JPH0983040A - 薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 側鎖に液晶性置換基が導入されたポリマーに
より構成され、かつ該ポリマーの骨格鎖が任意の方向へ
配向している有機半導体薄膜を、電気光学素子に用いら
れる薄膜トランジスタの能動層に用いることにより、有
機半導体膜の特性を高次構造的に改善し、十分に引き出
すことが可能な高性能薄膜トランジスタを得ることがで
きる。 【解決手段】 絶縁性基板上に、ゲート電極、ソース／
ドレイン電極、チャネル層を構成する有機半導体膜及び
前記ゲート電極とチャネル層とに挟まれたゲート絶縁膜
が形成されてなり、前記有機半導体膜が、側鎖に液晶性
置換基が導入されたポリマーにより構成され、かつ該ポ
リマーの骨格鎖が任意の方向へ配向している薄膜トラン
ジスタ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクティブ素子及び
その製造方法に関し、より詳細には、液晶表示素子等の
電気光学素子に好適に用いられる薄膜トランジスタ及び
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
液晶表示素子等の電気光学素子に用いられる能動素子と
しては、その能動層に、非晶質、多結晶又は単結晶のシ
リコンを用いた薄膜トランジスタが多く用いられてい
る。また、これら電気光学素子を、より安価で、軽量
性、耐衝撃性に優れ、かつ耐熱温度の低い樹脂基板上に
形成するために、より低いプロセス温度により薄膜トラ
ンジスタの能動層を有機材料で作製する方法が特開平１
−２５９５６３号公報及び特開平４−６９９７１号公報
に開示されている。

【０００３】一般に、薄膜トランジスタの能動層を形成
する有機半導体膜は、プラズマ重合法、電解重合法、キ
ャスティング法等により作製されるが、これら作製され
た有機半導体を構成する分子は、有機半導体膜中におい
てフィブリルと呼ばれる繊維状の分子の集合体を形成
し、膜中を流れるキャリアはこのフィブリル内及びフィ
ブリル間を伝導して行くことが知られている。

【０００４】しかしながら、上述の公報の薄膜トランジ
スタの能動層における有機半導体には、以下に述べるよ
うな問題点がある。つまり、かかる有機半導体膜には、
ランダムな方向にフィブリルが形成されるため、ソース
・ドレイン間を流れるキャリアの方向に対して、これを
妨げる方向にフィブリルが形成される可能性がある。従
って、結果的にこれが膜中の欠陥となって能動層として
の有機半導体膜の特性を十分に発揮することができな
い。

【０００５】これに対し、特開平５−２７５６９５号公
報には、能動層となるポリシラン薄膜をラングミュア・
ブロジェット法（ＬＢ法）や、延伸法を用いて、ソース
・ドレイン電極間に平行方向に配向させることにより素
子特性を向上させる試みがなされている。しかし、有機
半導体分子をソース・ドレイン間に平行方向に配向させ
る場合、ソース・ドレイン電流が流れやすくなる反面、
リーク電流が増大するという問題点があった。また、有
機分子を配向させ、薄膜化する手法として用いられてい
るＬＢ法や延伸法は、配向膜を基板上に転写する等の処
理が必要となり、これらの方法は素子作成に応用するこ
とが困難であった。

【０００６】また近年、有機半導体を構成するポリマー
の側鎖に液晶性置換基を導入し、ポリマーの骨格鎖を任
意の方向に配向させる試みが、K.Akagi,et.al(Advanced
Materials '93:Trans.Mat.Res.Soc.Jpn.,Vol 15A pp51
3-516)によって行われている。この方法は、側鎖に液晶
性置換基が導入された有機半導体ポリマーを、配向処理
した膜表面上に成膜、もしくは液晶層を示している状態
で電界もしくは磁界を印加し成膜することにより、ポリ
マーの骨格鎖を任意の方向に配列させた有機半導体膜を
得ることができるというものであり、かかる有機半導体
膜を種々の技術分野に応用するために研究が進められて
いる。

【０００７】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、能動層として用いる有機半導体
膜中のポリマーの骨格鎖の方向を、簡便な方法により任
意の方向に配列させることにより、キャリアの導電方向
に対する有機半導体膜の状態を制御することができる高
性能な薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、絶縁性
基板上に、ゲート電極、ソース／ドレイン電極、チャネ
ル層を構成する有機半導体膜及び前記ゲート電極とチャ
ネル層とに挟まれたゲート絶縁膜が形成されてなり、前
記有機半導体膜が、側鎖に液晶性置換基が導入されたポ
リマーにより構成され、かつ該ポリマーの骨格鎖が任意
の方向へ配向している薄膜トランジスタが提供される。

【０００９】また、本発明の別の観点によれば、(i) 絶
縁性基板表面上にゲート電極を形成し、少なくとも該ゲ
ート電極上にゲート絶縁膜を形成し、(ii)該ゲート絶縁
膜上に、前記ゲート電極を挟むようにソース／ドレイン
電極を形成し、(iii) 前記ゲート絶縁膜上であって前記
ソース／ドレイン電極間に、側鎖に液晶性置換基が導入
されたポリマーからなり、該ポリマーの骨格鎖が任意の
方向へ配向した有機半導体膜を形成する薄膜トランジス
タの製造方法が提供される。

【００１０】さらに、(I) 絶縁性基板表面上に、側鎖に
液晶性置換基が導入されたポリマーからなり、該ポリマ
ーの骨格鎖が任意の方向へ配向した有機半導体膜を形成
し、(II)該有機半導体膜の両端に、該有機半導体膜に接
続するソース／ドレイン電極を形成し、(III) 少なくと
も前記半導体膜上にゲート絶縁膜を形成し、該ゲート絶
縁膜上にゲート電極を形成する薄膜トランジスタの製造
方法の製造方法が提供される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、側鎖に液晶性置換基が
導入されたポリマーにより構成され、かつ該ポリマーの
骨格鎖が任意の方向へ配向している有機半導体薄膜を電
気光学素子に用いられる薄膜トランジスタの能動層に用
いることにより、有機半導体膜の特性を高次構造的に改
善し、十分に引き出すことが可能な高性能薄膜トランジ
スタを提供するものである。

【００１２】本発明の薄膜トランジスタは、絶縁性基板
上に、ゲート電極、ソース／ドレイン電極、チャネル層
を構成する有機半導体膜及び前記ゲート電極とチャネル
層とに挟まれたゲート絶縁膜が形成されて構成される。
絶縁性基板としては特に限定されるものではなく、例え
ばガラス、石英、プラスチック等の基板を用いることが
できる。薄膜トランジスタとしては、逆スタガ構造又は
順スタガ構造のいずれの構造でもよい。

【００１３】例えば、逆スタガ構造の薄膜トランジスタ
としては、絶縁性基板上にゲート電極が形成され、この
ゲート電極上にゲート絶縁膜が形成され、さらにゲート
絶縁膜上であってゲート電極の両端にソース／ドレイン
電極が形成され、ゲート絶縁膜上であってソース／ドレ
イン電極間にチャネル層を構成する有機半導体膜が形成
されて構成されている。また、順スタガ構造の薄膜トラ
ンジスタとしては、絶縁性基板上にチャネル層を構成す
る有機半導体膜が形成され、この有機半導体膜の両端に
ソース／ドレイン電極が接続され、さらに少なくとも有
機半導体膜上にゲート絶縁膜が形成され、このゲート絶
縁膜上であってソース／ドレイン電極間にゲート電極が
形成されて構成されている。

【００１４】ゲート電極としては、導電体膜であれば特
に限定されるものではなく、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、
ポリシリコン、シリサイド、有機導電体等により、例え
ば５０〜２００ｎｍ程度の膜厚で形成することができ
る。ゲート絶縁膜としては、ＳｉＯ₂ ，ＳｉＮ等の無機
絶縁膜、ポリイミド，ポリアクリロニトリル等の有機材
料により、例えば５０〜１００ｎｍ程度の膜厚で形成す
ることができる。

【００１５】ソース・ドレイン電極としては、ＩＴＯ(I
ndium Tin Oxide)、ＳｎＯ₂ 等の透明導電材料、Ａｕ、
Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ等の金属材料等により、膜厚１００〜
３００ｎｍ程度に形成することができる。チャネル層を
構成する有機半導体膜を構成するポリマーとしては、チ
オフェンの３位（又は４位）に式（１） Ｒ−Ｚ−Ｏ（ＣＨ₂ ）_m − （１） 〔式中、Ｒはアルキル基、Ｚはフェニルシクロヘキシル
（ＰＣＨ）基又はビフェニル（ＢＰ）基、（−Ｏ（ＣＨ
₂ ）_m はスペーサ）、ｍは３又は４である〕で表される
液晶性置換基が導入されたポリチオフェン誘導体、他の
液晶基（ターフェニル系、ピリミジン系）が導入された
ポリチオフェン誘導体、あるいはポリアセチレン等の脂
肪族共役系、ポリアニリン等の含ヘテロ原子共役系、ポ
リピロール又はポリフラン等の複素環式共役系ポリマー
等が挙げられる。なかでも、式（１）で表される液晶性
置換基が導入されたポリチオフェン誘導体が好ましい。

【００１６】式（１）のＲにおけるアルキル基として
は、炭素数３〜８程度の直鎖又は分枝のアルキル基、例
えば、プロピル、ｎ−ブチル、ｉｓｏ−ブチル、ｓｅｃ
−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘ
プチル、オクチル基等が挙げられる。有機半導体膜を構
成する化合物の具体例としては、以下の化合物が挙げら
れる。

【００１７】

【化１】

【００１８】なかでも、半導体特性を持つチオフェンの
第３位にＰＣＨ系の液晶性置換基を導入したPCH604−チ
オフェン (K.Akagi,et.al Advanced Materials '93:Tra
ns.Mat.Res.Soc.Jpn.,Vol 15A pp513-516)やPCH504−チ
オフェン(R.Toyoshimaet.alSynthetic Metals 69(1995)
pp289-290) は、化学重合（触媒反応）により重合して
ポリマーとした場合、有機溶媒に可溶であり、かつ液晶
相を示すため好ましい。なお、チオフェンの第３位にＰ
ＣＨ系の液晶性置換基を導入したチオフェン誘導体は、
上述の文献に記載の方法でモノマーとして製造して用い
ることができる。

【００１９】上記ポリマーとして、例えばＰＣＨ６０４
−チオフェンの場合、分子量が１００００〜２００００
程度、ＰＣＨ５０４−チオフェンの場合、分子量が１０
０００〜２００００程度、ＰＢＰ５０３Ａの場合、分子
量が１００００〜６００００程度、ＰＰＣＨ８０３Ａ
（ｎ＝８）の場合、分子量が１００００〜３００００程
度が好ましい。

【００２０】上記の有機半導体膜におけるポリマーの骨
格鎖は、任意の方向へ配向している。配向の方向は特に
限定されるものではなく、意図する特性を発現させるよ
うに制御することができる。つまり、有機半導体膜のす
べてにわたって任意の一方向に配向させてもよいし、有
機半導体膜において規則的、部分的、傾斜的に変化させ
ながら配向させてもよい。

【００２１】ポリマーの骨格鎖を任意の方向へ配向させ
る方法としては、配向処理が施された配向膜の上に有
機半導体膜を形成する方法、有機半導体膜に電界印加
する方法、有機半導体膜に磁界印加する方法等が挙げ
られる。具体的には、まず、配向処理が施された配向
膜を形成する。配向膜としては、酸化ケイ素等の無機系
配向膜又はナイロン、ポリビニルアルコール、ポリイミ
ド等の有機系の配向膜が挙げられる。これらの配向膜
は、斜め蒸着、回転蒸着により形成したり、高分子液
晶、ＬＢ膜を用いて配向させたり、磁場による配向、ス
ペーサエッジ法による配向、ラビング法等により一定の
方向に配向させられている。なお、この配向膜は、配向
膜としての作用のみのために形成してもよいし、絶縁
層、ゲート絶縁膜等の種々の作用をする膜と兼ねてもよ
いし、絶縁性基板表面を適用してもよい。このような配
向膜の上に有機半導体膜を形成することにより、有機半
導体膜を構成するポリマーの側鎖である液晶性置換基
が、下地である配向膜の配向方向に対して並行に配向す
る。そして、有機半導体膜の膜厚が十分薄い場合には、
ポリマーの骨格鎖が側鎖である液晶性置換基に対してあ
る一定の方向に配列することとなり、よって、配向膜に
よりポリマーの側鎖の配向方向の制御を通してポリマー
の骨格鎖を任意の方向に配向することができる。有機半
導体膜は、側鎖に液晶性置換基が導入された有機材料
を、有機溶媒に溶解し、配向膜表面にキャスティング
法、スピンナー塗布法、浸漬塗布法、スクリーン印刷
法、ロール塗布法などで塗布し、乾燥することによって
ポリマーとして形成することができる。この際の有機溶
媒としては、選択する有機半導体によって適宜選択する
ことができ、例えばクロロホルム、テトラヒドロフラ
ン、ジエチルグリコール、ジエチルエーテル等を挙げる
ことができる。また、用いる材料によっては、プラズマ
重合法、電解重合法、ＬＢ法又は延伸法等によってもポ
リマーとして形成することができる。

【００２２】また、有機半導体膜を、絶縁層又は絶縁
性基板上に、上述のように形成した後、基板温度を有機
半導体膜を構成するポリマーの溶融温度、例えば１００
〜１５０℃程度に加熱してポリマーを溶融させて液晶層
を示させるとともに、この基板を、配向制御を行う任意
の方向に発生させた０．７〜２tesla 程度の磁界の中に
載置して、冷却することによりポリマーの骨格鎖を任意
の方向へ配向させることができる。

【００２３】さらに、有機半導体膜を上述と同様に形
成し、溶融させた後、配向制御を行う任意の方向に発生
させた１〜１０ＭＶ／ｃｍ程度の電界の中に載置し、冷
却することによってもポリマーの骨格鎖を任意の方向へ
配向させることができる。また、本発明の製造方法の工
程(i) において、絶縁性基板表面上にゲート電極を形成
し、少なくとも該ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成す
る。ゲート電極は、真空蒸着法、ＣＶＤ法等、用いる材
料により適当な方法を選択し、用いる絶縁性基板の耐熱
温度を考慮して、プロセス温度を考慮して形成すること
が好ましい。ゲート絶縁膜は、ＣＶＤ法、スピンコート
法等用いる材料により適当な方法を選択して形成するこ
とができる。

【００２４】工程(ii)においては、ゲート絶縁膜上に、
前記ゲート電極を挟むようにソース／ドレイン電極を形
成する。ソース／ドレイン電極は、電子ビーム（ＥＢ）
蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法等により用いる材
料により、適当な方法を選択して形成することができ
る。ソース／ドレイン電極は、ゲート電極とはゲート絶
縁膜等の絶縁膜により電気的に分離した状態で、かつ後
工程で形成するチャネル層を構成する有機半導体膜と、
その端部を直接接続するように形成する。

【００２５】さらに、工程(iii) において、ゲート絶縁
膜上であって、ソース／ドレイン電極間に、有機半導体
膜を形成する。この際の有機半導体膜の形成は上述した
〜のいずれの方法によっても形成することができ
る。なお、上記製造工程においては、ゲート電極、ゲー
ト絶縁膜、ソース／ドレイン電極及び有機半導体膜等
は、いずれも適当なフォトリソグラフィ及びエッチング
工程により、所望の形状にパターニングすることがで
き、必要に応じて、ソース／ドレイン電極に接続した引
出し電極や層間絶縁膜又は保護膜等を形成することがで
きる。

【００２６】また、本発明の製造方法の工程(I) におい
ては、絶縁性基板表面上に、上述した〜のいずれか
の方法によって有機半導体膜を形成することができる
が、又はの方法が好ましい。工程(II)及び工程(II
I) は、実質的に上述と同様の方法に行うことができ
る。なお、この製造方法の場合には、例えば任意に形成
するソース／ドレイン電極に接続される引出し電極をゲ
ート電極の形成と同時に、同様の材料により形成しても
よい。

【００２７】以下に本発明の具体的な実施の形態を説明
する。 実施の形態１ 図１（ｄ）に本発明における逆スタガ構造を有する薄膜
トランジスタを示す。この薄膜トランジスタは、絶縁性
基板６上に所望の形状のゲート電極３が形成されてお
り、さらにゲート電極３上にゲート絶縁膜２を介してチ
ャネル層を構成する有機半導体膜１が形成されている。
また、絶縁性基板６と有機半導体膜１との間には、ソー
ス電極４及びドレイン電極５が有機半導体膜１と直接接
続するように形成されている。さらに、これらゲート電
極３、ソース電極４、ドレイン電極５及び有機半導体膜
１の上には保護膜７が積層されており、ソース電極４及
びドレイン電極５に引出し電極８、９がそれぞれ接続さ
れている。

【００２８】以下に上記逆スタガ構造を有する薄膜トラ
ンジスタの製造方法を説明する。まず、図１（ａ）に示
したように、樹脂基板からなる絶縁性基板６表面上に、
基板温度を１００℃に保持しながら、真空蒸着にてアル
ミニウム膜を膜厚３００ｎｍで成膜し、フォトリソグラ
フィー及びエッチングによりゲート電極３を形成した。
この際、基板として樹脂基板を用いているためプロセス
温度を樹脂基板の耐熱温度以下に保つ必要があることか
ら、アルミニウム膜の成膜にはプロセス温度を低くする
ことが必要である。続いて、ゲート電極３上に、ポリイ
ミドをスピンコート法により膜厚１００ｎｍで成膜して
ゲート絶縁膜２を形成した。

【００２９】次に、図１（ｂ）に示したように、ゲート
絶縁膜２上に、導電体膜としてＩＴＯ(Indium Tin Oxid
e)をＥＢ蒸着法により基板温度１００℃、膜厚３００ｎ
ｍで成膜し、フォトリソグラフィー及びエッチングを行
いソース電極４及びドレイン電極５を形成した。続い
て、ソース電極４及びドレイン電極５間に存在するゲー
ト絶縁膜２上に配向処理を行った。配向処理は、液晶デ
ィスプレイにおいて基板間に注入される液晶材料を配向
させる方法と同様に、ゲート絶縁膜２表面を無塵布で一
方向に擦ることにより行う。これにより、後工程で形成
される有機半導体膜を構成するポリマーに導入された液
晶性置換基を、ラビング方向に対して平行方向に配向さ
せることができる。この際、ポリマーの骨格鎖は、作製
される有機半導体膜の膜厚が薄いため、側鎖である液晶
性置換基に対してある一定の方向に配列することとな
る。従って、配向処理により液晶性置換基の配列方向を
制御することを通して、有機半導体のポリマーの骨格鎖
の配列方向を任意に制御することが可能となる。

【００３０】さらに、図１（ｃ）に示したように、ゲー
ト絶縁２膜上にチャネル層となる有機半導体膜１を形成
した。有機半導体膜１は、上述の（ＰＣＨ５０４）−チ
オフェンを触媒重合法により重合し、この重合体をクロ
ロホルム溶媒に溶かし、液晶相を示させ、これをキャス
ティング法により膜厚１μｍでゲート絶縁膜２、ソース
電極４及びドレイン電極５に塗布して形成した。次い
で、この有機半導体膜を所望の形状にパターニングし、
ソース電極４及びドレイン電極５上にわたって配向制御
を行った有機半導体膜１を形成した。

【００３１】次に、ソース電極４、ドレイン電極５及び
有機半導体膜１を覆うようにポリイミドによる保護層７
を膜厚１μｍで形成した。さらに、ゲート電極３、ソー
ス電極４及びドレイン電極５上の保護膜７に、フォトリ
ソグラフィー及びエッチングによりコンタクトホールを
形成した。続いて、このコンタクトホールを埋め込むよ
うに保護膜７上全面に、真空蒸着法によりＡｌ膜を成膜
し、パターニングを行なってゲート電極３に接続する引
出し電極（図示せず）、ソース電極４及びドレイン電極
５にそれぞれ接続する引出し電極８、９を形成した。

【００３２】本実施例によって作製された薄膜トランジ
スタの移動度は、キャリア移動度μ＝６×１０^-5ｃｍ²
／Ｖ・ｓであった。これに対して、上記製造方法のうち
配向処理を行わない以外は同様の方法により作製した薄
膜トランジスタの場合には、μ＝１０^-7ｃｍ² ／Ｖ・ｓ
であり、有機半導体膜の配向処理を行なった薄膜トラン
ジスタでは素子特性の向上が確認された。 実施の態様２ 図２（ｄ）に本発明における順スタガ構造を有する薄膜
トランジスタを示す。この薄膜トランジスタは、絶縁性
基板６上に所望の形状の有機半導体膜１１が形成されて
おり、さらにこの有機半導体膜１１の両端部に直接接続
されたソース電極１４及びドレイン電極１５が形成され
ている。これら有機半導体膜１１、ソース電極１４及び
ドレイン電極１５上には全面にゲート絶縁膜１２が形成
されており、このゲート絶縁膜１２上であってソース電
極１４及びドレイン電極間にはゲート電極１３が形成さ
れている。また、ソース電極１４及びドレイン電極１５
上に配設されたゲート絶縁膜１２の一部に窓が形成され
ており、この窓を通してソース電極１４及びドレイン電
極１５に接続された引出し電極１８、１９がそれぞれ形
成されている。

【００３３】以下に上記順スタガ構造を有する薄膜トラ
ンジスタの製造方法を説明する。まず、図２（ａ）に示
したように、樹脂基板からなる絶縁性基板６表面上に、
チャネル層となる有機半導体膜１１を形成した。有機半
導体膜１１は、まず上述の（ＰＣＨ５０４）−チオフェ
ンを触媒重合法により重合し、この重合体をテトラヒド
ロフラン（ＴＨＦ）に溶解し、これをキャスティング法
により膜厚１μｍで成膜し、続いて、絶縁性基板６を１
１０〜１３０℃に加熱し、有機半導体膜１１を溶融さ
せ、液晶相を示させると共に配向制御を行なうために任
意の方向に０．７［tesla]程度の磁界を印加し、この磁
界中に絶縁性基板６を設置して、冷却することにより有
機半導体中に導入された液晶性分子骨格を任意の方向へ
配向させ、さらに、有機半導体膜をフォトリソグラフィ
ー及びエッチングによりパターニングすることにより形
成した。

【００３４】次いで、図２（ｂ）に示したように、有機
半導体膜１１を含む絶縁性基板６上に、ＥＢ蒸着法によ
りＩＴＯ膜を膜厚５００ｎｍで成膜し、フォトリソグラ
フィー及びエッチングにより、ソース電極１４及びドレ
イン電極１５を形成した。続いて、図２（ｃ）に示した
ように、有機半導体膜１１、ソース電極１４及びドレイ
ン電極１５を含む絶縁性基板６上に、ゲート絶縁膜１２
としてポリイミド膜を膜厚１００ｎｍでスピンコート法
により成膜した。さらに、ソース電極１４及びドレイン
電極１５上のゲート絶縁膜１２に、窓１２ａを形成し
た。

【００３５】その後、図２（ｄ）に示したように、窓１
２ａを含むゲート絶縁膜１２上全面に真空蒸着法により
Ａｌ膜を膜厚３００ｎｍで成膜し、フォトリソグラフィ
ー及びエッチングによりゲート電極１３及びソース電極
１４及びドレイン電極の引出し電極１８、１９をそれぞ
れ形成した。以上の工程によりチャネル層となる有機半
導体膜を構成する分子を任意の方向へ配向させた順スタ
ガ型の薄膜トランジスタを作製した。

【００３６】本実施例によって作製された薄膜トランジ
スタの移動度は、キャリア移動度μ＝１×１０^-5ｃｍ²
／Ｖ・ｓであり、素子特性の向上が確認された。 実施の態様３ 図２に示した順スタガ型の薄膜トランジスタの製造方法
において、有機半導体膜１１をキャスティング法により
成膜した後、基板を１１０〜１３０℃に加熱し、有機半
導体膜１１に液晶相を発現させ、５ＭＶ／ｃｍ程度の電
界を印加し、昇温により液晶相を示した（流動性が現れ
る）材料を配向させた後、冷却して配向状態を保ったま
ま、固化、再度膜化する以外は、実施の態様２と同様の
方法により薄膜トランジスタを形成した。

【００３７】本実施例によって作製された薄膜トランジ
スタの移動度は、キャリア移動度μ＝１×１０^-5ｃｍ²
／Ｖ・ｓであり、素子特性の向上が確認された。

【００３８】

【発明の効果】本発明の薄膜トランジスタによれば、絶
縁性基板上に、ゲート電極、ソース／ドレイン電極、チ
ャネル層を構成する有機半導体膜及び前記ゲート電極と
チャネル層とに挟まれたゲート絶縁膜が形成されてな
り、前記有機半導体膜が、側鎖に液晶性置換基が導入さ
れたポリマーにより構成され、かつ該ポリマーの骨格鎖
が任意の方向へ配向している、つまり、ポリマーの骨格
鎖は、必ずしも半導体素子のソース／ドレイン電極間の
方向に平行ではなく、素子特性として良好な値が得られ
る任意の方向に配向しているので、有機半導体膜の特性
を、構造的に向上させることが可能となり、高性能な薄
膜トランジスタを得ることができる。

【００３９】また、有機半導体膜におけるポリマーが、
チオフェンの３位に特定の液晶性置換基が導入されたポ
リチオフェン誘導体である場合には、有機半導体として
十分な液晶性を発現させることができる。さらに、本発
明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、通常の有機
半導体材料と異なり、配向制御が容易な、側鎖に液晶性
置換基が導入されたポリマーを用いることにより、有機
半導体膜の配向制御を容易に行うことができる。

【００４０】つまり、予めゲート絶縁膜等の絶縁膜又は
配向膜の表面を配向処理した後、該ゲート絶縁膜等の上
に有機半導体膜を形成する場合には、ポリマー中の液晶
性置換基が、配向処理の方向に対して平行方向に容易に
配向させることができる。この際、ポリマーの骨格鎖
は、作製される有機半導体膜の膜厚が薄ければ、側鎖で
ある液晶性置換基に対してある一定の方向に容易に配向
させることができ、よって、配向処理により液晶性置換
基の配列方向を制御することを通して、有機半導体のポ
リマーの骨格鎖の配列方向を任意に制御することが可能
となる。

【００４１】また、有機半導体膜を形成した後、該有機
半導体膜へ電界を印加するか、磁界を印加する場合に
は、何ら特別な工程を経ることなく有機半導体膜を形成
することができ、容易に電界又は磁界により有機半導体
ポリマーの配向制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る逆スタガ型薄膜トランジスタの製
造工程を示す要部の概略断面図。

【図２】本発明に係る順スタガ型薄膜トランジスタの製
造工程を示す要部の概略断面図。

【符号の説明】

１、１１ 有機半導体膜 ２、１２ ゲート絶縁膜 ３、１３ ゲート電極 ４、１４ ソース電極 ５、１５ ドレイン電極 ６ 絶縁性基板 ７ 保護膜 ８、９、１８、１９ 引出し電極

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板上に、ゲート電極、ソース／
   ドレイン電極、チャネル層を構成する有機半導体膜及び
   前記ゲート電極とチャネル層とに挟まれたゲート絶縁膜
   が形成されてなり、 前記有機半導体膜が、側鎖に液晶性置換基が導入された
   ポリマーにより構成され、かつ該ポリマーの骨格鎖が任
   意の方向へ配向していることを特徴とする薄膜トランジ
   スタ。
2. 【請求項２】 有機半導体膜におけるポリマーの骨格鎖
   が、該有機半導体膜直下に形成され、配向処理が施され
   た配向膜により任意の方向へ配向している請求項１記載
   の薄膜トランジスタ。
3. 【請求項３】 有機半導体膜におけるポリマーの骨格鎖
   が、電界印加により任意の方向へ配向している請求項１
   記載の薄膜トランジスタ。
4. 【請求項４】 有機半導体膜におけるポリマーの骨格鎖
   が、磁界印加により任意の方向へ配向している請求項１
   記載の薄膜トランジスタ。
5. 【請求項５】 有機半導体膜におけるポリマーが、チオ
   フェンの３位に式（１） Ｒ−Ｚ−Ｏ（ＣＨ₂ ）_m − （１） （式中、Ｒはアルキル基、Ｚはフェニルシクロヘキシル
   基又はビフェニル基、ｍは３又は４である）で表される
   液晶性置換基が導入されたポリチオフェン誘導体である
   請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
6. 【請求項６】 (i) 絶縁性基板表面上にゲート電極を形
   成し、少なくとも該ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成
   し、(ii)該ゲート絶縁膜上に、前記ゲート電極を挟むよ
   うにソース／ドレイン電極を形成し、(iii) 前記ゲート
   絶縁膜上であって前記ソース／ドレイン電極間に、側鎖
   に液晶性置換基が導入されたポリマーにより構成され、
   かつ該ポリマーの骨格鎖が任意の方向へ配向した有機半
   導体膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの
   製造方法。
7. 【請求項７】 工程(iii) において、予めゲート絶縁膜
   表面を配向処理した後、該ゲート絶縁膜上に有機半導体
   膜を形成する請求項６記載の薄膜トランジスタの製造方
   法。
8. 【請求項８】 工程(iii) において、有機半導体膜を形
   成した後、該有機半導体膜へ電界を印加することにより
   骨格鎖を配向させる請求項６記載の薄膜トランジスタの
   製造方法。
9. 【請求項９】 工程(iii) において、有機半導体膜を形
   成した後、該有機半導体膜へ磁界を印加することにより
   骨格鎖を配向させる請求項６記載の薄膜トランジスタの
   製造方法。
10. 【請求項１０】 (I) 絶縁性基板表面上に、側鎖に液晶
    性置換基が導入されたポリマーにより構成され、かつ該
    ポリマーの骨格鎖が任意の方向へ配向した有機半導体膜
    を形成し、(II)該有機半導体膜の両端に、該有機半導体
    膜に接続するソース／ドレイン電極を形成し、(III) 少
    なくとも前記半導体膜上にゲート絶縁膜を形成し、該ゲ
    ート絶縁膜上にゲート電極を形成することを特徴とする
    薄膜トランジスタの製造方法。
11. 【請求項１１】 工程(III) において、予め絶縁性基板
    表面を配向処理した後、該絶縁性基板上に有機半導体膜
    を形成する請求項１０記載の薄膜トランジスタの製造方
    法。
12. 【請求項１２】 工程(III) において、有機半導体膜を
    形成した後、該有機半導体膜へ電界を印加することによ
    り骨格鎖を配向させる請求項１０記載の薄膜トランジス
    タの製造方法。
13. 【請求項１３】 工程(III) において、有機半導体膜を
    形成した後、該有機半導体膜へ磁界を印加することによ
    り骨格鎖を配向させる請求項１０記載の薄膜トランジス
    タの製造方法。
14. 【請求項１４】 有機半導体膜におけるポリマーが、チ
    オフェンの３位に式（１） Ｒ−Ｚ−Ｏ（ＣＨ₂ ）_m − （１） （式中、Ｒはアルキル基、Ｚはフェニルシクロヘキシル
    基又はビフェニル基、ｍは３又は４である）で表される
    液晶性置換基が導入されたポリチオフェン誘導体である
    請求項６〜１３のいずれかに記載の薄膜トランジスタの
    製造方法。