JP4547864B2 - Field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界効果型トランジスタ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、多くの電子機器に用いられている薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor,TFT)を含む電界効果型トランジスタ(FET)は、例えば、シリコン半導体基板あるいはシリコン半導体層に形成されたチャネル形成領域及びソース/ドレイン領域、シリコン半導体基板表面あるいはシリコン半導体層表面に形成されたSiO2から成るゲート絶縁膜、並びに、ゲート絶縁膜を介してチャネル形成領域に対向して設けられたゲート電極から構成されている。あるいは又、基体上に形成されたゲート電極、ゲート電極上を含む基体上に形成されたゲート絶縁膜、並びに、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル形成領域及びソース/ドレイン領域から構成されている。そして、これらの構造を有する電界効果型トランジスタの作製には、非常に高価な半導体製造装置が使用されており、製造コストの低減が強く要望されている。
【0003】
そこで、近年、真空技術を用いない、スピンコート法、印刷法、スプレー法に例示される方法に基づき製造が可能な有機半導体材料を用いたFETの研究、開発に注目が集まっている。
【0004】
このような有機半導体材料を用いたFET(有機FET)の製造方法の一例(IEDM Tech. Digest (1999), D.J.Gundlach, et al.,"High mobility, low voltage organic thin film transistors" 参照)を、以下、図14の(A)〜(D)及び図15の(A)〜(C)を参照して説明する。
【0005】
[工程−10]
先ず、例えばPETやポリイミド等のプラスチックから成る基板110上に、例えば、リフトオフ法に基づき、Ti/Au積層膜から成るゲート電極112を形成する(図14の(A)参照)。尚、Ti/Au積層膜においては、Ti膜が下層、Au膜が上層であり、Ti膜は一種の密着層として機能する。以下の説明においても同様である。また、全ての図面において、Ti/Au積層膜を1層で表している。
【0006】
[工程−20]
次に、ゲート電極112上を含む基板110の全面に、例えばスパッタリング法に基づき、SiO2から成る絶縁膜113を成膜する。その後、絶縁膜113の上に、ゲート電極112と同様にリフトオフ法に基づき、ソース/ドレイン電極114を形成する。尚、ソース/ドレイン電極114も、例えば、Ti/Au積層膜から成る。具体的には、フォトリソグラフィ技術に基づき、ソース/ドレイン電極114を形成すべき部分が開口したレジスト層120を形成した後(図14の(B)参照)、全面にTi/Au積層膜を成膜する。その後、レジスト層120を除去することで、図14の(C)に示す構造を得ることができる。
【0007】
[工程−30]
次いで、ソース/ドレイン電極114及び絶縁膜113上を含む基板110の全面に、チャネル構成層117を成膜する(図14の(D)参照)。チャネル構成層117は、例えば、抵抗加熱蒸着法に基づき成膜されたペンタセン分子薄膜あるいはポリチオフェンを主成分とする有機半導体薄膜から成る。ソース/ドレイン電極114とソース/ドレイン電極114との間の絶縁膜113上に形成されたチャネル構成層117の部分がチャネル形成領域118に相当する。
【0008】
[工程−40]
その後、チャネル形成領域118を含むチャネル構成層117の一部分の上に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき、例えばポリビニルアルコール(PVA)から成るレジスト層121を形成する(図15の(A)参照)。
【0009】
[工程−50]
次いで、レジスト層121をマスクとして、例えば、O2プラズマエッチング法にてチャネル構成層117をエッチングして、素子間分離を行う(図15の(B)参照)。その後、レジスト層121を除去することで、図15の(C)に示すFETを得ることができる。
【0010】
【非特許文献1】
IEDM Tech. Digest (1999), D.J.Gundlach, et al.,"High mobility, low voltage organic thin film transistors"
【非特許文献2】
M. D. Musick et al., Chem. Mater. (1997), 9, 1499;Chem. Mater. (2000), 12, 2869
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、FETの特性指標として、一般に、伝達利得やドレイン最大電流を挙げることができ、これらの特性は、概ねゲート長が短いほど良好となる。従って、図15の(C)に示すゲート長が短いことが好ましい。
【0012】
ここで、ゲート長は、[工程−20]において実行するリフトオフ法におけるリソグラフィー技術での解像度に依存する。即ち、図14の(B)に示したレジスト層120の形成時の解像度に依存する。それ故、FETに高い性能を要求する場合、高解像度で高価な露光装置が必要となる。即ち、FETの性能とFETの製造コストとはトレードオフの関係を有する。
【0013】
また、[工程−20]において実行するリフトオフ法におけるリソグラフィー技術においては、ゲート電極112に対するソース/ドレイン電極114の位置合わせが必要となる。即ち、図14の(B)に示したレジスト層120の形成時のマスク位置合わせが必要となる。露光装置の精度や基板の反り・伸縮によって或る程度の位置ずれは想定しなければならないから、ソース/ドレイン電極114の一部がゲート電極112に重なるように設計しなければならない。然るに、これらの重なりは、ソース/ドレイン電極114とゲート電極112との間の寄生容量の増加を引き起こす。寄生容量は、有機FETをスイッチング素子として用いた場合のスイッチング時間の増加を招き、また、有機FETを増幅器として用いた場合の交流信号に対する伝達利得を低下させる。従って、ソース/ドレイン電極114とゲート電極112との重なりを出来る限り小さくすることが好ましい。しかしながら、ゲート長と同様に、ソース/ドレイン電極114とゲート電極112との重なりの低減は、製造コストとのトレードオフの関係にある。
【0014】
従って、本発明の目的は、高精度、且つ、容易に短いゲート長を得ることができ、しかも、ゲート電極とソース/ドレイン電極とを自己整合的に形成することができ、更には、出来る限りフォトリソグラフィ工程を減じることを可能とする電界効果型トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る電界効果型トランジスタは、
(A)基体上に形成され、頂面、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が略四角形のゲート電極、
(B)ゲート電極の頂面、第1の側面、及び、第2の側面に形成された絶縁膜、
(C)ゲート電極の頂面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された第1のソース/ドレイン電極、
(D)ゲート電極の第1の側面に面する基体の部分の上に形成された第2のソース/ドレイン電極、
(E)ゲート電極の第2の側面に面する基体の部分の上に形成された第3のソース/ドレイン電極、並びに、
(F)第2のソース/ドレイン電極から第1のソース/ドレイン電極を経て第3のソース/ドレイン電極に亙り形成された半導体材料層、
を具備し、
ゲート電極と、第1のソース/ドレイン電極と、ゲート電極の第1の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分から成る第1のチャネル形成領域と、第2のソース/ドレイン電極とによって第1の電界効果型トランジスタが構成され、
ゲート電極と、第1のソース/ドレイン電極と、ゲート電極の第2の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分から成る第2のチャネル形成領域と、第3のソース/ドレイン電極とによって第2の電界効果型トランジスタが構成されていることを特徴とする。
【0016】
上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る電界効果型トランジスタは、
(A)基体上に形成され、頂面、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が略四角形のゲート電極、
(B)ゲート電極の頂面、及び、少なくとも第1の側面に形成された絶縁膜、
(C)ゲート電極の頂面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された第1のソース/ドレイン電極、
(D)ゲート電極の第1の側面に面する基体の部分の上に形成された第2のソース/ドレイン電極、並びに、
(E)第1のソース/ドレイン電極から第2のソース/ドレイン電極に亙り形成された半導体材料層、
を具備し、
ゲート電極の第1の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分がチャネル形成領域に該当することを特徴とする。
【0017】
上記の目的を達成するための本発明の第3の態様に係る電界効果型トランジスタは、
(A)基体上に形成され、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が三角形のゲート電極、
(B)ゲート電極の第1の側面、及び、第2の側面に形成された絶縁膜、
(C)ゲート電極の第2の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された第1のソース/ドレイン電極、
(D)ゲート電極の第1の側面に面する基体の部分の上に形成された第2のソース/ドレイン電極、並びに、
(E)第1のソース/ドレイン電極から第2のソース/ドレイン電極に亙り形成された半導体材料層、
を具備し、
ゲート電極の第1の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分がチャネル形成領域に該当することを特徴とする。
【0018】
上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法は、所謂ボトム・コンタクト型の本発明の第1の態様に係る電界効果型トランジスタを製造する方法であり、
ゲート電極と、第1のソース/ドレイン電極と、第1のチャネル形成領域と、第2のソース/ドレイン電極とによって第1の電界効果型トランジスタが構成され、
ゲート電極と、第1のソース/ドレイン電極と、第2のチャネル形成領域と、第3のソース/ドレイン電極とによって第2の電界効果型トランジスタが構成された電界効果型トランジスタの製造方法であって、
(a)頂面、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が略四角形のゲート電極を基体上に形成する工程と、
(b)ゲート電極の頂面、第1の側面、及び、第2の側面に絶縁膜を形成する工程と、
(c)ゲート電極の頂面上に位置する絶縁膜の部分の上に第1のソース/ドレイン電極を形成し、ゲート電極の第1の側面に面する基体の部分の上に第2のソース/ドレイン電極を形成し、併せて、ゲート電極の第2の側面に面する基体の部分の上に第3のソース/ドレイン電極を形成する工程と、
(d)第2のソース/ドレイン電極から第1のソース/ドレイン電極を経て第3のソース/ドレイン電極に亙り半導体材料層を形成し、以て、ゲート電極の第1の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分から成る第1のチャネル形成領域を得、且つ、ゲート電極の第2の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分から成る第2のチャネル形成領域を得る工程、
を具備することを特徴とする。
【0019】
上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法は、所謂トップ・コンタクト型の本発明の第1の態様に係る電界効果型トランジスタを製造する方法であり、
ゲート電極と、第1のソース/ドレイン電極と、第1のチャネル形成領域と、第2のソース/ドレイン電極とによって第1の電界効果型トランジスタが構成され、
ゲート電極と、第1のソース/ドレイン電極と、第2のチャネル形成領域と、第3のソース/ドレイン電極とによって第2の電界効果型トランジスタが構成された電界効果型トランジスタの製造方法であって、
(a)頂面、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が略四角形のゲート電極を基体上に形成する工程と、
(b)ゲート電極の頂面、第1の側面、及び、第2の側面に絶縁膜を形成する工程と、
(c)少なくともゲート電極の頂面、第1の側面及び第2の側面上に位置する絶縁膜の上に半導体材料層を形成し、以て、ゲート電極の第1の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分から成る第1のチャネル形成領域を得、ゲート電極の第2の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分から成る第2のチャネル形成領域を得る工程と、
(d)ゲート電極の頂面上に位置する半導体材料層の部分の上に第1のソース/ドレイン電極を形成し、ゲート電極の第1の側面に面する基体の部分の上に第2のソース/ドレイン電極を形成し、併せて、ゲート電極の第2の側面に面する基体の部分の上に第3のソース/ドレイン電極を形成する工程、
を具備することを特徴とする。
【0020】
上記の目的を達成するための本発明の第3の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法は、所謂ボトム・コンタクト型の本発明の第2の態様に係る電界効果型トランジスタを製造する方法であり、
(a)頂面、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が略四角形のゲート電極を基体上に形成する工程と、
(b)ゲート電極の頂面、及び、少なくとも第1の側面に絶縁膜を形成する工程と、
(c)ゲート電極の頂面上に位置する絶縁膜の部分の上に第1のソース/ドレイン電極を形成し、ゲート電極の第1の側面に面する基体の部分の上に第2のソース/ドレイン電極を形成する工程と、
(d)第1のソース/ドレイン電極から第2のソース/ドレイン電極に亙り半導体材料層を形成し、以て、ゲート電極の第1の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分から成るチャネル形成領域を得る工程、
を具備することを特徴とする。
【0021】
上記の目的を達成するための本発明の第4の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法は、所謂トップ・コンタクト型の本発明の第2の態様に係る電界効果型トランジスタを製造する方法であり、
(a)頂面、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が略四角形のゲート電極を基体上に形成する工程と、
(b)ゲート電極の頂面、及び、少なくとも第1の側面に絶縁膜を形成する工程と、
(c)少なくともゲート電極の頂面及び第1の側面上に位置する絶縁膜の上に半導体材料層を形成し、以て、ゲート電極の第1の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分から成るチャネル形成領域を得る工程と、
(d)ゲート電極の頂面上に位置する半導体材料層の部分の上に第1のソース/ドレイン電極を形成し、ゲート電極の第1の側面に面する基体の部分の上に第2のソース/ドレイン電極を形成する工程、
を具備することを特徴とする。
【0022】
上記の目的を達成するための本発明の第5の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法は、所謂ボトム・コンタクト型の本発明の第3の態様に係る電界効果型トランジスタを製造する方法であり、
(a)第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が三角形のゲート電極を基体上に形成する工程と、
(b)ゲート電極の第1の側面、及び、第2の側面に絶縁膜を形成する工程と、
(c)ゲート電極の第2の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に第1のソース/ドレイン電極を形成し、ゲート電極の第1の側面に面する基体の部分の上に第2のソース/ドレイン電極を形成する工程と、
(d)第1のソース/ドレイン電極から第2のソース/ドレイン電極に亙り半導体材料層を形成し、以て、ゲート電極の第1の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分から成るチャネル形成領域を得る工程、
を具備することを特徴とする。
【0023】
上記の目的を達成するための本発明の第6の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法は、所謂トップ・コンタクト型の本発明の第3の態様に係る電界効果型トランジスタを製造する方法であり、
(a)第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が三角形のゲート電極を基体上に形成する工程と、
(b)ゲート電極の第1の側面、及び、第2の側面に絶縁膜を形成する工程と、
(c)少なくともゲート電極の頂面及び第1の側面上に位置する絶縁膜の上に半導体材料層を形成し、以て、ゲート電極の第1の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分から成るチャネル形成領域を得る工程と、
(d)ゲート電極の第2の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に第1のソース/ドレイン電極を形成し、ゲート電極の第1の側面に面する基体の部分の上に第2のソース/ドレイン電極を形成する工程、
を具備することを特徴とする。
【0024】
本発明の第1の態様〜第3の態様に係る電界効果型トランジスタ、あるいは、本発明の第1の態様〜第6の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法(以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある)にあっては、半導体材料層は、有機材料から成る構成とすることができ、あるいは又、有機材料及び無機材料から成る構成とすることができ、あるいは又、無機材料(具体的には、例えばSi、Ge、Se)から成る構成とすることができる。
【0025】
より具体的には、半導体材料層を構成する有機材料として、2,3,6,7−ジベンゾアントラセン(ペンタセンとも呼ばれる)、C9S9(ベンゾ[1,2−c;3,4−c’;5,6−c”]トリス[1,2]ジチオール−1,4,7−トリチオン)、C24H14S6(アルファ−セキシチオフェン)、銅フタロシアニンで代表されるフタロシアニン、フラーレン(C60)、テトラチオテトラセン(C18H8S4)、テトラセレノテトラセン(C18H8Se4)、テトラテルルテトラセン(C18H8Te4)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)を挙げることができる。尚、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の構造式(1)、ポリスチレンスルホン酸の構造式(2)を図11に示す。
【0026】
あるいは又、半導体材料層を構成する有機材料として、例えば、以下に例示する複素環式共役系導電性高分子及び含ヘテロ原子共役系導電性高分子を用いることができる。尚、構造式中、「R」,「R’」はアルキル基(CnH2n+1)を意味する。
【0027】
[複素環式共役系導電性高分子]
ポリピロール[図11の構造式(3)参照]
ポリフラン[図11の構造式(4)参照]
ポリチオフェン[図11の構造式(5)参照]
ポリセレノフェン[図11の構造式(6)参照]
ポリテルロフェン[図11の構造式(7)参照]
ポリ(3−アルキルチオフェン)[図11の構造式(8)参照]
ポリ(3−チオフェン−β−エタンスルホン酸)[図11の構造式(9)参照]
ポリ(N−アルキルピロール)[図12の構造式(10)参照]
ポリ(3−アルキルピロール)[図12の構造式(11)参照]
ポリ(3,4−ジアルキルピロール)[図12の構造式(12)参照]
ポリ(2,2’−チエニルピロール)[図12の構造式(13)参照]
【0028】
[含ヘテロ原子共役系導電性高分子]
ポリアニリン[図12の構造式(14)参照]
ポリ(ジベンゾチオフェンスルフィド)[図12の構造式(15)参照]
【0029】
また、半導体材料層を有機材料及び無機材料から構成する場合、無機材料を導体又は半導体から成る微粒子から構成し、有機材料を有機半導体分子から構成することが好ましい。そして、この場合、微粒子、及び、微粒子と結合した有機半導体分子によって導電路が形成され、この導電路の導電性(キャリア移動)がゲート電極に印加される電圧によって形成される電界に基づき制御されるように構成することが好ましい。
【0030】
このように、微粒子が有機半導体分子によって結びつけられて導電路を形成することで、微粒子内の導電路と有機半導体分子内の分子骨格に沿った導電路とが連結したネットワーク型の導電路を形成することができ、導電路内の電荷移動が、有機半導体分子の主鎖に沿った分子の軸方向で支配的に起こる構造となる。導電路には、分子間の電子移動が含まれないため、従来の有機半導体の低い移動度の原因であった分子間の電子移動によって移動度が制限されることがない。そのため、有機半導体分子内の軸方向の移動度を最大限に利用することができる。例えば、主鎖に沿って形成された共役系を有する分子を有機半導体分子として用いる場合、非局在化したp電子による高い分子内移動度を利用することができる。
【0031】
尚、有機半導体分子が末端に有する官能基は、微粒子と化学的に結合していることが望ましい。更には、有機半導体分子が両端に有する官能基によって、有機半導体分子と微粒子とが交互に結合して、ネットワーク型の導電路を形成していることが望ましく、あるいは又、官能基によって有機半導体分子と微粒子とが2次元的あるいは3次元的に連結されていることが望ましい。これにより、導電路内の電荷移動が、有機半導体分子の主鎖に沿った分子の軸方向で支配的に起こる構造となり、分子の軸方向の移動度、例えば非局在化したp電子による高い分子内移動度を最大限に利用することができる。
【0032】
また、微粒子と有機半導体分子との結合体は、単一層又は複数層を成して導電路を形成していることが好ましい。具体的には、微粒子の層を形成した後に有機半導体分子を接触させる工程を1回行うことによって結合体の単一層を形成することができるし、この工程を2回以上繰り返すことで結合体の複数層を形成することができる。尚、この場合、最初の微粒子の層は、微粒子と接着性の良い下地層の上に形成することが望ましい。
【0033】
導体から成る微粒子として、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)を例示することができ、半導体から成る微粒子として、硫化カドミウム(CdS)、セレン化カドミウム(CdSe)、シリコン(Si)を挙げることができる。また、微粒子の粒子径は、10nm以下であることが好ましい。
【0034】
下地層(微粒子を1層分だけ固定するための一種の接着材として働く分子はんだ層)における微粒子の固定の役割(一種のはんだとしての役割)を担う分子として、シラン系の化合物であって、微粒子に対しても、例えば基体あるいは基体の上に形成された各種電極に対しても化学的に結合できる官能基を有する分子を用いることが好ましい。具体的には、金(Au)に対して親和性のあるアミノ基や、チオール基を有する(3−アミノプロピル)トリメトキシシラン(APTMS)、メルカプトシランを挙げることができる。
【0035】
有機半導体分子は、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端にチオール基(SH)、アミノ基(−NH2)、イソシアノ基(−NC)、チオアセチル基基(−SCOCH3)又はカルボキシ基(−COOH)を有することが望ましく、より具体的には、有機半導体分子として、以下の材料を例示することができる。尚、チオール基(−SH)、アミノ基(−NH2)、イソシアノ基(−NC)及びチオアセチル基(−SCOCH3)は、金(Au)等の導体微粒子に結合する官能基であり、カルボキシ基(−COOH)は、半導体微粒子に結合する官能基である。
【0036】
4,4’−ビフェニルジチオール[図13の構造式(16)参照]
4,4’−ジイソシアノビフェニル[図13の構造式(17)参照]
4,4’−ジイソシアノ−p−テルフェニル[図13の構造式(18)参照]
2,5−ビス(5’−チオアセチル基−2’−チオフェニル)チオフェン[図13の構造式(19)参照]
【0037】
半導体材料層の形成方法として、半導体材料層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。
【0038】
本発明にあっては、基体として、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)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体を使用すれば、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。
【0039】
本発明にあっては、ゲート電極を構成する材料として、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)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。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。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。
【0040】
本発明にあっては、ゲート電極の断面形状を特定しているが、この断面形状は、ゲート電極の頂面や側面が延在する方向と直角な仮想平面でゲート電極を切断したときの形状である。そして、本発明の第1の態様〜第2の態様に係る電界効果型トランジスタあるいは本発明の第1の態様〜第4の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法においては、ゲート電極の断面形状を、正方形、長方形、台形、二等辺台形を含む任意の形状を有する略四角形とすることができる。尚、ゲート電極の断面形状を略四角形とする場合、頂面が上に凸状となっている形状も略四角形という形状に包含される。また、本発明の第3の態様に係る電界効果型トランジスタあるいは本発明の第5の態様〜第6の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法においては、ゲート電極の断面形状を、正三角形、二等辺三角形を含む任意の形状を有する三辺形とすることができる。ゲート電極の稜線の部分は丸みを帯びていてもよい。
【0041】
絶縁膜は、ゲート電極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るし、ゲート電極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。ゲート電極の表面を酸化する方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、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、ゲート電極の表面を窒化する方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、N2プラズマを用いた窒化法を例示することができる。更には、ゲート電極の表面に成膜すべき酸化膜や窒化膜として、SiO2やSiN、SiON、スピン・オン・グラス(SOG)、金属酸化物高誘電絶縁膜にて例示される無機系絶縁材料だけでなく、ポリメチルメタクリレート(PMMA)やポリビニルフェノール(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)にて例示される有機系絶縁材料を挙げることができるし、これらの組み合わせを用いることもできる。絶縁膜の成膜方法として、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。あるいは又、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。
【0042】
本発明において、第1のソース/ドレイン電極、第2のソース/ドレイン電極、第3のソース/ドレイン電極を構成する材料として、金(Au)、銀(Ag)、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)、インジウム(In)、錫(Sn)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。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。そして、第1のソース/ドレイン電極、第2のソース/ドレイン電極、第3のソース/ドレイン電極は、これらの電極の形成形態にも依るが、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;リフトオフ法;シャドウマスク法等に基づき形成することができる。
【0043】
本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係る電界効果型トランジスタにあっては、第1のソース/ドレイン電極は、ゲート電極の頂面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成されており、本発明の第3の態様に係る電界効果型トランジスタにあっては、第1のソース/ドレイン電極は、ゲート電極の第2の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成されているが、より具体的には、第1のソース/ドレイン電極は、絶縁膜の部分の上に直接形成されており(所謂ボトム・コンタクト型)、あるいは又、半導体材料層を介して絶縁膜の部分の上に形成されている(所謂トップ・コンタクト型)。
【0044】
本発明の第1の態様〜第3の態様に係る電界効果型トランジスタにあっては、第2のソース/ドレイン電極は、ゲート電極の第1の側面に面する基体の部分の上に形成されているが、より具体的には、第2のソース/ドレイン電極は、基体の上に直接形成されており(所謂ボトム・コンタクト型)、あるいは又、半導体材料層を介して基体の上に形成されている(所謂トップ・コンタクト型)。本発明の第1の態様に係る電界効果型トランジスタにあっては、第3のソース/ドレイン電極は、ゲート電極の第2の側面に面する基体の部分の上に形成されているが、より具体的には、第3のソース/ドレイン電極は、基体の上に直接形成されており(所謂ボトム・コンタクト型)、あるいは又、半導体材料層を介して基体の上に形成されている(所謂トップ・コンタクト型)。
【0045】
本発明の第1の態様〜第3の態様に係る電界効果型トランジスタにあっては、第1のチャネル形成領域あるいはチャネル形成領域の延在部は、第1のソース/ドレイン電極上、及び、第2のソース/ドレイン電極上に形成されており、あるいは又、第1のソース/ドレイン電極の下、及び、第2のソース/ドレイン電極の下に形成されている。また、本発明の第1の態様に係る電界効果型トランジスタにあっては、第2のチャネル形成領域の延在部は、第1のソース/ドレイン電極上、及び、第3のソース/ドレイン電極上に形成されており、あるいは又、第1のソース/ドレイン電極の下、及び、第3のソース/ドレイン電極の下に形成されている。
【0046】
本発明の第1の態様に係る電界効果型トランジスタにあっては、あるいは又、本発明の第1の態様、第2の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法によって得られる電界効果型トランジスタにあっては、第1の電界効果型トランジスタと第2の電界効果型トランジスタとを、同時制御にて動作(駆動)させる構成とすることもできるし、異なる制御にて動作(駆動)させる構成とすることもできる。
【0047】
本発明においては、ゲート長が、実質的にゲート電極の膜厚で決定され、且つ、ソース/ドレイン電極とゲート電極とを自己整合的に形成することができるので、高精度、且つ、容易に短いゲート長を得ることができ、しかも、ゲート電極とソース/ドレイン電極との間の寄生容量の増加を引き起こすことがなく、更には、フォトリソグラフィ工程を減じることが可能となる。
【0048】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、発明の実施の形態(以下、実施の形態と略称する)に基づき本発明を説明する。
【0049】
(実施の形態1)
実施の形態1は、本発明の第1の態様に係る電界効果型トランジスタ、及び、本発明の第1の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法に関する。実施の形態1の電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図を図3に示し、模式的な平面図を図4に示す。尚、図4においては、第1のソース/ドレイン電極、第2のソース/ドレイン電極、第3のソース/ドレイン電極、ゲート電極の延在部を明示するために、これらに斜線を付した。また、電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図においては、便宜上、1組の電界効果型トランジスタのみを図示しており、図4に示した模式的な平面図との間には相違がある。
【0050】
実施の形態1の電界効果型トランジスタは、
(A)基体上に形成され、頂面、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が略四角形(より具体的には、長方形、あるいは、上辺が底辺よりも長い台形)のゲート電極12、
(B)ゲート電極12の頂面、第1の側面、及び、第2の側面に形成された絶縁膜13、
(C)ゲート電極12の頂面上に位置する絶縁膜13の部分の上に形成された第1のソース/ドレイン電極14、
(D)ゲート電極12の第1の側面に面する基体の部分の上に形成された第2のソース/ドレイン電極15、
(E)ゲート電極12の第2の側面に面する基体の部分の上に形成された第3のソース/ドレイン電極16、並びに、
(F)第2のソース/ドレイン電極15から第1のソース/ドレイン電極14を経て第3のソース/ドレイン電極16に亙り形成された半導体材料層17、
を具備している。
【0051】
そして、ゲート電極12と、第1のソース/ドレイン電極14と、ゲート電極12の第1の側面上に位置する絶縁膜13の部分の上に形成された半導体材料層17の部分から成る第1のチャネル形成領域18と、第2のソース/ドレイン電極15とによって第1の電界効果型トランジスタFET1が構成されており、ゲート電極12と、第1のソース/ドレイン電極14と、ゲート電極12の第2の側面上に位置する絶縁膜13の部分の上に形成された半導体材料層17の部分から成る第2のチャネル形成領域19と、第3のソース/ドレイン電極16とによって第2の電界効果型トランジスタFET2が構成されている。
【0052】
実施の形態1の電界効果型トランジスタにおけるゲート長は、概ねゲート電極12及び絶縁膜13の厚さによって規定されている。
【0053】
実施の形態1の電界効果型トランジスタにおいて、基体は、ガラスから成る基板10、及び、基板10の表面に形成されたSiO2から成る絶縁層11から構成されている。また、ゲート電極12はアルミニウム(Al)から成り、絶縁膜13は酸化アルミニウム(Al2O3)から成る。更には、第1のソース/ドレイン電極14、第2のソース/ドレイン電極15及び第3のソース/ドレイン電極16はTi/Au積層膜から成る。また、半導体材料層17(第1のチャネル形成領域18及び第2のチャネル形成領域19)は、ポリチオフェン[図11の構造式(5)参照]、あるいは、例えば、トリメチルシリルエチニルといった側鎖を導入することで可溶化したペンタセンから成る。
【0054】
図4に示すように、実施の形態1の電界効果型トランジスタは、8本のゲート電極、8つの第1のソース/ドレイン電極14、8つの第2のソース/ドレイン電極15、及び、8つのソース/ドレイン電極16から構成されており、第1のソース/ドレイン電極14と第1のソース/ドレイン電極14との間に位置するソース/ドレイン電極は、第2のソース/ドレイン電極15及び第3のソース/ドレイン電極16に相当する。言い換えれば、両端に位置する電界効果型トランジスタを除き、第1の電界効果型トランジスタを構成する第3のソース/ドレイン電極16と、第2の電界効果型トランジスタを構成する第2のソース/ドレイン電極16とは、同じソース/ドレイン電極である。そして、第1のソース/ドレイン電極接続部14A、第2のソース/ドレイン電極接続部15A、ゲート電極延在部12Bに適切な電圧を印加することで、8つの第1の電界効果型トランジスタFWT1と8つの第2の電界効果型トランジスタFET2とを、同時制御にて動作(駆動)させることができる。図4に示す構造とすることによって、少ない面積で、非常に長いゲート幅を得ることができ、短いゲート長と相まって、高い伝達利得を得ることができる。尚、図3に示した1つの第1の電界効果型トランジスタFWT1と1つの第2の電界効果型トランジスタFET2とを、異なる制御にて動作(駆動)させる構成とすることもできる。
【0055】
実施の形態1の電界効果型トランジスタにあっては、第1のソース/ドレイン電極14は、ゲート電極12の頂面上に位置する絶縁膜13の部分の上に直接形成されている。また、第2のソース/ドレイン電極15及び第3のソース/ドレイン電極16は、基体の上(より具体的には、絶縁層11上)に直接形成されている。即ち、各電極14,15,16は、所謂ボトム・コンタクト型である。
【0056】
以下、基板等の模式的な一部断面図である図1の(A)〜(C)、図2の(A)〜(C)及び図3を参照して、実施の形態1の電界効果型トランジスタの製造方法を説明する。
【0057】
[工程−100]
例えばスパッタリング法にて成膜された厚さ100nmのSiO2から成る絶縁層11が表面に形成された例えばガラスから成る基板10を準備する。そして、頂面、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が略四角形のゲート電極12を基体上(より具体的には絶縁層11上)に形成する。
【0058】
具体的には、アルミニウム(Al)から成り、厚さ0.7μmのゲート電極形成層12Aを真空蒸着法にて絶縁層11上に成膜した後、ゲート電極を形成すべきゲート電極形成層12Aの部分の上にフォトリソグラフィ技術に基づきレジスト層20を形成する(図1の(A)参照)。その後、レジスト層20で被覆されていないゲート電極形成層12Aの部分を塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチング法に基づきエッチングし、更に、このゲート電極形成層12Aの部分をオーバーエッチングすることで、ゲート電極12を得ることができる(図1の(B)参照)。尚、ゲート電極12のエッチングプロファイルが垂直あるいは僅かに逆テーパーとなるように[即ち、ゲート電極12の断面形状が略四角形(より具体的には、長方形、あるいは、上辺が底辺よりも長い台形)となるように]、レジスト層20の形成条件及びゲート電極形成層12Aのエッチング条件を選択することが好ましい。
【0059】
[工程−110]
その後、ゲート電極12の頂面、第1の側面、及び、第2の側面に絶縁膜13を形成する(図1の(C)参照)。具体的には、アルミニウムから成るゲート電極12を陽極酸化することで、あるいは又、アルミニウムから成るゲート電極12を酸素プラズマへ暴露させることで、Al2O3から成る絶縁膜13を得ることができる。
【0060】
[工程−120]
次に、リフトオフ法にて、ゲート電極12の頂面上に位置する絶縁膜13の部分の上に第1のソース/ドレイン電極14を形成し、ゲート電極12の第1の側面に面する基体の部分の上に第2のソース/ドレイン電極15を形成し、併せて、ゲート電極12の第2の側面に面する基体の部分の上に第3のソース/ドレイン電極16を形成する。
【0061】
具体的には、全面にレジスト層21を形成した後、フォトリソグラフィ技術に基づき、レジスト層21に開口部22を設ける。尚、開口部22の側壁が逆テーパーとなるようにレジスト層21の形成条件を選択することが好ましい。また、レジスト層21における開口部22の位置合わせは、左程厳密でなくともよい。
次いで、開口部22内を含む全面に、例えば抵抗加熱蒸着法に基づきTi/Au積層膜を成膜する(図2の(A)参照)。尚、Ti膜の厚さを10nm、Au膜の厚さを100nmとした。ここで、Ti/Au積層膜の成膜条件は、Ti/Au積層膜がゲート電極12の側面で段切れて、第1のソース/ドレイン電極14と第2のソース/ドレイン電極15とが完全に絶縁され、第1のソース/ドレイン電極14と第3のソース/ドレイン電極16とが完全に絶縁されるように選択する。
【0062】
その後、レジスト層21をアセトン等の有機溶媒を用いて除去することで、レジスト層21上のTi/Au積層膜を除去する。こうして、ゲート電極12の頂面上に位置する絶縁膜13の部分の上に直接、第1のソース/ドレイン電極14を形成し、ゲート電極12の第1の側面に面する基体(より具体的には絶縁層11)の部分の上に第2のソース/ドレイン電極15を形成し、併せて、ゲート電極の第2の側面に面する基体(より具体的には絶縁層11)の部分の上に第3のソース/ドレイン電極16を形成することができる(図2の(B)参照)。
【0063】
[工程−130]
次に、第2のソース/ドレイン電極15から第1のソース/ドレイン電極14を経て第3のソース/ドレイン電極16に亙り半導体材料層17を形成する。具体的には、全面に、溶媒に溶かした有機半導体材料を例えばスピンコート法に基づき塗布した後、乾燥/熱処理を施すことで、全面に半導体材料層17を形成する(図2の(C)参照)。こうして、ゲート電極12の第1の側面上に位置する絶縁膜13の部分の上に形成された半導体材料層17の部分から成る第1のチャネル形成領域18を得ることができ、且つ、ゲート電極12の第2の側面上に位置する絶縁膜13の部分の上に形成された半導体材料層17の部分から成る第2のチャネル形成領域19を得ることができる。
【0064】
その後、必須ではないが、半導体材料層17上にレジスト層をフォトリソグラフィ技術に基づき形成し、レジスト層で被覆されていない半導体材料層17の部分を例えばO2プラズマへの暴露によってエッチングすることで、一種の素子分離を行うことが好ましい。こうして、図3に示す構造を有する電界効果型トランジスタを得ることができる。
【0065】
(実施の形態2)
実施の形態2は、実施の形態1の電界効果型トランジスタの製造方法の変形に関する。以下、実施の形態2の電界効果型トランジスタの製造方法を、ゲート電極12の頂面及び第1の側面近傍を拡大した模式的な一部断面図である図5の(A)〜(C)を参照して説明する。
【0066】
[工程−200]
先ず、実施の形態1の[工程−100]〜[工程−120]と同様にして、頂面、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が略四角形のゲート電極12を基体上(より具体的には絶縁層11上)に形成し、次いで、ゲート電極12の頂面、第1の側面、及び、第2の側面に絶縁膜13を形成した後、ゲート電極12の頂面上に位置する絶縁膜13の部分の上に第1のソース/ドレイン電極14を形成し、ゲート電極12の第1の側面に面する基体の部分の上に第2のソース/ドレイン電極15を形成し、併せて、ゲート電極12の第2の側面に面する基体の部分の上に第3のソース/ドレイン電極16を形成する。
【0067】
[工程−210]
次に、第2のソース/ドレイン電極15から第1のソース/ドレイン電極14を経て第3のソース/ドレイン電極16に亙り、有機材料及び無機材料から成る半導体材料層を形成する。即ち、3次元的なネットワーク構造で互いに結ばれた微粒子(Auから成る)と有機半導体とから構成された半導体材料層を形成する。
【0068】
[工程−210A]
具体的には、先ず、全体を、(3−アミノプロピル)トリメトキシシラン(APTMS)をメタノールに溶解した濃度数%の溶液に浸漬し、その後、メタノールで洗浄して溶液を置換してから溶媒を蒸発させて、Au微粒子28を1層分だけ固定するための分子はんだ層(下地層)26を形成する(図5の(A)参照)。APTMSの代わりにメルカプトシランを用いてもよい。
【0069】
[工程−210B]
次に、無機材料に相当するAu微粒子28をトルエンやクロロフォルム等の溶媒に分散させた分散液(濃度数ミリモル)に、分子はんだ層26を形成した基板10を数分乃至数十分浸漬し、その後、溶媒を蒸発させる。これにより、分子はんだ層26の表面にAu微粒子28が固定され、Au微粒子28から成る第1層目のAu微粒子層28Aが分子はんだ層26の上に形成される(図5の(B)参照)。分子はんだ層26は、Au微粒子28と化学的に結合可能なアミノ基等の官能基を有しており、この官能基と結合する1層分のAu微粒子28だけが、分子はんだ層26上に固定される。分子はんだ層26に固定されていない余剰のAu微粒子28を洗浄して洗い流す。
【0070】
[工程−210C]
続いて、有機材料に相当する4,4’−ビフェニルジチオール分子をエタノールに溶解した濃度数ミリモル以下の溶液に基板10を浸漬した後、エタノールで洗浄して溶液を置換し、その後、溶媒を蒸発させる。このとき、4,4’−ビフェニルジチオール分子29は、分子の末端にある−SH基を介してAu微粒子28の表面に結合する。1個のAu微粒子28の表面には、多数の4,4’−ビフェニルジチオール分子29がAu微粒子28を包み込むように結合する。それらのうちの一部が、もう一方の分子末端にある−SH基を用いて他のAu微粒子28とも結合するため、4,4’−ビフェニルジチオール分子29によってAu微粒子28が2次元ネットワーク状に連結された第1層目の結合体層27Aが形成される(図5の(C)参照)。この結合体層27Aの表面には、4,4’−ビフェニルジチオール分子29の未反応の−SH基が多数残っているので、結合体層27Aの表面はAu微粒子28に対して強い結合力を有している。
【0071】
[工程−210D]
次に、[工程−210B]と同様にして、基板10を、Au微粒子28をトルエンやクロロフォルム等の溶媒に分散させた分散液に数分乃至数十分浸漬した後、溶媒を蒸発させる。これにより、第1層目の結合体層27Aの表面にAu微粒子が結合して固定され、第2層目のAu微粒子層が形成される。ここでは第2層目のAu微粒子は、4,4’−ビフェニルジチオール分子によって第1層目のAu微粒子層28Aと連結されると共に、同じ第2層目のAu微粒子とも連結される結果、Au微粒子の連結は3次元的なものとなる。
【0072】
[工程−210E]
続いて、[工程−210C]と同様にして、4,4’−ビフェニルジチオール分子をエタノールに溶解した濃度数ミリモル以下の溶液に基板10を浸漬した後、エタノールで洗浄して溶液を置換し、その後、溶媒を蒸発させる。これによって、Au微粒子を包み込むように多数の4,4’−ビフェニルジチオール分子が結合し、4,4’−ビフェニルジチオール分子によってAu微粒子が連結された第2層目の結合体層が形成される。
【0073】
その後、[工程−210D]、[工程−210E]を繰り返すことで、3次元的なネットワーク型の導電路が形成された半導体材料層27を得ることができる。この繰り返しの回数を適切に選ぶことで、所望の厚さの半導体材料層27を形成することができる(M. D. Musick et al., Chem. Mater. (1997), 9, 1499;Chem. Mater. (2000), 12, 2869 参照)。
【0074】
その後、必須ではないが、半導体材料層27上にレジスト層をフォトリソグラフィ技術に基づき形成し、レジスト層で被覆されていない半導体材料層27の部分を例えばO2プラズマへの暴露によってエッチングすることで、一種の素子分離を行うことが好ましい。
【0075】
尚、各結合体層を同一材料で形成しているが、各結合体層毎又は複数の結合体層毎に、微粒子を構成する材料や微粒子の粒子径、有機半導体分子を変えて、半導体材料層27の特性を制御してもよい。また、ソース/ドレイン電極の上にも半導体材料層27を形成しているが、第1のソース/ドレイン電極14と第2のソース/ドレイン電極15とによって挟まれたゲート電極12の第1の側面上の絶縁膜13の部分の上にのみ、及び、第1のソース/ドレイン電極14と第3のソース/ドレイン電極16とによって挟まれたゲート電極12の第2の側面上の絶縁膜13の部分の上にのみ、半導体材料層27を形成してもよい。
【0076】
(実施の形態3)
実施の形態3は、本発明の第1の態様に係る電界効果型トランジスタ、及び、本発明の第2の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法に関する。実施の形態3の電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図を図6の(C)に示す。
【0077】
実施の形態3の電界効果型トランジスタにあっては、第1のソース/ドレイン電極14は、半導体材料層37を介してゲート電極12の頂面上に位置する絶縁膜13の部分の上に形成されている。また、第2のソース/ドレイン電極15は、半導体材料層37を介して基体の上(より具体的には、絶縁層11の上)に形成されており、第3のソース/ドレイン電極16は、半導体材料層37を介して基体の上(より具体的には、絶縁層11の上)に形成されている。即ち、各電極14,15,16は、所謂トップ・コンタクト型である。
【0078】
これらの点を除き、実施の形態3の電界効果型トランジスタの構造は、実質的に、実施の形態1の電界効果型トランジスタの構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。
【0079】
以下、基板等の模式的な一部断面図である図6の(A)〜(C)を参照して、実施の形態3の電界効果型トランジスタの製造方法を説明する。
【0080】
[工程−300]
先ず、実施の形態1の[工程−100]と同様にして、頂面、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が略四角形のゲート電極12を基体上(より具体的には、絶縁層11上)に形成する。次いで、実施の形態1の[工程−110]と同様にして、ゲート電極12の頂面、第1の側面、及び、第2の側面に絶縁膜13を形成する。
【0081】
[工程−310]
次に、少なくともゲート電極12の頂面、第1の側面及び第2の側面上に位置する絶縁膜13の上に半導体材料層37を形成する。具体的には、半導体材料層37を形成すべき絶縁層11及び絶縁膜13が露出したレジスト層(図示せず)をフォトリソグラフィ技術に基づき形成し、基板10を回転させながら斜め蒸着法にてペンタセンを蒸着した後、レジスト層を除去する。こうして、図6の(A)に示すように、ゲート電極12の第1の側面上に位置する絶縁膜13の部分の上に形成された半導体材料層37の部分から成る第1のチャネル形成領域18を得ることができ、且つ、ゲート電極12の第2の側面上に位置する絶縁膜13の部分の上に形成された半導体材料層37の部分から成る第2のチャネル形成領域19を得ることができる。ペンタセン薄膜の形成条件を以下の表1に例示する。半導体材料層37は、第1のチャネル形成領域18から絶縁層11上を延び、また、第2のチャネル形成領域19から絶縁層11上を延びている。
【0082】
[表1]
[成膜可能な条件]
基体温度:0〜200゜C
成膜速度:0.01nm/秒〜1nm/秒
圧力 :10-5Pa〜10-3Pa
[典型的な成膜条件]
基体温度:60゜C
成膜速度:0.05nm/秒
圧力 :1×10-4Pa
【0083】
[工程−320]
その後、リフトオフ法にて、ゲート電極12の頂面上に位置する半導体材料層17の部分の上に第1のソース/ドレイン電極14を形成し、ゲート電極12の第1の側面に面する基体(より具体的には、絶縁層11)の部分の上に第2のソース/ドレイン電極15を形成し、併せて、ゲート電極12の第2の側面に面する基体(より具体的には、絶縁層11)の部分の上に第3のソース/ドレイン電極16を形成する。
【0084】
具体的には、全面にレジスト層31を形成した後、フォトリソグラフィ技術に基づき、レジスト層31に開口部32を設ける。尚、開口部32の側壁が逆テーパーとなるようにレジスト層31の形成条件を選択することが好ましい。また、レジスト層31における開口部32の位置合わせは、左程厳密でなくともよい。次いで、開口部32内を含む全面に、実施の形態1の[工程−120]と同様にして、例えば抵抗加熱蒸着法に基づきTi/Au積層膜を成膜する(図6の(B)参照)。ここで、Ti/Au積層膜の成膜条件は、Ti/Au積層膜がゲート電極12の両側面で段切れて、第1のソース/ドレイン電極14と第2のソース/ドレイン電極15とが完全に絶縁され、第1のソース/ドレイン電極14と第3のソース/ドレイン電極16とが完全に絶縁されるように選択する。
【0085】
その後、実施の形態1の[工程−120]と同様にしてレジスト層31を除去することで、レジスト層31上のTi/Au積層膜を除去する。こうして、ゲート電極12の頂面上に位置する絶縁膜13の部分の上に半導体材料層37を介して第1のソース/ドレイン電極14を形成し、ゲート電極12の第1の側面に面する基体(より具体的には絶縁層11)の部分の上に半導体材料層37を介して第2のソース/ドレイン電極15を形成し、併せて、ゲート電極の第2の側面に面する基体(より具体的には絶縁層11)の部分の上に半導体材料層37を介して第3のソース/ドレイン電極16を形成することができる(図6の(C)参照)。
【0086】
尚、実施の形態3においては、半導体材料層37を、実施の形態2において説明した半導体材料層27と同様の方法で形成することもできる。
【0087】
(実施の形態4)
実施の形態4は、本発明の第2の態様に係る電界効果型トランジスタ、及び、本発明の第3の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法に関する。実施の形態4の電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図を図7の(B)に示す。
【0088】
実施の形態4の電界効果型トランジスタは、
(A)基体上に形成され、頂面、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が略四角形(より具体的には、例えば長方形)のゲート電極12、
(B)ゲート電極12の頂面、及び、少なくとも第1の側面に(実施の形態4においては第2の側面にも)形成された絶縁膜13、
(C)ゲート電極12の頂面上に位置する絶縁膜13の部分の上に形成された第1のソース/ドレイン電極14、
(D)ゲート電極12の第1の側面に面する基体の部分の上に形成された第2のソース/ドレイン電極15、並びに、
(E)第1のソース/ドレイン電極14から第2のソース/ドレイン電極15に亙り形成された半導体材料層47、
を具備している。
【0089】
そして、ゲート電極12の第1の側面上に位置する絶縁膜13の部分の上に形成された半導体材料層47の部分がチャネル形成領域48に該当する。即ち、ゲート電極12と、第1のソース/ドレイン電極14と、ゲート電極12の第1の側面上に位置する絶縁膜13の部分の上に形成された半導体材料層47の部分から成るチャネル形成領域48と、第2のソース/ドレイン電極15とによって電界効果型トランジスタが構成されている。
【0090】
実施の形態4の電界効果型トランジスタにおけるゲート長は、概ねゲート電極12及び絶縁膜13の厚さによって規定されている。
【0091】
実施の形態4の電界効果型トランジスタにおいては、基体は、ガラスから成る基板10、及び、基板10の表面に形成されたSiO2から成る絶縁層11から構成されている。また、ゲート電極12はアルミニウム(Al)から成り、絶縁膜13は酸化アルミニウム(Al2O3)から成る。更には、第1のソース/ドレイン電極14及び第2のソース/ドレイン電極15は、Ti/Au積層膜から成る。更には、半導体材料層47(チャネル形成領域48)はペンタセンから成る。
【0092】
実施の形態4の電界効果型トランジスタにあっては、第1のソース/ドレイン電極14は、ゲート電極12の頂面上に位置する絶縁膜13の部分の上に直接形成されている。また、第2のソース/ドレイン電極15は、基体の上(より具体的には、絶縁層11上)に直接形成されている。即ち、各電極14,15は、所謂ボトム・コンタクト型である。尚、参照番号215は、電極14,15の形成時に同時に形成される電極であるが、何らの機能を有していない。
【0093】
以下、基板等の模式的な一部断面図である図7の(A)及び(B)を参照して、実施の形態4の電界効果型トランジスタの製造方法を説明する。
【0094】
[工程−400]
先ず、実施の形態1の[工程−100]、[工程−110]と同様にして、頂面、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が略四角形のゲート電極12を基体(より具体的には、絶縁層11)上に形成した後、ゲート電極12の頂面、及び、少なくとも第1の側面に(実施の形態4においては第2の側面にも)絶縁膜13を形成する。
【0095】
[工程−410]
次に、実施の形態1の[工程−120]と同様にして、ゲート電極12の頂面上に位置する絶縁膜13の部分の上に第1のソース/ドレイン電極14を形成し、ゲート電極12の第1の側面に面する基体の部分の上に第2のソース/ドレイン電極15を形成する。このとき、ゲート電極12の第2の側面に面する基体の部分の上に電極215も形成される。こうして、図7の(A)に示す構造を得ることができる。ここで、Ti/Au積層膜の成膜条件は、Ti/Au積層膜がゲート電極12の両側面で段切れて、第1のソース/ドレイン電極14と第2のソース/ドレイン電極15とが完全に絶縁されるように選択する。
【0096】
[工程−420]
その後、第1のソース/ドレイン電極14から第2のソース/ドレイン電極15に亙り半導体材料層47を形成する。具体的には、実施の形態3の[工程−310]と同様にして、半導体材料層47を形成すべき絶縁層11、ゲート電極12、第1のソース/ドレイン電極14、第2のソース/ドレイン電極15等が露出したレジスト層(図示せず)をフォトリソグラフィ技術に基づき形成する。そして、一方向からの斜め蒸着法にてペンタセンを蒸着した後、レジスト層を除去する。ペンタセン薄膜の形成条件は表1に例示したと同様とすればよい。こうして、図7の(B)に示すように、ゲート電極12の第1の側面上に位置する絶縁膜13の部分の上に形成された半導体材料層47の部分から成るチャネル形成領域48を得ることができる。ゲート電極12の第2の側面上に位置する絶縁膜13の部分の上には半導体材料層47は形成されない。
【0097】
その後、必須ではないが、半導体材料層47上にレジスト層をフォトリソグラフィ技術に基づき形成し、レジスト層で被覆されていない半導体材料層47の部分を例えばO2プラズマへの暴露によってエッチングすることで、一種の素子分離を行うことが好ましい。
【0098】
実施の形態4においては、ゲート電極12のエッチングプロファイルが垂直あるいは僅かに逆テーパーとなるようにレジスト層の形成条件及びゲート電極形成層のエッチング条件を選択する必要はなく、ゲート電極12の断面形状に或る程度のアスペクト比が与えられていればよい。
【0099】
尚、実施の形態4においても、半導体材料層47を、実施の形態2において説明した半導体材料層27と同様の方法で形成することもできる。
【0100】
(実施の形態5)
実施の形態5は、本発明の第2の態様に係る電界効果型トランジスタ、及び、本発明の第4の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法に関する。実施の形態5の電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図を図8の(B)に示す。
【0101】
実施の形態5の電界効果型トランジスタにあっては、第1のソース/ドレイン電極14は、半導体材料層57を介してゲート電極12の頂面上に位置する絶縁膜13の部分の上に形成されている。また、第2のソース/ドレイン電極15は、半導体材料層57を介して基体の上(より具体的には、絶縁層11の上)に形成されている。即ち、各電極14,15は、所謂トップ・コンタクト型である。
【0102】
これらの点を除き、実施の形態5の電界効果型トランジスタの構造は、実質的に、実施の形態4の電界効果型トランジスタの構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。
【0103】
以下、基板等の模式的な一部断面図である図8の(A)及び(B)を参照して、実施の形態5の電界効果型トランジスタの製造方法を説明する。
【0104】
[工程−500]
先ず、実施の形態1の[工程−100]、[工程−110]と同様にして、頂面、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が略四角形のゲート電極12を基体(より具体的には、絶縁層11)上に形成した後、ゲート電極12の頂面、及び、少なくとも第1の側面に(実施の形態5においては第2の側面にも)絶縁膜13を形成する。
【0105】
[工程−510]
その後、少なくともゲート電極12の頂面及び第1の側面上に位置する絶縁膜13の上に半導体材料層57を形成する。具体的には、実施の形態3の[工程−310]と同様にして、半導体材料層57を形成すべき絶縁層11及び絶縁膜13が露出したレジスト層(図示せず)をフォトリソグラフィ技術に基づき形成する。そして、一方向からの斜め蒸着法にてペンタセンを蒸着した後、レジスト層を除去する。ペンタセン薄膜の形成条件は表1に例示したと同様とすればよい。こうして、図8の(A)に示すように、ゲート電極12の第1の側面上に位置する絶縁膜13の部分の上に形成された半導体材料層57の部分から成るチャネル形成領域58を得ることができる。尚、ゲート電極12の第2の側面上に位置する絶縁膜13の部分の上には半導体材料層57は形成されない。また、半導体材料層57は、チャネル形成領域58から絶縁層11上を延びている。
【0106】
[工程−520]
次に、ゲート電極12の頂面上に位置する半導体材料層57の部分の上に第1のソース/ドレイン電極14を形成し、ゲート電極12の第1の側面に面する基体(具体的には、絶縁層11)の部分の上に第2のソース/ドレイン電極15を形成する(図8の(B)参照)。具体的には、実施の形態3の[工程−320]と同様の工程を実行する。
【0107】
尚、実施の形態5においても、半導体材料層57を、実施の形態2において説明した半導体材料層27と同様の方法で形成することもできる。
【0108】
(実施の形態6)
実施の形態6は、本発明の第3の態様に係る電界効果型トランジスタ、及び、本発明の第5の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法に関する。実施の形態6の電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図を図9の(D)に示す。
【0109】
実施の形態6の電界効果型トランジスタは、
(A)基体上に形成され、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が三角形のゲート電極62、
(B)ゲート電極62の第1の側面、及び、第2の側面に形成された絶縁膜63、
(C)ゲート電極62の第2の側面上に位置する絶縁膜63の部分の上に形成された第1のソース/ドレイン電極64、
(D)ゲート電極62の第1の側面に面する基体の部分の上に形成された第2のソース/ドレイン電極65、並びに、
(E)第1のソース/ドレイン電極64から第2のソース/ドレイン電極65に亙り形成された半導体材料層67、
を具備している。
【0110】
そして、ゲート電極62の第1の側面上に位置する絶縁膜63の部分の上に形成された半導体材料層67の部分がチャネル形成領域68に該当する。即ち、ゲート電極62と、第1のソース/ドレイン電極64と、ゲート電極62の第1の側面上に位置する絶縁膜63の部分の上に形成された半導体材料層67の部分から成るチャネル形成領域68と、第2のソース/ドレイン電極65とによって電界効果型トランジスタが構成されている。
【0111】
実施の形態6の電界効果型トランジスタにおけるゲート長は、概ねゲート電極の第1の側面の斜面の長さによって規定されている。
【0112】
実施の形態6の電界効果型トランジスタにおいては、基体は、ガラスから成る基板10、及び、基板10の表面に形成されたSiO2から成る絶縁層11から構成されている。また、ゲート電極62はアルミニウム(Al)から成り、絶縁膜63は酸化アルミニウム(Al2O3)から成る。更には、第1のソース/ドレイン電極64及び第2のソース/ドレイン電極65は、Ti/Au積層膜から成る。更には、半導体材料層67(チャネル形成領域68)は、実施の形態1と同様に、ポリチオフェン[図11の構造式(5)参照]、あるいは、側鎖を導入することで可溶化したペンタセンから成る。
【0113】
実施の形態6の電界効果型トランジスタにあっては、第1のソース/ドレイン電極64は、ゲート電極62の頂面上に位置する絶縁膜63の部分の上に直接形成されている。また、第2のソース/ドレイン電極65は、基体の上(より具体的には、絶縁層11上)に直接形成されている。即ち、各電極64,65は、所謂ボトム・コンタクト型である。
【0114】
以下、基板等の模式的な一部断面図である図9の(A)〜(D)を参照して、実施の形態6の電界効果型トランジスタの製造方法を説明する。
【0115】
[工程−600]
例えばスパッタリング法にて成膜された厚さ100nmのSiO2から成る絶縁層11が表面に形成された例えばガラスから成る基板10を準備する。そして、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が三角形のゲート電極62を基体上(より具体的には絶縁層11上)に形成する。
【0116】
具体的には、アルミニウム(Al)から成り、厚さ0.7μmのゲート電極形成層を真空蒸着法にて絶縁層11上に成膜した後、ゲート電極を形成すべきゲート電極形成層の部分の上にフォトリソグラフィ技術に基づきレジスト層を形成する。レジスト層の断面形状を三角形とするが、このような断面形状を有するレジスト層は周知の方法で形成することができる。その後、レジスト層及びゲート電極形成層をエッチバックし、更に、ゲート電極形成層の部分をオーバーエッチングすることで、ゲート電極12を得ることができる(図9の(A)参照)。
【0117】
[工程−610]
その後、ゲート電極62の第1の側面、及び、第2の側面に絶縁膜63を形成する(図9の(C)参照)。具体的には、アルミニウムから成るゲート電極62を陽極酸化することで、あるいは又、アルミニウムから成るゲート電極62を酸素プラズマへ暴露させることで、Al2O3から成る絶縁膜63を得ることができる。
【0118】
[工程−620]
次に、リフトオフ法にて、ゲート電極62の第2の側面上に位置する絶縁膜63の部分の上に第1のソース/ドレイン電極64を形成し、ゲート電極62の第1の側面に面する基体(具体的には、絶縁層11)の部分の上に第2のソース/ドレイン電極65を形成する。
【0119】
具体的には、実施の形態3の[工程−320]と同様にして、全面にレジスト層を形成した後、フォトリソグラフィ技術に基づき、レジスト層に開口部を設ける。次いで、開口部内を含む全面に、例えば一方向からの抵抗加熱斜め蒸着法に基づきTi/Au積層膜を成膜する。ここで、Ti/Au積層膜の成膜条件は、Ti/Au積層膜がゲート電極62の第1の側面で段切れて、第1のソース/ドレイン電極64と第2のソース/ドレイン電極65とが完全に絶縁されように選択する。その後、実施の形態1の[工程−120]と同様にしてレジスト層を除去することで、レジスト層上のTi/Au積層膜を除去する。こうして、ゲート電極62の第2の側面上に位置する絶縁膜63の部分の上に直接、第1のソース/ドレイン電極64を形成し、ゲート電極62の第1の側面に面する基体(具体的には、絶縁層11)の部分の上に直接、第2のソース/ドレイン電極65を形成することができる(図9の(C)参照)。
【0120】
[工程−630]
その後、第1のソース/ドレイン電極64から第2のソース/ドレイン電極65に亙り半導体材料層67を形成する。具体的には、全面に、溶媒に溶かした有機半導体材料を例えばスピンコート法に基づき塗布した後、乾燥/熱処理を施すことで、全面に半導体材料層67を形成する。こうして、ゲート電極62の第1の側面上に位置する絶縁膜63の部分の上に形成された半導体材料層67の部分から成るチャネル形成領域68を得ることができる。
【0121】
その後、必須ではないが、半導体材料層67上にレジスト層をフォトリソグラフィ技術に基づき形成し、レジスト層で被覆されていない半導体材料層67の部分を例えばO2プラズマへの暴露によってエッチングすることで、一種の素子分離を行うことが好ましい。こうして、図9の(D)に示す構造を有する電界効果型トランジスタを得ることができる。
【0122】
尚、実施の形態6においても、半導体材料層67を、実施の形態2において説明した半導体材料層27と同様の方法で形成することもできる。
【0123】
(実施の形態7)
実施の形態7は、本発明の第3の態様に係る電界効果型トランジスタ、及び、本発明の第6の態様に係る電界効果型トランジスタの製造方法に関する。実施の形態7の電界効果型トランジスタの模式的な一部断面図を図10の(B)に示す。
【0124】
実施の形態7の電界効果型トランジスタにあっては、第1のソース/ドレイン電極64は、半導体材料層77を介してゲート電極62の頂面上に位置する絶縁膜63の部分の上に形成されている。また、第2のソース/ドレイン電極65は、半導体材料層77を介して基体の上(より具体的には、絶縁層11の上)に形成されている。即ち、各電極64,65は、所謂トップ・コンタクト型である。
【0125】
これらの点を除き、実施の形態7の電界効果型トランジスタの構造は、実質的に、実施の形態6の電界効果型トランジスタの構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。
【0126】
以下、基板等の模式的な一部断面図である図10の(A)及び(B)を参照して、実施の形態7の電界効果型トランジスタの製造方法を説明する。
【0127】
[工程−700]
先ず、実施の形態6の[工程−600]、[工程−610]と同様にして、第1の側面及び第2の側面を有し、断面形状が三角形のゲート電極62を基体(具体的には絶縁層11)上に形成し、次いで、ゲート電極62の第1の側面、及び、第2の側面に絶縁膜63を形成する。
【0128】
[工程−710]
次いで、少なくともゲート電極62の頂面及び第1の側面上に位置する絶縁膜63の上に半導体材料層を形成する。具体的には、半導体材料層77を形成すべき絶縁層11が露出したレジスト層(図示せず)をフォトリソグラフィ技術に基づき形成し、一方向からの斜め蒸着法にてペンタセンを蒸着した後、レジスト層を除去する。ペンタセン薄膜の形成条件は表1に例示したと同様とすればよい。こうして、図10の(A)に示すように、ゲート電極62の第1の側面上に位置する絶縁膜63の部分の上に形成された半導体材料層77の部分から成るチャネル形成領域78を得ることができる。半導体材料層77は、チャネル形成領域78から絶縁層11上を延びている。また、半導体材料層77は、ゲート電極62の第1の側面に面する基体の部分の上だけでなく、ゲート電極62の第2の側面に面する基体の部分の上にも形成されるが、この半導体材料層の部分を、図10においては参照番号77Aで示す。
【0129】
[工程−720]
その後、ゲート電極62の第2の側面上に位置する絶縁膜63の部分の上に第1のソース/ドレイン電極74を形成し、ゲート電極62の第1の側面に面する基体の部分の上に第2のソース/ドレイン電極75を形成する(図10の(B)参照)。具体的には、実施の形態6の[工程−620]と同様の工程を実行すればよい。
【0130】
尚、実施の形態7においても、半導体材料層77を、実施の形態2において説明した半導体材料層27と同様の方法で形成することもできる。
【0131】
以上、本発明を、発明の実施の形態に基づき説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。電界効果型トランジスタの構造、製造条件は例示であり、適宜変更することができる。
【0132】
本発明の電界効果型トランジスタを、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、基体に多数の電界効果型トランジスタを集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各電界効果型トランジスタを切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。
【0133】
【発明の効果】
本発明においては、ゲート長がゲート電極の膜厚で決定され、且つ、ソース/ドレイン電極とゲート電極とを自己整合的に形成することができるので、高精度、且つ、容易に短いゲート長を得ることができ、しかも、高精度の位置合わせ(マスクのアライメント)を行う必要が無く、ゲート電極とソース/ドレイン電極との間の寄生容量の増加を招くことがない。また、フォトリソグラフィ工程を減じることが可能となり、高価な製造装置の導入による電界効果型トランジスタの製造コスト増を回避することができる。本発明にあっては、ゲート電極に印加される電圧によって、ゲート電極側面の絶縁膜と半導体材料層との界面近傍の半導体材料層(チャネル形成領域)に電子又は正孔による導電層が誘起され、チャネル領域が形成される。このチャネル領域の長さは主にゲート電極の厚さで決まるため、1μm以下のゲート長を容易に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1の(A)〜(C)は、発明の実施の形態1の電界効果型トランジスタの製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【図2】図2の(A)〜(C)は、図1の(C)に引き続き、発明の実施の形態1の電界効果型トランジスタの製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【図3】図3は、図2の(C)に引き続き、発明の実施の形態1の電界効果型トランジスタの製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【図4】図4は、発明の実施の形態1の電界効果型トランジスタの模式的な平面図である。
【図5】図5の(A)〜(C)は、発明の実施の形態2の電界効果型トランジスタの製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【図6】図6の(A)〜(C)は、発明の実施の形態3の電界効果型トランジスタの製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【図7】図7の(A)〜(B)は、発明の実施の形態4の電界効果型トランジスタの製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【図8】図8の(A)〜(B)は、発明の実施の形態5の電界効果型トランジスタの製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【図9】図9の(A)〜(D)は、発明の実施の形態6の電界効果型トランジスタの製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【図10】図10の(A)〜(B)は、発明の実施の形態7の電界効果型トランジスタの製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【図11】図11は、本発明における使用に適した高分子材料の構造式を例示したものである。
【図12】図12は、本発明における使用に適した高分子材料の構造式を例示したものである。
【図13】図13は、本発明における使用に適した高分子材料の構造式を例示したものである。
【図14】図14の(A)〜(C)は、従来の有機半導体材料を用いた電界効果型トランジスタの製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【図15】図15の(A)〜(C)は、図14の(C)に引き続き、従来の有機半導体材料を用いた電界効果型トランジスタの製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【符号の説明】
10・・・基板、11・・・絶縁層、12,62・・・ゲート電極、12A・・・ゲート電極形成層、12B・・・ゲート電極延在部、13,63・・・絶縁膜、14,64,74・・・第1のソース/ドレイン電極、14A・・・第1のソース/ドレイン電極接続部、15,65,75・・・第2のソース/ドレイン電極、15A・・・第2のソース/ドレイン電極接続部、16・・・第3のソース/ドレイン電極、17,27,37,47,57,67,77・・・半導体材料層、18・・・第1のチャネル形成領域、19・・・第2のチャネル形成領域、48,58,68,78・・・チャネル形成領域、20,20,31・・・レジスト層、21・・・レジスト層、22,32・・・開口部、26・・・分子はんだ層(下地層)、28・・・Au微粒子、27A・・・第1層目の結合体層、28A・・・Au微粒子層、29・・・4,4’−ビフェニルジチオール分子、FET1・・・第1の電界効果型トランジスタ、FET2・・・第2の電界効果型トランジスタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a field effect transistor and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Field effect transistors (FETs) including thin film transistors (TFTs) currently used in many electronic devices are, for example, channel formation regions and source / drains formed in a silicon semiconductor substrate or silicon semiconductor layer. Region, SiO formed on silicon semiconductor substrate surface or silicon semiconductor layer surface 2 And a gate electrode provided to face the channel formation region with the gate insulating film interposed therebetween. Alternatively, it includes a gate electrode formed on the substrate, a gate insulating film formed on the substrate including the gate electrode, and a channel formation region and a source / drain region formed on the gate insulating film. . For manufacturing field effect transistors having these structures, very expensive semiconductor manufacturing apparatuses are used, and reduction of manufacturing costs is strongly demanded.
[0003]
Therefore, in recent years, attention has been focused on research and development of FETs using organic semiconductor materials that can be manufactured based on methods exemplified by spin coating, printing, and spraying without using vacuum technology.
[0004]
An example of a method of manufacturing an FET (organic FET) using such an organic semiconductor material (see IEDM Tech. Digest (1999), DJGundlach, et al., "High mobility, low voltage organic thin film transistors") is shown below. This will be described with reference to FIGS. 14A to 14D and FIGS. 15A to 15C.
[0005]
[Step-10]
First, a
[0006]
[Step-20]
Next, on the entire surface of the
[0007]
[Step-30]
Next, a
[0008]
[Step-40]
Thereafter, a
[0009]
[Step-50]
Next, using the
[0010]
[Non-Patent Document 1]
IEDM Tech. Digest (1999), DJGundlach, et al., "High mobility, low voltage organic thin film transistors"
[Non-Patent Document 2]
MD Musick et al., Chem. Mater. (1997), 9, 1499; Chem. Mater. (2000), 12, 2869
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in general, transfer characteristic and maximum drain current can be cited as characteristic indicators of FETs, and these characteristics generally become better as the gate length is shorter. Therefore, it is preferable that the gate length shown in FIG.
[0012]
Here, the gate length depends on the resolution in the lithography technique in the lift-off method executed in [Step-20]. That is, it depends on the resolution at the time of forming the resist layer 120 shown in FIG. Therefore, when high performance is required for the FET, an expensive exposure apparatus with high resolution is required. That is, the performance of the FET and the manufacturing cost of the FET have a trade-off relationship.
[0013]
Further, in the lithography technique in the lift-off method executed in [Step-20], alignment of the source /
[0014]
Therefore, an object of the present invention is to obtain a short gate length with high accuracy and easily, and to form the gate electrode and the source / drain electrodes in a self-aligned manner. It is an object of the present invention to provide a field effect transistor and a method for manufacturing the same that can reduce the photolithography process.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a field effect transistor according to the first aspect of the present invention provides:
(A) a gate electrode formed on a substrate, having a top surface, a first side surface, and a second side surface, and having a substantially square cross-sectional shape;
(B) an insulating film formed on the top surface, the first side surface, and the second side surface of the gate electrode;
(C) a first source / drain electrode formed on a portion of the insulating film located on the top surface of the gate electrode;
(D) a second source / drain electrode formed on the portion of the substrate facing the first side of the gate electrode;
(E) a third source / drain electrode formed on the portion of the substrate facing the second side of the gate electrode; and
(F) a semiconductor material layer formed from the second source / drain electrode through the first source / drain electrode to the third source / drain electrode;
Comprising
A first channel forming region comprising a gate electrode, a first source / drain electrode, a semiconductor material layer portion formed on a portion of the insulating film located on the first side surface of the gate electrode; A first field-effect transistor is composed of the two source / drain electrodes,
A second channel forming region comprising a gate electrode, a first source / drain electrode, a semiconductor material layer portion formed on a portion of the insulating film located on the second side surface of the gate electrode, A third field effect transistor is constituted by the three source / drain electrodes.
[0016]
In order to achieve the above object, a field effect transistor according to the second aspect of the present invention provides:
(A) a gate electrode formed on a substrate, having a top surface, a first side surface, and a second side surface, and having a substantially square cross-sectional shape;
(B) an insulating film formed on the top surface of the gate electrode and at least the first side surface;
(C) a first source / drain electrode formed on a portion of the insulating film located on the top surface of the gate electrode;
(D) a second source / drain electrode formed on the portion of the substrate facing the first side of the gate electrode; and
(E) a semiconductor material layer formed from the first source / drain electrode to the second source / drain electrode;
Comprising
A portion of the semiconductor material layer formed on the portion of the insulating film located on the first side surface of the gate electrode corresponds to a channel formation region.
[0017]
In order to achieve the above object, a field effect transistor according to the third aspect of the present invention provides:
(A) a gate electrode formed on a substrate, having a first side surface and a second side surface, and having a triangular cross-sectional shape;
(B) an insulating film formed on the first side surface and the second side surface of the gate electrode;
(C) a first source / drain electrode formed on a portion of the insulating film located on the second side surface of the gate electrode;
(D) a second source / drain electrode formed on the portion of the substrate facing the first side of the gate electrode; and
(E) a semiconductor material layer formed from the first source / drain electrode to the second source / drain electrode;
Comprising
A portion of the semiconductor material layer formed on the portion of the insulating film located on the first side surface of the gate electrode corresponds to a channel formation region.
[0018]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a field effect transistor according to the first aspect of the present invention is a method for manufacturing a so-called bottom contact type field effect transistor according to the first aspect of the present invention. Yes,
The gate electrode, the first source / drain electrode, the first channel formation region, and the second source / drain electrode constitute a first field effect transistor,
A method of manufacturing a field effect transistor in which a second field effect transistor is configured by a gate electrode, a first source / drain electrode, a second channel formation region, and a third source / drain electrode. And
(A) forming a gate electrode having a top surface, a first side surface, and a second side surface and having a substantially square cross-sectional shape on a substrate;
(B) forming an insulating film on the top surface, the first side surface, and the second side surface of the gate electrode;
(C) forming a first source / drain electrode on the portion of the insulating film located on the top surface of the gate electrode, and forming a second source on the portion of the substrate facing the first side surface of the gate electrode; Forming a third source / drain electrode on the portion of the substrate facing the second side surface of the gate electrode;
(D) A semiconductor material layer is formed from the second source / drain electrode through the first source / drain electrode to the third source / drain electrode, and thus located on the first side surface of the gate electrode. A first channel forming region comprising a semiconductor material layer portion formed on an insulating film portion, and a semiconductor formed on the insulating film portion located on the second side surface of the gate electrode Obtaining a second channel forming region comprising a portion of the material layer;
It is characterized by comprising.
[0019]
The method for manufacturing a field effect transistor according to the second aspect of the present invention for achieving the above object is a method for manufacturing a field effect transistor according to the first aspect of the present invention of the so-called top contact type. Yes,
The gate electrode, the first source / drain electrode, the first channel formation region, and the second source / drain electrode constitute a first field effect transistor,
A method of manufacturing a field effect transistor in which a second field effect transistor is configured by a gate electrode, a first source / drain electrode, a second channel formation region, and a third source / drain electrode. And
(A) forming a gate electrode having a top surface, a first side surface, and a second side surface and having a substantially square cross-sectional shape on a substrate;
(B) forming an insulating film on the top surface, the first side surface, and the second side surface of the gate electrode;
(C) Forming a semiconductor material layer on at least the insulating film located on the top surface, the first side surface, and the second side surface of the gate electrode, so that the insulation located on the first side surface of the gate electrode. A first channel formation region comprising a semiconductor material layer portion formed on the film portion is obtained, and a semiconductor material layer formed on the insulating film portion located on the second side surface of the gate electrode is obtained. Obtaining a second channel forming region comprising a portion;
(D) forming a first source / drain electrode over the portion of the semiconductor material layer located on the top surface of the gate electrode, and forming a second over the portion of the substrate facing the first side of the gate electrode; Forming a source / drain electrode together with forming a third source / drain electrode on the portion of the substrate facing the second side of the gate electrode;
It is characterized by comprising.
[0020]
The method for manufacturing a field effect transistor according to the third aspect of the present invention for achieving the above object is a method for manufacturing a field effect transistor according to the second aspect of the present invention of the so-called bottom contact type. Yes,
(A) forming a gate electrode having a top surface, a first side surface, and a second side surface and having a substantially square cross-sectional shape on a substrate;
(B) forming an insulating film on the top surface of the gate electrode and at least the first side surface;
(C) forming a first source / drain electrode on the portion of the insulating film located on the top surface of the gate electrode, and forming a second source on the portion of the substrate facing the first side surface of the gate electrode; Forming a drain electrode;
(D) A semiconductor material layer is formed from the first source / drain electrode to the second source / drain electrode, and thus formed on the portion of the insulating film located on the first side surface of the gate electrode. Obtaining a channel forming region comprising a portion of the semiconductor material layer,
It is characterized by comprising.
[0021]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a field effect transistor according to the fourth aspect of the present invention is a method for manufacturing a field effect transistor according to the second aspect of the present invention of the so-called top contact type. Yes,
(A) forming a gate electrode having a top surface, a first side surface, and a second side surface and having a substantially square cross-sectional shape on a substrate;
(B) forming an insulating film on the top surface of the gate electrode and at least the first side surface;
(C) forming a semiconductor material layer on at least the top surface of the gate electrode and the insulating film located on the first side surface, and thus on the insulating film portion positioned on the first side surface of the gate electrode; Obtaining a channel formation region comprising a portion of the semiconductor material layer formed in
(D) forming a first source / drain electrode over the portion of the semiconductor material layer located on the top surface of the gate electrode, and forming a second over the portion of the substrate facing the first side of the gate electrode; Forming a source / drain electrode;
It is characterized by comprising.
[0022]
The method for manufacturing a field effect transistor according to the fifth aspect of the present invention for achieving the above object is a method of manufacturing a field effect transistor according to the third aspect of the present invention of the so-called bottom contact type. Yes,
(A) forming a gate electrode having a first side surface and a second side surface and having a triangular cross-sectional shape on a substrate;
(B) forming an insulating film on the first side surface and the second side surface of the gate electrode;
(C) forming a first source / drain electrode on the portion of the insulating film located on the second side surface of the gate electrode, and forming a second source on the portion of the substrate facing the first side surface of the gate electrode; Forming a source / drain electrode of
(D) A semiconductor material layer is formed from the first source / drain electrode to the second source / drain electrode, and thus formed on the portion of the insulating film located on the first side surface of the gate electrode. Obtaining a channel forming region comprising a portion of the semiconductor material layer,
It is characterized by comprising.
[0023]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a field effect transistor according to the sixth aspect of the present invention is a method for manufacturing a field effect transistor according to the third aspect of the present invention of the so-called top contact type. Yes,
(A) forming a gate electrode having a first side surface and a second side surface and having a triangular cross-sectional shape on a substrate;
(B) forming an insulating film on the first side surface and the second side surface of the gate electrode;
(C) forming a semiconductor material layer on at least the top surface of the gate electrode and the insulating film located on the first side surface, and thus on the insulating film portion positioned on the first side surface of the gate electrode; Obtaining a channel formation region comprising a portion of the semiconductor material layer formed in
(D) forming a first source / drain electrode on the portion of the insulating film located on the second side surface of the gate electrode, and forming a second source on the portion of the substrate facing the first side surface of the gate electrode; Forming a source / drain electrode of
It is characterized by comprising.
[0024]
The field effect transistor according to the first to third aspects of the present invention, or the method for producing the field effect transistor according to the first to sixth aspects of the present invention (hereinafter collectively referred to as "the field effect transistor"). The semiconductor material layer may be composed of an organic material, or may be composed of an organic material and an inorganic material, or Moreover, it can be set as the structure which consists of inorganic materials (specifically Si, Ge, Se, for example).
[0025]
More specifically, as an organic material constituting the semiconductor material layer, 2,3,6,7-dibenzoanthracene (also referred to as pentacene), C 9 S 9 (Benzo [1,2-c; 3,4-c ′; 5,6-c ″] tris [1,2] dithiol-1,4,7-trithione), C twenty four H 14 S 6 (Alpha-sexithiophene), phthalocyanine represented by copper phthalocyanine, fullerene (C 60 ), Tetrathiotetracene (C 18 H 8 S Four ), Tetraselenotetracene (C 18 H 8 Se Four ), Tetratellurtetracene (C 18 H 8 Te Four ), Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / polystyrene sulfonic acid (PEDOT / PSS). The structural formula (1) of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) and the structural formula (2) of polystyrene sulfonic acid are shown in FIG.
[0026]
Alternatively, as the organic material constituting the semiconductor material layer, for example, a heterocyclic conjugated conductive polymer and a heteroatom-conjugated conductive polymer exemplified below can be used. In the structural formula, “R” and “R ′” are alkyl groups (C n H 2n + 1 ).
[0027]
[Heterocyclic conjugated conductive polymer]
Polypyrrole [see structural formula (3) in FIG. 11]
Polyfuran [see structural formula (4) in FIG. 11]
Polythiophene [see structural formula (5) in FIG. 11]
Polyselenophene [see structural formula (6) in FIG. 11]
Polytellophene [see structural formula (7) in FIG. 11]
Poly (3-alkylthiophene) [see structural formula (8) in FIG. 11]
Poly (3-thiophene-β-ethanesulfonic acid) [see structural formula (9) in FIG. 11]
Poly (N-alkylpyrrole) [see structural formula (10) in FIG. 12]
Poly (3-alkylpyrrole) [see structural formula (11) in FIG. 12]
Poly (3,4-dialkylpyrrole) [see structural formula (12) in FIG. 12]
Poly (2,2′-thienylpyrrole) [see structural formula (13) in FIG. 12]
[0028]
[Containing heteroatom-containing conductive polymer]
Polyaniline [see structural formula (14) in FIG. 12]
Poly (dibenzothiophene sulfide) [see structural formula (15) in FIG. 12]
[0029]
When the semiconductor material layer is composed of an organic material and an inorganic material, it is preferable that the inorganic material is composed of fine particles composed of a conductor or a semiconductor, and the organic material is composed of organic semiconductor molecules. In this case, a conductive path is formed by the fine particles and organic semiconductor molecules bonded to the fine particles, and conductivity (carrier movement) of the conductive path is controlled based on an electric field formed by a voltage applied to the gate electrode. It is preferable to configure so that.
[0030]
In this way, fine particles are connected by organic semiconductor molecules to form a conductive path, thereby forming a network-type conductive path in which the conductive paths in the fine particles and the conductive paths along the molecular skeleton in the organic semiconductor molecules are connected. In this structure, the charge transfer in the conductive path is dominant in the axial direction of the molecule along the main chain of the organic semiconductor molecule. Since the conduction path does not include intermolecular electron transfer, the mobility is not limited by intermolecular electron transfer, which is the cause of the low mobility of conventional organic semiconductors. Therefore, the mobility in the axial direction in the organic semiconductor molecule can be utilized to the maximum. For example, when a molecule having a conjugated system formed along the main chain is used as an organic semiconductor molecule, high intramolecular mobility due to delocalized p electrons can be used.
[0031]
It is desirable that the functional group at the terminal of the organic semiconductor molecule is chemically bonded to the fine particles. Furthermore, it is desirable that the organic semiconductor molecules and the fine particles are alternately bonded to each other by the functional groups that the organic semiconductor molecules have at both ends to form a network-type conductive path. Alternatively, the organic semiconductor molecules are formed by the functional groups. It is desirable that the particles and the fine particles are connected two-dimensionally or three-dimensionally. This results in a structure in which charge transfer in the conductive path occurs predominantly in the axial direction of the molecule along the main chain of the organic semiconductor molecule, and the mobility in the axial direction of the molecule, for example, due to delocalized p-electrons is high. Intramolecular mobility can be maximized.
[0032]
Moreover, it is preferable that the conjugate | bonded_body of microparticles | fine-particles and an organic-semiconductor molecule forms the conductive path by comprising single layer or multiple layers. Specifically, a single layer of the conjugate can be formed by performing the step of contacting the organic semiconductor molecules once after forming the fine particle layer, and by repeating this step twice or more, Multiple layers can be formed. In this case, it is desirable to form the first fine particle layer on a base layer having good adhesion to the fine particles.
[0033]
Gold (Au), silver (Ag), and platinum (Pt) can be exemplified as the fine particles composed of a conductor, and cadmium sulfide (CdS), cadmium selenide (CdSe), and silicon (Si) as fine particles composed of a semiconductor. Can be mentioned. The particle diameter of the fine particles is preferably 10 nm or less.
[0034]
As a molecule that plays a role of fixing fine particles (a role as a kind of solder) in an underlayer (a molecular solder layer that works as a kind of adhesive for fixing only one fine particle), a silane compound, It is preferable to use a molecule having a functional group that can be chemically bonded to the fine particles, for example, to the substrate or various electrodes formed on the substrate. Specific examples include amino groups having affinity for gold (Au), (3-aminopropyl) trimethoxysilane (APTMS) having a thiol group, and mercaptosilane.
[0035]
An organic semiconductor molecule is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond, and has a thiol group (SH) and an amino group (—NH) at both ends of the molecule. 2 ), An isocyano group (—NC), Thioacetyl group Group (-SCOCH Three Or Carboxy group It is desirable to have (—COOH), and more specifically, the following materials can be exemplified as the organic semiconductor molecule. In addition, thiol group (-SH), amino group (-NH 2 ), An isocyano group (—NC) and Thioacetyl group (-SCOCH Three ) Is a functional group that binds to conductive fine particles such as gold (Au), Carboxy group (—COOH) is a functional group bonded to the semiconductor fine particles.
[0036]
4,4′-biphenyldithiol [see structural formula (16) in FIG. 13]
4,4′-Diisocyanobiphenyl [see the structural formula (17) in FIG. 13]
4,4′-Diisocyano-p-terphenyl [see structural formula (18) in FIG. 13]
2,5-bis (5'- Thioacetyl group -2'-thiophenyl) thiophene [see structural formula (19) in FIG. 13]
[0037]
As a method for forming the semiconductor material layer, although it depends on the material constituting the semiconductor material layer, a physical vapor deposition method (PVD method) exemplified by a vacuum deposition method or a sputtering method; various chemical vapor deposition methods ( CVD method); spin coating method; printing method such as screen printing method and inkjet printing method; air doctor coater method, blade coater method, rod coater method, knife coater method, squeeze coater method, reverse roll coater method, transfer roll coater method, Any of the gravure coater method, kiss coater method, cast coater method, spray coater method, slit orifice coater method, calendar coater method, dipping method, and spray method can be mentioned.
[0038]
In the present invention, as a substrate, various glass substrates, various glass substrates having an insulating layer formed on the surface, a quartz substrate, a quartz substrate having an insulating layer formed on the surface, and silicon having an insulating layer formed on the surface A substrate can be mentioned. Furthermore, examples of the substrate include a plastic film, a plastic sheet, and a plastic substrate made of a polymer material exemplified by polyethersulfone (PES), polyimide, polycarbonate, and polyethylene terephthalate (PET). If a substrate made of such a flexible polymer material is used, for example, a field effect transistor can be incorporated or integrated into a display device or electronic device having a curved shape.
[0039]
In the present invention, as a material constituting the gate electrode, gold (Au), platinum (Pt), aluminum (Al), copper (Cu), palladium (Pd), nickel (Ni), chromium (Cr), Name metals such as titanium (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), alloys containing these metal elements, conductive particles made of these metals, or conductive particles of alloys containing these metals. Can do. Furthermore, the various conductive polymers mentioned above can also be mentioned. The gate electrode depends on the material constituting the gate electrode, but a combination of PVD method and etching technique exemplified by vacuum deposition method and sputtering method; a combination of various CVD methods and etching technology; spin coating method And etching techniques; printing methods such as screen printing and ink jet printing using conductive paste and various conductive polymer solutions described above; lift-off method; shadow mask method; various coating methods and etching techniques described above And a combination of spraying and etching techniques.
[0040]
In the present invention, the cross-sectional shape of the gate electrode is specified, but this cross-sectional shape is a shape when the gate electrode is cut in a virtual plane perpendicular to the direction in which the top surface or side surface of the gate electrode extends. It is. In the field effect transistor according to the first aspect to the second aspect of the present invention or the field effect transistor according to the first aspect to the fourth aspect of the present invention, the cross-sectional shape of the gate electrode Can be a substantially quadrilateral having an arbitrary shape including a square, a rectangle, a trapezoid, and an isosceles trapezoid. In addition, when the cross-sectional shape of the gate electrode is a substantially quadrangle, a shape whose top surface is convex upward is also included in the shape of a substantially quadrangle. In the field effect transistor according to the third aspect of the present invention or the field effect transistor according to the fifth to sixth aspects of the present invention, the cross-sectional shape of the gate electrode is an equilateral triangle, It can be a triangle having an arbitrary shape including an isosceles triangle. The portion of the ridgeline of the gate electrode may be rounded.
[0041]
The insulating film can be formed by oxidizing or nitriding the surface of the gate electrode, or can be obtained by forming an oxide film or a nitride film on the surface of the gate electrode. As a method for oxidizing the surface of the gate electrode, although depending on the material constituting the gate electrode, O 2 Examples thereof include an oxidation method using plasma and an anodic oxidation method. In addition, as a method of nitriding the surface of the gate electrode, depending on the material constituting the gate electrode, N 2 A nitriding method using plasma can be exemplified. Furthermore, as an oxide film or a nitride film to be deposited on the surface of the gate electrode, SiO 2 As well as inorganic insulating materials exemplified by SiN, SiON, spin-on-glass (SOG), metal oxide high dielectric insulating film, polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinylphenol (PVP), polyvinyl alcohol ( Organic insulating materials exemplified in PVA) can be mentioned, and combinations thereof can also be used. As a method for forming an insulating film, PVD methods exemplified by vacuum deposition methods and sputtering methods; various CVD methods; spin coating methods; printing methods such as screen printing methods and ink jet printing methods; various coating methods described above; immersion methods; Any of a casting method and a spray method can be mentioned. Alternatively, for example, for an Au electrode, it is immersed by an insulating molecule having a functional group that can form a chemical bond with the gate electrode, such as a linear hydrocarbon modified at one end with a mercapto group. An insulating film can be formed on the surface of the gate electrode by coating the surface of the gate electrode in a self-organized manner by a method such as a method.
[0042]
In the present invention, as a material constituting the first source / drain electrode, the second source / drain electrode, and the third source / drain electrode, gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), aluminum ( Metals such as Al), copper (Cu), palladium (Pd), nickel (Ni), chromium (Cr), titanium (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), indium (In), tin (Sn) An alloy containing these metal elements, conductive particles made of these metals, or conductive particles of alloys containing these metals can be given. Furthermore, the various conductive polymers mentioned above can also be mentioned. The first source / drain electrode, the second source / drain electrode, and the third source / drain electrode depend on the formation form of these electrodes, but the PVD method exemplified by the vacuum evaporation method and the sputtering method. And etching technique; lift-off method; shadow mask method and the like.
[0043]
In the field effect transistor according to the first or second aspect of the present invention, the first source / drain electrode is formed on a portion of the insulating film located on the top surface of the gate electrode. In the field effect transistor according to the third aspect of the present invention, the first source / drain electrode is formed on a portion of the insulating film located on the second side surface of the gate electrode. More specifically, the first source / drain electrode is formed directly on the insulating film portion (so-called bottom contact type), or alternatively, the insulating film is interposed through the semiconductor material layer. (So-called top contact type).
[0044]
In the field effect transistor according to the first to third aspects of the present invention, the second source / drain electrode is formed on the portion of the substrate facing the first side surface of the gate electrode. More specifically, the second source / drain electrode is formed directly on the base (so-called bottom contact type), or is formed on the base via a semiconductor material layer. (So-called top contact type). In the field effect transistor according to the first aspect of the present invention, the third source / drain electrode is formed on the portion of the base that faces the second side surface of the gate electrode. Specifically, the third source / drain electrode is formed directly on the base (so-called bottom contact type), or is formed on the base via a semiconductor material layer (so-called “so-called bottom contact type”). Top contact type).
[0045]
In the field effect transistor according to the first to third aspects of the present invention, the first channel formation region or the extending portion of the channel formation region is on the first source / drain electrode, and It is formed on the second source / drain electrode, or is formed below the first source / drain electrode and below the second source / drain electrode. Further, in the field effect transistor according to the first aspect of the present invention, the extension portion of the second channel formation region is on the first source / drain electrode and the third source / drain electrode. Or formed under the first source / drain electrode and under the third source / drain electrode.
[0046]
In the field effect transistor according to the first aspect of the present invention, or alternatively, in the field effect transistor obtained by the method for manufacturing the field effect transistor according to the first aspect and the second aspect of the present invention. In this case, the first field effect transistor and the second field effect transistor can be operated (driven) by simultaneous control, or can be operated (driven) by different controls. You can also
[0047]
In the present invention, the gate length is substantially determined by the film thickness of the gate electrode, and the source / drain electrode and the gate electrode can be formed in a self-aligned manner. A short gate length can be obtained, the parasitic capacitance between the gate electrode and the source / drain electrode is not increased, and the photolithography process can be reduced.
[0048]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments of the invention (hereinafter abbreviated as embodiments) with reference to the drawings.
[0049]
(Embodiment 1)
The first embodiment relates to a field effect transistor according to the first aspect of the present invention and a method for manufacturing the field effect transistor according to the first aspect of the present invention. A schematic partial cross-sectional view of the field-effect transistor of the first embodiment is shown in FIG. 3, and a schematic plan view is shown in FIG. In FIG. 4, the first source / drain electrode, the second source / drain electrode, the third source / drain electrode, and the gate electrode are shown by hatching in order to clearly show the extended portions. Further, in the schematic partial sectional view of the field effect transistor, only one set of field effect transistors is shown for convenience, and there is a difference from the schematic plan view shown in FIG. is there.
[0050]
The field effect transistor of the first embodiment is
(A) It is formed on a substrate, has a top surface, a first side surface, and a second side surface, and has a substantially square cross-sectional shape (more specifically, a rectangle or a trapezoid whose upper side is longer than the bottom side).
(B) an insulating
(C) a first source /
(D) a second source /
(E) a third source /
(F) a
It has.
[0051]
The first electrode comprises a
[0052]
The gate length in the field effect transistor of the first embodiment is generally defined by the thicknesses of the
[0053]
In the field effect transistor according to the first embodiment, the base is a
[0054]
As shown in FIG. 4, the field effect transistor according to the first embodiment includes eight gate electrodes, eight first source /
[0055]
In the field effect transistor of the first embodiment, the first source /
[0056]
Hereinafter, with reference to FIGS. 1A to 1C, FIGS. 2A to 2C, and FIG. 3 which are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like, the field effect of the first embodiment will be described. A method for manufacturing a type transistor will be described.
[0057]
[Step-100]
For example, a 100 nm thick SiO film formed by sputtering 2 A
[0058]
Specifically, a gate electrode forming layer 12A made of aluminum (Al) and having a thickness of 0.7 μm is formed on the insulating
[0059]
[Step-110]
After that, the insulating
[0060]
[Step-120]
Next, a first source /
[0061]
Specifically, after the resist layer 21 is formed on the entire surface, an
Next, a Ti / Au laminated film is formed on the entire surface including the inside of the
[0062]
Then, the Ti / Au laminated film on the resist layer 21 is removed by removing the resist layer 21 using an organic solvent such as acetone. Thus, the first source /
[0063]
[Step-130]
Next, a
[0064]
Thereafter, although not essential, a resist layer is formed on the
[0065]
(Embodiment 2)
The second embodiment relates to a modification of the method for manufacturing the field effect transistor of the first embodiment. 5A to 5C are schematic partial cross-sectional views in which the vicinity of the top surface and the first side surface of the
[0066]
[Step-200]
First, in the same manner as in [Step-100] to [Step-120] of the first embodiment, a
[0067]
[Step-210]
Next, a semiconductor material layer made of an organic material and an inorganic material is formed from the second source /
[0068]
[Step-210A]
Specifically, first, the whole is immersed in a solution having a concentration of several percent in which (3-aminopropyl) trimethoxysilane (APTMS) is dissolved in methanol, and then the solution is washed with methanol to replace the solvent. Is evaporated to form a molecular solder layer (underlayer) 26 for fixing the Au
[0069]
[Step-210B]
Next, the
[0070]
[Step-210C]
Subsequently, after immersing the
[0071]
[Step-210D]
Next, in the same manner as in [Step-210B], the
[0072]
[Step-210E]
Subsequently, in the same manner as in [Step-210C], after immersing the
[0073]
Thereafter, by repeating [Step-210D] and [Step-210E], the
[0074]
Thereafter, although not essential, a resist layer is formed on the
[0075]
In addition, although each conjugate layer is formed of the same material, the material constituting the fine particles, the particle size of the fine particles, and the organic semiconductor molecules are changed for each conjugate layer or for each of the plurality of conjugate layers. The characteristics of the
[0076]
(Embodiment 3)
The third embodiment relates to a field effect transistor according to the first aspect of the present invention and a method for manufacturing the field effect transistor according to the second aspect of the present invention. FIG. 6C shows a schematic partial cross-sectional view of the field-effect transistor of the third embodiment.
[0077]
In the field effect transistor according to the third embodiment, the first source /
[0078]
Except for these points, the structure of the field effect transistor of the third embodiment can be substantially the same as the structure of the field effect transistor of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
[0079]
Hereinafter, a method for manufacturing the field effect transistor according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 6A to 6C which are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like.
[0080]
[Step-300]
First, in the same manner as in [Step-100] in the first embodiment, a
[0081]
[Step-310]
Next, a
[0082]
[Table 1]
[Conditions for film formation]
Substrate temperature: 0-200 ° C
Deposition rate: 0.01 nm / second to 1 nm / second
Pressure: 10 -Five Pa-10 -3 Pa
[Typical film formation conditions]
Substrate temperature: 60 ° C
Deposition rate: 0.05 nm / second
Pressure: 1 × 10 -Four Pa
[0083]
[Step-320]
Thereafter, the first source /
[0084]
Specifically, after the resist layer 31 is formed on the entire surface, an
[0085]
Thereafter, the Ti / Au laminated film on the resist layer 31 is removed by removing the resist layer 31 in the same manner as in [Step-120] of the first embodiment. Thus, the first source /
[0086]
In the third embodiment, the
[0087]
(Embodiment 4)
The fourth embodiment relates to a field effect transistor according to the second aspect of the present invention and a method for manufacturing the field effect transistor according to the third aspect of the present invention. FIG. 7B shows a schematic partial cross-sectional view of the field-effect transistor of the fourth embodiment.
[0088]
The field effect transistor of
(A) a
(B) the insulating
(C) a first source /
(D) a second source /
(E) a semiconductor material layer 47 formed from the first source /
It has.
[0089]
A portion of the semiconductor material layer 47 formed on the portion of the insulating
[0090]
The gate length in the field effect transistor of the fourth embodiment is generally defined by the thicknesses of the
[0091]
In the field effect transistor according to the fourth embodiment, the base is a
[0092]
In the field effect transistor according to the fourth embodiment, the first source /
[0093]
Hereinafter, with reference to FIGS. 7A and 7B which are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like, a method for manufacturing the field effect transistor according to
[0094]
[Step-400]
First, in the same manner as in [Step-100] and [Step-110] of the first embodiment, a
[0095]
[Step-410]
Next, in the same manner as in [Step-120] of the first embodiment, the first source /
[0096]
[Step-420]
Thereafter, a semiconductor material layer 47 is formed from the first source /
[0097]
Thereafter, although not essential, a resist layer is formed on the semiconductor material layer 47 based on the photolithography technique, and a portion of the semiconductor material layer 47 not covered with the resist layer is formed, for example, by O 2 It is preferable to perform a kind of element isolation by etching by exposure to plasma.
[0098]
In the fourth embodiment, it is not necessary to select the resist layer formation condition and the gate electrode formation layer etching condition so that the etching profile of the
[0099]
In the fourth embodiment, the semiconductor material layer 47 can also be formed by the same method as the
[0100]
(Embodiment 5)
The fifth embodiment relates to a field effect transistor according to the second aspect of the present invention and a method for manufacturing the field effect transistor according to the fourth aspect of the present invention. FIG. 8B shows a schematic partial cross-sectional view of the field-effect transistor of the fifth embodiment.
[0101]
In the field effect transistor according to the fifth embodiment, the first source /
[0102]
Except for these points, the structure of the field effect transistor of the fifth embodiment can be substantially the same as the structure of the field effect transistor of the fourth embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
[0103]
Hereinafter, a method for manufacturing the field effect transistor according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 8A and 8B which are schematic partial sectional views of a substrate and the like.
[0104]
[Step-500]
First, in the same manner as [Step-100] and [Step-110] of the first embodiment, a
[0105]
[Step-510]
Thereafter, a
[0106]
[Step-520]
Next, the first source /
[0107]
In the fifth embodiment, the
[0108]
(Embodiment 6)
The sixth embodiment relates to a field effect transistor according to the third aspect of the present invention and a method for manufacturing the field effect transistor according to the fifth aspect of the present invention. A schematic partial cross-sectional view of the field-effect transistor of the sixth embodiment is shown in FIG.
[0109]
The field effect transistor of the sixth embodiment is
(A) a
(B) an insulating
(C) a first source /
(D) a second source /
(E) a semiconductor material layer 67 formed from the first source /
It has.
[0110]
A portion of the semiconductor material layer 67 formed on the portion of the insulating
[0111]
The gate length in the field effect transistor of the sixth embodiment is generally defined by the length of the slope of the first side surface of the gate electrode.
[0112]
In the field effect transistor of the sixth embodiment, the substrate is made of
[0113]
In the field effect transistor of the sixth embodiment, the first source /
[0114]
Hereinafter, a method for manufacturing the field effect transistor according to the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 9A to 9D which are schematic partial sectional views of a substrate and the like.
[0115]
[Step-600]
For example, a 100 nm thick SiO film formed by sputtering 2 A
[0116]
Specifically, after forming a 0.7 μm-thick gate electrode formation layer on the insulating
[0117]
[Step-610]
After that, an insulating
[0118]
[Step-620]
Next, a first source /
[0119]
Specifically, after a resist layer is formed on the entire surface in the same manner as [Step-320] in
[0120]
[Step-630]
Thereafter, a semiconductor material layer 67 is formed from the first source /
[0121]
Thereafter, although not essential, a resist layer is formed on the semiconductor material layer 67 based on a photolithography technique, and a portion of the semiconductor material layer 67 that is not covered with the resist layer is, for example, O 2 It is preferable to perform a kind of element isolation by etching by exposure to plasma. Thus, a field effect transistor having the structure shown in FIG. 9D can be obtained.
[0122]
In the sixth embodiment, the semiconductor material layer 67 can also be formed by the same method as the
[0123]
(Embodiment 7)
The seventh embodiment relates to a field effect transistor according to the third aspect of the present invention and a method for manufacturing the field effect transistor according to the sixth aspect of the present invention. FIG. 10B shows a schematic partial cross-sectional view of the field effect transistor according to the seventh embodiment.
[0124]
In the field effect transistor according to the seventh embodiment, the first source /
[0125]
Except for these points, the structure of the field effect transistor of the seventh embodiment can be substantially the same as the structure of the field effect transistor of the sixth embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
[0126]
Hereinafter, a method for manufacturing the field effect transistor according to the seventh embodiment will be described with reference to FIGS. 10A and 10B which are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like.
[0127]
[Step-700]
First, in the same manner as in [Step-600] and [Step-610] of the sixth embodiment, the
[0128]
[Step-710]
Next, a semiconductor material layer is formed on the insulating
[0129]
[Step-720]
Thereafter, a first source /
[0130]
In the seventh embodiment, the
[0131]
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment of this invention, this invention is not limited to these. The structure and manufacturing conditions of the field effect transistor are illustrative and can be changed as appropriate.
[0132]
When the field effect transistor of the present invention is applied to and used in a display device or various electronic devices, it may be a monolithic integrated circuit in which a large number of field effect transistors are integrated on a substrate, or each field effect transistor may be cut. May be used individually as discrete parts.
[0133]
【The invention's effect】
In the present invention, the gate length is determined by the film thickness of the gate electrode, and the source / drain electrode and the gate electrode can be formed in a self-aligned manner. In addition, it is not necessary to perform highly accurate alignment (mask alignment), and the parasitic capacitance between the gate electrode and the source / drain electrode is not increased. Further, the number of photolithography processes can be reduced, and an increase in manufacturing cost of the field effect transistor due to the introduction of an expensive manufacturing apparatus can be avoided. In the present invention, a conductive layer made of electrons or holes is induced in the semiconductor material layer (channel formation region) near the interface between the insulating film on the side surface of the gate electrode and the semiconductor material layer by the voltage applied to the gate electrode. A channel region is formed. Since the length of the channel region is mainly determined by the thickness of the gate electrode, a gate length of 1 μm or less can be easily achieved.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like for explaining a method of manufacturing a field effect transistor according to a first embodiment of the invention.
FIGS. 2A to 2C are schematic views of a substrate and the like for explaining the method of manufacturing the field effect transistor according to the first embodiment of the invention, following FIG. FIG.
3 is a schematic partial cross-sectional view of a substrate and the like for explaining the method for manufacturing the field effect transistor according to the first embodiment of the invention, following FIG. 2C. FIG.
FIG. 4 is a schematic plan view of the field-effect transistor according to the first embodiment of the invention.
5A to 5C are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like for explaining the method for manufacturing a field effect transistor according to the second embodiment of the invention.
6A to 6C are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like for explaining a method for manufacturing a field effect transistor according to
7A to 7B are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like for explaining a method for manufacturing a field effect transistor according to
8A to 8B are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like for explaining the method for manufacturing a field effect transistor according to the fifth embodiment of the invention.
9A to 9D are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like for explaining the method for manufacturing a field effect transistor according to the sixth embodiment of the invention.
FIGS. 10A to 10B are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like for describing a method for manufacturing a field effect transistor according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 11 illustrates a structural formula of a polymeric material suitable for use in the present invention.
FIG. 12 illustrates a structural formula of a polymeric material suitable for use in the present invention.
FIG. 13 illustrates a structural formula of a polymeric material suitable for use in the present invention.
14A to 14C are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like for explaining a conventional method of manufacturing a field effect transistor using an organic semiconductor material.
15A to 15C are schematic views of a substrate and the like for explaining a method of manufacturing a field effect transistor using a conventional organic semiconductor material, following FIG. 14C. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
(B)ゲート電極の第1の側面、及び、第2の側面に形成された絶縁膜、
(C)ゲート電極の第2の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された第1のソース/ドレイン電極、
(D)ゲート電極の第1の側面に面する基体の部分の上に形成された第2のソース/ドレイン電極、並びに、
(E)第1のソース/ドレイン電極から第2のソース/ドレイン電極に亙り形成された半導体材料層、
を具備し、
ゲート電極の第1の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分がチャネル形成領域に該当することを特徴とする電界効果型トランジスタ。(A) a gate electrode formed on a substrate, having a first side surface and a second side surface, and having a triangular cross-sectional shape;
(B) an insulating film formed on the first side surface and the second side surface of the gate electrode;
(C) a first source / drain electrode formed on a portion of the insulating film located on the second side surface of the gate electrode;
(D) a second source / drain electrode formed on the portion of the substrate facing the first side of the gate electrode; and
(E) a semiconductor material layer formed from the first source / drain electrode to the second source / drain electrode;
Comprising
A field effect transistor, wherein a portion of a semiconductor material layer formed on a portion of an insulating film located on a first side surface of a gate electrode corresponds to a channel formation region.
(b)ゲート電極の第1の側面、及び、第2の側面に絶縁膜を形成する工程と、
(c)ゲート電極の第2の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に第1のソース/ドレイン電極を形成し、ゲート電極の第1の側面に面する基体の部分の上に第2のソース/ドレイン電極を形成する工程と、
(d)第1のソース/ドレイン電極から第2のソース/ドレイン電極に亙り半導体材料層を形成し、以て、ゲート電極の第1の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分から成るチャネル形成領域を得る工程、
を具備することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。(A) forming a gate electrode having a first side surface and a second side surface and having a triangular cross-sectional shape on a substrate;
(B) forming an insulating film on the first side surface and the second side surface of the gate electrode;
(C) forming a first source / drain electrode on the portion of the insulating film located on the second side surface of the gate electrode, and forming a second source on the portion of the substrate facing the first side surface of the gate electrode; Forming a source / drain electrode of
(D) A semiconductor material layer is formed from the first source / drain electrode to the second source / drain electrode, and thus formed on the portion of the insulating film located on the first side surface of the gate electrode. Obtaining a channel forming region comprising a portion of the semiconductor material layer,
A method of manufacturing a field effect transistor.
(b)ゲート電極の第1の側面、及び、第2の側面に絶縁膜を形成する工程と、
(c)少なくともゲート電極の頂面及び第1の側面上に位置する絶縁膜の上に半導体材料層を形成し、以て、ゲート電極の第1の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に形成された半導体材料層の部分から成るチャネル形成領域を得る工程と、
(d)ゲート電極の第2の側面上に位置する絶縁膜の部分の上に第1のソース/ドレイン電極を形成し、ゲート電極の第1の側面に面する基体の部分の上に第2のソース/ドレイン電極を形成する工程、
を具備することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。(A) forming a gate electrode having a first side surface and a second side surface and having a triangular cross-sectional shape on a substrate;
(B) forming an insulating film on the first side surface and the second side surface of the gate electrode;
(C) forming a semiconductor material layer on at least the top surface of the gate electrode and the insulating film located on the first side surface, and thus on the insulating film portion positioned on the first side surface of the gate electrode; Obtaining a channel formation region comprising a portion of the semiconductor material layer formed in
(D) forming a first source / drain electrode on the portion of the insulating film located on the second side surface of the gate electrode, and forming a second source on the portion of the substrate facing the first side surface of the gate electrode; Forming a source / drain electrode of
A method of manufacturing a field effect transistor.
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