JP4938984B2 - トップコンタクト型電界効果トランジスタの製造方法およびトップコンタクト型電界効果トランジスタ - Google Patents

Description

本発明は、トップコンタクト型電界効果トランジスタ等を製造するために用いることができる方法、および、トップコンタクト型電界効果トランジスタに関する。

従来から、トップコンタクト型電界効果トランジスタが広く採用されている。図７は、一般的な電界効果型トランジスタの断面の構造を示したものであって、９１は基板を、９２はゲート電極を、９３はゲート絶縁膜を、９４はチャネルを、９５は上部電極をそれぞれ示している。
トップコンタクト型電界効果トランジスタでは、電流が、一方の上部電極９５からチャネル９４を経由して、他方の上部電極９５へ流れる。チャネル９４には、一般的に半導体薄膜が用いられるため、チャネル９４の電気抵抗は、ゲート電極９２に加える電圧によって調整される。ここで、２つの電極間の距離はチャネル長（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｌｅｎｇｔｈ）と呼ばれる。

ここで、上記チャネル部分として、有機半導体薄膜を用いた有機薄膜トランジスタ(Ｏｒｇａｎｉｃ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＯＴＦＴ)が広く研究されている。これは、第一に、無機薄膜トランジスタに比べて製造が簡略化できる期待が大きく、コスト面でも好ましいことが挙げられる。第二に最高移動度が１．０ｃｍ²／Ｖｓ程度であり、実用化への期待が高いことが挙げられる。第三に、室温でも製造可能なため、プラスチック基板上に素子を直接作製することができ、軽量化に有利であることによる。さらに、素子を載せたプラスチック基板全体を湾曲させても壊れず動作することも挙げられる。
このようなチャネル材料として用いられる有機半導体材料としては、大きく分けて低分子系材料と高分子系材料があり、低分子系材料がより求められている。これは、半導体としての特性がよいこと、製造方法も公知のものの流用が可能であること等の理由による。

ここで、チャネル材料として低分子材料を使用したトップコンタクト型の有機薄膜トランジスタは、真空蒸着法、マスク蒸着法、フォトリソグラフィー法の３つの方法を組み合わせて製造することが検討されている。
図８は、トップコンタクト型電界効果トランジスタの製造方法として考えられている方法を模式的に示したものである。以下、図に従って説明する。まず、基板１０上にゲート電極１１およびゲート絶縁膜１２を作製する（ａ）。この工程は、公知の製造方法（例えば、真空蒸着法）等で行なうことができる。そして、その上に、真空蒸着法でチャネル１３を形成する（ｂ）。次に、チャネル上にレジスト１４を塗布する（ｃ）。レジストの上にフォトマスクと呼ばれるパターンに従ったマスクをし、露光する（フォトリソグラフィー法）。そうすると、露光された部分（マスクされていない部分）のみが溶解し、一部のレジスト１４が残る（ｄ）。この上に、真空蒸着法にて電極層１５を形成する（ｄ）。そして、レジストを溶解する溶剤でレジストを除去すると、電極層１５のうち、必要な部分のみが残り上部電極１６が形成される（ｅ）。
しかしながら、実際にはこの方法は低分子有機半導体材料には用いることができない。これは、低分子系の有機半導体材料は溶剤に弱いため、例えば、上記（ｃ）の工程において、チャネル１３上にレジスト１４を塗布するのが上手くいかなかったり、上記（ｅ）の工程において、チャネル１３まで溶解してしまうことによる。
また、上記問題を解決するためにトップ効果型電界効果トランジスタの作製においてメタルマスクを使う方法も提案されているが、この場合素子寸法が大きくなってしまうという問題が残る。特に、薄い金属板のメタルマスクを用いた場合、チャネル長が広くなってしまい、チャネル長が２０μｍ以下のものを作製することができず、実用サイズに到達できていないという問題がある。
しかしながら、近年では微細化したトップコンタクト型素子の試作も試みられており、これらの報告（特許文献１）によれば微細化したトップコンタクト型素子でもトランジスタ動作そのものは確認できている。つまり、トップコンタクト型では作製方法そのものがボトルネックになっており、大量生産に対応した作製方法さえ確立すればトランジスタとしての動作が期待できるのである。
トップコンタクト型では、電極をチャネル形成後に作製できることから電極に用いる材料の制限を受けにくいというメリットがある。このため、電極として安価な金属を用いることができる可能性があり、コスト面から有利であると考えられる。従って、素子サイズが小さなトップコンタクト型素子の作製方法の確立は低コストで実用的なトランジスタの開発へとつながると考えられる。

Ｍｉｎａｒｉ ｅｔ ａｌ．Ｊ．Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．９６， ｐ．７６９（２００４）

本発明は上記課題を解決することを目的としたものであって、例えば、有機半導体材料層等の上に、チャネル長の短い電極（金属部）を作製する方法を提供することを目的とする。

本発明者が鋭意検討を行なった結果、従来の真空蒸着法、マスク蒸着法またはフォトリソグラフィー法といった方法とは全く異なった、新たな金属部の形成方法が必要であると考えた。
かかる状況のもと、本発明者は、下記手段により、本発明の課題を解決しうることを見出した。

（１）少なくとも１層の有機材料層上に、少なくとも２つの金属部であって、該金属部間の最短距離が０より大きく１００μｍ以下である金属部を作製する方法であって、
基板表面から上方に伸長する立上部と、該立上部から延長してさらに前記基板上の空間を２分するように横断する横断部とから少なくとも構成されるブリッジ構造を備えた基板を採用し、該基板上に前記２分された基板表面と前記横断部下の基板表面を連続的に覆うように有機材料を蒸着させる工程と、該蒸着後に前記横断部より上方の一定方向から前記有機材料上に金属を蒸着させる工程とを含む方法。
（２）前記最短距離が０より大きく２０μｍ以下である、（１）に記載の方法。
（３）前記ブリッジ構造の原料はレジストである、（１）または（２）に記載の方法。
（４）前記ブリッジ構造は、２種類以上のレジストの積層体である、（３）に記載の方法。
（５）最も基板から遠い側のレジストの厚さが最も薄い（４）に記載の方法。
（６）前記有機材料は、低分子有機半導体材料である、（１）〜（５）のいずれかに記載の方法。
（７）前記有機材料は、少なくとも２方向から角度をもって蒸着する（１）〜（６）のいずれかに記載の方法。
（８）前記有機材料を、蒸着中に加熱により拡散を促進する、（１）〜（７）のいずれかに記載の方法。
（９）前記有機材料を蒸着する工程および前記金属を蒸着する工程は、真空中で行なう、（１）〜（８）のいずれかに記載の方法。
（１０）前記金属は、金である、（１）〜（９）のいずれかに記載の方法。
（１１）（１）〜（１０）のいずれかに記載の方法を含む、トップコンタクト型電界効果トランジスタの製造方法。
（１２）（１１）に記載の方法により製造された、トップコンタクト型電界効果トランジスタ。

本発明の方法を採用することにより、有機材料層の上に、少なくとも２つの金属部であって、その最短距離が０より大きく１００μｍ以下である金属部を作製することが可能になった。この結果、例えば、チャネル長が０より大きく１００μｍ以下であって、低分子有機半導体材料からなるチャネルを用いた電界効果トランジスタ等を作製することが可能になった。

以下において、本発明の内容について詳細に説明する。尚、本願明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。

本発明は、少なくとも１層の有機材料層上に、少なくとも２つの金属部であって、該金属部間の最短距離が０より大きく１００μｍ以下である金属部を作製する方法であって、基板表面から上方に伸長する立上部と、該立上部から延長してさらに前記基板上の空間を２分するように横断する横断部とから少なくとも構成されるブリッジ構造を備えた基板を採用し、該基板上に前記２分された基板表面と前記横断部下の基板表面を連続的に覆うように有機材料を蒸着させ、該蒸着後に前記横断部より上方の一定方向から前記有機材料上に金属を蒸着させることを特徴とするものである。
以下、本発明について詳細に説明する。

本発明のブリッジ構造は、基板表面から上方に伸長する立上部と、該立上部から延長してさらに前記基板上の空間を２分するように横断する横断部とから少なくとも構成される。
ここで、立上部は、基板表面から上方に伸長しているものであり、必ずしも垂直であることを必須の要件とするものではない。好ましくは、４５〜１３５度の角度を持って上方向に伸張しているものである。
横断部とは、延長してさらに前記基板上の空間を２分するように横断するものであり、必ずしも基板の平面に水平に横断する必要はない。好ましくは、基板に対し、±４５度の範囲の角度をもって横断するものである。
また、基板を２分するようにとは、横断部が基板上に在し、例えば、基板を上方から見たときに、基板上に横断部によって分かれて見える２つの領域が形成されていることをいう。このように２分されることによって、該横断部の幅に相当する間隙を有する２つの金属部が形成される。従って、さらに多くの横断部を設けることによって、さらに多くの金属部を形成することができる。

好ましいブリッジ構造としては、基板の板面に垂直な方向から見た場合、ノの字、コの字、Ｕの字、Ｍの字、Ｔの字等に類似する形をしている場合が挙げられる。基板の板面に平行な方向から見た場合、田の字、日の字、Ｎの字等に類似する形をしている場合が挙げられる。これらが２つ以上組み合わさったものも採用できる。もちろん、これ以外の形であってもよい。

ブリッジ構造の製造方法、材質等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではなく、用途等に応じて適宜定めることができる。例えば、薄膜トランジスタ等の製造に採用される、レジストを用いることが好ましい。レジストとしては、例えば、感光性樹脂、化学増幅型レジスト、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）などの電子線レジストなどが好ましい。
また、マイクロマシン技術を採用することもできる。マイクロマシン技術については、例えば、犠牲層エッチング（ナノ加工・サブミクロン加工の最先端動向、東レリサーチセンター発行）等に記載のものを採用できる。

本発明では、金属部間の最短距離が０より大きく１００μｍ以下である。最短距離は、０より大きく２０μｍ以下が好ましく、０より大きく１０μｍ以下がより好ましく、０より大きく５μｍ以下がさらに好ましい。このように短い距離で２つの金属部を設けることが可能になったため、例えば、薄膜トランジスタの電極に用いる場合に素子を小さくすることができ好ましい。
さらに、本発明の方法は、１つの金属部の一端から他の一端の間の最大値（最大距離）が、例えば、５μｍ以下のものや、さらには１μｍ以下のものも作製することができる点で極めて有意である。この結果、一つの独立したトランジスタ素子の面積を１μｍ²以下とすることも可能であり、素子の微細化ができる点でも極めて有意である。

本発明では、有機材料は、基板上に前記２分された基板表面と前記横断部下の基板表面を連続的に覆うように蒸着させる。ここで、連続的に覆うように蒸着させるとは、横断部の下部も含めた基板表面に蒸着させることをいう。但し、基板表面を完全に蒸着させる必要性は無い。例えば、２つの金属部が設けられる場合、該２つの金属部の下部を含む連続した領域が蒸着していればよい。
蒸着の方法は、特に定めるものではなく、真空蒸着等の公知の方法を広く採用できる。
ここで、有機材料は、２方向以上の方向から蒸着させることにより、および／または、拡散しやすい性質を利用して拡散させることにより、基板表面に横断部の下部にも有機材料を蒸着させることができる。有機材料を拡散によって蒸着させる場合、基板を加熱する等の操作を行なうことが好ましい。

有機材料は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではないが、低分子有機半導体材料が好ましい。ここで、低分子有機半導体材料とは、例えば、単量体分子のことを示し、重合若しくは縮合を起こしていない分子のことおよび／または分子量が１０００以下のもの等をいう。このように有機材料層等の上に、２つ以上の金属部を設けることが可能になったため、有機材料として、チャネル材料である有機材料半導体材料を用い、金属部を電極とすることにより、トップコンタクト型電界効果トランジスタの製造に好ましく用いることができる。尚、有機材料層は、平坦状のものに限らず、上記金属部をこれより上部に設けることができる限り、凹凸を有しているものであっても本発明の範囲内に含まれる趣旨である。また、有機材料層は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、無機材料等を含んでいてもよい。従って本発明でいう有機材料には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、無機材料等を含んでいるものも含む趣旨である。
本発明における有機材料層は、有機材料を例えば２方向から蒸着した場合、その両者が重なる部分が山状になる。従って、該山状の部分の上に、金属を蒸着させると通常の平板状の有機材料層の上に金属を蒸着させるよりも、金属と有機材料の接触面積が大きくなり好ましい。

有機材料としては、例えば、ポリピロール、ポリ（Ｎ−置換ピロール）、ポリ（３−置換ピロール）、ポリ（３，４−二置換ピロール）などのピロール類、チオフェン、ポリチオフェン、ポリ（３−置換チオフェン）、ポリ（３，４−二置換チオフェン）、ポリベンゾチオフェンなどのチオフェン類、ポリイソチアナフテンなどのイソチアナフテン類、ポリチェニレンビニレンなどのチェニレンビニレン類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）などのポリ（ｐ−フェニレンビニレン）類、アニリン、ポリアニリン、ポリ（Ｎ−置換アニリン）、ポリ（３−置換アニリン）、ポリ（２，３−置換アニリン）などのアニリン類、ポリアセチレンなどのポリアセチレン類、ポリジアセチレンなどのポリジアセチレン類、ポリアズレンなどのポリアズレン類、ポリピレンなどのポリピレン類、ポリカルバゾール、ポリ（Ｎ−置換カルバゾール）などのポリカルバゾール類、ポリセレノフェンなどのポリセレノフェン類、ポリフラン、ポリベンゾフランなどのポリフラン類、ポリ（ｐ−フェニレン）などのポリ（ｐ−フェニレン）類、ポリインドールなどのポリインドール類、ポリピリダジンなどのポリピリダジン類、ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセンなどのアセン類およびアセン類の炭素の一部をＮ、Ｓ、Ｏなどの原子、カルボニル基などの官能基に置換した誘導体（トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−６，１５−キノンなど）、ポリビニルカルバゾール、ポリフエニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィドなどのポリマーや特開平１１−１９５７９０号公報に記載された多環縮合体などを用いることができる。また、これらのポリマーと同じ繰返し単位を有するたとえばチオフェン６量体であるα−セクシチオフェンα，ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α，ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α，ω−ビス（３−ブトキシプロピル）−α−セクシチオフェン、スチリルベンゼン誘導体などのオリゴマーも好適に用いることができる。さらに銅フタロシアニンや特開平１１−２５１６０１号公報に記載のフッ素置換銅フタロシアニンなどの金属フタロシアニン類、ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド、Ｎ，Ｎ'−ビス（４−トリフルオロメチルベンジル）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミドとともに、Ｎ，Ｎ'−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロオクチル）、Ｎ，Ｎ'−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロブチル）及びＮ，Ｎ'−ジオクチルナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン２，３，６，７テトラカルボン酸ジイミドなどのナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、及びアントラセン２，３，６，７−テトラカルボン酸ジイミドなどのアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類などの縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８４等フラーレン類、ＳＷＮＴなどのカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類などの色素などがあげられる。これらのうちで好ましくは、アセン類、フラーレン類、チオフェン類である。

本発明では、金属は、前記横断部上方の一定方向から前記有機材料上に蒸着させる。ここでいう有機材料上とは、有機材料を蒸着することによって形成された有機材料層の表面に蒸着してもよいし、有機材料層の上に何らかの層（他の層）を設けた上に蒸着してもよい趣旨である。このような他の層は、上記に記載の有機材料層であってもよいし、全く異なった層であってもよい。例えば、電界効果トランジスタに用いる場合、有機材料層（チャネル）と、金属部（電極）の間にバッファー層を設けてもよい。バッファー層は、チャネルと電極の接触を向上させたり、トランジスタ特性を向上させる役割を果たす。バッファー層としては、例えば、ヨウ素、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、塩化鉄などが挙げられる。

金属は、拡散しにくい性質を有するため、横断部よりも上方の一定方向から金属を蒸着させると、基板を、蒸着方向から見たときに、全くブリッジ構造が存在しない部分の有機材料層等の上に金属が蒸着し、他の部分はブリッジ構造の上に金属が蒸着する。この結果、有機材料層の上に、間隔を持って２つ以上の金属部を形成することができるのである。蒸着の角度は一定方向から蒸着すれば、角度は特に定めるものではないが、好ましくは、８０〜１００度の角度である。
蒸着の方法は、特に定めるものではなく、公知の方法を広く採用できる。好ましくは、真空蒸着である。本発明の方法は真空下で行なえるので、金属を蒸着する際にも、酸化することがないので好ましい。

金属部に用いられる金属としては、本願発明の精神を逸脱しない限り広く採用できる。例えば、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タリウム（Ｔｌ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）等を用いることができる。さらに、これらを組み合わせたものも採用することができる。本発明の方法は、特に、アルミ（Ａｌ）等の安価な金属も用いることができる点からも好ましい。

本発明でいう基板は、後述する支持体をそのまま採用してもよいし、該支持体上に何らかの層等を形成したものであってもよい。例えば、支持体上に、絶縁層、電極となる層、有機材料層及び／又は無機材料層を１層又は２層以上設けたものが挙げられる。
従って、本発明でいう基板は必ずしも平板状である必要はなく、凹凸を有していてもよい。
支持体は、特に定めるものではないが、例えば、絶縁性支持体、半導体性支持体その他、プラスチックフィルム、ガラス板、木板、厚紙等広く採用することができる。さらに、絶縁体支持体としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、フッ化カルシウム、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂、ポリイミド、テフロン、光ラジカル重合体、ノボラック樹脂等を用いることができる。半導体性支持体としては、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、インジウム燐、炭化シリコン等を用いることができる。

本発明の方法のさらなる詳細について、トップコンタクト型電界効果トランジスタの製造に応用した例を参酌しながら説明する。従って、以下に述べる方法は、必ずしもトップコンタクト型電界効果トランジスタに限定されるものではなく、適宜、他の用途で本発明の方法を用いる場合にも適用することができる。
図１は、本発明の方法をトップコンタクト型電界効果トランジスタの製造に応用した一例であって、１は支持体を、２はゲート電極を、３はゲート絶縁膜を、４はレジスト（図１中の斜線部分）を、５は有機チャネルを、６は上部電極を、７は電極材料を、８は絶縁膜を、それぞれ示している。
ここで、本実施形態の支持体１とゲート電極２とゲート絶縁膜３を積層したものが本発明でいう「基板」に相当し、レジスト４が「ブリッジ構造」に相当し、有機チャネルが「有機材料層」に相当し、２つの上部電極６が「金属部」に相当する。

図１（ａ）は、支持体１上にゲート電極２とゲート絶縁膜３を設けたものである。
ここで、ゲート電極２としては、特に限定されるものではなく、従来この種のトランジスタに採用されているものを広く用いることができる。例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ポリシリコン、シリサイド、有機導電体を採用することができる。また、ゲート絶縁膜３としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、フッ化カルシウムなどの無機材料、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、テフロン（登録商標）などの高分子材料、アミノプロピルエトキシシランなどの自己組織化分子膜などを好ましく用いることができる。

図１（ｂ）は、（ａ）の上にレジスト４を設けたものである。本実施形態のレジストは図２に示す方法で作製することができる。すなわち、基板２０の上に、２種類のレジスト（レジストＡ ２１、レジストＢ２２）を順次積層する（図２の（ａ））。ここで、レジストＡ２１はレジストＢ２２よりも現像液に溶けやすいものを採用している。そのため、（ｂ）のように露光したものを現像すると（図２（ｂ））、レジストＡ２１の部分の方が多く溶解する。その結果、レジストＢ２２の中央部分はレジストが宙に浮いた状態となり、横断部となる（図２（ｃ））。尚、図２（ｂ）の２３は露光部分を、図２（ｃ）の２４は、レジストによって形成されたブリッジ構造を示している。
レジストの種類数は特に定めるものではなく、望ましいブリッジ構造の形状に応じて、適宜定めることができる。従って、用いるレジストの種類は、１種類でも、２種類でも、３種類以上でもよい。特に、２層以上のレジストを積層する場合は、最も基板に遠い側のレジストの厚さが最も薄いことが好ましい。
レジストの作製方法は、上記の他、公知の方法を広く採用することができる。例えば、‘‘Handbook of Microlithography, Micromachining, and Microfabrication, 1^st Edition.’’Edited by P. Rai-Choudhury, SPIE. Bellingham, Washington, USA 1997,に記載の方法を好ましく採用できる。
また、レジストを含んだまま素子とする場合には、レジストは水分やガス等の放出が少ないものであることが好ましい。

図１（ｃ−１）および（ｃ−２）は、上記（ｂ）の上に、さらに、有機チャネル５を蒸着したものである。ここで、有機チャネル５は（ｃ−１）および（ｃ−２）の矢印に示すとおり、２方向から、基板に対し角度を持たせて蒸着させている。このように蒸着させることにより、チャネルをより容易に基板に蒸着させることができる。このときの角度は、蒸着させる材料の種類やブリッジ構造の形状に応じて適宜定めることができるが、２０〜８０度が好ましく、３０〜７０度がより好ましい。もちろん、有機チャネル５は拡散性を有するため、１方向から略垂直に蒸着させ拡散させて形成してもよい。逆に、レジスト４（ブリッジ構造）の形状によっては、３方向以上から蒸着させて有機チャネル５を形成してもよい。

ここで、レジストは、一番上の層（基板から最も遠い層）と比較して、二層目の厚みは十分に厚く（例えば、５倍以上）とすることが好ましい。このような構成とすることにより、一番上のレジストの厚みは無視できるほど薄いと仮定でき、その下の層の部分の厚みだけを考慮して考えることができる。そうすると、例えば、図３に示すように、有機材料等を蒸着する角度をθ、レジスト３１の厚みをｄとしたとき、有機材料３２の進入長Ｌは、Ｌ ＝ ｄ・ｔａｎθで近似することができる。よって、蒸着する角度に傾斜を持たせることにより、また、レジストの厚みを厚くすることにより、有機材料をより遠くまで侵入させることができる。ここで、近似とは、例えば、誤差がＬの２０％以内のことをいう。尚、図３中、３１はレジストを、３２は有機材料を、３３は基板を、それぞれ示している。

図１（ｄ）は、上記（ｃ−２）の上に上部電極６を蒸着したものである。上部電極は、金属（電極材料）を基板に対し略垂直の方向から蒸着して作製する。よって、金属（電極材料）は、チャネルの上部のほか、レジスト４の上部にも蒸着されている（図１中の７）。しかしながら、金属は、拡散しないためレジスト４の下部に入り込まない。従って、金属を基板に対し、略垂直に蒸着することにより、電極６と電極６の間の隙間（チャネル長）が形成される。このようにして得られるチャネル長は極めて短いため、トップコンタクト型電界効果トランジスタの小型化を図ることができる。尚、（ｄ）では、素子の動作に不要な部分（例えば、レジストの上部に蒸着した電極材料７等）が残っているが、後述する実施例にも記載のとおり、動作に影響を与えないため除去はしなくてもよい。

図１（ｅ）は、上記（ｄ）の上にさらに絶縁膜８を設けたものである。この結果、構造が強化され、絶縁性が確保され、素子も保護される。

図１（ｃ）〜（ｅ）の工程は真空中で行なうことが好ましく、真空中で連続して行なうことがより好ましい。真空中で行なうことにより、上部電極に採用する金属の酸化が妨げられるため、金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）以外の安価な金属（例えば、アルミ（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）等）も電極としてより好ましく採用できる。さらに、有機チャネルの劣化も防ぐことができ好ましい。

さらに、有機チャネルと上部電極の間にバッファー層を設けてもよい。バッファー層を設けることにより、素子特性向上や特性の最適化が可能となる。例えば、有機チャネルとしてペンタセンを、上部電極としてＡｕなどを用いた場合、バッファー層にＴＣＮＱを用いると、電極−ペンタセン間の接触抵抗低減という観点から好ましく、有機チャネルとしてペンタセンを、上部電極としてＡｕなどを用いた場合、バッファー層にＴＰＤ、ＮＰＤなどのアモルファス薄膜を用いると、チャネル表面の平担化という観点から好ましい。
特に、本発明のようにチャネル長が極めて短いものでは、バッファー層を設けることによりチャネルと上部電極の接触抵抗が支配的になるのをより効果的に抑止でき、好ましい。

次に、本発明の方法を、電界効果トランジスタに利用する第２の実施形態について、図４に基づいて説明する。ここで、チャネル４０は電極間にのみ存在することが望ましいため、従来方法を用いた場合には、電極間にのみチャネル４０を予めパターニングしておく必要が生じ、工程数が増えてしまう。図４（ａ）では、チャネル４０がソース電極・ドレイン電極４１の間の領域にだけ製膜している。つまり、その他の金属配線４２部分は、基板４３の上に直接に堆積している。これは、数万個単位の電界効果トランジスタ同士が金属配線された状態でその全てを動かすことを想定したものである。ここでチャネル４０は電極間にのみ存在することが好ましいため、従来方法を用いた場合には、電極間にのみチャネル４０を予めパターニングしておく必要が生じ、工程数が増えてしまう。しかしながら、従来知られている方法では、金属配線４２部分の直下にもチャネルが存在してしまい、基板と配線の密着性が悪化してしまう可能性があった。本発明の方法を採用することによりこの問題が解消された。すなわち、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、チャネル４０形成時に、メタルマスク４４を用いて部分的にチャネル４０を形成する。その後、メタルマスク４４を除去して全体に金属（電極材料）を堆積すると、図４（ｃ）に示すように、チャネル４０が自動的にソース・ドレイン電極４１直下とその近傍に形成できることになる。これによりチャネル４０、金属配線４２とソース・ドレイン電極４１を同時に形成でき、工程数の低減が実現する。同時に、金属配線４２の下にはチャネル４０が存在しないため、金属配線４２は基板と良好に密着し、素子の信頼性も向上する。レジスト４５（図４中の斜線部分）上には不要な金属（電極材料）４６やチャネル材料４７が残るが、これがトランジスタ特性に問題ないことは後述する実施例より明らかである。

さらに、上記電界効果トランジスタを数万個搭載した基板上に、一般的には、液晶表示部分や電気泳動表示部、有機ＥＬ表示部等を形成する。ここで、その前段階として、ソース電極・ドレイン電極を形成した後、全体を保護・補強するための膜（保護膜）で基板を覆うのが好ましい。保護膜を設けることにより、その後の溶液プロセスやその他の通常のプロセスをより行ないやすくなる。また、電界効果トランジスタと配線以外の不要な部分を除去しやすくなる。

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。

実施例
１．試料の作製
ＳｉＯ₂／Ｓｉ基板（（株）Ｅ＆Ｍ製）を５ｍｍ²に裁断し、洗浄後、その上に電子線レジストを塗布し電子線リソグラフィー法を用いてブリッジ構造を作製した。
電子線レジストは三層構造とし、一層目は９％のメチルメタクリレート（ＭＭＡ）を含むエチルラクテート溶液を、二層目は２％のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）４９５ｋを含むアニソール溶液を、三層目は２％ＰＭＭＡ９５０ｋを含むアニソール溶液を用いた。各層のレジストの塗布は 、（株）ＭＩＫＡＳＡ製のスピンコーターを用いて行った（５秒間、５００ｒｐｍの初期回転の後に４０秒間５０００ｒｐｍの定常回転）。各層のレジストを塗布後、オーブンでベーキングを行い、余分な溶液を除去した。塗布したレジストの厚みを段差計((株)テンコール社製)で測定したところ、一層目が３３０ｎｍ、二層目が６０ｎｍ、三層目が１１０ｎｍであった。従って、基板からの厚みが５００ｎｍであることが認められた。

電子線描画
三層の電子線レジストを塗布した基板に対し、同一基板上に電子線描画した。用いた描画装置は (株)エリオニクス ＥＬＳ−７５００であり、描画条件として加速電圧２０ｋＶ、ドーズ量２２５ｍＣ/ｃｍ²を用いた。パターンを基板に描画した後、基板をメチルエチルケトン（ＭＩＢＫ）：イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）＝１：３溶液に１０秒間浸してパターンを現像した。現像後、ＩＰＡ中で基板上の現像液を注ぎ落とし、窒素ガスで基板を乾燥させた。

その後、この基板に対して真空蒸着により、真空度２×１０^-4Ｐａの真空下で、低分子有機半導体であるペンタセン、電極であるＡｕを真空下で連続蒸着した。各々の蒸着条件は以下の通りである。
ペンタセン：基板法線に対し、±４５度の方向から、一方は、レート０．３ｎｍ／ｓ、他方は、レート０．５ｎｍ／ｓで、それぞれ、厚さ５０ｎｍに蒸着
Ａｕ:基板に垂直に、レート１．０ ｎｍ／ｓで、厚さ８０ｎｍに蒸着
使用した蒸着器は（株）入江工研製のものである。

本実施例では、ペンタセンを４５度の角度で蒸着し、ペンタセンの進入長は３００〜３５０ｎｍであることが認められた。一方、レジストの基板からの厚みは、上述のとおり５００ｎｍであったため、ペンタセンの蒸着が好ましい態様で行なわれていることが確認できた。

図７は、上記素子の光学顕微鏡(ＮＩＫＯＮ製)および電子線顕微鏡(ＨＩＴＡＣＨＩ Ｓ−４８００)で観察を行なった結果を示したものである。図７（ａ）は基板全体を、（ｂ）は２つの素子の全体図を示したものである。（ｃ）は素子中央部を試料上部から見た図で、（ｄ）は同部分を斜め方向から観察した図である。ここで、電極間隔は０．４μｍであることが確認できた。（ｄ）より、レジスト上部と下部の有機物ならびに金属がレジスト断面を境に段切れを起こしている様子がはっきりと確認できた。すなわち、有機材料層の表面に２つの金属部が形成されていることを確認できた。また、（ｅ）は、（ｄ）の点線部分（ブリッジ付近）の拡大図であり、ブリッジ直下に金属が回り込んでおらず、有機チャネルのみが回り込んでいる様子がはっきり確認できた。ここで、７１は有機チャネル上のＡｕ電極を、７２はブリッジ直下の有機チャネルを、７３はブリッジの上のＡｕ（金）をそれぞれ示している。
さらに、設計寸法と実際の素子寸法を比較したが、大きなずれは認められなかった。
尚、図７（ｂ）において、素子(黒い部分)に穴が開いているのは、電気特性評価のためにプロ−バーの針を落とした部分である。

電気特性の評価
半導体パラメータアナライザ（ヒューレット・パッカード社、ＨＰ４１５６Ａ）が接続されたマニュアルプロ−バー((株)日本マイクロニクス、７０８ｆＴ−００６)を用いて作製した素子の電気特性を評価した。すなわち、図８（ａ）に示すように、試料８１を、銅板８２上にＡｇペースト８３で固定した。ソース・ドレイン電極（端子）に対しては試料上に直接プロ−バーの測定針を落とした。ゲート電極としては、Ｓｉ基板そのものを使用した。このために、試料固定の際には、試料の端を劈開し、劈開部と銅板を直ちに銀ペーストで接続後、銅板に測定針を落とすことによりゲート電圧を印加した。図８（ｂ）は一定のゲート電圧(Ｖ_G)＋４、 ＋２、 ０、 −２、−４、 −６を印加した下でドレイン電圧(Ｖ_D)を０Ｖから−１０Ｖまで掃引した結果を示したものであり、これより素子が明瞭なトランジスタ特性を示すことが分かった。また、図８（ｃ）は一定のＶ_D＝−１０ Ｖ（飽和領域に相当）を印加した下でＶ_Gをスキャンした結果であるが、ゲート電圧によって電流変調が行われている様子がはっきり確認できた。この図からトランジスタの移動度を求めたところ、２．９(１０^-2ｃｍ²／Ｖｓであった。
以上より、チャネルを流れる電流(Ｉ_D)がゲート電圧(Ｖ_G)により変化していることがはっきり認められ、上記素子がトランジスタ特性を有していることが認められた。

本発明の方法は、有機材料層等の上に、微細な金属部を極めて狭い距離で２つ以上設けることができる。そのため、薄膜上に微細な電極を作製することが極めて有用である。特に、従来非現実的であるとされていたトップコンタクト型電界効果トランジスタの作製も可能になった。そのほか、工程を工夫することにより、整流素子（ダイオード）等の作製にも好ましく採用することができる。

また。本発明の方法は、工場における大量生産にも適しているため、かかる観点からも発展性が見込まれる。

本発明の方法を、トップコンタクト型電界効果トランジスタの製造に利用する第１の実施形態を示す概略図である。 レジスト（ブリッジ構造）の作製方法の一例を示す概略図である。 有機チャネルの蒸着角度と侵入長の関係を示す概略図である。 本発明の方法を、電界効果トランジスタの製造に利用する第２の実施形態を示す概略図である。 本発明の実施例で作製した素子の光学顕微鏡写真および電子線顕微鏡写真を表す。 本発明の実施例で作製した素子の電気特性を示す図である。 従来から用いられている、一般的なトップコンタクト型電界効果トランジスタの構造を示す概略図である。 従来検討されていたトップコンタクト型電界効果トランジスタの製造方法を示す害略図である。

符号の説明

１ 支持体
２ ゲート電極
３ ゲート絶縁膜
４ レジスト
５ 有機チャネル
６ 上部電極
７ 電極材料
８ 絶縁膜
２０ 基板
２１ レジストＡ
２２ レジストＢ
２３ 露光部分
２４ ブリッジ構造
３１ レジスト
３２ 有機材料
３３ 基板
４０ チャネル
４１ ソース電極・ドレイン電極
４２ 金属配線
４３ 基板
４４ メタルマスク
４５ レジスト
４６ 電極材料
４７ チャネル材料
７１ 有機チャネル上のＡｕ電極
７２ ブリッジ直下の有機チャネル
７３ ブリッジの上の金
８１ 試料
８２ 銅板
８３ Ａｇペースト
９１ 基板
９２ ゲート電極
９３ ゲート絶縁膜
９４ チャネル
９５ 上部電極
１０ 基板
１１ ゲート電極
１２ ゲート絶縁膜
１３ チャネル
１４ レジスト
１５ 電極層
１６ 上部電極

Claims (10)

1. 少なくとも１層の低分子有機半導体材料層上に、２つの金属電極であって、該金属電極間の最短距離が０より大きく１００μｍ以下である電極を有するトップコンタクト型電界効果トランジスタを作製する方法であって、
   基板表面から上方に伸長する立上部と、該立上部から延長してさらに前記基板上の空間を２分するように横断する横断部とから少なくとも構成されるブリッジ構造を備えた基板を採用し、該基板上に前記２分された基板表面と前記横断部下の基板表面を連続的に覆うように低分子有機半導体材料を蒸着させて前記低分子有機半導体材料層を形成する工程と、該蒸着後に前記横断部より上方の一定方向から前記低分子有機半導体材料上に金属を蒸着させて前記金属電極を形成する工程とを含む方法。
2. 前記最短距離が０より大きく２０μｍ以下である、請求項１に記載の方法。
3. 前記ブリッジ構造の原料はレジストである、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ブリッジ構造は、２種類以上のレジストの積層体である、請求項３に記載の方法。
5. 最も基板から遠い側のレジストの厚さが最も薄い請求項４に記載の方法。
6. 前記低分子有機半導体材料は、少なくとも２方向から角度をもって蒸着する請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記低分子有機半導体材料を、蒸着中に加熱により拡散を促進する、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記低分子有機半導体材料を蒸着する工程および前記金属を蒸着する工程は、真空中で行なう、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記金属は、金である、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法により製造された、トップコンタクト型電界効果トランジスタ。