[第1の実施の形態] 
 本発明による半導体装置の製造方法の第1の 実施の形態として、トップゲート構造の電界 効果型トランジスタ1の製造工程を、図1A乃至 図3Aを参照しながら説明する。

 先ず、例えばプラスチック基板10上に、シ� �コン酸化膜(SiO ₂  )からなる絶縁膜11が、例えばスピンコート法 によって形成される(図1A)。次に、絶縁膜11の 表面に、高分子導電材料であるPEDOT(ポリ(3,4-( エチレンジオキシ))チオフェン)(poly(3,4-(ethylen edioxy)thiophene))と絶縁性の溶媒であるPSS(ポリ� �チレンスルホン酸)(poly(styrenesulfonic acid))と� �1:10の濃度比に調合した塗布液が塗布されて� ��塗布膜4が形成される。この塗布膜4の膜厚� �、例えば9nmである。

 そして、後述する実施例に示すように、� ��布膜4の内層部は、高分子導電材料であるポ リチオフェンが多く存在していて、有機半導 体層41として構成される一方、塗布膜4の表層 部は、ポリチオフェンが内層部に比べてかな り少なく、絶縁層42,43として構成される。即� ��、塗布膜4は、絶縁層42,43と有機半導体層41� �の2層に分離した膜として構成される。絶縁� ��42,43の膜厚は、例えば2nmであり、有機半導� �層41の膜厚は、例えば5nmである。塗布液が基 板10に塗布された時点で直ちに、塗布膜4は、 絶縁層である表層部と有機半導体層である内 層部とに分離した状態となる。

 なお、PEDOTとPSSとの濃度比は、1:10に限定� ��れるものではない。基板10に塗布される塗� �液が上述したように絶縁層42,43と有機半導体 層41との2層に分離し、表層部が絶縁層42,43と� ��て機能し、内層部が有機半導体層41として� �能するという範囲内であれば、PEDOTとPSSとの 濃度比は任意に決定され得る。

 次に、この塗布膜4が、窒素雰囲気中にて 、例えば100℃以下、好適には80℃の温度で乾� ��される(図1B)。次いで、塗布膜4の表面に、� �定の形状にパターニングされたレジスト膜70 が形成される(図1C)。続いて、塗布膜4の表面� ��、レジスト膜7が積層されたまま、スパッタ リング法によって例えば銅からなる電極層50� ��形成される(図1D)。次いで、レジスト膜70が� ��解されることにより、レジスト膜70上の電� �層50が除去されて、ゲート電極5が形成され� �(図2A)。即ち、有機半導体層41、絶縁層42及び ゲート電極5が、当該順番に積層された構造� �なる。また、既述のように、絶縁膜42の膜厚 は2nmと薄いので、絶縁膜42はゲート絶縁膜と� ��て機能することになる。

 しかる後、塗布膜4の表面に、所定の形状 にパターニングされたレジスト膜7が形成さ� �る(図2B)。そして、このレジスト膜7をマスク として、塗布膜4の露出された部分が例えば� �ライエッチングにより除去され、例えば塗� �膜4の下にある絶縁膜11まで達する電極埋め� �み用の凹部6が形成される(図2C)。その後、基 板10の表面に、レジスト膜7が積層されたまま 、スパッタリング法によって例えば銅からな る電極層71が形成され、前記凹部6の底面から 所定の高さ位置まで電極が埋め込まれる(図2D )。続いて、レジスト膜7が溶解されることに� ��り、レジスト膜7上の電極層71が除去されて� ��ソース電極2及びドレイン電極3が形成され� �(図3A)。このようにして、トップゲート構造� ��電解効果型トランジスタ1が作製される。そ の後、例えば、多層配線構造や他の素子が基 板10上に形成されて、目的とする半導体装置� ��製造される。

 上述した電界効果型トランジスタ1におい て、ソース電極2-ドレイン電極3間とゲート電 極5-ソース電極2間とに電圧が印加されると、 図4に示すように、内層部の有機半導体層41が 導通して、ドレイン電極3からソース電極2に� ��流が流れる。つまり、内層部の有機半導体� ��41は、トランジスタのチャンネルとして利� �可能である。

 ここで、塗布膜4に電流が流れるメカニズム について説明する。図5は、塗布膜4の模式図� ��あり、横方向が塗布膜4の平面方向、縦方向 が塗布膜4の膜厚方向である。図5に示すよう� ��、塗布膜4には、長い帯状のポリスチレンス ルホン酸(以下、「PSS」という)に複数のポリ� ��オフェン(以下、「PEDOT」という)が合体した 共重合体72が存在する。この共重合体72の構� �式が図6に示される。図6に示すように、PSSの -SO ₂  -O-基にPEDOTのプラスの電荷を帯びたSが結合す ることで、PSSとPEDOTとの共重合体72が形成さ� �る。そして、この共重合体72に電圧が印加さ れると、PEDOT内に歪が生じて分極し、プロト� ��(プラスの電荷)が発生する。また、有機半� �体層41では、共重合体72の数が絶縁層42、43に 比べて非常に多いため、複数の共重合体72が� ��いに重なりあった状態にある。このため、� ��機半導体層41では、PEDOTとPEDOTとの間の見か� ��上の距離が短くなり、PEDOTに生じた電荷がPE DOT間を自由に移動できると推測する。こうし て、有機半導体層41にキャリアパスが形成さ� ��ると考えられる。

 本実施の形態によれば、電界効果型トラ� ��ジスタ1を作製するにあたり、塗布液を基板 10に塗布することによって、絶縁層42、43であ る表層部と有機半導体層41である内層部とが� ��離した状態に形成されて、当該表層部及び� ��層部が夫々ゲート絶縁膜及びトランジスタ� ��チャンネルとして利用可能になるため、ゲ� ��ト電極5を形成する前にゲート絶縁膜の成膜 工程を独立して行う必要がなく、トランジス タ1の作製工程が簡略化される。これにより� �半導体装置の製造コストを削減することが� �きる。

[第2の実施の形態] 
 続いて、本発明による半導体装置の製造方� ��の第2の実施の形態として、ボトムゲート構 造の電界効果型トランジスタ100の製造工程を 、図7A乃至図8Dを参照しながら説明する。

 先ず、例えばプラスチック基板10上に、シ� �コン酸化膜(SiO ₂  )からなる絶縁膜11が、例えばスピンコート法 によって形成される(図7A)。次に、絶縁膜11の 表面に、所定の形状にパターニングされたレ ジスト膜70が形成される(図7B)。続いて、図1D� ��び図2Aを用いて説明した工程と同様に、電� �層の形成及びレジスト膜70の溶解が行われて 、ゲート電極5が形成される(図7C)。しかる後� ��絶縁膜11の表面に、図5Bに示した工程と同様 にして、塗布液の塗布及び塗布膜4の乾燥が� �われる(図7D)。これにより、ゲート電極5、絶 縁層43及び有機半導体層41が、当該順番に積� �された構造となる。また、絶縁膜43がゲート 絶縁膜として機能することになる。

 次いで、塗布膜4の表面に、例えばスピン コーティング法によって層間絶縁膜8が形成� �れる。その後、絶縁膜8の表面に、所定の形� ��にパターニングされたレジスト膜7が形成さ れる(図8A)。そして、このレジスト膜7をマス� ��として、例えばドライエッチングにより、� ��えば塗布膜4の下にある絶縁膜11まで達する� ��極埋め込み用の凹部81が形成される(図8B)。� ��の後、基板10の表面に、レジスト膜7が積層� ��れたまま、スパッタリング法によって例え� ��銅からなる電極層71が形成され、前記凹部81 の底面から所定の高さ位置まで電極が埋め込 まれる(図8C)。続いて、レジスト膜7が溶解さ� ��ることにより、レジスト膜7上の電極層71が� ��去されて、ソース電極2及びドレイン電極3� �形成される(図9D)。このようにして、ボトム� ��ート構造の電解効果型トランジスタ100が作� ��される。その後、例えば、多層配線構造や� ��の素子が基板10上に形成されて、目的とす� �半導体装置が製造される。

 このような第2の実施の形態では、ゲート 電極5が形成された後、ゲート絶縁膜の成膜� �程を独立して行う必要がない。従って、ト� �ンジスタ100の作製工程が簡略化される。こ� �により、半導体装置の製造コストを削減す� �ことができる。

 なお、上述の各実施の形態では、導電性� ��料としてPEDOTが用いられたが、これに限ら� �ず、例えばPPV(ポリフェニレンピニレン(Poly-P henylene Vinylene))等であってもよい。また、絶� ��性の溶媒についても、PSSに限られず、例え� ��クロロホルム、ジクロロベンゼン、トルエ� ��、キシレン等であってもよい。

[実施例] 
 本発明の効果を確認するために行われた実� ��について説明する。

 ポリエチレンテレフタレート(PET)基板の� �面に、高分子導電材料であるPEDOTと絶縁性の 溶媒であるPSSとを1:10の濃度比に調合した塗� �液が塗布されて、塗布膜4が形成された。こ� ��塗布膜4が、窒素雰囲気中にて、80℃の温度� ��乾燥された。そして、X線光電子分光法(XPS:X -ray Photoelectron Spectroscopy)によって、X線の照� ��角度が15度での表層部のX線光電子スペクト� ��と、X線の照射角度が45度での内層部のX線光 電子スペクトルと、が得られた。

 この結果が図9に示されている。図9の縦� �はピーク強度であり、横軸は結合エネルギ� �(eV)である。図9中、実線のスペクトルが内層 部におけるPEDOTとPSSとのピークを示しており� ��点線のスペクトルが表層部におけるPEDOTとPS Sとのピークを示している。この結果から、� �層部におけるPEDOT/PSSの濃度比は0.35であるの� ��対して、内層部におけるPEDOT/PSSの濃度比は0 .37であることが判った。つまり、内層部は表 層部よりもPEDOTの数が多いことが分かる。こ� ��ことから、表層部は、内層部に対して、PEDO Tの重合度が減少しているため、絶縁層とし� �機能できる。

 上述したようにPET基板の表面に塗布膜4が 形成された後、図1C乃至図3Aを用いて説明さ� �た工程を経て、ゲート電極5、ソース電極2及 びドレイン電極3が形成され、トップゲート� �造の電解効果型トランジスタ1が作製された� ��そして、図10に示すように、ソース電極Vsが 接地された状態で、ゲート電極Vgが0V、1V、2V� ��3V及び5Vの5通りに設定され、各設定毎に、� �レイン電極Vdへの印加電圧が増加されて、塗 布膜4のドレイン電流特性が測定された。

 その結果が図11に示されている。図11の縦 軸はドレイン電流(μA)であり、横軸はドレイ� ��電圧(V)である。図11に示す結果から、塗布� �4の内層部が有機半導体層41として機能する� �とが理解できる。また、ソース電極とドレ� �ン電極との間に印加される電圧が所定値以� �の大きさになると、ソース電極とドレイン� �極との間に電流が流れて、電界効果型のト� �ンジスタとして機能できることが理解でき� �。

 また、図11に示すドレイン電流特性から� �塗布膜4におけるキャリアの移動度が算出さ� ��た。この算出は、下式を用いて行われた。

 μ=(2t・Lg・I _dsat )/(Wg・ε ₀  ε _r  ・(Vg-Vt) ²  )
 当該関係式において、tは塗布膜4の膜厚、Lg はゲートの長さ、I _dsat は飽和電流、Wgはゲートの幅、ε ₀  は真空の誘電率、ε _r  は比誘電率、Vtは閾値電圧、を示している。� ��記式を用いた計算結果から、塗布膜4におけ るキャリアの移動度μは、0.02~6.9cm2/V・secの間 で変動することが分かった。