JP2005135970A - 蒸着方法及びその装置、並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 蒸着膜における不純物や変質物の有無等の膜質についての情報を取得して蒸着を制御する、有機半導体層をはじめとする半導体層の形成に好適な蒸着方法及びその装置、並びにその半導体層をチャネル層に用いた半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】 真空チャンバ２１に、排気系２２、蒸着膜形成基板２５、蒸着源（るつぼ状ヒータ３２の上に載置された、蒸着材料である有機半導体材料３１）等を有する蒸着装置において、光源４１、光入射窓４２、測定用の基体であるモニタ用基板２６、光出射窓４３、及びスペクトロメータ４４を設け、モニタ用基板２６の上の堆積物の光吸収スペクトルから不純物や変質物の有無を検知し、これに基づき蒸着を制御する。蒸着操作を制御する基板側シャッタ２７は、蒸発源から蒸着膜形成基板２４は遮蔽するものの、モニタ用基板２６は遮蔽しないように設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機半導体層をはじめとする半導体層の形成に好適な蒸着方法及びその装置、並びにその半導体層をチャネル層に用いた半導体装置の製造方法に関するものである。

現在、多くの電子機器に用いられているＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型等の絶縁ゲート型電界効果トランジスタでは、例えば、シリコン基板にチャネル層が設けられ、この上にゲート絶縁層としての酸化シリコン層を介して、例えば金／チタンゲート電極等が配置されるように構成されている。

しかし、例えば、実現が望まれているフレキシブルディスプレイ等におけるスイッチング素子又は駆動回路を構成するトランジスタとしては、よりフレキシブルな材料からなるデバイスが望まれている。また、半導体製造工程で使用されるリソグラフィ装置等の高価な装置の使用を極力少なくし、低コストの製造工程を実現する必要が生じている。

そこで、有機電界効果トランジスタ（有機ＦＥＴ）の研究開発が現在盛んに行われており、特開平１０−２７０７１２号公報、特開２０００−２６９５１５号公報、特開２０００−３０７１７２号公報、特開２００２−９２９０号公報等の各公報には、有機材料でチャネル領域を形成したＭＯＳ型電界効果トランジスタが示されている。

チャネル領域を形成する材料には、高純度であることと膜厚が所望の値で均一であることが求められる。

特開２０００−３０７１７２号公報に記されているように、半導体性有機化合物を溶液として基板に被着させた後、溶媒を蒸発させて有機半導体層を形成する方法では、荷電キャリア移動度が１０^-4ｃｍ²Ｖ^-1ｓ^-1程度であり、性能が十分ではない。

特開２００２−９２９０号公報等では、有機半導体層を蒸着によって形成する方法が示唆されているが、有機化合物は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ等の製造に用いられる無機材料に比べて不純物を多量に含んでおり、蒸着によって有機半導体層を形成した場合、これらの不純物が有機半導体層の中に混入して成膜される可能性がある。実際、より高純度の材料を蒸着源として用いると、ＦＥＴ特性が向上するという研究結果が報告されており、この事実は、蒸着源中の不純物の少なくとも一部が、蒸着に際して有機半導体層の中に混入していることを示唆するものと考えられる。また、有機化合物は熱に弱く、蒸着時の加熱によって変質を起こす可能性もある。

これに対し、従来の蒸着方法では、蒸着に際して水晶振動子法による膜厚の測定を行うのみであり（例えば、後述の特許文献２参照。）、蒸着膜の膜質を高める工夫がなされていない。水晶振動子法は、蒸着膜が形成される基板等と水晶振動子とを蒸着源に対して並置しておき、水晶振動子の表面に堆積した蒸発物による質量変化を水晶振動子の固有振動数の変化として検知し、これに基づいて蒸着膜の膜厚を算出するものであり、不純物や変質物の有無を検知することはできない。

ただ一例だけ、蒸着物質の紫外部吸収スペクトルの吸収端を測定する方法が開示されている（後述の特許文献１参照。）。しかしながら、この方法は、ニオブとリチウムとを酸素プラズマを通じて共蒸着させてニオブ酸リチウム薄膜を形成するに際し、リチウムとニオブとのモル比が１：１のとき上記吸収端が最も長波長側にあり、モル比が１をはずれると上記吸収端が短波長側にシフトするという、共蒸着でニオブ酸リチウム薄膜を形成する場合に特殊な現象を利用して、リチウムとニオブのモル比を制御する方法であり、一般的な物質の蒸着における不純物や変質物の有無の検知に適用できるものではない。

特開平４−９７４８号公報（第２−４頁、図１及び２） 特開２００３−２９７５６５号公報（第２−４頁、図１及び２）

本発明の目的は、上記のような実情に鑑み、蒸着膜における不純物や変質物の有無等の膜質についての情報を取得して蒸着を制御する、有機半導体層をはじめとする半導体層の形成に好適な蒸着方法及びその装置、並びにその半導体層をチャネル層に用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。

即ち、本発明は、有機化合物の蒸着膜を形成するに際し、前記有機化合物の蒸発物を測定用の基体上に堆積させ、この堆積膜の光吸収を測定することにより、前記堆積膜の膜質を検知する、有機化合物の蒸着方法に係わるものであり、また、蒸着膜を形成するに際し、蒸着物質の蒸発物を測定用の基体上に堆積させ、この堆積膜の光吸収を測定することにより、前記堆積膜の膜厚及び膜質を検知し、この検知の結果に基づいて、前記蒸着を開始し、前記蒸着膜の膜厚を測定する、蒸着方法に係わるものでもある。

更に、前記蒸着方法を実施するために用いられる蒸着装置であって、被蒸着用の基体と、測定用の基体と、蒸着源とが真空チャンバ内に設けられ、光源と、前記光源から出射され、前記測定用の基体上に堆積した堆積膜を透過した光の強度を測定する光検出器とを備える、蒸着装置に係わるものであり、また、半導体層を有する半導体装置の製造方法において、前記蒸着方法を用いて、前記半導体層を蒸着によって形成する、半導体装置の製造方法に係わるものでもある。

本発明の有機化合物の蒸着方法によれば、前記有機化合物の蒸着膜を形成するに際し、前記有機化合物の蒸発物を測定用の基体上に堆積させ、この堆積膜の光吸収を測定することによって前記堆積膜の膜質を検知するので、この結果に基づいて蒸着を制御することができ、前記膜質の優れた前記蒸着膜を作製することができる。

また、本発明の蒸着方法によれば、前記蒸着膜を形成するに際し、前記蒸着物質の前記蒸発物を前記測定用の基体上に堆積させ、この堆積膜の光吸収を測定することにより、前記堆積膜の膜厚及び膜質を検知し、この検知の結果に基づいて、前記蒸着を開始し、前記蒸着膜の膜厚を測定するので、前記膜質の優れた前記蒸着膜を所望の膜厚にて確実に作製することができる。

また、本発明の蒸着装置は、真空チャンバ内に被蒸着用の基体と、測定用の基体と、蒸着源とが設けられ、光源と、前記光源から出射され、前記測定用の基体上に堆積した堆積膜を透過した光の強度を測定する光検出器とを備えているので、前記蒸着方法を実施することを可能にする好適な蒸着装置である。

また、本発明の半導体装置の製造方法は、本発明の有機化合物の蒸着方法又は本発明の蒸着方法を用いて前記半導体層を形成するので、膜質の優れた前記半導体層を有し、優れた半導体特性を示す半導体装置を確実に製造することができる。

本発明において、有機半導体物質として用いられる、ペンタセン等の不飽和共役結合を有する分子は、特定の波長の光を強く吸収する性質があることが多く、その不純物や変質物も異なる特定波長の光を強く吸収することが多い。このような場合、吸収スペクトルに基づいて、不純物や変質物の有無を検知することができる。

従って、前記蒸着源からの前記蒸発物を前記測定用の基体上に堆積させ、この堆積膜の光吸収を常に測定することにより、目的物質である前記蒸着物質と前記不純物や前記変質物とが前記蒸着源から出射される割合や、加熱開始時から前記蒸着膜が所望の膜厚になるまでの時間や、前記不純物や前記変質物が多く出射される時間帯等を把握することができ、実時間で蒸着を制御して、どのようなタイミングで蒸着を行えば前記蒸着物質のみを蒸着させ得るか、決定することができる。

また、複数の分子が互いの電子雲で相互作用する場合、吸収スペクトルのピーク波長やスペクトル形状が変化することが知られている。このような情報から、成膜時の分子間の相互関係を探り得る可能性もある。

前記光吸収を測定する波長領域は、特に限定されるものではなく、赤外光波長領域から紫外光波長領域までの範囲から、前記蒸着物質や前記不純物や前記変質物を特定しやすい波長領域を用いればよい。

また、入射光強度をＩ₀ 、透過光強度をＩとおくと、溶液では次のランベルトの法則が成り立つ。
ｌｏｇ（Ｉ₀／Ｉ）＝αｃｄ
ここで、αはモル吸光係数、ｃはモル濃度、ｄは光吸収層の厚さである。蒸着膜の厚さをｌとおくと、蒸着膜の厚さｌについても同様の関係が、次式のように成り立つと考えられる。
ｌｏｇ（Ｉ₀／Ｉ）＝βｌ
ここで、βは蒸着膜の吸光係数である。そこで、この式に基づき、透過光強度Ｉから蒸着膜の膜厚ｌを決定することができる。

水晶振動子による膜厚の測定の場合、既知の蒸着物質であっても各装置ごとの補正が必要であるが、吸収スペクトルでは、吸光係数βは蒸着物質固有の値であるため補正する必要性がなく、能率的である。

本発明の有機化合物の蒸着方法において、前記測定用の基体として石英基板等を用い、この石英基板等の上に前記有機化合物の蒸発物を堆積させ、この堆積膜に光を透過させることで光吸収を測定するのがよい。そして、この堆積膜の前記膜質として、前記蒸着物質の前記変質物及び／又は前記不純物の有無を検知するのがよく、この検知の結果に基づいて、前記蒸着を制御して、前記蒸着の開始時期を決めるのがよい。

また、前記有機化合物の蒸着膜の膜厚を測定するのがよく、前記膜厚の測定を光吸収によって行うのがよい。従来の水晶振動子を用いた膜厚の測定と併用することで、精度の高い膜厚を知ることができる。

また、多波長検出器を用いて前記光吸収を測定するのがよい。多波長検出器を用いることで、瞬時に多波長の光吸収スペクトルを測定することができる。

前記有機化合物が、ペンタセン、オリゴチオフェン、フタロシアニン金属錯体及びこれらの置換誘導体からなる群の中から選ばれた有機化合物からなるのがよい。これらは、優れた半導体特性を示すことが知られている。

本発明の蒸着方法において、前記膜厚の測定を光吸収によって行うのがよく、また、多波長検出器を用いて前記光吸収を測定するのがよい。多波長検出器を用いることで、瞬時に多波長の光吸収スペクトルを測定することができる。

本発明の蒸着装置には、前記被蒸着用の基体と、前記測定用の基体と、前記蒸着源とが設けられているが、前記蒸着源に対向して、前記蒸着膜の膜厚測定用の基体が付加されているのがよい。前記被蒸着用の基体と並置して、前記蒸着膜の膜厚測定専用の基体を別途設けることで、膜厚測定がより正確に行われ得る。

また、本発明の半導体装置の製造方法において、前記半導体層を電界効果トランジスタのチャネル層として形成するのがよい。

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に詳細に説明する。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に基づく蒸着装置の構成を示す説明図である。真空チャンバ２１は、図示を省略した真空ポンプや排気バルブ等からなる排気系２２を備えた気密な中空容器で構成されており、その形状は問わない。排気系２２によって、チャンバ２１内を２×１０^-7Ｔｏｒｒ（約２．７×１０^-5Ｐａ）程度以上の高真空状態まで排気できるように構成されている。

支持体２３は、チャンバ２１の上部中央位置に配設されており、下面が平面形状に形成され、この面に被蒸着用の基体である蒸着膜形成基板２５を保持するよう構成されている。なお、蒸着膜形成基板２５を支持体２３の下面に確実に保持するために、支持体２３の下面に静電気を誘起して保持を行う静電吸着方式を採用したり、Ｌ字状部材によって基板２５の縁を機械的に保持したりする方式を採用してもよい。

支持体２３には、基板２５を所定温度に加熱するための基板加熱用ヒータ及び電源２４が内蔵されている。このヒータ及び電源２４は、例えば、抵抗加熱方式のものが採用され、電源部はチャンバ２１の外に設けられている。また、図示を省略したが、チャンバ２１には、基板２５と支持体２３の温度を測定する測温手段が設けられていて、基板加熱用ヒータ及び電源２４は、この測温手段からの信号に応じてヒータに供給する電力を調節するコントローラを有している。

支持体２３に対向してチャンバ２１の下部中央位置には蒸着源が置かれている。蒸着源では、蒸着材料である有機半導体材料３１をタングステン製等のるつぼ状ヒータ３２の上に置き、るつぼ状ヒータ３２に蒸着源加熱用電源３３から通電して、有機半導体材料３１を加熱し、蒸発又は昇華させる。図示を省略したが、るつぼ状ヒータ３２には、有機半導体材料３１の温度を測定する測温手段が設けられていて、蒸着源加熱用電源３３は、この測温手段からの信号に応じてるつぼ状ヒータ３２に供給する電力を調節するコントローラを有している。

るつぼ状ヒータ３２の材料や形状は特に限定されるものではない。例えば、材料は、タングステン以外にタンタル、モリブデン、ニオブ、白金等の高融点金属を用いてもよい。また、形状は、螺旋状フィラメント、バスケット状、ボート状など、蒸着材料に適合した形状であればよい。

そして、チャンバ２１の左側よりの位置に光源４１、光入射窓４２、測定用の基体であるモニタ用基板２６、光出射窓４３、及びスペクトロメータ４４等からなる光吸収スペクトル測定手段が設けられている。スペクトロメータ４４に内蔵される光検出器は、通常の光検出器であってもよいが、同時に多波長の光を測定できる多波長検出器を用いれば、瞬時に多波長の光吸収スペクトルを測定できる利点がある。

光学窓４２と４３、及びモニタ用基板２６の材料は、測定する光の波長領域に応じて選べばよい。例えば、紫外・可視領域の測定では石英や硬質ガラスを用いることができる。

以上に加えて、真空チャンバ２１には蒸着操作を制御するための基板側シャッタ２７及び蒸着源側シャッタ３４が設けられている。蒸着源側シャッタ３４が閉じた状態では、るつぼ状ヒータ３２で加熱され蒸発した蒸発物が真空チャンバ２１内に飛散する動き全体が抑えられる。他方、基板側シャッタ２７は、真空チャンバ２１内に飛散した蒸発物が蒸着膜形成基板２５に付着するのを局所的に防止するためのものである。

基板側シャッタ２７は、蒸着源から蒸着膜形成基板２５は遮蔽するものの、モニタ用基板２６は遮蔽しないように設けられている点が重要である。このため、基板側シャッタ２７を閉じ、蒸着源側シャッタ３４を開いた状態では、蒸着源からの蒸発物をモニタ用基板２６にのみ堆積させることができる。

次に、図１に示した蒸着装置を用いて蒸着膜として有機半導体膜を形成する方法について説明する。

まず、有機半導体材料３１、蒸着膜形成基板２５、及びモニタ用基板２６を所定の位置に載置した後、真空チャンバ２１内を所定の真空度まで排気する。このとき、基板側シャッタ２７及び蒸着源側シャッタ３４は閉じておく。

次に、基板加熱用ヒータ２４及びるつぼ状ヒータ３２に通電して、支持体２３と基板２５、及び有機半導体材料３１を、それぞれ所定の温度に加熱する。

次に、支持体２３と基板２５、及び有機半導体材料３１の温度が所定の温度に達したら、基板側シャッタ２７は閉じたまま、蒸着源側シャッタ３４のみを開き、有機半導体材料３１の蒸発物をモニタ用基板２６の上に堆積させ、この堆積膜の光吸収スペクトルを光源４１やスペクトロメータ４４等からなる光吸収スペクトル測定手段によって測定する。

堆積膜の光吸収スペクトルから変質物が検知されるようであれば、有機半導体材料３１を加熱する温度を下げる等の対策を行う。そして、不純物や変質物の新たな堆積が生じていないことを確認した後、基板側シャッタ２７を開き有機半導体材料３１の蒸着膜を蒸着膜形成基板２５の上に形成する。

蒸着膜の形成を開始した後もモニタ用基板２６の上の堆積膜の光吸収スペクトルの測定を継続し、不純物や変質物の新たな堆積が検知されれば、その堆積が生じなくなるまで基板側シャッタ２７を閉じ、不純物や変質物が蒸着膜形成基板２５の上の蒸着膜に混入するのを防止する。

蒸着膜形成基板２５の上の蒸着膜が所定の膜厚に達したら、基板側シャッタ２７及び蒸着源側シャッタ３４を閉じ、基板加熱用ヒータ２４及びるつぼ状ヒータ３２への通電を停止して、蒸着膜等を放冷し、蒸着膜の作製を終了する。膜厚の測定は、水晶振動子法によってもよいし、基板側シャッタ２７が開状態にある間にモニタ用基板２６の上に堆積した有機半導体材料３１の膜厚を光吸収スペクトルから算出することで求めてもよいし、両者を併用してもよい。

本法によれば、常に不純物や変質物の混入を監視し、それを最小限に抑えるようにして蒸着膜を形成するため、膜質の優れた有機半導体膜を作製することができる。また、測定されたデータに基づき作製条件等の最適化を行うことが可能であるから、生産性を向上させることができ、また、生産性の向上や不良品率の低下によって、製造コストの低下を実現することができる。

図２は、本実施の形態に基づく蒸着装置の他の例として、蒸着膜形成基板２５に隣接して、蒸着膜の膜厚測定専用の基体として第２のモニタ基板２６ｂを設けた例である。この装置において、第１及び第２のモニタ用基板２６ａ及び２６ｂの役割や用い方等は、機能を両者で分担していることを除けば、上述したモニタ用基板２６の役割や用い方と同じである。

２つのモニタ用基板２６ａ及び２６ｂで役割を分担する上で重要な点は、基板側シャッタ２７は、蒸着源から第１のモニタ用基板２６ａを遮蔽することはないものの、第２のモニタ用基板２６ｂを蒸着膜形成基板２５と同様に遮蔽するように設けられている点である。以下、この点に注意しながら、図１の装置との相違点に重点をおいて、図２に示した蒸着装置を用いて蒸着膜として有機半導体膜を形成する方法について説明する。

まず、有機半導体材料３１、蒸着膜形成基板２５、及び第１及び第２のモニタ用基板２６ａと２６ｂを所定の位置に載置した後、真空チャンバ２１内を所定の真空度まで排気する。このとき、基板側シャッタ２７及び蒸着源側シャッタ３４は閉じておく。

次に、支持体２３と基板２５、及び有機半導体材料３１を、それぞれ所定の温度に加熱する。

次に、基板側シャッタ２７は閉じたまま、蒸着源側シャッタ３４のみを開き、有機半導体材料３１の蒸発物を第１のモニタ用基板２６ａの上に堆積させ、この堆積膜の光吸収スペクトルを第１の光源４１ａやスペクトロメータ４４等からなる光吸収スペクトル測定手段によって測定する。

堆積膜の光吸収スペクトルから変質物が検知されるようであれば、有機半導体材料３１を加熱する温度を下げる等の対策を行う。そして、不純物や変質物の新たな堆積が生じていないことを確認した後、基板側シャッタ２７を開き有機半導体材料３１の蒸着膜を蒸着膜形成基板２５の上に形成する。

蒸着膜の形成を開始した後も第１のモニタ用基板２６ａの上の堆積膜の光吸収スペクトルの測定を継続し、不純物や変質物の新たな堆積が検知されれば、その堆積が生じなくなるまで基板側シャッタ２７を閉じ、不純物や変質物が蒸着膜形成基板２５の上の蒸着膜に混入するのを防止する。

一方、蒸着膜の形成を開始した後は、光路を切り替えながら、第２のモニタ用基板２６ｂの上の堆積膜の光吸収スペクトルの測定を間欠的に行い、堆積した有機半導体材料３１の膜厚をこの光吸収スペクトルの強度から算出する。そして、算出された膜厚が所定の蒸着膜の膜厚に達したら、蒸着膜の作製を終了する。蒸着膜の膜厚を水晶振動子法を用いて測定する方法を併用してもよい。

図３は、図２に示した蒸着装置の変形例を示す概略構成図である。図３（ａ）の装置では、２つの光路を切り替えるために、第１の反射鏡４５ａと第２の反射鏡４５ｂとを設け、第１の反射鏡４５ａを操作して２つの光路を切り替え得るようにしている。

また、図３（ｂ）の装置では、第２のモニタ用基板２６ｂの上の堆積膜の膜厚を測定するための専用の光学系を設けた例である。この方法は、例えば他の成分による妨害等がなく、有機半導体材料３１が吸収する波長領域のうちの１つの波長（領域）の光の光吸収強度を測定することで、堆積膜の膜厚測定が可能である場合に適している。この場合、第２の光源４１ｂから出射される光の中から上記の特定の波長（領域）の光のみを選別するには、第２の光源４１ｂの側又は光検出器４６の側のいずれかに、上記の波長の光のみを透過する、（図示を省略した）干渉フィルター等の光学フィルターを設けるのがよい。或いは、適当な波長のレーザ光源を用いることが可能であれば、それを用いてもよい。

本法によれば、第２のモニタ用基板２６ｂの上には、蒸着膜形成基板２５の上の蒸着膜と全く同じ蒸着膜が堆積しており、その膜厚を測定することにより、より正確に蒸着膜の膜厚を検知することができる。

また、前述の例と同様に、常に不純物や変質物の混入を監視しそれを最小限に抑えるようにして蒸着膜を形成するため、高品質の有機半導体膜を作製することができる。また、測定されたデータに基づき作製条件等の最適化を行うことが可能であるから、生産性を向上させることができ、また、生産性の向上や不良品率のが低下によって、製造コストの低下を実現することができる。

実施の形態２
図４〜７は、本発明の実施の形態２に基づく絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造プロセスを示す断面図と平面図である。

本実施の形態の電界効果トランジスタ及びその製造方法によれば、ソース電極、半導体層、ゲート絶縁層、ゲート電極及びドレイン電極がそれぞれ有機物からなる積層構造をなしているので、デバイスの主たる構成部分のすべてが有機材料で構成され、デバイスのフレキシブル性を向上させることができ、フレキシブルディスプレイ等におけるスイッチング素子や駆動回路を構成する上で有利である。

そして、実施の形態１で前述した有機化合物の蒸着方法を用いて半導体層を形成し、特にチャネル層として用いるので、膜質の優れた半導体層を有し、優れた半導体特性を示す半導体装置を確実に製造することができる。また、チャネル層以外の電極等をスピンコートやインクジェットなどによる溶液の直接塗布によって形成することができ、低コスト化を図ることができる。

しかも、上記の積層構造によって、半導体層の膜厚によりチャネル長を制御することができる縦型構造となるため、短チャネルの形成が可能となり、スイッチング動作等の高速化も実現することができる。

以下、詳細を図面参照下に説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、電界効果トランジスタを形成する領域と形成しない領域とを形成するために、基板１上に親水性領域２Ａと疎水性領域２Ｂとを形成する。例えば、ポリエチレングリコールを主成分とする親水性に優れたバイオコンタクトＮ（日清紡績（株）製）からなる基板１上に感光性ポリイミドをスピンコート、インクジェット等により塗布した後、必要あれば露光及び現像を行い、所定パターンの疎水性ポリイミド層３を形成する。この時、ポリイミド層３で形成されている領域２Ｂは疎水性であり、それ以外の基板１が表面に出ている領域２Ａは親水性であるため、基板上に所望のパターンで親水性領域２Ａと疎水性領域２Ｂとを形成することができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、導電性を示す親水性有機材料を溶かした水溶液を塗布することにより、基板１上の親水性領域２Ａにソース電極４を形成する。このとき、ポリイミド層３で形成されている疎水性領域２Ｂ上に親水性有機材料が広がることはなく、親水性の基板１の露出面にのみソース電極４が形成される。このソース電極４は、例えばポリスチレンスルホン酸（polystyrene sulfonic acid）を混ぜたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン(poly(3，4-ethylenedioxythiophene))：ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳをインクジェット等により塗布することにより形成することができる。

次に、図４（ｃ）に示すように、半導電性を示す親水性有機材料を、例えば図１又は図２に示した要領で蒸着後、パターンエッチングして、ソース電極４上にのみ半導体層５を所定パターンに形成する。この半導体層５は、例えばオリゴ（９，９−ジオクチルフルオレン−ビチオフェン（oligo(9,9-dioctylfluorene-bithiophene)）により形成することができる。

次に、図５（ｄ）に示すように、感光性ポリイミド６を基板１上の全面にスピンコート等で塗布した後、露光及び現像を行い、図５（ｅ）に示すように、所望のパターンのポリイミド層６を複数に分割して形成する。このとき、下地のポリイミド層３上にポリイミド６がスピンコートで全面塗布されるので、下地の影響なしに塗布できる。そして、塗布後にパターニングされるが、ソース電極４の一方の側（図面右側）に存在するポリイミド層３上にはポリイミド層６を残しておく。

続いて、導電性を示す疎水性有機材料、例えばポリアセチレンを溶かした溶液をインクジェット等によりポリイミド層６上にこれと同一パターンに塗布することにより、図５（ｆ）に示すように、ゲート電極７を複数に分割して形成する。このとき、下地は疎水性であるため、ゲート電極材料の塗布は容易となる。

次に図６（ｇ）に示すように、感光性ポリイミド層８をゲート電極７を含む全面にスピンコートで塗布し、ゲート電極７を完全にポリイミド層８で覆う。

この場合、ポリイミド層８をスピンコートするときは、下地が親水性であっても支障なしに塗布することができる。そして、図６（ｈ）に示すように、露光及び現像によってゲート電極７の外面のみにポリイミド層８を残すが、インクジェットによるときはパターニング工程なしに所定パターンに直接形成することができる。また、いずれの場合も、各ゲート電極７の端部は露出し、コンタクトホール１１を形成するようにポリイミド層８のパターニング又は塗布を行う。ゲート電極７は、これを被覆する上面及び側面のポリイミド層８及び下面のポリイミド層６によって半導体層９（更には５）に対し絶縁分離される。

このポリイミド層８は、その塗布後におよそ１００℃程度の温度でベーキングすることにより、ゲート電極７を覆う高抵抗化されたポリイミド層、即ちゲート絶縁膜８となる。上記のスピンコートの際の回転数、インクジェットで塗布する際の溶液の濃度及び粘度を調整することにより、ゲート絶縁膜８の膜厚を制御する。また、電界効果トランジスタを構成する基板１とソース電極４の材料と半導体層５の材料とゲート電極７の材料の特性をそれ程変化させない条件下、例えば１００℃以下の低温雰囲気においてある程度の真空下又は窒素雰囲気下といった低酸素濃度下で、上記のベーキングを行うことが望ましい。

次に、図６（ｉ）に示すように、半導電性を示す親水性有機材料９Ａを、例えば図１又は図２に示した要領で蒸着後、図７（ｊ）に示すように、エッチバックによる平坦化とパターンエッチングとを行い、ソース電極４上に形成されている半導体層５の上に、ポリイミド層８で被覆されたゲート電極７を埋設するように、半導体層９を所定パターンに形成する。半導体層９は、例えばオリゴ（９，９−ジオクチルフルオレン−ビチオフェン（oligo(9,9-dioctylfluorene-bithiophene)）により形成することができる。

次に、図７（ｋ）に示すように、導電性を示す親水性有機材料、例えば上記のＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを溶かした水溶液をインクジェット等により塗布し、半導体層５上からポリイミド層６上にかけてドレイン電極１０を所定パターンに形成する。このドレイン電極材料は、下地が親水性の半導体層９であるために、容易に形成される。そして、図８に示すように、各電極に端子電極Ｓ、Ｄ、Ｇ及びその配線を形成して絶縁ゲート型電界効果トランジスタ１２を完成する。

上述のようにして作成した電界効果トランジスタ１２においては、図８に示すように、上部電極（ドレイン電極１０）と下部電極（ソース電極４）との間に流れる電流を、半導体層９中に設けられたゲート電極７により変調することができる。

そして、ゲート電極７は、塗布方法によって複数個に分割して容易に形成でき、マルチチャネルのトランジスタが得られる。

しかも、上記の積層構造によって、半導体層９（更には５）の膜厚によりチャネル長を制御することができるマルチチャネルの縦型構造となるため、短チャネルの形成が可能となり、スイッチング動作等の高速化も実現することができる。

なお、ソース電極４と半導体層９との間に第２の半導体層５が形成されているので、この半導体層５によって上下のソース電極４−ドレイン電極１０間の接触（短絡）を防止し易くなる。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。

例えば、実現が望まれているフレキシブルディスプレイ等におけるスイッチング素子又は駆動回路を構成するトランジスタ等の、よりフレキシブルな材料からなるデバイスが望まれている応用分野、また、低コストであることが重要である応用分野における有機電界効果トランジスタの製造工程等に適用できる。

本発明の実施の形態１に基づく蒸着装置の構成を示す説明図である。 同、蒸着装置の他の例の構成を示す説明図である。 同、蒸着装置の更に他の例の構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に基づく、絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造プロセスを工程順に示す断面図と平面図である。 同、絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造プロセスを工程順に示す断面図と平面図である。 同、絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造プロセスを工程順に示す断面図と平面図と平面図である。 同、絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造プロセスの一工程を示す断面図と平面図である。 同、縦型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタの断面図と平面図である。

符号の説明

１…基板、２Ａ…親水性領域、２Ｂ…疎水性領域、３、６…ポリイミド層、
４…ソース電極、５…半導体層、７…ゲート電極、８…ポリイミド層（ゲート絶縁膜）、９…半導体層、９Ａ…半導体性有機材料層、１０…ドレイン電極、
１２…絶縁ゲート型電界効果トランジスタ、２１…真空チャンバ、２２…排気系、
２３…支持体、２４…基板加熱用ヒータ及び電源、２５…蒸着膜形成基板、
２６…モニタ用基板、２６ａ…第１のモニタ用基板、２６ｂ…第２のモニタ用基板、
２７…基板側シャッタ、３１…有機半導体材料、３２…るつぼ状ヒータ、
３３…蒸着源加熱用電源、３４…蒸着源側シャッタ、４１…光源、４１ａ…第１の光源、４１ｂ…第２の光源、４２…光入射窓、４２ａ…第１の光入射窓、
４２ｂ…第２の光入射窓、４３…光出射窓、４３ａ…第１の光出射窓、
４３ｂ…第２の光出射窓、４４…スペクトロメータ、４５ａ…第１の反射鏡、
４５ｂ…第２の反射鏡、４６…第２の光検出器

Claims (14)

1. 有機化合物の蒸着膜を形成するに際し、前記有機化合物の蒸発物を測定用の基体上に堆積させ、この堆積膜の光吸収を測定することにより、前記堆積膜の膜質を検知する、有機化合物の蒸着方法。
2. 前記膜質として、蒸着物質の変質物及び／又は不純物の有無を検知する、請求項１に記載した有機化合物の蒸着方法。
3. 前記検知の結果に基づいて、前記有機化合物の蒸着を開始する、請求項１に記載した有機化合物の蒸着方法。
4. 前記蒸着膜の膜厚を測定する、請求項３に記載した有機化合物の蒸着方法。
5. 前記膜厚の測定を光吸収によって行う、請求項４に記載した有機化合物の蒸着方法。
6. 多波長検出器を用いて前記光吸収を測定する、請求項１又は５に記載した有機化合物の蒸着方法。
7. 前記有機化合物が、ペンタセン、オリゴチオフェン、フタロシアニン金属錯体及びこれらの置換誘導体からなる群の中から選ばれた有機化合物からなる、請求項１に記載した有機化合物の蒸着方法。
8. 蒸着膜を形成するに際し、蒸着物質の蒸発物を測定用の基体上に堆積させ、この堆積膜の光吸収を測定することにより、前記堆積膜の膜厚及び膜質を検知し、この検知の結果に基づいて、前記蒸着を開始し、前記蒸着膜の膜厚を測定する、蒸着方法。
9. 前記膜厚の測定を光吸収によって行う、請求項８に記載した有機化合物の蒸着方法。
10. 多波長検出器を用いて前記光吸収を測定する、請求項８又は９に記載した蒸着方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載した蒸着方法を実施するために用いられる蒸着装置であって、被蒸着用の基体と、測定用の基体と、蒸着源とが真空チャンバ内に設けられ、光源と、前記光源から出射され、前記測定用の基体上に堆積した堆積膜を透過した光の強度を測定する光検出器とを備える、蒸着装置。
12. 前記蒸着源に対向して、前記蒸着膜の膜厚測定用の基体が付加されている、請求項１１に記載した蒸着装置。
13. 半導体層を有する半導体装置の製造方法において、請求項１〜１０のいずれか１項に記載した蒸着方法を用いて、前記半導体層を蒸着によって形成する、半導体装置の製造方法。
14. 前記半導体層を電界効果トランジスタのチャネル層として形成する、請求項１３に記載した半導体装置の製造方法。

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