等）の如く各種有機溶媒、又は、これらを含む混合溶媒などが挙げられるが、これに限るものではない。

これらの中でも、半導体材料を含む塗布液に含まれる溶媒としては、溶解性と沸点の理由から、トルエンを用いることが好ましい。

なお、ここで、溶解とは、半導体材料が溶媒に対して少なくとも０．１質量％以上溶けることを意味する。

そして、半導体材料を含む塗布液を塗布することによって、非結晶の半導体層２１（図５（Ｂ）参照）を形成する。この塗布法としては、例えば、スピンコーティング法、インクジェット法、スプレー法、エレクトロスプレー法などが挙げられる。

なお、この非結晶の半導体層２１を形成した後に、この半導体層２１に含まれる溶媒を蒸発させるべく乾燥させる工程を経てもよい。なお、この乾燥時の条件としては、半導体材料を含む塗布液を塗布することによって形成された半導体層２１に含まれる半導体材料が、非結晶状態を維持する条件であることが必須である。

次に、（Ｂ）非結晶の半導体層上に、半導体層の少なくとも一部が露出するように、蒸気侵入防止膜を形成する。具体的には、図５（Ｃ）に示すように、非結晶の半導体層２１上に、非結晶の半導体層２１の少なくとも一部が露出するように蒸気侵入防止膜２２を形成する。この蒸気侵入防止膜２２は、後述する（Ｄ）の工程において用いられる蒸気に含まれる溶媒及び半導体層２１内に残存している溶媒によって溶解しない材料によって構成される。この蒸気侵入防止膜２２の構成材料としては、これらの特性を満たす材料であればよいが、例えば、金やアルミニウム等の金属や、シリコンやゲルマニウム等の無機材料や、酸化シリコンやちっ化シリコン等の酸化物や、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の有機材料等が挙げられる。これらの中でも、耐薬品性やバリア性の理由から、金属や酸化物を用いることが好ましい。

この蒸気侵入防止膜２２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物理的気相成長法（ＰＶＤ）法；有機金属化合物化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）法を含む各種の化学気相成長法（ＣＶＤ）法；リフトオフ法；シャドウマスク法；電解メッキ法や無電解メッキ法若しくはこれらの組み合わせとったメッキ法；又は塗布液（液体材料）を塗布する方法として、スピンコーティング法、インクジェット法、スプレー法、エレクトロスプレー法などのうちいずれかと、必要に応じたパターニング技術との組み合わせが挙げられる。

なお、非結晶の半導体層２１における、蒸気侵入防止膜２２から露出した領域とは、半導体素子１０Ａとされたときにチャネル領域となる領域であり、ゲート電極１４Ｇの位置や、作製する有機トランジスタ１０に応じて適宜調整すればよい。

次に、（Ｃ）非結晶の半導体層における蒸気侵入防止膜から露出した領域に、半導体層に含まれる半導体材料を溶解する溶媒の蒸気を供給することによって、該蒸気を供給された領域及び該領域に連続する領域の少なくとも一部の半導体材料を非結晶相から結晶相へ相転移させる。
具体的には、まず、非結晶の半導体層２１における、蒸気侵入防止膜２２から露出した領域に、該非結晶の半導体層２１を構成する半導体材料を溶解する溶媒の蒸気２４を供給する（図６（Ａ）参照）。
この蒸気２４は、非結晶の半導体層２１を構成する半導体材料を溶解する溶媒による蒸気であればよく、上記（Ａ）工程において非結晶の半導体層２１の形成時に用いた塗布液に含まれる溶媒と同じ溶媒であってもよいし、異なる溶媒であってもよい。

なお、「溶媒の蒸気２４を供給する」とは、非結晶の半導体層２１における、蒸気侵入防止膜２２から露出した領域を、半導体材料の溶媒の蒸気２４の雰囲気下にさらすことを意味している。このため、この工程においては、非結晶の半導体層２１に、半導体材料の溶媒の蒸気２４を直接吹き付ける（噴霧する）方法に限られず、半導体材料の溶媒の蒸気２４の充填された容器内に、蒸気侵入防止膜２２の設けられた非結晶の半導体層２１を配置する方法であってもよい。

この蒸気２４を供給する時には、熱を加えてもよいし、熱を加えず常温下で行ってもよい。

なお、半導体材料の溶媒の蒸気２４を供給する手法に用いる溶媒としては、非結晶の半導体層２１に蒸気２４を供給して、該供給された領域の半導体層２１の半導体材料を溶解によって膨潤させる時間が必要であることから、該蒸気２４の供給時には蒸発しにくい溶媒を用いることが好ましく、つまり、沸点がより高いものが好ましい。例えば、沸点が１００℃以上のものが好ましく、１３０℃以上のものがより好ましい。

このように、非結晶の半導体層２１における蒸気侵入防止膜２２から露出した領域に、半導体材料を溶解する溶媒の蒸気２４を供給すると、蒸気２４を供給された非結晶の半導体層２１の領域及び該領域に連続する領域の少なくとも一部の半導体材料が、非結晶相から結晶相へ相転移する。
これは、非結晶の半導体層２１に、半導体材料を溶解する溶媒の蒸気２４を供給することによって、供給された溶媒が非結晶の半導体層２１内に浸透し、この溶媒の浸透した領域が該溶媒によって膨潤し、溶媒によって膨潤した領域が非結晶相からより安定な結晶相へと相転移するためと考えられる。

このため、非結晶の半導体層２１における、蒸気２４を供給された領域及び該領域に連続する領域の少なくとも一部の領域では、非結晶相から結晶相への相転移によって結晶相のチャネル領域２０Ａとなり、蒸気２４の浸透しなかった領域では、非結晶相が維持されて非結晶の第２の領域２０Ｂとなる。これによって、ソース電極１８Ｓとドレイン電極１８Ｄとの電極間の領域が結晶相のチャネル領域２０Ａとされ、該結晶相以外の領域が非結晶相の第２の領域２０Ｂとされた半導体層２０が作製される（図６（Ｂ）参照）。

なお、この蒸気２４の供給によって非結晶相から結晶相へと相転移する領域は、蒸気侵入防止膜２２の露出領域の調整や、蒸気２４の供給時間、蒸気２４に含まれる溶媒の種類等によって容易に調整される。

次に、この蒸気侵入防止膜２２を除去することによって、本実施の形態の有機トランジスタ１０が形成される（図６（Ｃ）参照）。

この蒸気侵入防止膜２２の除去には、公知の方法が用いられ、例えば、ウェットエッチング法、ドライエッチング法等が用いられる。

なお、上記では、一例として、図１に示す構成の有機トランジスタ１０を製造する場合を説明したが、各層の形成順を変えることで、図３〜図４に示す有機トランジスタ１１Ａ及び有機トランジスタ１１Ｂについても、上述した方法と同じ方法で製造される。

なお、図３に示すような、所謂、プラナ型の有機トランジスタ１１Ａを作製する場合には、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄが、蒸気侵入防止膜２２として機能する。

具体的には、有機トランジスタ１１Ａの作製時には、基板１２上に、ゲート電極１４Ｇ、ゲート絶縁膜１６、非結晶の半導体層２１、及びソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄを順に形成した後に、上記（Ｃ）工程を行うことによって半導体層２０を形成すればよい。
詳細には、有機トランジスタ１１Ａの作製においては、まず、上述した方法を用いて、基板１２上に、ゲート電極１４Ｇ、ゲート絶縁膜１６、非結晶の半導体層２１、及びソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄを順に形成する。
次に、図７（Ａ）に示すように、非結晶の半導体層２１上に形成されたソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄから露出した領域に、半導体材料の溶媒の蒸気２４を供給する。この蒸気２４の供給によって、該蒸気２４の供給された領域及び該領域に連続する領域の少なくとも一部の半導体材料が非結晶相から結晶相へと相転移する。これによって、ソース電極１８Ｓとドレイン電極１８Ｄとの電極間の領域が結晶相のチャネル領域２０Ａとされ、該結晶相以外の領域が非結晶相の第２の領域２０Ｂとされた半導体層２０が作製される（図７（Ａ）参照）。

なお、この有機トランジスタ１１Ａの作製においては、図７（Ｂ）に示すように、非結晶の半導体層２１における、ソース電極１８Ｓ及びドレイン電極１８Ｄから露出した領域のうちの、半導体素子１０Ａ間に相当する領域には、蒸気侵入防止膜２２を設けた状態で、半導体材料を溶解する溶媒の蒸気２４を供給するようにしてもよい。このようにすれば、半導体素子１０Ａ間の領域の半導体層２０の半導体材料の非結晶相が維持されるため、半導体素子１０Ａ間の電気的分離がより効果的に実現されると考えられる。

ここで、従来の有機トランジスタの製造方法においては、半導体素子１０Ａ間を分離するために、半導体層２０に貫通孔を設けたり、光照射やプラズマ処理を施すことによって半導体層２０の一部を非活性化していた。
一方、本実施の形態の有機トランジスタでは、（Ａ）非結晶の半導体層を形成する工程と、（Ｂ）非結晶の半導体層上に、半導体層の少なくとも一部が露出するように、蒸気侵入防止膜を形成する工程と、（Ｃ）非結晶の半導体層における蒸気侵入防止膜から露出した領域に、半導体材料を溶解する溶媒の蒸気を供給することによって、該蒸気を供給された領域及び該領域に連続する領域の少なくとも一部の半導体材料を非結晶相から結晶相へ相転移させる工程と、を経ることによって有機トランジスタ１０における半導体層２０を形成するので、半導体層２０のチャネル領域ぎりぎりの領域までが、非活性領域となるように容易に調整される。このため、従来の有機トランジスタに比べて、隣り合う半導体素子１０Ａ間の電気的分離が効果的に実現されると考えられる。

以下実施例によって本発明を説明する。なお、本発明はこれらの実施例によってのみ限定されるものではない。

以下に示す如く、有機トランジスタを作製した。

（実施例１）
図１に示す構成の有機トランジスタを作製した。
まず、厚さ１００ｎｍのシリコン熱酸化膜（ＳｉＯ_２）（ゲート絶縁膜）の成膜されたシリコン基板を用意した。この場合、このシリコン基板自体が、ゲート電極として機能する（基板裏面からゲート電極をとる、所謂、バックゲート）。
次に、ゲート絶縁膜上に、ＥＢ蒸着（昭和真空製ＥＢ蒸着装置）により、メタルマスクを用いて、ソース電極及びドレイン電極を金（Ａｕ）にて形成した。これらの電極の厚みは、１００ｎｍである。また、これらのソース電極及びドレイン電極の電極間の距離（チャネル幅）は、１０００μｍとし、チャネル長は、２０μｍとした。

また、シリコン基板上に、複数の半導体素子が形成されるように、上記ソース電極及びドレイン電極を１組として、５００μｍの間隔を空けて５０組のソース電極及びドレイン電極を形成した。

次に、上記ソース電極及びドレイン電極上に、半導体層を形成した。
まず、半導体材料を含む塗布液を塗布して、非結晶の半導体層を形成した。詳細には、半導体材料として、リエチルシリルエチニルアントラジチオフェン（ＴＥＳ ＡＤＴ）を用意し、このＴＥＳ ＡＤＴをトルエン溶媒中に２質量％の濃度で溶解した塗布液を用意した。そして、この塗布液を、上記シリコン基板の、上記ソース電極及びドレイン電極の形成された側の面に滴下し、スピンコート塗布することによって、非結晶の半導体層（厚み０．１μｍ）を形成した。

なお、この塗布により形成した半導体層が非結晶相であることは、ブルカー社製、装置名 Ｘ線回折装置を用いて、Ｘ線回折スペクトル測定をした結果、結晶性のピークが鋭く現れなかったことから、非結晶（非晶質（アモルファス）または質の低い結晶）であることが確認された。

次に、上記非結晶の半導体層のチャネル領域となる領域以外の領域に、蒸気侵入防止膜を酸化シリコンにより形成した。なお、このチャネル領域となる領域は、本実施例では、厚み方向から見たときに各ゲート電極に対応する領域であって、且つ各組のソース電極とドレイン電極との電極間の領域に対応する領域（１０００μｍ×２０μｍの領域）とした。
この蒸気侵入防止膜の形成は、スパッタ装置（アルバック社製）により、メタルマスクを用いて行った。この蒸気侵入防止膜の膜厚は１００ｎｍであった。

次に、密閉可能な容器（シャーレ）内に、上記蒸気侵入防止膜の形成された基板を入れて、蒸気侵入防止膜側からトルエンの蒸気を供給した。
なお、このトルエンの蒸気は、室温で気化されたトルエン蒸気を用いた。このトルエンの蒸気の供給は、トルエンを加熱することによって得られた蒸気を上記容器内に供給することによって行ってもよい。

なお、試料として、本実施例における非結晶の半導体層を、本実施例で用いた方法により別途シリコン基板上に形成し、非結晶の半導体層上に蒸気侵入防止膜を線状に設けて、本実施例と同じ条件でトルエンの蒸気を供給した。このトルエンの蒸気を供給した後の状態の試料についての光学顕微鏡写真を、図８に示した。図８に示すように、非結晶相の半導体層における、蒸気侵入防止膜から露出した領域Ａは、結晶化していることが確認された。

次に、蒸気侵入防止膜を、希フッ酸を用いて除去することによって、複数の半導体素子の形成された本実施例の有機トランジスタ１を作製した。

作製した有機トランジスタ１の半導体層の結晶状態を、Ｘ線回折装置（ブルカー社製）を用いて測定したところ、半導体層において蒸気侵入防止膜から露出していた領域については、結晶性のピークがするどく現われ、結晶相であることが確認された。また、半導体層において蒸気侵入防止膜によって覆われていた領域についても、同様にして測定したところ、結晶性のピークが鋭く現れず、非結晶相であることが確認された。

また、作製した有機トランジスタ１の断面を電子顕微鏡にて観察したところ、各半導体素子において、結晶相であるチャネル領域は、ソース電極とドレイン電極との電極間の領域に形成されていることが確認された。また、非結晶相の第２の領域は、半導体層において、厚み方向から見たときに各半導体素子の中間に相当する領域（ゲート電極とゲート電極の中間の位置）からソース電極及びドレイン電極の一部を覆う領域（厚み方向に連続する領域）まで形成されていることが確認された。

（実施例２）
上記実施例１において形成した蒸気侵入防止膜において、蒸気侵入防止膜を設けない領域を、厚み方向から見たときに各ゲート電極に対応する領域であって、且つ各組のソース電極とドレイン電極との電極間の領域に対応する領域を含む領域である（１０００μｍ×１２０μｍの領域）とした以外は、実施例１と同じ方法及び条件を用いて複数の半導体素子の形成された本実施例の有機トランジスタ２を作製した。

作製した有機トランジスタ２の半導体層の結晶状態を、Ｘ線回折装置（ブルカー社製）を用いて測定したところ、半導体層において蒸気侵入防止膜から露出していた領域については、結晶性のピークがするどく現われ、結晶相であることが確認された。また、半導体層において蒸気侵入防止膜によって覆われていた領域についても、同様にして測定したところ、結晶性のピークが鋭く現れず、非結晶相であることが確認された。

また、作製した有機トランジスタ２の断面を電子顕微鏡にて観察したところ、各半導体素子において、結晶相であるチャネル領域は、ソース電極とドレイン電極との電極間の領域と、ソース電極とドレイン電極を覆う領域に形成されていることが確認された。また、非結晶相の第２の領域は、半導体層において、厚み方向から見たときに各半導体素子の中間に相当する領域（ゲート電極とゲート電極の中間の位置）からソース電極及びドレイン電極の端面までの領域（ソース電極及びドレイン電極を覆わない領域）まで形成されていることが確認された。

（実施例３）
上記実施例１においては、非結晶の半導体層に供給する溶媒の蒸気として、半導体層の塗布液に用いた溶媒と同じ、トルエンを用いた。本実施例３では、非結晶の半導体層に供給する溶媒の蒸気として１，２−ジクロロエタンを用いた以外は、実施例１と同じ製法及び同じ条件で、有機トランジスタ３を作製した。すなわち、本実施例３においては、非結晶の半導体層の塗布液として用いる溶媒の種類と、非結晶の半導体層に供給する蒸気に用いる溶媒の種類と、を異なるものとした。

作製した有機トランジスタ３の半導体層の結晶状態を、Ｘ線回折装置（ブルカー社製）を用いて測定したところ、半導体層において蒸気侵入防止膜から露出していた領域については、結晶性のピークがするどく現われ、結晶相であることが確認された。また、半導体層において蒸気侵入防止膜によって覆われていた領域についても、同様にして測定したところ、結晶性のピークが鋭く現れず、非結晶相であることが確認された。

また、作製した有機トランジスタ３の断面を電子顕微鏡にて観察したところ、各半導体素子において、結晶相であるチャネル領域は、ソース電極とドレイン電極との電極間の領域に形成されていることが確認された。また、非結晶相の第２の領域は、半導体層において、厚み方向から見たときに各半導体素子の中間に相当する領域（ゲート電極とゲート電極の中間の位置）からソース電極及びドレイン電極の一部を覆う領域（厚み方向に連続する領域）まで形成されていることが確認された。

（比較例１）
まず、厚さ１００ｎｍのシリコン熱酸化膜（ＳｉＯ_２）（ゲート絶縁膜）の成膜されたシリコン基板を用意した。この場合、このシリコン基板自体が、ゲート電極として機能する（基板裏面からゲート電極をとる、所謂、バックゲート）。
次に、ゲート絶縁膜上に、ＥＢ蒸着（昭和真空製ＥＢ蒸着装置）により、メタルマスクを用いて、ソース電極及びドレイン電極を金（Ａｕ）にて形成した。これらの電極の厚みは、１００ｎｍである。また、これらのソース電極及びドレイン電極の電極間の距離（チャネル幅）は、１０００μｍとし、チャネル長は、２０μｍとした。

また、シリコン基板上に、複数の半導体素子が形成されるように、上記ソース電極及びドレイン電極を１組として、５００μｍの間隔を空けて５０組のソース電極及びドレイン電極を形成した。

次に、上記ソース電極及びドレイン電極上に、半導体層を形成した。
半導体層の形成は、半導体材料として、ＴＩＰＳ−Ｐｅｎｔａｃｅｎｅを用意し、このＴＩＰＳ−Ｐｅｎｔａｃｅｎｅをトルエン溶媒中に２質量％の濃度で溶解した塗布液を用意した。そして、この塗布液を、上記シリコン基板の、上記ソース電極及びドレイン電極の形成された側の面に滴下し、スピンコート塗布することによって、非結晶の半導体層（厚み ０．１μｍ）を形成した。

次に、この半導体層の結晶状態を、実施例１と同様にして測定したところ、結晶性のピークがするどく現われ、全領域が結晶相であることが確認された。

次に、各半導体素子となる領域をフォトマスクによりマスクし、該マスクから露出した領域であるゲート電極とゲート電極との丁度中間の半導体層の領域（ゲート電極とゲート電極との丁度中間の領域を中心とする１５００μｍ×３００μｍの領域）に、紫外線を３分間照射した。
これによって、複数の半導体素子の形成された本比較例の比較トランジスタ１を作製した。

（評価）
作製した有機トランジスタ及び比較トランジスタについて、半導体素子間の電気的な分離状態（クロストークの低減度合い）を評価した。

具体的には、隣り合うデバイス間の、ソースドレイン電極１組のうち、近い方の電極、に２０Ｖの電圧を印加する。このとき流れる電流値を求めた。この測定には半導体パラメータアナライザ（アジレント製、ＨＰ４１５６Ｂ）およびプローバーを用いて求めた。そして、この測定結果が、１×１０^−１３Ａ以下である場合を、半導体素子間の電気的な分離状態が良好（Ｇ１）であるとし、１×１０^−１３Ａ以上１×１０^−１２Ａ以下である場合を、やや良好（Ｇ２）であるとし、１×１０^−１２Ａ以上である場合を不良（Ｇ３）であるとして評価した。
評価結果を表１に示した。

表１の結果から、本実施例は、比較例に比べ、半導体素子間の電気的分離が効果的に図れているといえる。

１０、１１Ａ、１１Ｂ 有機トランジスタ，１２ 基板，１４Ｇ ゲート電極，１８Ｓ ソース電極，１８Ｄ ドレイン電極，２０ 半導体層，２０Ａ チャネル領域，２０Ｂ 第２の領域

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板上に、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、半導体層と、を備え、
   前記半導体層における、前記ソース電極と前記ドレイン電極との電極間のチャネル領域及び前記ソース電極及び前記ドレイン電極に重なる領域が少なくとも結晶相であり、該半導体層における該結晶相以外の領域が非結晶相である、有機トランジスタ。
2. 前記半導体層における前記非結晶相の領域が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に重なる領域を含む請求項１に記載の有機トランジスタ。
3. 非結晶の半導体層を形成する工程と、
   前記非結晶の半導体層上に、該半導体層の少なくとも一部が露出するように蒸気侵入防止膜を形成する工程と、
   前記非結晶の半導体層における前記蒸気侵入防止膜から露出した領域に、前記半導体層に含まれる半導体材料を溶解する溶媒の蒸気を供給することによって、該蒸気を供給された領域及び該領域に連続する領域の少なくとも一部の半導体材料を非結晶相から結晶相へ相転移させる工程と、
   を少なくとも有する有機トランジスタの製造方法。
4. 前記蒸気侵入防止膜が、金属膜である請求項３に記載の有機トランジスタの製造方法。
5. 前記蒸気侵入防止膜が、ソース電極及びドレイン電極である請求項３または請求項４に記載の有機トランジスタの製造方法。