JP5573015B2 - トランジスタの製造方法、トランジスタ及び回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、トランジスタの製造方法、トランジスタ及び回路基板に関する。

基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース及びドレイン電極が形成され、ソース及びドレイン電極とソース及びドレイン電極間のゲート絶縁膜上に有機半導体膜が形成されたトランジスタにおいて、ソース及びドレイン電極間の有機半導体膜の膜厚が、ソース及びドレイン電極上の有機半導体膜の膜厚よりも薄いトランジスタ（例えば、特許文献１参照。）、ソース及びドレイン電極間の有機半導体膜の膜厚が、ゲート絶縁膜の表面からソース及びドレイン電極上の有機半導体膜の表面までの高さよりも厚い、又はほぼ等しいトランジスタ（例えば、特許文献２及び３参照。）が知られている。

特開２００６−３３２４７４号公報 特開２００８−２１８８６９号公報 特開２００７−２３４９７４号公報

本発明の目的は、ソース及びドレイン電極間の有機半導体膜の膜厚を厚くしたトランジスタ、ソース及びドレイン電極上の有機半導体膜の膜厚を厚くしたトランジスタ、及びソース及びドレイン電極間とソース及びドレイン電極上の有機半導体膜の膜厚を厚くしたトランジスタと比べて、優れた電気特性を有するトランジスタの製造方法、トランジスタ及び回路基板を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下のトランジスタの製造方法、トランジスタ及び回路基板を提供する。

［１］基板と、前記基板の表面に形成されたゲート電極と、前記基板上に前記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート電極の両側に前記ゲート絶縁膜を介して形成されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に設けられた厚肉部と前記ソース電極及び前記ドレイン電極によって挟まれた前記ゲート絶縁膜上に設けられ、前記厚肉部よりも膜厚の薄い薄肉部と前記薄肉部上の一部に設けられた凸部とを有し、有機半導体材料を含んで形成された半導体膜と、を備えたトランジスタ。

［２］前記半導体膜は、前記薄肉部の膜厚ＷＡに対する前記凸部の膜厚ＷＢの膜厚比がＷＢ／ＷＡ＞１０である前記［１］に記載のトランジスタ。

［３］前記半導体膜は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極によって挟まれた前記半導体膜と前記ゲート絶縁膜との接触面の面積Ｓ１に対する前記薄肉部の表面積Ｓ２の面積比がＳ２／Ｓ１＞０．０５である前記[２]に記載のトランジスタ。

［４］ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極及びドレイン電極が形成された基板を準備する工程と、前記基板上に有機半導体材料を塗布し、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に設けられた厚肉部と前記ソース電極及び前記ドレイン電極によって挟まれた前記ゲート絶縁膜上に設けられ、前記厚肉部よりも膜厚の薄い薄肉部と前記薄肉部上の一部に設けられた凸部とを形成して半導体膜を形成する工程と、を含むトランジスタの製造方法。

［５］前記半導体膜を形成する工程は、インクジェット法又はディスペンサ法によって行われる前記[４]に記載のトランジスタの製造方法。

［６］前記半導体膜を形成する工程は、平版印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法又はディスペンサ印刷法によって行われる前記[４]に記載のトランジスタの製造方法。

［７］前記半導体膜を形成する工程は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極によって挟まれた前記ゲート絶縁膜上に前記有機半導体材料を含む溶液を塗布し、塗布した前記溶液を乾燥させることによって前記薄肉部及び前記厚肉部を形成し、その後に前記凸部を形成することによって行う前記[５]又は[６]に記載のトランジスタの製造方法。

［８］前記[１]〜[３]のいずれか１項に記載のトランジスタ、又は前記[４]〜[７]のいずれか１項に記載のトランジスタの製造方法によって製造されてなるトランジスタを備えた回路基板。

請求項１、４、８に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べ優れた電気特性を有すると共に無機材料と比べて低温で形成することができる。

請求項２に係る発明によれば、薄肉部の膜厚ＷＡに対する凸部の膜厚ＷＢの膜厚比が、ＷＢ／ＷＡ＜１０である場合と比べてＯＮ／ＯＦＦ比が向上する。

請求項３に係る発明によれば、ソース電極及びドレイン電極によって挟まれた半導体膜とゲート絶縁膜との接触面の面積Ｓ１に対する薄肉部の表面積Ｓ２の面積比がＳ２／Ｓ１＜０．０５である場合と比べてＯＮ／ＯＦＦ比が向上する。

請求項５、６、７に係る発明によれば、他の方法によって半導体膜を形成する場合と比べて、簡単な製造方法でトランジスタを製造することができる。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るトランジスタの上面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）のI（ｂ）―I（ｂ）線断面図である。 図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施の形態に係るトランジスタの製造方法の工程を示す要部断面図である。 図３は、本発明の第２の実施の形態に係るトランジスタの要部断面図である。 図４は、本発明の第３の実施の形態に係るトランジスタを使用した回路基板の概略図である。 図５は、本発明の実施例１に係る有機半導体膜の膜厚に関するグラフである。 図６は、本発明の実施例１に係る有機半導体膜の結晶の配向性に関するグラフである。 図７は、本発明の実施例１に係るドレイン電圧とドレイン電流の関係を示すグラフである。 図８は、本発明の実施例２に係る有機半導体膜の膜厚に関するグラフである。 図９は、本発明の実施例３に係る有機半導体膜の膜厚に関するグラフである。 図１０は、比較例１の有機半導体膜の膜厚に関するグラフである。 図１１は、比較例１の有機半導体膜の結晶の配向性に関するグラフである。 図１２は、比較例２の有機半導体膜の膜厚に関するグラフである。 図１３は、比較例２の有機半導体膜の結晶の配向性に関するグラフである。 図１４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の変形例に係るトランジスタの要部断面図である。

（トランジスタの構成）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るトランジスタの上面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）のI（ｂ）―I（ｂ）線断面図である。図１（ａ）及び（ｂ）に示すトランジスタ１は、例えば、基板１０上に形成された複数のトランジスタのうちの１つの周辺部分を断面図として図示している。

このトランジスタ１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板１０と、基板１０の表面に形成されたゲート電極１２と、基板１０上にゲート電極１２を覆うように形成されたゲート絶縁膜１４と、ゲート電極１２の両側にゲート絶縁膜１４を介して形成されたソース電極１６及びドレイン電極１８と、ソース電極１６及び前記ドレイン電極１８上の厚肉部２２０とソース電極１６及びドレイン電極１８によって挟まれたゲート絶縁膜１４上に設けられ、厚肉部２２０よりも膜厚の薄い薄肉部２２２と薄肉部２２２上の一部に形成された凸部２２４とを有する有機半導体膜２２と、を備えて概略構成されている。

なお、ソース電極１６及びドレイン電極１８は、図１（ａ）に対して平行方向に、かつ互いが略平行となるように形成されている。また、ゲート電極１２は、図１（ｂ）に対して垂直方向に、ソース電極１６及びドレイン電極１８の双方と略平行となるように形成されている。トランジスタ１は、このゲート絶縁膜１４上のソース電極１６及びドレイン電極１８の間に複数の有機半導体膜２２を形成することで複数形成される。このトランジスタ１に、さらに他の素子や回路等を組み合わせることによって所望の回路基板、半導体装置、及びそれらを組み込んだ電子機器が製造される。

基板１０は、例えば、ガラス、石英、酸化アルミニウム、サファイア、窒化珪素、炭化珪素等のセラミックス基板、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム燐、ガリウム窒素等の半導体基板、ポリエチレンテレフタレート、ポリナフタレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、 エチレンビニルアルコール共重合体、環状ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリスチレン等の樹脂基板、紙、不織布等が用いられるが、これらに限定されない。また、樹脂基板は、例えば、フィルム状に形成されても良い。

ゲート電極１２、ソース電極１６及びドレイン電極１８は、導電性材料であれば、特に電極材料は、限定されない。このゲート電極１２、ソース電極１６及びドレイン電極１８は、例えば、タングステン、タンタル、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、ルテニウム、金、銀、銅、白金、カルシウム、マグネシウム、イリジウム、モリブテン、アルミニウム等やこれらの化合物等、導電型不純物を含む多結晶シリコン又は多結晶シリコンゲルマニウム等、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチオフェン誘導体、ポリピロール、ポリピリジン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体等の導電性高分子等の電極材料が用いられるが、これらに限定されない。

ゲート電極１２、ソース電極１６及びドレイン電極１８の形成方法としては、例えば、蒸着法、スパッタ等を用いて形成した薄膜を、フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を利用して所望の電極形状に形成する方法、アルミニウムなどの電極材料を直接熱転写する方法等が用いられる。また、他の形成方法としては、例えば、電極材料を溶媒に溶解させ、インクジェット法、ディスペンサ法等の塗布法、平版印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法又はディスペンサ印刷法インクジェット印刷法又はディスペンサ印刷法等の印刷法を用いても良い。

ここで、インクジェット法とは、溶液を微滴化し、微滴化した液滴をノズルから吐出して対象物上に所望のパターンを形成する方法である。ディスペンサ法とは、微滴化した液滴の吐出方法が、インクジェット法と異なる方法である。

また、平版印刷法とは、化学処理により版に撥水部と親水部とを作成し、作成した撥水部のみにインクを付着させて印刷する印刷方法であり、例えば、オフセット印刷及び反転オフセット印刷がある。凸版印刷法とは、版の凹凸を利用する印刷方法の１つで、版に形成されたパターンの非画線部を凹、画線部を凸にして凸の部分にインクを付着させ、被対象物にパターンを転写する印刷方法であり、例えば、樹脂凸版印刷及びフレキソ印刷がある。凹版印刷とは、版の凹凸を利用する印刷方法の１つで、版に形成されたパターンの非画線部を凸、画線部を凹にし、凸の部分に付着したインクを掻き取り、凹の部分に付着したインクを被対象物に転写する印刷方法であり、例えば、グラビア印刷がある。スクリーン印刷とは、版に微細な孔を多数形成し、圧力によってその孔を通過したインクを被対象物に転写する印刷方法である。また、インクジェット印刷法とは、インクジェット法を利用した印刷方法であり、ディスペンサ印刷法とは、ディスペンサ法を利用した印刷方法である。

ここで、図１（ａ）に示すように、ソース電極１６及びドレイン電極１８の幅Ｗ１は、例えば、８０μｍであり、ソース電極１６及びドレイン電極１８の間の幅Ｗ２、すなわちチャネル部１９のチャネル長は、例えば、５０μｍである。

ゲート絶縁膜１４は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン等の無機物、窒化ハフニウムシリケート、ハフニウムシリケート、ハフニア、ジルコニウムシリケート、ジルコニア、ハフニウムアルミネート、ランタンオキサイド、アルミナ等の高誘電材料（High−ｋ材料）、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリイミド、メタクリル、アクリル、ポリ塩化ビニル、セルロース、ウレタン、エポキシ、ポリススチレン、ポリビニルアセテート、スチレンブタジエン共重合体、塩化ビニルデン−アクリロニトリル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体、シリコン樹脂等の有機絶縁材料や、上記の物質の混合物等が用いられるが、これらに限定されない。

ゲート絶縁膜１４の形成方法としては、例えば、スピンコート法、熱酸化法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等を用いて形成した薄膜を、フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ法を利用して所望の形状に形成する方法等を用いることができる。また、他の形成方法としては、上記の塗布法又は印刷法を用いても良い。

有機半導体膜２２は、例えば、ペンタセン、テトラセン、ポリチオフェン、フタロシアニン系等のｐ型有機半導体、フラーレン、フラーレン誘導体、全フッ素化フタロシアニン等のｎ型有機半導体を用いることができるが、これに限定されない。

この有機半導体膜２２は、例えば、有機半導体材料を溶媒に溶解させた溶液を、上記の塗布法又は印刷法によってソース電極１６及びドレイン電極１８の間のゲート絶縁膜１４上に塗布することによって形成される膜であり、その形状は、上面視で円形に近い形状である。有機半導体膜２２のチャネル方向の幅Ｗ３は、例えば、１００μｍである。

ここで、有機半導体膜２２の厚肉部２２０及び薄肉部２２２は、例えば、ソース電極１６及びドレイン電極１８の間に滴下された上記の溶液が、乾燥する際に発生する、コーヒーステイン現象によって形成される。なお、厚肉部２２０及び薄肉部２２２は、上記の塗布法又は印刷法を複数回利用して形成しても良い。

コーヒーステイン現象とは、滴下された液滴の乾燥過程で、液滴接触線（液滴の周辺部分）のピンニング（ピン止めされたように動かないこと）と溶媒の蒸発との競合により、液滴中心から外側に向かった溶質の流れが発生し、発生した流れによって液滴中の溶質を接触線近傍へと輸送する現象である。また、コーヒーステイン現象では、液滴の乾燥過程で、溶媒の蒸発が均一でないため、液滴接触線近傍で部分的に溶質の濃度が上がって粘度が上昇し、接触線近傍の液滴のゲル化が発生する。このゲル化とは、ある一定以上の溶質が溶媒に溶けなくなり、接触線近傍への溶質の移動が起こらなくなる現象である。

有機半導体膜２２の薄肉部２２２は、このコーヒーステイン現象を利用して形成され、溶質の密度が厚肉部２２０よりも低く、さらに膜厚が厚肉部２２０より薄くなっている。この薄肉部２２２の膜厚ＷＡは、薄い方が有機半導体膜２２の配向性の向上の観点から好適であり、また、ＯＦＦ電流を減少させるという点からも好適である。例えば、好ましくは５〜５０ｎｍ、より好ましくは１０〜３０ｎｍである。ここで、薄肉部２２２の膜厚ＷＡは、一例として、薄肉部２２２の平均の膜厚である。

また、厚肉部２２０は、薄肉部２２２と同様にコーヒーステイン現象によって形成され、薄肉部２２２に対して溶質の密度が高く、膜厚が薄肉部２２２より厚くなっている。この厚肉部２２０の膜厚は、厚い方がソース電極１６及びドレイン電極１８間に電圧を印加するために接続されるコンタクト（図示せず）との接触抵抗を下げ、キャリアの注入性が向上する。

凸部２２４は、厚肉部２２０及び薄肉部２２２を形成するために滴下された溶液よりも少ない量の溶液を、薄肉部２２２に滴下することによって形成される。なお、滴下された液滴によって、液滴と薄肉部２２２の接触する再結晶領域２２６近傍にて有機半導体材料が再結晶化し、有機半導体膜２２の配向性がさらに向上する。

この凸部２２４は、主に、ＯＮ電流の増加の観点から、体積が大きい方が望ましく、薄肉部２２２の膜厚（一例として、最大又は平均の膜厚）ＷＡに対する凸部２２４の膜厚（一例として、最大又は平均の膜厚）ＷＢの膜厚比がＷＢ／ＷＡ＞１０であることが望ましい。この膜厚比は、ＯＮ電流の増加という観点からは、ＷＢが大きい方が望ましく、キャリアの移動度の向上、又はＯＦＦ電流の減少という観点からは、ＷＡが小さい方が望ましいという理由に基づいている。この値は、膜作製時に自然にできてしまう凹凸、傾きを排除するという意味もある。

さらに、有機半導体膜２２は、図１（ａ）に示すように、ソース電極１６及びドレイン電極１８によって挟まれた有機半導体膜２２とゲート絶縁膜１４との接触面の面積Ｓ１に対する薄肉部２２２の表面積Ｓ２の面積比がＳ２／Ｓ１＞０．０５であることが望ましい。この面積比は、ＯＮ／ＯＦＦ比の向上という観点から、薄肉部２２２の面積Ｓ２が大きい方が望ましいからである。また、この面積比には、ピンホールといった自然にできてしまう薄膜の欠陥を排除する意味もある。

ここで、有機半導体膜２２の成膜方法として上記の塗布法及び印刷法を用いたとき、他の成膜方法と比べて低温で行うことが可能であるので、高温での成膜が難しいフィルム状の樹脂基板等に好適であり、またフォトリソグラフィ法等による成膜方法と比べて製造工程も少ない。

以下に、本実施の形態に係るトランジスタの製造方法の一例を図面を参照して説明する。

（トランジスタの製造方法）
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施の形態に係るトランジスタの製造方法の工程を示す要部断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１４、ソース電極１６及びドレイン電極１８が形成された基板１０を準備する。
具体的には、スパッタ法によって基板１０上に金属膜を形成し、フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ法を用いてゲート電極１２を形成する。続いて、ＣＶＤ法によってゲート電極１２を覆うように基板１０上に絶縁膜を堆積し、フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ法を用いてゲート絶縁膜１４を形成する。続いて、スパッタ法によって基板１０及びゲート絶縁膜１４上に金属膜を形成し、フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ法を用いてソース電極１６及びドレイン電極１８を形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、インクジェット装置４によってソース電極１６及びドレイン電極１８の間に有機半導体材料が溶解した溶液を塗布する。
具体的には、コーヒーステイン現象が起こる塗布条件、例えば、基板温度、液滴吐出速度、液滴量及び液濃度を最適にし、溶液を１滴滴下する。

次に、図２（ｃ）に示すように、塗布した溶液を乾燥させ、ソース電極１６及びドレイン電極１８上に厚肉部２２０とソース電極１６及びドレイン電極１８によって挟まれたゲート絶縁膜１４上に厚肉部２２０よりも膜厚の薄い薄肉部２２２とを有する有機半導体膜２２を形成する。
具体的には、基板１０をホットプレートによって一定時間加熱して滴下した溶液を乾燥させる。滴下した溶液を乾燥させることによって、厚肉部２２０及び薄肉部２２２が一度に形成される。

次に、図２（ｄ）に示すように、インクジェット装置４によって、形成された薄肉部２２２上に、厚肉部２２０と薄肉部２２２を形成するために滴下した溶液よりも少ない量の有機半導体材料を含む溶液を塗布し、凸部２２４を形成して有機半導体膜２２を形成し、トランジスタ１を得る。
具体的には、インクジェット装置４によって、厚肉部２２０と薄肉部２２２を形成するために滴下した溶液よりも少ない量の溶液を少なくとも１回吐出して凸部２２４を形成し、有機半導体膜２２を形成する。この凸部２２４と薄肉部２２２の再結晶領域２２６近傍では、溶液を滴下したことによる有機半導体材料の再結晶化が発生し、有機半導体膜２２の配向性が向上する。なお、凸部２２４を形成するための溶液の滴下は、複数回数に分けて滴下されても良く、また薄肉部２２２上の複数の場所に滴下して複数の凸部２２４を形成しても良い。

[第２の実施の形態]
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るトランジスタの要部断面図である。以下に、第１の実施の形態と同様の機能及び構成を有する部分については、同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。

第２の実施の形態は、主に、ゲート電極３２が基板１０内に形成されている点で、第１の実施の形態と異なっている。

（トランジスタの構成）
トランジスタ１は、図３に示すように、主に、シリコン系基板である基板３０と、基板３０内に形成されたゲート電極３２と、基板３０及びゲート電極３２上に形成されたゲート絶縁膜３４と、を備えて概略構成されている。

ゲート電極３２は、例えば、ボロン、フッ化ボロン等のｐ型不純物、又は砒素、リン等のｎ型不純物を基板１０に導入することによって形成される。

ゲート絶縁膜３４は、例えば、上記のゲート絶縁膜１４と同様の方法によって形成される。

以下に、本実施の形態に係るトランジスタの製造方法の一例を説明する。

（トランジスタの製造方法）
まず、ボロン、フッ化ボロン等のｐ型不純物、又は砒素、リン等のｎ型不純物を基板１０に導入し、ゲート電極３２を形成する。

次に、熱酸化法によって基板３０及びゲート電極３２上にゲート絶縁膜３４を形成する。続くソース電極１６及びドレイン電極１８を形成する工程以降は、第１の実施の形態と同様に行われる。

[第３の実施の形態]
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る第１及び第２の実施の形態におけるトランジスタを使用した回路基板の概略図である。この回路基板６は、例えば、プリント配線基板６０上に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１及びメモリ６２を備えている。ＣＰＵ６１及びメモリ６２は、例えば、上記の各実施の形態におけるトランジスタ１を含んで構成されている。上記の各実施の形態におけるトランジスタ１は、この他にも、例えば、電子ペーパ、携帯電子機器等の電子機器、有機ＥＬ素子（Organic Electroluminescent Device）、電気泳動型表示素子、液晶素子等を用いた表示装置、電子タグ、スマートカード等に用いられる回路基板等に用いられ、特に、可撓性を有する回路基板上に形成される電子部品に好適である。上記の各実施の形態におけるトランジスタ１は、例えば、塗布法又は印刷法を利用することで、簡単な製造工程で製造されるので、上記の回路基板や電子機器等の製造コストが抑制される。

以下に、本発明に係る実施例１を説明する。図５は、本発明の実施例１に係る有機半導体膜の膜厚に関するグラフであり、図６は、本発明の実施例１に係る有機半導体膜の結晶の配向性に関するグラフであり、図７は、本発明の実施例１に係るドレイン電圧とドレイン電流の関係を示すグラフである。図６は、X線回折測定（BRUKER社製）の結果で、縦軸がＸ線回折強度、横軸が回折角度である。図７は、縦軸がソース電極及びドレイン電極の表面からの高さ、横軸がチャネル方向の距離であり、測定は、ソース電極上の測定開始位置からチャネル方向に２００ｎｍの区間で行った。図６は、縦軸がドレイン電流（Ids）、横軸がドレイン電圧（Vds）である。以下に、実施例１に係るトランジスタの製造方法について説明する。なお、実施例１、及び後述する実施例２におけるトランジスタの構成は、第２の実施の形態におけるトランジスタ１と同じであるので、図３を参照しながら説明する。

（トランジスタの製造方法）
まず、ｎ型不純物としてリンを基板３０に導入してゲート電極３２を形成する。続いて、熱酸化法によって酸化シリコン膜からなる膜厚１００ｎｍのゲート絶縁膜３４を形成する。続いて、蒸着法によってチタン、金からなる金属膜をゲート絶縁膜３４上に形成し、フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ法によってソース電極１６及びドレイン電極１８を形成する。

次に、インクジェット法によって、１、３、５−トリメチルベンゼン溶液にＴＩＰＳ―ペンタセン（６、１３−bis（triisopropyl-silylethynyl）pentacene）を６ｗｔ％で溶解させた溶液をソース電極１６及びドレイン電極１８の間のゲート絶縁膜３４上に一滴滴下し、滴下した溶液を乾燥させて厚肉部２２０及び薄肉部２２２を形成する。なお、溶液を滴下するときの基板３０の温度は、室温であり、溶液の乾燥は、基板３０を６０℃で１０分間加熱して行った。

次に、厚肉部２２０及び薄肉部２２２を形成する際に用いた溶液と同じ溶液を、厚肉部２２０及び薄肉部２２２を形成するために滴下した量よりも少ない量で薄肉部２２２上に３回に分けて滴下し、滴下した溶液を乾燥させて凸部２２６を形成して有機半導体膜２２を形成し、図３に示すトランジスタ１を得た。なお、凸部２２６を形成するために滴下した２回目及び３回目の溶液の量は、１回目の量よりも減らした。また、溶液を滴下するときの基板３０の温度は、室温であり、溶液の乾燥は、基板３０を６０℃で１０分間加熱して行った。

（測定）
次に、触針式表面粗さ計（Dektak3030、Soloan社製）によって、形成された有機半導体膜２２の形状を測定した。測定の結果、図５に示すように、ソース電極１６及びドレイン電極１８上に厚肉部２２０と、チャネル部１９に薄肉部２２２及び凸部２２４とが形成されていることが分かった。

次に、上記の基板３０と同様の基板上に、本実施例と同様の方法で有機半導体膜を形成し、Ｘ線回折測定装置（BRUKER社製）によって、形成された有機半導体膜の配向性を測定した。

図６に示すように、（００１）、（００２）及び（００３）にピークがあることから、有機半導体膜が基板上でｃ軸配向していることが分かった。

次に、半導体パラメータアナライザ（アレンジメントテクノロジー社製４１５６Ｂ）によって、形成されたトランジスタ１の電気特性を測定し、図７に示した。

測定した結果、ＯＮ電流が、−１．７×１０^−７Ａ、ＯＦＦ電流が、−１．１×１０^−１２Ａ、ＯＮ／ＯＦＦ比が、１．５×１０^５となり良好な電気特性を示した。また、形成されたトランジスタ１は、図７に示すように、トランジスタとして良好に動作していることが分かった。ＯＮ電流、ＯＦＦ電流は、同様に作製した試料３つの平均値である。これらの値は、以下の実施例、比較例でも同様である。

以下に、本発明に係る実施例２を説明する。図８は、本発明の実施例２に係る有機半導体膜の膜厚に関するグラフである。図８は、縦軸がソース電極及びドレイン電極の表面からの高さ、横軸がチャネル方向の距離であり、測定は、ソース電極上の測定開始位置からチャネル方向に１５０ｎｍの区間で行った。以下に、実施例２に係るトランジスタの製造方法について説明する。

（トランジスタの製造方法）
まず、実施例１と同様の条件でゲート電極３２、ゲート絶縁膜３４、ソース電極１６及びドレイン電極１８を形成する。

次に、実施例１と同様の条件で厚肉部２２０及び薄肉部２２２を形成する。

次に、実施例１と同様に、薄肉部２２２上に溶液を３回に分けて滴下した。ただし、滴下した位置は、チャネル部１９の中央より１０μｍ、ソース電極１６側である。

（測定）
次に、上記の触針式表面粗さ計によって、形成された有機半導体膜２２の形状を測定した。測定の結果、図８に示すように、チャネル部１９に膜厚が薄い部分と厚い部分とが形成されていることが分かった。

次に、上記の基板３０と同様の基板上に、本実施例と同様の方法で有機半導体膜を形成し、上記のＸ線回折測定装置によって、形成された有機半導体膜の配向性を測定したところ、（００１）のピークが測定され、有機半導体膜が基板上でｃ軸配向していることが分かった。

次に、上記の半導体パラメータアナライザによって、形成されたトランジスタの電気特性を測定した。

測定した結果、ＯＮ電流が、−４．６×１０^−７Ａ、ＯＦＦ電流が、−３．６×１０^−１２Ａ、ＯＮ／ＯＦＦ比が、１．３×１０^５となり良好な電気特性を示した。また、形成されたトランジスタは、測定の結果、トランジスタとして良好に動作していることが分かった。

以下に、本発明に係る実施例３を説明する。図９は、本発明の実施例３に係る有機半導体膜の膜厚に関するグラフである。図９は、縦軸がソース電極及びドレイン電極の表面からの高さ、横軸がチャネル方向の距離であり、測定は、ソース電極上の測定開始位置からチャネル方向に１８０ｎｍの区間で行った。以下に、実施例３に係るトランジスタの製造方法について説明する。

（トランジスタの製造方法）
まず、ＥＢ（Electron Beam）蒸着（電子線蒸着）法によって、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ：Polyethylene naphthalate）基板（帝人製テオックス、厚み：２５０μｍ）上に、電極材料として金を用いて膜厚１００ｎｍのゲート電極を形成した。

次に、スピンコート法（１５００ｒｐｍ、４０秒）によって、ゲート絶縁膜としてポリイミド樹脂（チッソ製）をＰＥＮ基板上に膜厚１μｍで形成し、ホットプレートで２００℃、３０分間アニール処理を行った。

次に、ＥＢ蒸着法によって、金を用いて膜厚１００ｎｍのソース電極及びドレイン電極を形成した。

次に、実施例１と同じ条件で、実施例１と同様の溶液を滴下して乾燥させ、厚肉部及び薄肉部を形成する。続いて、実施例１と同じ条件で凸部を形成する。

（測定）
次に、上記の触針式表面粗さ計によって、形成された有機半導体膜の形状を測定した。測定の結果、図９に示すように、ソース電極及びドレイン電極上に厚肉部と、チャネル部に薄肉部及び凸部とが形成されていることが分かった。

次に、上記と同様のＰＥＮ基板上に、本実施例と同様の方法で有機半導体膜を形成し、上記のＸ線回折測定装置によって、形成された有機半導体膜の配向性を測定したところ、（００１）のピークが測定され、有機半導体膜が基板上でｃ軸配向していることが分かった。

次に、上記の半導体パラメータアナライザによって、形成されたトランジスタの電気特性を測定した。

測定した結果、ＯＮ電流が、−６．７×１０^−８Ａ、ＯＦＦ電流が、−９．７×１０^−１３Ａ、ＯＮ／ＯＦＦ比が、６．９×１０^４となり良好な電気特性を示した。また、形成されたトランジスタは、測定の結果、トランジスタとして良好に動作していることが分かった。

[比較例１]
図１０は、比較例１の有機半導体膜の膜厚に関するグラフであり、図１１は、比較例１の有機半導体膜の結晶の配向性に関するグラフである。図１０は、縦軸がソース電極及びドレイン電極の表面からの高さ、横軸がチャネル方向の距離であり、測定は、ソース電極上の測定開始位置からチャネル方向に１５０ｎｍの区間で行った。図１１は、縦軸がＸ線回折強度、横軸が回折角度である。

（トランジスタの製造方法）
比較例１は、上記の実施例１と同様に、インクジェット法によって、１、３、５−トリメチルベンゼン溶液にＴＩＰＳ―ペンタセンを６ｗｔ％で溶解させた溶液を、ソース電極１６及びドレイン電極１８の間のゲート絶縁膜１４上に一滴滴下した。なお、滴下した溶液の量は、実施例１の１回目の溶液の量と同じである。なお、溶液を滴下するときの基板の温度は、室温である。

次に、基板を６０℃で１０分間加熱して溶液を乾燥させて有機半導体膜を形成し、トランジスタを得た。

（測定）
次に、上記の触針式表面粗さ計によって、形成された有機半導体膜の形状を測定した。測定の結果、図１０に示すように、ソース電極及びドレイン電極上に膜厚が厚い部分と、チャネル部にソース電極及びドレイン電極よりも膜厚が薄い部分とを有する有機半導体膜が形成されていることが分かった。

次に、上記の基板３０と同様の基板上に、本比較例と同様の方法で有機半導体膜を形成し、上記のＸ線回折測定装置によって、形成された有機半導体膜の配向性を測定した。

測定した結果、図１１に示すように、（００１）にピークがあることから、有機半導体膜が基板上でｃ軸配向しているが、そのピークは弱く、実施例１〜３よりも配向性が劣っていることが分かった。

次に、半導体パラメータアナライザによって、形成されたトランジスタの電気特性を測定した。

測定した結果、ＯＮ電流が、−５．３×１０^−９Ａ、ＯＦＦ電流が、−３．６×１０^−１３Ａ、ＯＮ／ＯＦＦ比が、１．４×１０^４であった。

[比較例２]
図１２は、比較例２の有機半導体膜の膜厚に関するグラフであり、図１３は、比較例２の有機半導体膜の結晶の配向性に関するグラフである。図１２は、縦軸がソース電極及びドレイン電極の表面からの高さ、横軸がチャネル方向の距離であり、測定は、ソース電極上の測定開始位置からチャネル方向に１００ｎｍの区間で行った。図１３は、縦軸がＸ線回折強度、横軸が回折角度である。

（トランジスタの製造方法）
比較例２は、上記の実施例１と同様に、インクジェット法によって、１、３、５−トリメチルベンゼン溶液にＴＩＰＳ―ペンタセンを６ｗｔ％で溶解させた溶液を、ソース電極１６及びドレイン電極１８の間のゲート絶縁膜１４上に一滴滴下した。なお、滴下した溶液の量は、実施例１の１回目の溶液の量よりも多く、約２倍である。なお、溶液を滴下するときの基板の温度は、室温である。

次に、基板を６０℃で１０分間加熱して溶液を乾燥させて有機半導体膜を形成し、トランジスタを得る。

（測定）
次に、上記の触針式表面粗さ計によって、形成された有機半導体膜の形状を測定した。測定の結果、図１２に示すように、ソース電極及びドレイン電極上の膜厚に比べ、膜厚が厚い有機半導体膜がチャネル部に形成されていることが分かった。

次に、上記の基板３０と同様の基板上に、本比較例と同様の方法で有機半導体膜を形成し、上記のＸ線回折測定装置によって、形成された有機半導体膜の配向性を測定した。

測定した結果、図１３に示すように、（００１）、（００２）及び（００３）のピーク以外に（０１１）にもピークがあることから、有機半導体膜が基板上でｃ軸配向しておらず、配向性が実施例１〜３に比べて劣っていることが分かった。

次に、半導体パラメータアナライザによって、形成されたトランジスタの電気特性を測定した。

測定した結果、ＯＮ電流が、−４．８×１０^−７Ａ、ＯＦＦ電流が、−１．１×１０^−１０Ａ、ＯＮ／ＯＦＦ比が、４．４×１０^３であった。

（評価）
実施例１〜３、比較例１及び２の測定結果を表１に示す。

比較例１は、実施例１及び２よりもＯＦＦ電流は低下しているが、ＯＮ電流も低下しているため、実施例１〜３よりもＯＮ／ＯＦＦ比が低下している。この結果は、配向性と凸部の有無に起因すると考えられる。

比較例２は、実施例１及び２と同程度のＯＮ電流であるが、ＯＦＦ電流が上昇しているため、実施例１〜３よりもＯＮ／ＯＦＦ比が低下している。この結果は、配向性と凸部の有無に起因すると考えられる。

[変形例]
図１４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の変形例に係るトランジスタの要部断面図である。図１４（ａ）〜（ｄ）は、チャネル部１９に形成された凸部２２４の変形例を示している。上記に示したように、凸部２２４は、薄肉部２２２の膜厚がＷＡ、凸部２２４の膜厚がＷＢであるときの膜厚比がＷＢ／ＷＡ＞１０であることが望ましい。さらに、ソース電極１６及びドレイン電極１８によって挟まれた有機半導体膜２２とゲート絶縁膜１４との接触面の面積Ｓ１と薄肉部２２２の表面積Ｓ２との面積比がＳ２／Ｓ１＞０．０５であることが望ましいことから、有機半導体膜２２の形状は、一例として、下記の形状が考えられる。なお、図１４（ａ）〜（ｃ）は、ソース電極側に凸部が形成されるが、ドレイン電極側に形成されても良い。

図１４（ａ）に示すように、例えば、ソース電極１６又はドレイン電極１８上の厚肉部２２０と一体となるように凸部２２４を形成しても良い。

図１４（ｂ）に示すように、例えば、ソース電極１６又はドレイン電極１８上の厚肉部２２０と一体となり、かつゲート絶縁膜１４の表面から厚肉部２２０の最も膜厚が厚い部分までの高さよりも膜厚が厚い凸部２２４を形成しても良い。

図１４（ｃ）に示すように、例えば、ソース電極１６又はドレイン電極１８上の厚肉部２２０と一体となり、かつゲート絶縁膜１４の表面から厚肉部２２０の最も膜厚が厚い部分までの高さよりも膜厚が薄い凸部２２４を形成しても良い。

図１４（ｄ）に示すように、例えば、チャネル部１９に複数の薄肉部２２２及び凸部２２４を形成しても良い。

なお、本発明は、上記した実施の形態及び実施例に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形および組み合わせがなされる。

１…トランジスタ、４…インクジェット装置、６…回路基板、１０、３０…基板、１２…ゲート電極、１４…ゲート絶縁膜、１６…ソース電極、１８…ドレイン電極、１９…チャネル部、２２…有機半導体膜、３２…ゲート電極、３４…ゲート絶縁膜、６０…プリント配線基板、６１…ＣＰＵ、６２…メモリ、２２０…厚肉部、２２２…薄肉部、２２４…凸部、２２６…再結晶領域

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板の表面に形成されたゲート電極と、
   前記基板上に前記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、
   前記ゲート電極の両側に前記ゲート絶縁膜を介して形成されたソース電極及びドレイン電極と、
   前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に設けられた厚肉部と前記ソース電極及び前記ドレイン電極によって挟まれた前記ゲート絶縁膜上に設けられ、前記厚肉部よりも膜厚の薄い薄肉部と前記薄肉部上の一部に設けられた凸部とを有し、有機半導体材料を含んで形成された半導体膜と、
   を備えたトランジスタ。
2. 前記半導体膜は、前記薄肉部の膜厚ＷＡに対する前記凸部の膜厚ＷＢの膜厚比がＷＢ／ＷＡ＞１０である請求項１に記載のトランジスタ。
3. 前記半導体膜は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極によって挟まれた前記半導体膜と前記ゲート絶縁膜との接触面の面積Ｓ１に対する前記薄肉部の表面積Ｓ２の面積比がＳ２／Ｓ１＞０．０５である請求項２に記載のトランジスタ。
4. ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極及びドレイン電極が形成された基板を準備する工程と、
   前記基板上に有機半導体材料を塗布し、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に設けられた厚肉部と前記ソース電極及び前記ドレイン電極によって挟まれた前記ゲート絶縁膜上に設けられ、前記厚肉部よりも膜厚の薄い薄肉部と前記薄肉部上の一部に設けられた凸部とを形成して半導体膜を形成する工程と、
   を含むトランジスタの製造方法。
5. 前記半導体膜を形成する工程は、インクジェット法又はディスペンサ法によって行われる請求項４に記載のトランジスタの製造方法。
6. 前記半導体膜を形成する工程は、平版印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法又はディスペンサ印刷法によって行われる請求項４に記載のトランジスタの製造方法。
7. 前記半導体膜を形成する工程は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極によって挟まれた前記ゲート絶縁膜上に前記有機半導体材料を含む溶液を塗布し、塗布した前記溶液を乾燥させることによって前記薄肉部及び前記厚肉部を形成し、その後に前記凸部を形成することによって行う請求項５又は６に記載のトランジスタの製造方法。
8. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のトランジスタ、又は請求項４〜７のいずれか１項に記載のトランジスタの製造方法によって製造されてなるトランジスタを備えた回路基板。

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