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公開番号2024167577
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-04
出願番号2023083752
出願日2023-05-22
発明の名称トランジスタおよびその製造方法
出願人日本電信電話株式会社,国立大学法人東京大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01L 21/336 20060101AFI20241127BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】より微細化が可能でありデバイスの設計自由度が高いカーボン電極を用いたトランジスタを提供する。
【解決手段】基板101の上に、ゲート電極の形成領域に開口202を備えるリフトオフマスク201を形成し、リフトオフマスク201が形成された基板101の上に炭素を堆積することで炭素薄膜121を形成する。例えば、炭素薄膜121は、純カーボンをターゲットとして用いた蒸着(電子線蒸着法)により形成する。炭素薄膜121を形成した後でリフトオフマスク201をリフトオフする。
【選択図】図1B
特許請求の範囲【請求項１】
基板の上に炭素から構成された電極を形成してゲート電極とするゲート形成工程と、
前記基板の上に有機半導体から構成された半導体層を形成するチャネル形成工程と、
前記半導体層と前記ゲート電極との間にゲート絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
炭素から構成された電極を形成してソース電極とするソース形成工程と、
炭素から構成された電極を形成してドレイン電極とするドレイン形成工程と
を備え、
前記ゲート形成工程、前記ソース形成工程、および前記ドレイン形成工程の少なくとも１つは、
炭素を堆積することで形成した炭素薄膜をパターニングすることで電極を形成する電極形成工程を含むトランジスタの製造方法。
続きを表示（約 760 文字）【請求項２】
請求項１記載のトランジスタの製造方法において、
前記電極形成工程は、
前記基板の上に電極の形成領域が開口したリフトオフマスクを形成するマスク形成工程と、
前記リフトオフマスクが形成された前記基板の上に炭素を堆積することで前記炭素薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記炭素薄膜を形成した後で前記リフトオフマスクをリフトオフすることで電極を前記基板の上に形成するリフトオフ工程と
を含むトランジスタの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載のトランジスタの製造方法において、
前記電極形成工程は、
前記基板の上に炭素を堆積することで前記炭素薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記炭素薄膜の上の電極の形成領域にマスクパターンを形成するマスク形成工程と、
前記マスクパターンをマスクとして前記炭素薄膜をエッチング加工することで電極を前記基板の上に形成するエッチング工程と
を含むトランジスタの製造方法。
【請求項４】
請求項１記載のトランジスタの製造方法において、
前記電極形成工程は、前記炭素薄膜を蒸着により形成する蒸着工程を含むトランジスタの製造方法。
【請求項５】
基板の上に形成された炭素からなるゲート電極と、
前記基板の上に形成された有機半導体から構成された半導体層と、
前記半導体層と前記ゲート電極との間に形成されたゲート絶縁層と、
炭素から構成されたソース電極およびドレイン電極と
を備え、
前記ゲート電極、前記ソース電極、および前記ドレイン電極の少なくとも１つは、アモルファス状態の炭素から構成されているトランジスタ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランジスタおよびその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、モノのインターネット（Internet of Things: IoT）という概念が提唱され、あらゆるものにセンサーデバイスが実装されてネットワーク化した社会の到来が予見されている。このようなＩｏＴ社会で必要とされるデバイスは、安価かつ量産可能であることが要求される。さらに、あらゆるものに実装する以上、全てのＩｏＴデバイスの回収は原理的に不可能である点を鑑み、ＩｏＴデバイスは、資源としての有用性が低く、環境負荷の小さな材料で構成されていることが望ましい。
【０００３】
このような背景の元に、有機半導体（Organic Semiconductor：ＯＳＣ）が、半導体材料として有望な候補と目されている。有機半導体は、簡便な印刷プロセスによって溶液から成膜が可能なため、真空プロセスを必要とするシリコン半導体よりもＩｏＴデバイスを低コストで製造できる。また、有機半導体から構成するデバイス（例えば、トランジスタ）は、数分子層の厚みで駆動するため極々少量で十分であり、材料コストも少なく済む。さらに有機物であるため焼却可能であり、完全燃焼後は基本的に処分後の残渣が生じない。このため、有機半導体を用いた有機トランジスタは、コスト・機能の両面からＩｏＴ社会の実現に資するものと考えられている。
【０００４】
しかしながら一般的な有機トランジスタの電極や回路の配線には、加工プロセス性や電気伝導性の観点から、金、銀、アルミニウムなどの金属が用いられている。資源量の限られるこれらの金属元素は資源戦略的にも経済的にも回収することが望ましく、ＩｏＴデバイスの運用思想にそぐわない。このため、あらゆる場所に遍く存在し、容易に入手可能でありつつ、処分時の環境負荷が小さな材料で構成された代替電極材料が必要である。このような背景から、グラファイトに代表される導電性カーボン材料が注目されている。
【０００５】
従来技術として、コストが安く環境負荷の小さい炭素で電極を形成した有機トランジスタが開発されている（非特許文献１）。この有機トランジスタは、電極を形成する温度が高いため、有機半導体が形成されている状態では電極が形成できず、全ての電極を形成した後で、有機半導体の層を形成している。
【０００６】
このため、有機半導体の層に対して、一方の側に、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極が配置されるcoplanar型構造に限定されており、設計の自由度が高くないという課題がある。特に、半導体へのキャリア注入の点では、半導体層がソース・ドレイン電極とゲート電極とで挟まれたstaggered型構造が有利であるが、この技術では製造できない。
【０００７】
この問題に対し、発明者らは、サブミクロン～ミクロンオーダーのカーボン微粒子を含む分散液のスプレー塗布によるカーボン電極・配線の作製方法を提案した（特許文献１）。この電極・配線を持つ有機トランジスタは、staggered型構造で作製でき、金などの貴金属を用いた標準的な構成の有機トランジスタに匹敵する優れた特性を示すことが確認されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０２１－０３４４６３号公報
【非特許文献】
【０００９】
Y. Chen et al., "Towards Flexible All-Carbon Electronics: Flexible Organic Field-Effect Transistors and Inverter Circuits Using Solution-Processed All-Graphene Source/Drain/Gate Electrodes", Nano Research, vol. 3, no. 10, pp. 714-721, 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した技術では、液体をスプレーするため、液の染み込みや回り込みが発生しやすく、微細パターンの形成に不向きである。分散液のスプレー塗布により形成する場合、例えば、ソース電極とドレイン電極との電極間距離（トランジスタのチャネル長）は、５０μｍが限度であった。
（【００１１】以降は省略されています）

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