JP4296788B2 - 有機電界効果トランジスタおよびその製造方法、集積回路装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機電界効果トランジスタおよびその製造方法、集積回路装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）構造における半導体層の材料として有機半導体材料を用いた有機電界効果トランジスタが知られている（例えば、特許文献１、２など参照）。
【０００３】
また、有機電界効果トランジスタを利用した回路の一例として、図１２に示すように２個のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の直列回路であって電源の両端間に接続して用いられるインバータが知られている。ここに、図１２に示す回路構成のインバータは、例えば、ハイサイドのスイッチング素子Ｓ１をｐチャネル有機電界効果トランジスタにより構成するとともに、ローサイドのスイッチング素子Ｓ２をｎチャネル有機電界効果トランジスタにより構成し、両有機電界効果トランジスタを同一基板上に集積化した集積回路装置により実現できる。なお、図１２に示す回路構成のインバータでは、電源の高電位側に接続される端子Ｖｄｄと、電源の低電位側（グランド側）に接続される端子ＧＮＤと、制御入力用の端子Ｖｉｎと、出力用の端子Ｖｏｕｔとを備えている。
【０００４】
この種の集積回路装置は、図１３に示すように、１つの絶縁性基板１’の一表面側において、ハイサイドのスイッチング素子Ｓ１を構成するｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐ’とローサイドのスイッチング素子Ｓ２を構成するｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎ’とが並設されている。なお、絶縁性基板１’としては、表面をシリコン酸化膜などの絶縁膜により覆われたシリコン基板のような無機基板や、絶縁性を有する有機材料（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネイトなど）製の有機基板などが用いられている。
【０００５】
上記集積回路装置は、絶縁性基板１’の上記一表面上にｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐ’のゲート電極Ｇｐ’とｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎ’のゲート電極Ｇｎ’とが離間して形成され、絶縁性基板１’の上記一表面側の全面に両ゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’を覆うように絶縁性を有する有機材料（例えば、ポリイミドなど）からなる絶縁膜２’が形成されており、絶縁膜２’のうちゲート電極Ｇｐ’に重なる部分がｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐ’のゲート絶縁膜２ｐ’を構成し、ゲート電極Ｇｎ’に重なる部分がｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎ’のゲート絶縁膜２ｎ’を構成している。なお、各ゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’は、金属材料（例えば、Ａｕなど）により形成されている。
【０００６】
また、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐ’は、絶縁膜２’上においてソース電極Ｓｐ’とドレイン電極Ｄｐ’とが離間して形成されるとともに、ソース電極Ｓｐ’とドレイン電極Ｄｐ’とゲート絶縁膜２ｐ’とを覆うようにｐ形有機半導体材料からなるｐ形有機半導体層３ｐ’が形成され、ｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎ’は、絶縁膜２’上にソース電極Ｓｎ’とドレイン電極Ｄｎ’とが離間して形成されるとともに、ソース電極Ｓｎ’とドレイン電極Ｄｎ’とゲート絶縁膜２ｎ’とを覆うようにｎ形有機半導体材料からなるｎ形有機半導体層３ｎ’が形成されている。
【０００７】
ここに、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐ’は、ｐ形有機半導体層３ｐ’のうちソース電極Ｓｐ’とドレイン電極Ｄｐ’との間に介在する部分が絶縁性基板１’の厚み方向においてゲート絶縁膜２ｐ’およびゲート電極Ｇｐ’に重なっている。同様に、ｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎ’は、ｎ形有機半導体層３ｎ’のうちソース電極Ｓｎ’とドレイン電極Ｄｎ’との間に介在する部分が絶縁性基板１’の厚み方向においてゲート絶縁膜２ｎ’およびゲート電極Ｇｎ’に重なっている。また、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐ’とｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎ’とはゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’の並設方向においてドレイン電極Ｄｐ’，Ｄｎ’同士が隣接し電気的に接続されている。なお、各ソース電極Ｓｐ’，Ｓｎ’および各ドレイン電極Ｄｐ’，Ｄｎ’は、構成材料が同じ金属材料であり、製造時に同時形成されている。
【０００８】
また、上記集積回路装置は、絶縁膜２’上に４つのパッド４’が形成されており、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐ’のソース電極Ｓｐ’に図１３（ａ）の左上の金属配線５’を介して電気的に接続されたパッド４’が上記端子Ｖｄｄを構成し、ｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎ’のソース電極Ｓｎ’に図１３（ａ）の右下の金属配線５’を介して電気的に接続されたパッド４’が上記端子ＧＮＤを構成し、両ゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’に図１３（ａ）の左下の金属配線５’を介して電気的に接続されたパッド４’が上記端子Ｖｉｎを構成し、両ドレイン電極Ｄｐ’，Ｄｎ’に図１３（ａ）の右上の金属配線５’を介して電気的に接続されたパッド４’が上記端子Ｖｏｕｔを構成している。ここに、両ゲート電極Ｇｐ’、Ｇｎ’は、平面形状が短冊状に形成されており、絶縁膜２’において各ゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’それぞれの長手方向の一端部に対応する部位に開孔したコンタクトホール２１’，２１’に図１３（ａ）の左下の金属配線５’の一部を埋め込むことで金属配線５’と電気的に接続されている。
【０００９】
以上説明した有機電界効果トランジスタＴｐ’，Ｔｎ’は、ゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’への印加電圧（ゲート電圧）を制御して有機半導体層３ｐ’，３ｎ’に形成されるチャネルの広がりを調整することにより、ソース電極Ｓｐ’，Ｓｎ’−ドレイン電極Ｄｐ’，Ｄｎ’間を流れる電流を制御することができる。
【００１０】
以下、上述の集積回路装置の製造方法について図１４〜図２２を参照しながら説明する。
【００１１】
まず、絶縁性基板１’の上記一表面側にゲート電極Ｇｎ’，Ｇｐ’をパターン形成するためのシャドウマスクＭ１１（図１６参照）を通して金属材料（例えば、Ａｕなど）を蒸着することでゲート電極Ｇｎ’，Ｇｐ’を形成する（図１４（ａ）および図１６参照）。
【００１２】
その後、絶縁性基板１’の上記一表面側に絶縁性を有する有機材料（例えば、ポリイミドなど）を回転塗布することで絶縁性基板１’の上記一表面側の全面に絶縁膜２’を形成する（図１４（ｂ）および図１７参照）。
【００１３】
次に、フォトリソグラフィ技術を利用して絶縁膜２’において各ゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’それぞれの長手方向の上記一端部に重なる部分をエッチングすることでゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’の上記一端部表面を露出させたコンタクトホール２１’，２１’を形成する（図１４（ｃ）および図１８参照）。
【００１４】
その後、絶縁性基板１’の上記一表面側にソース電極Ｓｐ’，Ｓｎ’とドレイン電極Ｄｐ’，Ｄｎ’と各金属配線５’と各パッド４’とを同時にパターン形成するためのシャドウマスクＭ１２（図１９参照）を通して金属材料（例えば、Ａｕなど）を蒸着することでソース電極Ｓｐ’，Ｓｎ’およびドレイン電極Ｄｐ’，Ｄｎ’および各金属配線５’および各パッド４’を形成する（図１５（ａ）、図１９、図２０参照）。
【００１５】
次に、絶縁性基板１’の上記一表面側にｐ形有機半導体層３ｐ’をパターン形成するためのシャドウマスクＭ１３（図２１参照）を通してｐ形有機半導体材料（例えば、ペンタセンなど）を蒸着することでｐ形有機半導体層３ｐ’を形成し（図１５（ｂ）および図２１参照）、続いて、絶縁性基板１’の上記一表面側にｎ形有機半導体層３ｎ’をパターン形成するためのシャドウマスクＭ１４（図２２参照）を通してｎ形有機半導体材料（例えば、フッ素化銅フタロシアニンなど）を蒸着することでｎ形有機半導体層３ｎ’を形成する（図１５（ｃ）および図２２参照）。
【００１６】
【特許文献１】
米国特許第５，３４７，１４４号明細書（第６欄）
【特許文献２】
特表平５−５０８７４５号公報（第３頁、第５頁および第６頁）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記集積回路装置を製造するにあたっては、絶縁性基板１’の上記一表面側にゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’を形成した後、絶縁性を有する有機材料を回転塗布することで絶縁性基板１’の上記一表面側の全面に絶縁膜２’を形成しているので、ゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’と金属配線５’との電気的接続を得るために、絶縁膜２’の一部を開口してコンタクトホール２１’，２１’を形成してから金属配線５’を形成する必要があり、製造コストの低減を図る一つの手段として、より簡単な製造プロセスで製造可能な有機電界効果トランジスタの構造の開発が望まれていた。
【００１８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、従来に比べてより簡単な製造プロセスで製造可能な有機電界効果トランジスタおよびその製造方法および集積回路装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、絶縁性基板と、絶縁性基板の一表面上に形成されたソース電極と、絶縁性基板の前記一表面上においてソース電極から離間して形成されたドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間でソース電極およびドレイン電極それぞれと離間して絶縁性基板の前記一表面上に形成されたゲート電極と、絶縁性基板の前記一表面上においてソース電極に電気的に接続された第１の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面上においてドレイン電極に電気的に接続された第２の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面上においてゲート電極に電気的に接続された第３の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面側においてゲート電極における絶縁性基板との界面および第３の金属配線との界面を除いてゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、絶縁性基板の前記一表面側においてソース電極とゲート絶縁膜とドレイン電極とに跨って被着された有機半導体層とを備え、ゲート電極が、ソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線それぞれの金属材料よりも酸化されやすい金属材料により形成され、ゲート絶縁膜は、ゲート電極を構成する金属材料の酸化物からなり、且つ、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線の形成後にゲート電極における前記各界面を除いた露出表面を酸化することにより形成されてなることを特徴とする。この請求項１の発明の構成によれば、ゲート電極と第３の金属配線とを電気的に接続するために従来のようなコンタクトホールを形成する必要がなく、しかも、製造時に、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線を形成した後で、ゲート電極の一部を選択的に酸化することでゲート絶縁膜を形成することが可能となるので、従来に比べてより簡単な製造プロセスで製造可能となる。なお、請求項１の発明の構成では、ゲート電極に電圧を印加することによって有機半導体層にチャネルが形成されソース電極とドレイン電極との間を電流が流れるので、ゲート電極に印加する電圧を制御してチャネルの広がりを調整することによってソース電極とドレイン電極との間に流れる電流を制御することができる。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ゲート絶縁膜は、比誘電率が９よりも大きいことを特徴とする。この請求項２の発明の構成によれば、従来のようにゲート絶縁膜の材料としてポリイミドのような比誘電率が９よりも小さい材料を採用している場合に比べて、前記有機半導体層に形成されるチャネルの広がりを大きくすることができ、大電流化を図ることができる。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記ゲート電極の金属材料は、Ａｌ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｌａの群から選択されることを特徴とする。この請求項３の発明の構成によれば、前記ゲート電極を蒸着法などの一般的な半導体製造プロセスで形成することができる。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の有機電界効果トランジスタの製造方法であって、絶縁性基板の前記一表面上にソース電極およびドレイン電極および第１の金属配線および第２の金属配線および第３の金属配線を同時形成し、絶縁性基板の前記一表面上にソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線それぞれの金属材料よりも酸化されやすい金属材料からなるゲート電極を当該ゲート電極の一部が第３の金属配線に接触するように形成してから、ゲート絶縁膜を形成するようにし、ゲート絶縁膜の形成にあたっては、ゲート電極の露出表面を酸化する酸化工程を行うことによりゲート電極を構成する金属材料の酸化物からなるゲート絶縁膜をゲート電極における絶縁性基板との界面および第３の金属配線との界面を除いてゲート絶縁膜を覆うように成膜することを特徴とする。この請求項４の発明の製造方法によれば、ゲート電極と第３の金属配線とを電気的に接続するために従来のようなコンタクトホールを形成する必要がなく、しかも、ソース電極およびドレイン電極および第１ないし第３の金属配線およびゲート電極を形成した後で、ゲート電極の一部を選択的に酸化することでゲート絶縁膜を形成することができるので、従来に比べてより簡単な製造プロセスで有機電界効果トランジスタを製造することができる。
【００２４】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記酸化工程では、酸化種を含む雰囲気中で前記ゲート電極の露出表面を酸化することで前記ゲート絶縁膜を成膜することを特徴とする。この請求項５の発明の製造方法によれば、前記ゲート絶縁膜を容易に形成することができる。
【００２５】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、前記酸化工程では、陽極酸化法により前記ゲート電極の露出表面を酸化することで前記ゲート絶縁膜を成膜することを特徴とする。この請求項６の発明の製造方法によれば、前記ゲート絶縁膜を室温で成膜することができるので、前記絶縁性基板として耐熱温度が比較的低いポリエチレンテレフタレートやポリカーボネイトなどの有機基板を採用することができる。
【００２６】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の有機電界効果トランジスタを回路の一部として前記絶縁性基板の前記一表面上に集積化した回路を有することを特徴とする。この請求項７の発明の構成によれば、従来に比べてより簡単な製造プロセスで製造可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、上述の図１２に示したインバータを集積化した集積回路装置について図１を参照しながら説明する。なお、本実施形態の集積回路装置においても、従来例と同様に、インバータのハイサイドのスイッチング素子Ｓ１をｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐにより構成し、ローサイドのスイッチング素子Ｓ２をｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎにより構成している。
【００２８】
本実施形態の集積回路装置は、絶縁性基板１の一表面上にｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐとｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎとが形成されている。なお、絶縁性基板１としては、例えば、表面をシリコン酸化膜などの絶縁膜により覆われたシリコン基板のような無機基板や、絶縁性を有する有機材料（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネイトなど）からなる有機基板を用いればよく、有機基板として絶縁性を有するフレキシブルなプラスチック基板を用いてもよい。
【００２９】
各有機電界効果トランジスタＴｐ，Ｔｎは、絶縁性基板１の上記一表面上に耐酸化性を有する金属材料（例えば、Ａｕ，Ｐｔなど）からなるソース電極Ｓｐ，Ｓｎと耐酸化性を有する金属材料（例えば、Ａｕ，Ｐｔなど）からなるドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎとが規定距離だけ離間して形成され、絶縁性基板１の上記一表面上においてソース電極Ｓｐ，Ｓｎとドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎとの間に、酸化されやすく且つその酸化物が絶縁性を有する金属材料（例えば、Ｔａ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｌａなど）からなるゲート電極Ｇｐ，Ｇｎが形成されている。
【００３０】
ここに、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎは、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎとドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎとの並び方向において、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎと離間して形成されている。なお、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐのドレイン電極Ｄｐとｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎのドレイン電極Ｄｎとは上記並び方向において連続している。つまり、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐとｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎとはゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの並設方向においてドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎ同士が隣接し電気的に接続されている。また、各ソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよび各ドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎは、構成材料が同じ金属材料であり、製造時に同時形成されている。
【００３１】
また、各有機電界効果トランジスタＴｐ，Ｔｎは、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎにおいて絶縁性基板１との界面と後述の金属配線５との界面を除いた表面（図１（ｂ）における上面および左右両側面など）を覆うゲート絶縁膜２ｐ，２ｎが形成されている。ここに、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎは、上記並び方向において、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎと離間して形成されている。また、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎは、ゲート電極２ｐ，２ｎと同一の金属材料を構成元素として含み且つ絶縁性を有する酸化物である金属酸化物（例えば、Ｔａ２Ｏ５，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｌａ２Ｏ３など）により形成されている。なお、Ｔａ２Ｏ５，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｌａ２Ｏ３は、従来例におけるゲート絶縁膜２ｐ’，２ｎ’の構成材料であるポリイミドや、ＭＯＳＦＥＴにおけるゲート絶縁膜の構成材料であるＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４に比べて比誘電率が比較的大きな高誘電率材料である。ここに、各材料の比誘電率は、ポリイミドが３．５程度、ＳｉＯ２が３．８程度、Ｓｉ３Ｎ４が７．４程度、Ｔａ２Ｏ５が２５程度、Ａｌ２Ｏ３が９．３程度、ＺｒＯ２が１２．５程度、Ｌａ２Ｏ３が２７程度である。要するに、例示した金属酸化物は、比誘電率が９よりも大きい。言い換えれば、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの構成材料として例示した金属材料は、その酸化膜が高誘電率となる金属材料である。
【００３２】
また、上記集積回路装置は、上述の図１２の回路構成を有するものであって、絶縁性基板１の上記一表面上に耐酸化性を有する金属材料（例えば、Ａｕ，Ｐｔなど）からなる４つのパッド４が設けられている。
【００３３】
本実施形態では、各ソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよび各ドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎおよび各ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎがそれぞれ帯板状に形成され、絶縁性基板１の平面形状が矩形状であって絶縁性基板１の上記一表面上の四隅にパッド４が１つずつ配設されており、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐのソース電極Ｓｐの長手方向の一端部（図１（ａ）における上端部）に金属配線５を介して電気的に接続されたパッド４が上記端子Ｖｄｄ（図１２参照）を構成し、ｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎのソース電極Ｓｎの長手方向の一端部（図１（ａ）における下端部）に金属配線５を介して電気的に接続されたパッド４が上記端子ＧＮＤ（図１２参照）を構成し、両ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの長手方向の各一端部（図１（ａ）における各下端部）に金属配線５を介して電気的に接続されたパッド４が上記端子Ｖｉｎ（図１２参照）を構成し、ドレイン電極Ｄｎの長手方向の一端部（図１（ａ）における上端部）に金属配線５を介して電気的に接続されたパッド４が上記端子Ｖｏｕｔ（図１２参照）を構成している。ここに、両ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎは、長手方向の一端部と絶縁性基板１の上記一表面との間に金属配線５の一部が介在している。したがって、両ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎは、従来例のようなコンタクトホール２１，２１（図１３参照）を通すことなく、金属配線５と電気的に接続されている。要するに、集積回路装置の製造プロセスにおいて、従来のようにフォトリソグラフィ技術によってコンタクトホールを形成する工程をなくすことできる。なお、製造プロセスについては後述する。
【００３４】
また、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐは、絶縁性基板１の上記一表面側においてソース電極Ｓｐ、ゲート絶縁膜２ｐ、ドレイン電極Ｄｐ、ソース電極Ｓｐに接続された金属配線５の一部、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎに接続された金属配線５の一部などを覆うようにｐ形有機半導体材料（例えば、ペンタセンなど）からなるｐ形有機半導体層３ｐが形成され、ｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎは、絶縁性基板１の上記一表面側においてソース電極Ｓｎ、ゲート絶縁膜２ｎ、ドレイン電極Ｄｎ、ソース電極Ｓｎに接続された金属配線５の一部、ゲート電極Ｇｎに接続された金属配線５の一部、ドレイン電極Ｇｎに接続された金属配線５の一部などを覆うようにｎ形有機半導体材料（例えば、フッ素化銅フタロシアニンなど）からなるｎ形有機半導体層３ｎが形成されている。要するに、本実施形態では、ｐ形有機半導体層３ｐが、絶縁性基板１の上記一表面側においてソース電極Ｓｐとゲート絶縁膜２ｐとドレイン電極Ｄｐとに跨って被着され、ｎ形有機半導体層３ｎが、絶縁性基板１の上記一表面側においてソース電極Ｓｎとゲート絶縁膜２ｎとドレイン電極Ｄｎとに跨って被着されており、ｐ形有機半導体層３ｐとｎ形有機半導体層３ｎとが隣接している。なお、ｐ形有機半導体材料およびｎ形有機半導体材料は特に限定するものではない。
【００３５】
以上説明した有機電界効果トランジスタＴｐ，Ｔｎは、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎへの印加電圧（ゲート電圧）を制御して有機半導体層３ｐ，３ｎに形成されるチャネルの広がりを調整することにより、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎ−ドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎ間を流れる電流を制御することができる。なお、本実施形態では、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎに電気的に接続された金属配線５が第１の金属配線を構成し、ドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎに電気的に接続された金属配線５が第２の金属配線を構成し、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎに電気的に接続された金属配線５が第３の金属配線を構成している。
【００３６】
ここにおいて、本実施形態では、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎと第３の金属配線５とを電気的に接続するために従来のようなコンタクトホール２１，２１を形成する必要がなく、しかも、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの一部を酸化することでゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成することが可能となるので、従来に比べてより簡単な製造プロセスで製造可能となる。また、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎおよび各金属配線５および各パッド４が耐酸化性を有する金属材料により形成され、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎが酸化されやすく且つその酸化物が絶縁性を有する金属材料により形成されているので、製造時に、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎおよび各金属配線５および各パッド４およびゲート電極Ｇｐ，Ｇｎを形成した後で、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの一部を酸化することによりゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成するようなプロセスを採用したとしても、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎの形成時にソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎおよび各金属配線５および各パッド４が酸化されるのを防止することができる。また、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの金属材料として、Ａｌ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｌａの群から選択される金属材料を採用すれば、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎを蒸着法などの一般的な半導体製造プロセスで形成することができるという利点がある。
【００３７】
ところで、図２（ｂ）はゲート絶縁膜２ｐ，２ｎとして上述の高誘電率材料を採用した場合においてチャネル６が形成される領域を模式的に示したものであり、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎとして比誘電率が９よりも大きな上述の高誘電率材料を採用した場合には、図２（ａ）に示すようにゲート絶縁膜２ｐ，２ｎとして比誘電率が比較的小さな材料を採用した場合に比べてチャネル６の広がりが大きくなる。要するに、図２（ａ）におけるチャネル６の深さをｄ１、図２（ｂ）におけるチャネル６の深さをｄ２とすれば、ｄ１＜ｄ２となる。
【００３８】
したがって、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎとして高誘電率材料を採用することにより、誘電率が比較的小さな材料を採用した場合に比べて、電流の経路であるチャネル６の広がりが大きくなるので、大電流化を図ることができ、高い電流駆動能力が期待できる。
【００３９】
以下、本実施形態の集積回路装置の製造方法について図３〜図９を参照しながら説明する。
【００４０】
まず、絶縁性基板１の上記一表面上にソース電極Ｓｐ，Ｓｎとドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎと各金属配線５と各パッド４とを同時にパターン形成するためのシャドウマスクＭ１（図５参照）を通して耐酸化性を有する金属材料（例えば、Ａｕ，Ｐｔなど）を蒸着することでソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎおよび各金属配線５および各パッド４を形成する（図３（ａ）および図５参照）。なお、一例として金属材料にＡｕを採用した場合には、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎおよび各金属配線５および各パッド４の膜厚を５０ｎｍ程度に設定している。
【００４１】
次に、ゲート電極Ｇｎ，Ｇｐをパターン形成するためのシャドウマスクＭ２（図６参照）を通して金属材料（例えば、Ｔａ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｌａなど）を蒸着することでゲート電極Ｇｎ，Ｇｐを形成する（図３（ｂ）および図６参照）。なお、一例として金属材料にＴａを採用した場合には、各ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの膜厚を３００ｎｍ程度に設定している。また、シャドウマスクＭ２は、各ゲート電極Ｇｎ，Ｇｐの各一端部が金属配線５に重なるようにパターン設計されている。
【００４２】
その後、ゲート電極Ｇｎ，Ｇｐの露出表面（絶縁性基板１との界面および金属配線５との界面を除いた面）を酸化工程において酸化することで金属酸化物からなるゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成する（図３（ｃ）および図７参照）。酸化工程としては、酸化種を含む雰囲気中（例えば、酸素雰囲気中）で熱酸化する熱酸化法、陽極酸化法などを採用することができる。ただし、熱酸化法によりゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成する場合においては絶縁性基板１を加熱する必要があり（例えば、Ｔａを酸化してＴａ２Ｏ５を形成する場合には５００℃程度に加熱する必要があり）、絶縁性基板１として表面をシリコン酸化膜などの絶縁膜により覆われたシリコン基板を採用している場合には問題ないが、絶縁性基板１としてポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネイトなどの有機材料からなる有機基板を採用している場合には絶縁性基板１が熱変形する恐れがあるので、金属酸化物からなるゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを室温で成膜できる陽極酸化法を採用することが望ましい。ここに、ゲート電極Ｇｐ，ＧｎがＴａにより形成されている場合に陽極酸化法を採用する際には、例えば、絶縁性基板１を濃度が１％程度のリン酸からなる電解液中に浸漬し、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎを陽極とし、電解液中において陽極にＰｔからなる陰極を対向配置して、陽極と陰極との間に適当な電界をかけることによって、Ｔａ膜からなるゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの露出表面にＴａ２Ｏ５膜からなるゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成する。ここにおいて、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの露出表面では、下記の反応が起こっていると考えられる。
２Ｔａ５＋＋５Ｏ２−→Ｔａ２Ｏ５
なお、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの材料としてＴａを採用していた場合には、酸化工程において金属酸化物としてＴａ２Ｏ５が形成されるが、金属配線５およびパッド４は耐酸化性を有する金属材料により構成されているので、この酸化工程において酸化されることはない。また、金属酸化物としてＴａ２Ｏ５を採用した場合には、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎの膜厚を５０ｎｍに設定してある。
【００４３】
上述のゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成した後、ｐ形有機半導体層３ｐをパターン形成するためのシャドウマスクＭ３（図８参照）を通してｐ形有機半導体材料（例えば、ペンタセンなど）を蒸着することでｐ形有機半導体層３ｐを形成し（図４（ａ）および図８参照）、続いて、ｎ形有機半導体層３ｎをパターン形成するためのシャドウマスクＭ４（図９参照）を通してｎ形有機半導体材料（例えば、フッ素化銅フタロシアニンなど）を蒸着することでｎ形有機半導体層３ｎを形成する（図４（ｂ）および図９参照）。なお、ｐ形有機半導体材料の一例であるペンタセンは図１０に示すような分子構造を有し、ｎ形有機半導体材料の一例であるフッ素化銅フタロシアニンは図１１に示すような分子構造を有している。
【００４４】
以上説明した製造方法によれば、絶縁性基板１の上記一表面上にソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎおよび各金属配線５および各パッド４を形成し、絶縁性基板１の上記一表面上にゲート電極Ｇｐ，Ｇｎを当該ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの一部が第３の金属配線５に接触するように形成してから、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成するようにし、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎの形成にあたっては、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの露出表面を酸化する酸化工程を行うことにより金属酸化物からなるゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを成膜するので、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎと第３の金属配線５とを電気的に接続するために従来のようなコンタクトホール２１，２１を形成する必要がなく、しかも、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの一部を酸化することでゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成することができるから、従来に比べてより簡単な製造プロセスで有機電界効果トランジスタＴｐ，Ｔｎおよび集積回路装置を製造することができる。
【００４５】
ここにおいて、酸化工程では、酸化種を含む雰囲気中でゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの露出表面を酸化することでゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを成膜するようによれば、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを容易に形成することができる。また、酸化工程において、陽極酸化法によりゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの露出表面を酸化することでゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを成膜するようにすれば、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを室温で成膜することができるので、絶縁性基板１として耐熱温度が比較的低いポリエチレンテレフタレートやポリカーボネイトなどの有機基板を採用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、絶縁性基板と、絶縁性基板の一表面上に形成されたソース電極と、絶縁性基板の前記一表面上においてソース電極から離間して形成されたドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間でソース電極およびドレイン電極それぞれと離間して絶縁性基板の前記一表面上に形成されたゲート電極と、絶縁性基板の前記一表面上においてソース電極に電気的に接続された第１の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面上においてドレイン電極に電気的に接続された第２の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面上においてゲート電極に電気的に接続された第３の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面側においてゲート電極における絶縁性基板との界面および第３の金属配線との界面を除いてゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、絶縁性基板の前記一表面側においてソース電極とゲート絶縁膜とドレイン電極とに跨って被着された有機半導体層とを備え、ゲート電極が、ソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線それぞれの金属材料よりも酸化されやすい金属材料により形成され、ゲート絶縁膜は、ゲート電極を構成する金属材料の酸化物からなり、且つ、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線の形成後にゲート電極における前記各界面を除いた露出表面を酸化することにより形成されてなるものであり、ゲート電極と第３の金属配線とを電気的に接続するために従来のようなコンタクトホールを形成する必要がなく、しかも、製造時に、ソース電極およびドレイン電極および第１ないし第３の金属配線およびゲート電極を形成した後で、ゲート電極の一部を選択的に酸化することでゲート絶縁膜を形成することが可能となるので、従来に比べてより簡単な製造プロセスで製造可能となるという効果がある。
【００４７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ゲート絶縁膜は、比誘電率が９よりも大きいので、従来のようにゲート絶縁膜の材料としてポリイミドのような比誘電率が９よりも小さい材料を採用している場合に比べて、前記有機半導体層に形成されるチャネルの広がりを大きくすることができ、大電流化を図ることができるという効果がある。
【００４９】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記ゲート電極の金属材料は、Ａｌ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｌａの群から選択されるので、前記ゲート電極を蒸着法などの一般的な半導体製造プロセスで形成することができるという効果がある。
【００５０】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の有機電界効果トランジスタの製造方法であって、絶縁性基板の前記一表面上にソース電極およびドレイン電極および第１の金属配線および第２の金属配線および第３の金属配線を同時形成し、絶縁性基板の前記一表面上にソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線それぞれの金属材料よりも酸化されやすい金属材料からなるゲート電極を当該ゲート電極の一部が第３の金属配線に接触するように形成してから、ゲート絶縁膜を形成するようにし、ゲート絶縁膜の形成にあたっては、ゲート電極の露出表面を酸化する酸化工程を行うことによりゲート電極を構成する金属材料の酸化物からなるゲート絶縁膜をゲート電極における絶縁性基板との界面および第３の金属配線との界面を除いてゲート絶縁膜を覆うように成膜するので、ゲート電極と第３の金属配線とを電気的に接続するために従来のようなコンタクトホールを形成する必要がなく、しかも、ソース電極およびドレイン電極および第１ないし第３の金属配線およびゲート電極を形成した後で、ゲート電極の一部を選択的に酸化することでゲート絶縁膜を形成することができるので、従来に比べてより簡単な製造プロセスで有機電界効果トランジスタを製造することができるという効果がある。
【００５１】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記酸化工程では、酸化種を含む雰囲気中で前記ゲート電極の露出表面を酸化することで前記ゲート絶縁膜を成膜することを特徴とする。この請求項５の発明の製造方法によれば、前記ゲート絶縁膜を容易に形成することができるという効果がある。
【００５２】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、前記酸化工程では、陽極酸化法により前記ゲート電極の露出表面を酸化することで前記ゲート絶縁膜を成膜することを特徴とする。この請求項６の発明の製造方法によれば、前記ゲート絶縁膜を室温で成膜することができるので、前記絶縁性基板として耐熱温度が比較的低いポリエチレンテレフタレートやポリカーボネイトなどの有機基板を採用することができるという効果がある。
【００５３】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の有機電界効果トランジスタを回路の一部として前記絶縁性基板の前記一表面上に集積化した回路を有することを特徴とする。この請求項７の発明の構成によれば、従来に比べてより簡単な製造プロセスで製造可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における集積回路装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上の製造方法を説明するための主要工程平面図である。
【図４】同上の製造方法を説明するための主要工程平面図である。
【図５】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図６】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図７】同上の説明方法を説明する図であって、（ａ）は図３（ｃ）のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）は図３（ｃ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図８】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図９】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１０】同上において採用するｐ形有機半導体材料の一例の分子構造図である。
【図１１】同上において採用するｎ形有機半導体材料の一例の分子構造図である。
【図１２】従来例におけるインバータの回路図である。
【図１３】従来例における集積回路装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１４】同上の製造方法を説明するための主要工程平面図である。
【図１５】同上の製造方法を説明するための主要工程平面図である。
【図１６】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１７】同上の製造方法を説明する図であって、図１４（ｂ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図１８】同上の説明方法を説明する図であって、（ａ）は図１４（ｃ）のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）は図１４（ｃ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１９】同上の製造方法を説明する図であって、図１５（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図２０】同上の製造方法を説明する図であって、図１５（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図２１】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２２】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【符号の説明】
１ 絶縁性基板
２ｐ ゲート絶縁膜
２ｎ ゲート絶縁膜
３ｐ ｐ形有機半導体層
３ｎ ｎ形有機半導体層
４ パッド
５ 金属配線
Ｄｐ ドレイン電極
Ｄｎ ドレイン電極
Ｇｐ ゲート電極
Ｇｎ ゲート電極
Ｓｐ ソース電極
Ｓｎ ソース電極
Ｔｐ ｐチャネル有機電界効果トランジスタ
Ｔｎ ｎチャネル有機電界効果トランジスタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機電界効果トランジスタおよびその製造方法、集積回路装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）構造における半導体層の材料として有機半導体材料を用いた有機電界効果トランジスタが知られている（例えば、特許文献１、２など参照）。
【０００３】
また、有機電界効果トランジスタを利用した回路の一例として、図１２に示すように２個のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の直列回路であって電源の両端間に接続して用いられるインバータが知られている。ここに、図１２に示す回路構成のインバータは、例えば、ハイサイドのスイッチング素子Ｓ１をｐチャネル有機電界効果トランジスタにより構成するとともに、ローサイドのスイッチング素子Ｓ２をｎチャネル有機電界効果トランジスタにより構成し、両有機電界効果トランジスタを同一基板上に集積化した集積回路装置により実現できる。なお、図１２に示す回路構成のインバータでは、電源の高電位側に接続される端子Ｖｄｄと、電源の低電位側（グランド側）に接続される端子ＧＮＤと、制御入力用の端子Ｖｉｎと、出力用の端子Ｖｏｕｔとを備えている。
【０００４】
この種の集積回路装置は、図１３に示すように、１つの絶縁性基板１’の一表面側において、ハイサイドのスイッチング素子Ｓ１を構成するｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐ’とローサイドのスイッチング素子Ｓ２を構成するｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎ’とが並設されている。なお、絶縁性基板１’としては、表面をシリコン酸化膜などの絶縁膜により覆われたシリコン基板のような無機基板や、絶縁性を有する有機材料（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネイトなど）製の有機基板などが用いられている。
【０００５】
上記集積回路装置は、絶縁性基板１’の上記一表面上にｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐ’のゲート電極Ｇｐ’とｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎ’のゲート電極Ｇｎ’とが離間して形成され、絶縁性基板１’の上記一表面側の全面に両ゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’を覆うように絶縁性を有する有機材料（例えば、ポリイミドなど）からなる絶縁膜２’が形成されており、絶縁膜２’のうちゲート電極Ｇｐ’に重なる部分がｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐ’のゲート絶縁膜２ｐ’を構成し、ゲート電極Ｇｎ’に重なる部分がｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎ’のゲート絶縁膜２ｎ’を構成している。なお、各ゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’は、金属材料（例えば、Ａｕなど）により形成されている。
【０００６】
また、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐ’は、絶縁膜２’上においてソース電極Ｓｐ’とドレイン電極Ｄｐ’とが離間して形成されるとともに、ソース電極Ｓｐ’とドレイン電極Ｄｐ’とゲート絶縁膜２ｐ’とを覆うようにｐ形有機半導体材料からなるｐ形有機半導体層３ｐ’が形成され、ｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎ’は、絶縁膜２’上にソース電極Ｓｎ’とドレイン電極Ｄｎ’とが離間して形成されるとともに、ソース電極Ｓｎ’とドレイン電極Ｄｎ’とゲート絶縁膜２ｎ’とを覆うようにｎ形有機半導体材料からなるｎ形有機半導体層３ｎ’が形成されている。
【０００７】
ここに、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐ’は、ｐ形有機半導体層３ｐ’のうちソース電極Ｓｐ’とドレイン電極Ｄｐ’との間に介在する部分が絶縁性基板１’の厚み方向においてゲート絶縁膜２ｐ’およびゲート電極Ｇｐ’に重なっている。同様に、ｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎ’は、ｎ形有機半導体層３ｎ’のうちソース電極Ｓｎ’とドレイン電極Ｄｎ’との間に介在する部分が絶縁性基板１’の厚み方向においてゲート絶縁膜２ｎ’およびゲート電極Ｇｎ’に重なっている。また、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐ’とｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎ’とはゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’の並設方向においてドレイン電極Ｄｐ’，Ｄｎ’同士が隣接し電気的に接続されている。なお、各ソース電極Ｓｐ’，Ｓｎ’および各ドレイン電極Ｄｐ’，Ｄｎ’は、構成材料が同じ金属材料であり、製造時に同時形成されている。
【０００８】
また、上記集積回路装置は、絶縁膜２’上に４つのパッド４’が形成されており、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐ’のソース電極Ｓｐ’に図１３（ａ）の左上の金属配線５’を介して電気的に接続されたパッド４’が上記端子Ｖｄｄを構成し、ｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎ’のソース電極Ｓｎ’に図１３（ａ）の右下の金属配線５’を介して電気的に接続されたパッド４’が上記端子ＧＮＤを構成し、両ゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’に図１３（ａ）の左下の金属配線５’を介して電気的に接続されたパッド４’が上記端子Ｖｉｎを構成し、両ドレイン電極Ｄｐ’，Ｄｎ’に図１３（ａ）の右上の金属配線５’を介して電気的に接続されたパッド４’が上記端子Ｖｏｕｔを構成している。ここに、両ゲート電極Ｇｐ’、Ｇｎ’は、平面形状が短冊状に形成されており、絶縁膜２’において各ゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’それぞれの長手方向の一端部に対応する部位に開孔したコンタクトホール２１’，２１’に図１３（ａ）の左下の金属配線５’の一部を埋め込むことで金属配線５’と電気的に接続されている。
【０００９】
以上説明した有機電界効果トランジスタＴｐ’，Ｔｎ’は、ゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’への印加電圧（ゲート電圧）を制御して有機半導体層３ｐ’，３ｎ’に形成されるチャネルの広がりを調整することにより、ソース電極Ｓｐ’，Ｓｎ’−ドレイン電極Ｄｐ’，Ｄｎ’間を流れる電流を制御することができる。
【００１０】
以下、上述の集積回路装置の製造方法について図１４〜図２２を参照しながら説明する。
【００１１】
まず、絶縁性基板１’の上記一表面側にゲート電極Ｇｎ’，Ｇｐ’をパターン形成するためのシャドウマスクＭ１１（図１６参照）を通して金属材料（例えば、Ａｕなど）を蒸着することでゲート電極Ｇｎ’，Ｇｐ’を形成する（図１４（ａ）および図１６参照）。
【００１２】
その後、絶縁性基板１’の上記一表面側に絶縁性を有する有機材料（例えば、ポリイミドなど）を回転塗布することで絶縁性基板１’の上記一表面側の全面に絶縁膜２’を形成する（図１４（ｂ）および図１７参照）。
【００１３】
次に、フォトリソグラフィ技術を利用して絶縁膜２’において各ゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’それぞれの長手方向の上記一端部に重なる部分をエッチングすることでゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’の上記一端部表面を露出させたコンタクトホール２１’，２１’を形成する（図１４（ｃ）および図１８参照）。
【００１４】
その後、絶縁性基板１’の上記一表面側にソース電極Ｓｐ’，Ｓｎ’とドレイン電極Ｄｐ’，Ｄｎ’と各金属配線５’と各パッド４’とを同時にパターン形成するためのシャドウマスクＭ１２（図１９参照）を通して金属材料（例えば、Ａｕなど）を蒸着することでソース電極Ｓｐ’，Ｓｎ’およびドレイン電極Ｄｐ’，Ｄｎ’および各金属配線５’および各パッド４’を形成する（図１５（ａ）、図１９、図２０参照）。
【００１５】
次に、絶縁性基板１’の上記一表面側にｐ形有機半導体層３ｐ’をパターン形成するためのシャドウマスクＭ１３（図２１参照）を通してｐ形有機半導体材料（例えば、ペンタセンなど）を蒸着することでｐ形有機半導体層３ｐ’を形成し（図１５（ｂ）および図２１参照）、続いて、絶縁性基板１’の上記一表面側にｎ形有機半導体層３ｎ’をパターン形成するためのシャドウマスクＭ１４（図２２参照）を通してｎ形有機半導体材料（例えば、フッ素化銅フタロシアニンなど）を蒸着することでｎ形有機半導体層３ｎ’を形成する（図１５（ｃ）および図２２参照）。
【００１６】
【特許文献１】
米国特許第５，３４７，１４４号明細書（第６欄）
【特許文献２】
特表平５−５０８７４５号公報（第３頁、第５頁および第６頁）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記集積回路装置を製造するにあたっては、絶縁性基板１’の上記一表面側にゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’を形成した後、絶縁性を有する有機材料を回転塗布することで絶縁性基板１’の上記一表面側の全面に絶縁膜２’を形成しているので、ゲート電極Ｇｐ’，Ｇｎ’と金属配線５’との電気的接続を得るために、絶縁膜２’の一部を開口してコンタクトホール２１’，２１’を形成してから金属配線５’を形成する必要があり、製造コストの低減を図る一つの手段として、より簡単な製造プロセスで製造可能な有機電界効果トランジスタの構造の開発が望まれていた。
【００１８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、従来に比べてより簡単な製造プロセスで製造可能な有機電界効果トランジスタおよびその製造方法および集積回路装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、絶縁性基板と、絶縁性基板の一表面上に形成されたソース電極と、絶縁性基板の前記一表面上においてソース電極から離間して形成されたドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間でソース電極およびドレイン電極それぞれと離間して絶縁性基板の前記一表面上に形成されたゲート電極と、絶縁性基板の前記一表面上においてソース電極に電気的に接続された第１の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面上においてドレイン電極に電気的に接続された第２の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面上においてゲート電極に電気的に接続された第３の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面側においてゲート電極における絶縁性基板との界面および第３の金属配線との界面を除いてゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、絶縁性基板の前記一表面側においてソース電極とゲート絶縁膜とドレイン電極とに跨って被着された有機半導体層とを備え、ゲート電極が、ソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線それぞれの金属材料よりも酸化されやすい金属材料により形成され、ゲート絶縁膜は、ゲート電極を構成する金属材料の酸化物からなり、且つ、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線の形成後にゲート電極における前記各界面を除いた露出表面を酸化することにより形成されてなることを特徴とする。この請求項１の発明の構成によれば、ゲート電極と第３の金属配線とを電気的に接続するために従来のようなコンタクトホールを形成する必要がなく、しかも、製造時に、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線を形成した後で、ゲート電極の一部を選択的に酸化することでゲート絶縁膜を形成することが可能となるので、従来に比べてより簡単な製造プロセスで製造可能となる。なお、請求項１の発明の構成では、ゲート電極に電圧を印加することによって有機半導体層にチャネルが形成されソース電極とドレイン電極との間を電流が流れるので、ゲート電極に印加する電圧を制御してチャネルの広がりを調整することによってソース電極とドレイン電極との間に流れる電流を制御することができる。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ゲート絶縁膜は、比誘電率が９よりも大きいことを特徴とする。この請求項２の発明の構成によれば、従来のようにゲート絶縁膜の材料としてポリイミドのような比誘電率が９よりも小さい材料を採用している場合に比べて、前記有機半導体層に形成されるチャネルの広がりを大きくすることができ、大電流化を図ることができる。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記ゲート電極の金属材料は、Ａｌ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｌａの群から選択されることを特徴とする。この請求項３の発明の構成によれば、前記ゲート電極を蒸着法などの一般的な半導体製造プロセスで形成することができる。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の有機電界効果トランジスタの製造方法であって、絶縁性基板の前記一表面上にソース電極およびドレイン電極および第１の金属配線および第２の金属配線および第３の金属配線を同時形成し、絶縁性基板の前記一表面上にソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線それぞれの金属材料よりも酸化されやすい金属材料からなるゲート電極を当該ゲート電極の一部が第３の金属配線に接触するように形成してから、ゲート絶縁膜を形成するようにし、ゲート絶縁膜の形成にあたっては、ゲート電極の露出表面を酸化する酸化工程を行うことによりゲート電極を構成する金属材料の酸化物からなるゲート絶縁膜をゲート電極における絶縁性基板との界面および第３の金属配線との界面を除いてゲート絶縁膜を覆うように成膜することを特徴とする。この請求項４の発明の製造方法によれば、ゲート電極と第３の金属配線とを電気的に接続するために従来のようなコンタクトホールを形成する必要がなく、しかも、ソース電極およびドレイン電極および第１ないし第３の金属配線およびゲート電極を形成した後で、ゲート電極の一部を選択的に酸化することでゲート絶縁膜を形成することができるので、従来に比べてより簡単な製造プロセスで有機電界効果トランジスタを製造することができる。
【００２４】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記酸化工程では、酸化種を含む雰囲気中で前記ゲート電極の露出表面を酸化することで前記ゲート絶縁膜を成膜することを特徴とする。この請求項５の発明の製造方法によれば、前記ゲート絶縁膜を容易に形成することができる。
【００２５】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、前記酸化工程では、陽極酸化法により前記ゲート電極の露出表面を酸化することで前記ゲート絶縁膜を成膜することを特徴とする。この請求項６の発明の製造方法によれば、前記ゲート絶縁膜を室温で成膜することができるので、前記絶縁性基板として耐熱温度が比較的低いポリエチレンテレフタレートやポリカーボネイトなどの有機基板を採用することができる。
【００２６】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の有機電界効果トランジスタを回路の一部として前記絶縁性基板の前記一表面上に集積化した回路を有することを特徴とする。この請求項７の発明の構成によれば、従来に比べてより簡単な製造プロセスで製造可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、上述の図１２に示したインバータを集積化した集積回路装置について図１を参照しながら説明する。なお、本実施形態の集積回路装置においても、従来例と同様に、インバータのハイサイドのスイッチング素子Ｓ１をｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐにより構成し、ローサイドのスイッチング素子Ｓ２をｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎにより構成している。
【００２８】
本実施形態の集積回路装置は、絶縁性基板１の一表面上にｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐとｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎとが形成されている。なお、絶縁性基板１としては、例えば、表面をシリコン酸化膜などの絶縁膜により覆われたシリコン基板のような無機基板や、絶縁性を有する有機材料（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネイトなど）からなる有機基板を用いればよく、有機基板として絶縁性を有するフレキシブルなプラスチック基板を用いてもよい。
【００２９】
各有機電界効果トランジスタＴｐ，Ｔｎは、絶縁性基板１の上記一表面上に耐酸化性を有する金属材料（例えば、Ａｕ，Ｐｔなど）からなるソース電極Ｓｐ，Ｓｎと耐酸化性を有する金属材料（例えば、Ａｕ，Ｐｔなど）からなるドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎとが規定距離だけ離間して形成され、絶縁性基板１の上記一表面上においてソース電極Ｓｐ，Ｓｎとドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎとの間に、酸化されやすく且つその酸化物が絶縁性を有する金属材料（例えば、Ｔａ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｌａなど）からなるゲート電極Ｇｐ，Ｇｎが形成されている。
【００３０】
ここに、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎは、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎとドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎとの並び方向において、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎと離間して形成されている。なお、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐのドレイン電極Ｄｐとｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎのドレイン電極Ｄｎとは上記並び方向において連続している。つまり、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐとｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎとはゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの並設方向においてドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎ同士が隣接し電気的に接続されている。また、各ソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよび各ドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎは、構成材料が同じ金属材料であり、製造時に同時形成されている。
【００３１】
また、各有機電界効果トランジスタＴｐ，Ｔｎは、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎにおいて絶縁性基板１との界面と後述の金属配線５との界面を除いた表面（図１（ｂ）における上面および左右両側面など）を覆うゲート絶縁膜２ｐ，２ｎが形成されている。ここに、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎは、上記並び方向において、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎと離間して形成されている。また、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎは、ゲート電極２ｐ，２ｎと同一の金属材料を構成元素として含み且つ絶縁性を有する酸化物である金属酸化物（例えば、Ｔａ２Ｏ５，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｌａ２Ｏ３など）により形成されている。なお、Ｔａ２Ｏ５，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｌａ２Ｏ３は、従来例におけるゲート絶縁膜２ｐ’，２ｎ’の構成材料であるポリイミドや、ＭＯＳＦＥＴにおけるゲート絶縁膜の構成材料であるＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４に比べて比誘電率が比較的大きな高誘電率材料である。ここに、各材料の比誘電率は、ポリイミドが３．５程度、ＳｉＯ２が３．８程度、Ｓｉ３Ｎ４が７．４程度、Ｔａ２Ｏ５が２５程度、Ａｌ２Ｏ３が９．３程度、ＺｒＯ２が１２．５程度、Ｌａ２Ｏ３が２７程度である。要するに、例示した金属酸化物は、比誘電率が９よりも大きい。言い換えれば、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの構成材料として例示した金属材料は、その酸化膜が高誘電率となる金属材料である。
【００３２】
また、上記集積回路装置は、上述の図１２の回路構成を有するものであって、絶縁性基板１の上記一表面上に耐酸化性を有する金属材料（例えば、Ａｕ，Ｐｔなど）からなる４つのパッド４が設けられている。
【００３３】
本実施形態では、各ソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよび各ドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎおよび各ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎがそれぞれ帯板状に形成され、絶縁性基板１の平面形状が矩形状であって絶縁性基板１の上記一表面上の四隅にパッド４が１つずつ配設されており、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐのソース電極Ｓｐの長手方向の一端部（図１（ａ）における上端部）に金属配線５を介して電気的に接続されたパッド４が上記端子Ｖｄｄ（図１２参照）を構成し、ｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎのソース電極Ｓｎの長手方向の一端部（図１（ａ）における下端部）に金属配線５を介して電気的に接続されたパッド４が上記端子ＧＮＤ（図１２参照）を構成し、両ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの長手方向の各一端部（図１（ａ）における各下端部）に金属配線５を介して電気的に接続されたパッド４が上記端子Ｖｉｎ（図１２参照）を構成し、ドレイン電極Ｄｎの長手方向の一端部（図１（ａ）における上端部）に金属配線５を介して電気的に接続されたパッド４が上記端子Ｖｏｕｔ（図１２参照）を構成している。ここに、両ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎは、長手方向の一端部と絶縁性基板１の上記一表面との間に金属配線５の一部が介在している。したがって、両ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎは、従来例のようなコンタクトホール２１，２１（図１３参照）を通すことなく、金属配線５と電気的に接続されている。要するに、集積回路装置の製造プロセスにおいて、従来のようにフォトリソグラフィ技術によってコンタクトホールを形成する工程をなくすことできる。なお、製造プロセスについては後述する。
【００３４】
また、ｐチャネル有機電界効果トランジスタＴｐは、絶縁性基板１の上記一表面側においてソース電極Ｓｐ、ゲート絶縁膜２ｐ、ドレイン電極Ｄｐ、ソース電極Ｓｐに接続された金属配線５の一部、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎに接続された金属配線５の一部などを覆うようにｐ形有機半導体材料（例えば、ペンタセンなど）からなるｐ形有機半導体層３ｐが形成され、ｎチャネル有機電界効果トランジスタＴｎは、絶縁性基板１の上記一表面側においてソース電極Ｓｎ、ゲート絶縁膜２ｎ、ドレイン電極Ｄｎ、ソース電極Ｓｎに接続された金属配線５の一部、ゲート電極Ｇｎに接続された金属配線５の一部、ドレイン電極Ｇｎに接続された金属配線５の一部などを覆うようにｎ形有機半導体材料（例えば、フッ素化銅フタロシアニンなど）からなるｎ形有機半導体層３ｎが形成されている。要するに、本実施形態では、ｐ形有機半導体層３ｐが、絶縁性基板１の上記一表面側においてソース電極Ｓｐとゲート絶縁膜２ｐとドレイン電極Ｄｐとに跨って被着され、ｎ形有機半導体層３ｎが、絶縁性基板１の上記一表面側においてソース電極Ｓｎとゲート絶縁膜２ｎとドレイン電極Ｄｎとに跨って被着されており、ｐ形有機半導体層３ｐとｎ形有機半導体層３ｎとが隣接している。なお、ｐ形有機半導体材料およびｎ形有機半導体材料は特に限定するものではない。
【００３５】
以上説明した有機電界効果トランジスタＴｐ，Ｔｎは、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎへの印加電圧（ゲート電圧）を制御して有機半導体層３ｐ，３ｎに形成されるチャネルの広がりを調整することにより、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎ−ドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎ間を流れる電流を制御することができる。なお、本実施形態では、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎに電気的に接続された金属配線５が第１の金属配線を構成し、ドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎに電気的に接続された金属配線５が第２の金属配線を構成し、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎに電気的に接続された金属配線５が第３の金属配線を構成している。
【００３６】
ここにおいて、本実施形態では、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎと第３の金属配線５とを電気的に接続するために従来のようなコンタクトホール２１，２１を形成する必要がなく、しかも、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの一部を酸化することでゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成することが可能となるので、従来に比べてより簡単な製造プロセスで製造可能となる。また、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎおよび各金属配線５および各パッド４が耐酸化性を有する金属材料により形成され、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎが酸化されやすく且つその酸化物が絶縁性を有する金属材料により形成されているので、製造時に、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎおよび各金属配線５および各パッド４およびゲート電極Ｇｐ，Ｇｎを形成した後で、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの一部を酸化することによりゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成するようなプロセスを採用したとしても、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎの形成時にソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎおよび各金属配線５および各パッド４が酸化されるのを防止することができる。また、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの金属材料として、Ａｌ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｌａの群から選択される金属材料を採用すれば、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎを蒸着法などの一般的な半導体製造プロセスで形成することができるという利点がある。
【００３７】
ところで、図２（ｂ）はゲート絶縁膜２ｐ，２ｎとして上述の高誘電率材料を採用した場合においてチャネル６が形成される領域を模式的に示したものであり、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎとして比誘電率が９よりも大きな上述の高誘電率材料を採用した場合には、図２（ａ）に示すようにゲート絶縁膜２ｐ，２ｎとして比誘電率が比較的小さな材料を採用した場合に比べてチャネル６の広がりが大きくなる。要するに、図２（ａ）におけるチャネル６の深さをｄ１、図２（ｂ）におけるチャネル６の深さをｄ２とすれば、ｄ１＜ｄ２となる。
【００３８】
したがって、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎとして高誘電率材料を採用することにより、誘電率が比較的小さな材料を採用した場合に比べて、電流の経路であるチャネル６の広がりが大きくなるので、大電流化を図ることができ、高い電流駆動能力が期待できる。
【００３９】
以下、本実施形態の集積回路装置の製造方法について図３〜図９を参照しながら説明する。
【００４０】
まず、絶縁性基板１の上記一表面上にソース電極Ｓｐ，Ｓｎとドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎと各金属配線５と各パッド４とを同時にパターン形成するためのシャドウマスクＭ１（図５参照）を通して耐酸化性を有する金属材料（例えば、Ａｕ，Ｐｔなど）を蒸着することでソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎおよび各金属配線５および各パッド４を形成する（図３（ａ）および図５参照）。なお、一例として金属材料にＡｕを採用した場合には、ソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎおよび各金属配線５および各パッド４の膜厚を５０ｎｍ程度に設定している。
【００４１】
次に、ゲート電極Ｇｎ，Ｇｐをパターン形成するためのシャドウマスクＭ２（図６参照）を通して金属材料（例えば、Ｔａ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｌａなど）を蒸着することでゲート電極Ｇｎ，Ｇｐを形成する（図３（ｂ）および図６参照）。なお、一例として金属材料にＴａを採用した場合には、各ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの膜厚を３００ｎｍ程度に設定している。また、シャドウマスクＭ２は、各ゲート電極Ｇｎ，Ｇｐの各一端部が金属配線５に重なるようにパターン設計されている。
【００４２】
その後、ゲート電極Ｇｎ，Ｇｐの露出表面（絶縁性基板１との界面および金属配線５との界面を除いた面）を酸化工程において酸化することで金属酸化物からなるゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成する（図３（ｃ）および図７参照）。酸化工程としては、酸化種を含む雰囲気中（例えば、酸素雰囲気中）で熱酸化する熱酸化法、陽極酸化法などを採用することができる。ただし、熱酸化法によりゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成する場合においては絶縁性基板１を加熱する必要があり（例えば、Ｔａを酸化してＴａ２Ｏ５を形成する場合には５００℃程度に加熱する必要があり）、絶縁性基板１として表面をシリコン酸化膜などの絶縁膜により覆われたシリコン基板を採用している場合には問題ないが、絶縁性基板１としてポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネイトなどの有機材料からなる有機基板を採用している場合には絶縁性基板１が熱変形する恐れがあるので、金属酸化物からなるゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを室温で成膜できる陽極酸化法を採用することが望ましい。ここに、ゲート電極Ｇｐ，ＧｎがＴａにより形成されている場合に陽極酸化法を採用する際には、例えば、絶縁性基板１を濃度が１％程度のリン酸からなる電解液中に浸漬し、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎを陽極とし、電解液中において陽極にＰｔからなる陰極を対向配置して、陽極と陰極との間に適当な電界をかけることによって、Ｔａ膜からなるゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの露出表面にＴａ２Ｏ５膜からなるゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成する。ここにおいて、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの露出表面では、下記の反応が起こっていると考えられる。
２Ｔａ５＋＋５Ｏ２−→Ｔａ２Ｏ５
なお、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの材料としてＴａを採用していた場合には、酸化工程において金属酸化物としてＴａ２Ｏ５が形成されるが、金属配線５およびパッド４は耐酸化性を有する金属材料により構成されているので、この酸化工程において酸化されることはない。また、金属酸化物としてＴａ２Ｏ５を採用した場合には、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎの膜厚を５０ｎｍに設定してある。
【００４３】
上述のゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成した後、ｐ形有機半導体層３ｐをパターン形成するためのシャドウマスクＭ３（図８参照）を通してｐ形有機半導体材料（例えば、ペンタセンなど）を蒸着することでｐ形有機半導体層３ｐを形成し（図４（ａ）および図８参照）、続いて、ｎ形有機半導体層３ｎをパターン形成するためのシャドウマスクＭ４（図９参照）を通してｎ形有機半導体材料（例えば、フッ素化銅フタロシアニンなど）を蒸着することでｎ形有機半導体層３ｎを形成する（図４（ｂ）および図９参照）。なお、ｐ形有機半導体材料の一例であるペンタセンは図１０に示すような分子構造を有し、ｎ形有機半導体材料の一例であるフッ素化銅フタロシアニンは図１１に示すような分子構造を有している。
【００４４】
以上説明した製造方法によれば、絶縁性基板１の上記一表面上にソース電極Ｓｐ，Ｓｎおよびドレイン電極Ｄｐ，Ｄｎおよび各金属配線５および各パッド４を形成し、絶縁性基板１の上記一表面上にゲート電極Ｇｐ，Ｇｎを当該ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの一部が第３の金属配線５に接触するように形成してから、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成するようにし、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎの形成にあたっては、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの露出表面を酸化する酸化工程を行うことにより金属酸化物からなるゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを成膜するので、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎと第３の金属配線５とを電気的に接続するために従来のようなコンタクトホール２１，２１を形成する必要がなく、しかも、ゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの一部を酸化することでゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを形成することができるから、従来に比べてより簡単な製造プロセスで有機電界効果トランジスタＴｐ，Ｔｎおよび集積回路装置を製造することができる。
【００４５】
ここにおいて、酸化工程では、酸化種を含む雰囲気中でゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの露出表面を酸化することでゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを成膜するようによれば、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを容易に形成することができる。また、酸化工程において、陽極酸化法によりゲート電極Ｇｐ，Ｇｎの露出表面を酸化することでゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを成膜するようにすれば、ゲート絶縁膜２ｐ，２ｎを室温で成膜することができるので、絶縁性基板１として耐熱温度が比較的低いポリエチレンテレフタレートやポリカーボネイトなどの有機基板を採用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、絶縁性基板と、絶縁性基板の一表面上に形成されたソース電極と、絶縁性基板の前記一表面上においてソース電極から離間して形成されたドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間でソース電極およびドレイン電極それぞれと離間して絶縁性基板の前記一表面上に形成されたゲート電極と、絶縁性基板の前記一表面上においてソース電極に電気的に接続された第１の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面上においてドレイン電極に電気的に接続された第２の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面上においてゲート電極に電気的に接続された第３の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面側においてゲート電極における絶縁性基板との界面および第３の金属配線との界面を除いてゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、絶縁性基板の前記一表面側においてソース電極とゲート絶縁膜とドレイン電極とに跨って被着された有機半導体層とを備え、ゲート電極が、ソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線それぞれの金属材料よりも酸化されやすい金属材料により形成され、ゲート絶縁膜は、ゲート電極を構成する金属材料の酸化物からなり、且つ、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線の形成後にゲート電極における前記各界面を除いた露出表面を酸化することにより形成されてなるものであり、ゲート電極と第３の金属配線とを電気的に接続するために従来のようなコンタクトホールを形成する必要がなく、しかも、製造時に、ソース電極およびドレイン電極および第１ないし第３の金属配線およびゲート電極を形成した後で、ゲート電極の一部を選択的に酸化することでゲート絶縁膜を形成することが可能となるので、従来に比べてより簡単な製造プロセスで製造可能となるという効果がある。
【００４７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ゲート絶縁膜は、比誘電率が９よりも大きいので、従来のようにゲート絶縁膜の材料としてポリイミドのような比誘電率が９よりも小さい材料を採用している場合に比べて、前記有機半導体層に形成されるチャネルの広がりを大きくすることができ、大電流化を図ることができるという効果がある。
【００４９】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記ゲート電極の金属材料は、Ａｌ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｌａの群から選択されるので、前記ゲート電極を蒸着法などの一般的な半導体製造プロセスで形成することができるという効果がある。
【００５０】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の有機電界効果トランジスタの製造方法であって、絶縁性基板の前記一表面上にソース電極およびドレイン電極および第１の金属配線および第２の金属配線および第３の金属配線を同時形成し、絶縁性基板の前記一表面上にソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線それぞれの金属材料よりも酸化されやすい金属材料からなるゲート電極を当該ゲート電極の一部が第３の金属配線に接触するように形成してから、ゲート絶縁膜を形成するようにし、ゲート絶縁膜の形成にあたっては、ゲート電極の露出表面を酸化する酸化工程を行うことによりゲート電極を構成する金属材料の酸化物からなるゲート絶縁膜をゲート電極における絶縁性基板との界面および第３の金属配線との界面を除いてゲート絶縁膜を覆うように成膜するので、ゲート電極と第３の金属配線とを電気的に接続するために従来のようなコンタクトホールを形成する必要がなく、しかも、ソース電極およびドレイン電極および第１ないし第３の金属配線およびゲート電極を形成した後で、ゲート電極の一部を選択的に酸化することでゲート絶縁膜を形成することができるので、従来に比べてより簡単な製造プロセスで有機電界効果トランジスタを製造することができるという効果がある。
【００５１】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記酸化工程では、酸化種を含む雰囲気中で前記ゲート電極の露出表面を酸化することで前記ゲート絶縁膜を成膜することを特徴とする。この請求項５の発明の製造方法によれば、前記ゲート絶縁膜を容易に形成することができるという効果がある。
【００５２】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、前記酸化工程では、陽極酸化法により前記ゲート電極の露出表面を酸化することで前記ゲート絶縁膜を成膜することを特徴とする。この請求項６の発明の製造方法によれば、前記ゲート絶縁膜を室温で成膜することができるので、前記絶縁性基板として耐熱温度が比較的低いポリエチレンテレフタレートやポリカーボネイトなどの有機基板を採用することができるという効果がある。
【００５３】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の有機電界効果トランジスタを回路の一部として前記絶縁性基板の前記一表面上に集積化した回路を有することを特徴とする。この請求項７の発明の構成によれば、従来に比べてより簡単な製造プロセスで製造可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における集積回路装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上の製造方法を説明するための主要工程平面図である。
【図４】同上の製造方法を説明するための主要工程平面図である。
【図５】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図６】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図７】同上の説明方法を説明する図であって、（ａ）は図３（ｃ）のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）は図３（ｃ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図８】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図９】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１０】同上において採用するｐ形有機半導体材料の一例の分子構造図である。
【図１１】同上において採用するｎ形有機半導体材料の一例の分子構造図である。
【図１２】従来例におけるインバータの回路図である。
【図１３】従来例における集積回路装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１４】同上の製造方法を説明するための主要工程平面図である。
【図１５】同上の製造方法を説明するための主要工程平面図である。
【図１６】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１７】同上の製造方法を説明する図であって、図１４（ｂ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図１８】同上の説明方法を説明する図であって、（ａ）は図１４（ｃ）のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）は図１４（ｃ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１９】同上の製造方法を説明する図であって、図１５（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図２０】同上の製造方法を説明する図であって、図１５（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図２１】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２２】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【符号の説明】
１ 絶縁性基板
２ｐ ゲート絶縁膜
２ｎ ゲート絶縁膜
３ｐ ｐ形有機半導体層
３ｎ ｎ形有機半導体層
４ パッド
５ 金属配線
Ｄｐ ドレイン電極
Ｄｎ ドレイン電極
Ｇｐ ゲート電極
Ｇｎ ゲート電極
Ｓｐ ソース電極
Ｓｎ ソース電極
Ｔｐ ｐチャネル有機電界効果トランジスタ
Ｔｎ ｎチャネル有機電界効果トランジスタ
Claims (7)
- 絶縁性基板と、絶縁性基板の一表面上に形成されたソース電極と、絶縁性基板の前記一表面上においてソース電極から離間して形成されたドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間でソース電極およびドレイン電極それぞれと離間して絶縁性基板の前記一表面上に形成されたゲート電極と、絶縁性基板の前記一表面上においてソース電極に電気的に接続された第１の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面上においてドレイン電極に電気的に接続された第２の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面上においてゲート電極に電気的に接続された第３の金属配線と、絶縁性基板の前記一表面側においてゲート電極における絶縁性基板との界面および第３の金属配線との界面を除いてゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、絶縁性基板の前記一表面側においてソース電極とゲート絶縁膜とドレイン電極とに跨って被着された有機半導体層とを備え、ゲート電極が、ソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線それぞれの金属材料よりも酸化されやすい金属材料により形成され、ゲート絶縁膜は、ゲート電極を構成する金属材料の酸化物からなり、且つ、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線の形成後にゲート電極における前記各界面を除いた露出表面を酸化することにより形成されてなることを特徴とする有機電界効果トランジスタ。
- 前記ゲート絶縁膜は、比誘電率が９よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の有機電界効果トランジスタ。
- 前記ゲート電極の金属材料は、Ａｌ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｌａの群から選択されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の有機電界効果トランジスタ。
- 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の有機電界効果トランジスタの製造方法であって、絶縁性基板の前記一表面上にソース電極およびドレイン電極および第１の金属配線および第２の金属配線および第３の金属配線を同時形成し、絶縁性基板の前記一表面上にソース電極、ドレイン電極および第１ないし第３の金属配線それぞれの金属材料よりも酸化されやすい金属材料からなるゲート電極を当該ゲート電極の一部が第３の金属配線に接触するように形成してから、ゲート絶縁膜を形成するようにし、ゲート絶縁膜の形成にあたっては、ゲート電極の露出表面を酸化する酸化工程を行うことによりゲート電極を構成する金属材料の酸化物からなるゲート絶縁膜をゲート電極における絶縁性基板との界面および第３の金属配線との界面を除いてゲート絶縁膜を覆うように成膜することを特徴とする有機電界効果トランジスタの製造方法。
- 前記酸化工程では、酸化種を含む雰囲気中で前記ゲート電極の露出表面を酸化することで前記ゲート絶縁膜を成膜することを特徴とする請求項４記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。
- 前記酸化工程では、陽極酸化法により前記ゲート電極の露出表面を酸化することで前記ゲート絶縁膜を成膜することを特徴とする請求項４記載の有機電界効果トランジスタの製造方法。
- 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の有機電界効果トランジスタを回路の一部として前記絶縁性基板の前記一表面上に集積化した回路を有することを特徴とする集積回路装置。
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