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JP2005029885A - Thin film forming method, thin film forming apparatus, and semiconductor device - Google Patents

Thin film forming method, thin film forming apparatus, and semiconductor device Download PDF

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JP2005029885A
JP2005029885A JP2003364084A JP2003364084A JP2005029885A JP 2005029885 A JP2005029885 A JP 2005029885A JP 2003364084 A JP2003364084 A JP 2003364084A JP 2003364084 A JP2003364084 A JP 2003364084A JP 2005029885 A JP2005029885 A JP 2005029885A
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JP
Japan
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film forming
precursor material
thin film
substrate
organic
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Application number
JP2003364084A
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Japanese (ja)
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Satohiko Memesawa
聡彦 目々澤
Akira Omae
暁 大前
Takeshi Tojo
剛 東條
Katsunori Yanashima
克典 簗嶋
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

【課題】成膜制御性に優れ、かつパッキングデンシティが高い膜を形成することができるようにする。
【解決手段】 ホスト材としての第1有機前駆物質材料4を成膜する反応装置10は真空蒸着法を適用したものとする。蒸気化装置80にてゲスト材としての第2有機前駆物質材料6を蒸気化させ、ガス精製装置94から供給される不活性キャリアガス7と混合し、この混合蒸気8を配管87を通して反応装置10内に導入する。配管89の経路上にマスフローコントローラ90を取り付ける。第2有機前駆物質材料6の反応装置10内へ導入量をマスフローコントローラ90により制御することでドーピングの濃度制御を行なう。高速かつ高精度の成膜が可能な真空蒸着法によりホスト材を基板Wに付着し、また濃度制御性に優れたOVPD法によりゲスト材を基板Wに付着する。ホスト材については真空蒸着法の利点を享受でき、ゲスト材についてはOVPD法の利点を享受できる。
【選択図】図1
A film having excellent film formation controllability and high packing density can be formed.
A reactor 10 for depositing a first organic precursor material 4 as a host material is assumed to employ a vacuum deposition method. The second organic precursor material 6 as the guest material is vaporized in the vaporizer 80 and mixed with the inert carrier gas 7 supplied from the gas purifier 94, and this mixed vapor 8 is passed through the pipe 87 to the reactor 10. Introduce in. A mass flow controller 90 is attached on the path of the pipe 89. The concentration of doping is controlled by controlling the amount of the second organic precursor material 6 introduced into the reactor 10 by the mass flow controller 90. A host material is attached to the substrate W by a vacuum vapor deposition method capable of forming a film with high speed and high accuracy, and a guest material is attached to the substrate W by an OVPD method having excellent concentration controllability. The host material can enjoy the advantages of the vacuum deposition method, and the guest material can enjoy the advantages of the OVPD method.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、薄膜形成方法および薄膜形成装置、並びに半導体デバイスに関する。より詳細には、たとえば有機電界発光素子(有機EL素子:ELはエレクトロルミネッセンスの略)の製造に用いて好適な、蒸発材料を被蒸着部材に付着する蒸着技術に関する。   The present invention relates to a thin film forming method, a thin film forming apparatus, and a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a deposition technique for attaching an evaporation material to a member to be deposited, which is suitable for use in manufacturing, for example, an organic electroluminescent element (organic EL element: EL is an abbreviation for electroluminescence).

近年、平面型の表示装置として、有機EL素子を用いたものが注目されている。有機EL素子を用いた表示装置(有機ELディスプレイ)は、バックライトが不要な自発光型のディスプレイであるため、視野角が広い、消費電力が少ないなどの利点を有している。   In recent years, attention has been paid to those using organic EL elements as flat display devices. Since a display device (organic EL display) using an organic EL element is a self-luminous display that does not require a backlight, it has advantages such as a wide viewing angle and low power consumption.

このような有機ELディスプレイに用いられる有機EL素子は、一般に、有機材料からなる有機層(有機EL層)を上下から電極(陽極および陰極)で挟み込んだ構造となっている。そして、陽極に正の電圧、陰極に負の電圧をそれぞれ印加することにより、有機層に対して、陽極から正孔を注入する一方、陰極から電子を注入することにより、有機層で正孔と電子が再結合して発光する仕組みになっている。   An organic EL element used for such an organic EL display generally has a structure in which an organic layer (organic EL layer) made of an organic material is sandwiched between electrodes (anode and cathode) from above and below. Then, by applying a positive voltage to the anode and a negative voltage to the cathode, respectively, holes are injected from the anode into the organic layer, while electrons are injected from the cathode, thereby causing holes in the organic layer. The mechanism is such that electrons recombine and emit light.

有機EL素子の有機層は、通常、正孔(ホール)注入層、正孔輸送層、発光層、電荷注入層などといった3〜5層の積層構造となっている。各々の層を形成する有機材料は、耐水性が低くてウェットプロセスを利用できない。そのため、たとえば、低分子とポリマーの両方をベースとする有機層を形成する場合は回転蒸着法を採用している。ポリマーベースのデバイスは、回転蒸着法により簡単で安価に製造できる一般的利点を有する。   The organic layer of the organic EL element usually has a laminated structure of 3 to 5 layers such as a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, and a charge injection layer. The organic material forming each layer has low water resistance and cannot use a wet process. Therefore, for example, when forming an organic layer based on both a low molecule and a polymer, the rotary evaporation method is employed. Polymer-based devices have the general advantage that they can be manufactured simply and inexpensively by the rotary evaporation method.

これに対し、低分子によるデバイスは、図9に概略構成図を示すように、真空薄膜形成技術を利用した真空蒸着法により、有機電界発光素子の素子基板(通常はガラス基板)に各層を順に形成して所望の積層構造を得ている。この真空蒸着法は、成膜チャンバ211内を、たとえば約10^−3(“^”はべき乗を示す)〜10^−4パスカル(Pa)程度の比較的高い状態とし、このような真空中において、抵抗加熱などを用いた加熱源220を制御して有機原料204を坩堝214内で蒸発させ、保持ベース215の蒸発源230に対向する位置に基板板Wを配置し、この基板W上へ蒸発有機物204aを堆積させることによって薄膜化するプロセスである。   On the other hand, as shown in the schematic configuration diagram of FIG. 9, the low molecular device is formed by sequentially depositing each layer on an element substrate (usually a glass substrate) of an organic electroluminescent element by a vacuum deposition method using a vacuum thin film forming technique. The desired laminated structure is obtained by forming. In this vacuum deposition method, the inside of the film forming chamber 211 is set to a relatively high state of about 10 ^ -3 ("^" indicates power) to 10 ^ -4 Pascal (Pa), for example, in such a vacuum. , The heating source 220 using resistance heating or the like is controlled to evaporate the organic raw material 204 in the crucible 214, and the substrate plate W is disposed at a position facing the evaporation source 230 of the holding base 215. In this process, the evaporated organic substance 204a is deposited to form a thin film.

真空蒸着法は、通常回転蒸着よりも高価な方法であるが、高い真空度で薄膜形成するのでパッキングデンシティ(充填密度)が高い薄膜を形成することができ、ピンホールが少ない有機EL素子を作製することが可能である利点を有する。また、比較的簡便な装置構成で高速レートでの製造が実現でき、生産性が高い。   The vacuum evaporation method is usually more expensive than the rotary evaporation method. However, since a thin film is formed at a high degree of vacuum, a thin film with a high packing density (packing density) can be formed, and an organic EL element with few pinholes is produced. Has the advantage of being able to. In addition, high-speed production can be realized with a relatively simple apparatus configuration, and productivity is high.

なお、有機膜の形成に際しては、発光効率の向上や寿命の向上あるいは薄膜状態の安定化など、有機膜の特性を向上させるため、メイン材料であるホスト(HOST)材とは異なるゲスト(Guest )材を添加材料としてドーピングする手法が用いられている。ここで、真空蒸着法においてドーピングを行なう場合には、通常、ホスト材とゲスト材とを同時に真空蒸着させる共蒸着といわれる手法が採られている。   When forming an organic film, the guest (Guest) is different from the HOST material, which is the main material, in order to improve the characteristics of the organic film, such as improving the luminous efficiency, improving the lifetime, or stabilizing the thin film state. A technique of doping a material as an additive material is used. Here, when doping is performed in a vacuum deposition method, a technique called co-deposition in which a host material and a guest material are simultaneously vacuum deposited is employed.

しかしながら、真空蒸着による有機ドーピングは、ドーピング濃度の制御性が悪いという問題がある。その主な理由は、分解能が低い膜厚計217で計測した成膜レートに基づいてドーピング濃度を換算しているため、ドーピング濃度制御性は膜厚計の分解能に大きく依存する点にある。   However, organic doping by vacuum deposition has a problem that the controllability of the doping concentration is poor. The main reason is that the doping concentration controllability largely depends on the resolution of the film thickness meter because the doping concentration is converted based on the film formation rate measured by the film thickness meter 217 having a low resolution.

たとえば、蒸着時の膜厚モニタとしては、水晶振動子を用いた方法が広く使われている。水晶振動子は、一定の周波数で振動しているが、これに蒸着による膜が付着すると、振動子の質量変化により振動周波数が変化する。この変化をモニタすることで膜厚を測定することができる。しかしながら、膜厚計として一般的に用いられている水晶振動式膜厚計のレート計測精度はせいぜい0.1Å/s程度であるので、たとえば成膜レートが2Å/sのホスト材へのゲスト材ドーピングを1±0.1vol%の精度で行なうためには、ゲスト材の成膜レート精度を0.02±0.002vol%で行なう必要がある。しかしながら、上述のように水晶振動式膜厚計での計測精度では不十分である。   For example, a method using a crystal resonator is widely used as a film thickness monitor during vapor deposition. The quartz vibrator vibrates at a constant frequency, but when a film formed by vapor deposition adheres to the quartz vibrator, the vibration frequency changes due to a mass change of the vibrator. By monitoring this change, the film thickness can be measured. However, since the rate measurement accuracy of a crystal vibration type film thickness meter generally used as a film thickness meter is at most about 0.1 mm / s, for example, a guest material for a host material having a film forming rate of 2 mm / s. In order to perform doping with an accuracy of 1 ± 0.1 vol%, it is necessary to perform the film formation rate accuracy of the guest material at 0.02 ± 0.002 vol%. However, as described above, the measurement accuracy with the crystal vibration type film thickness meter is insufficient.

加えて、蒸発源230から蒸発させた有機材料204の蒸着速度を検出し、この検出結果に基づいて蒸発源230からの有機材料204の蒸発量を制御する、レート制御と呼ばれる方法が採用される。ここで、このレート制御においては、蒸発源230の熱源となる加熱源220の出力を調整することにより、有機材料の蒸発量を制御している。   In addition, a method called rate control is adopted in which the vapor deposition rate of the organic material 204 evaporated from the evaporation source 230 is detected, and the evaporation amount of the organic material 204 from the evaporation source 230 is controlled based on the detection result. . Here, in this rate control, the evaporation amount of the organic material is controlled by adjusting the output of the heating source 220 as a heat source of the evaporation source 230.

しかしながら、一般に、有機EL素子の製造に用いられる有機材料は熱効率が悪く、蒸着温度も比較的低温であるため、加熱源220にかかる熱量を変化させたときに、実際に加熱源220の熱が有機材料に伝わって蒸着速度に変化が現れるまでに長い時間がかかる。したがって、蒸着速度を制御するときの応答性(レート制御性)が悪く、有機材料の膜厚を安定的に制御することが困難である。   However, in general, an organic material used for manufacturing an organic EL element has poor thermal efficiency and a deposition temperature is relatively low. Therefore, when the amount of heat applied to the heating source 220 is changed, the heat of the heating source 220 is actually increased. It takes a long time for the change in the deposition rate to be transmitted to the organic material. Therefore, responsiveness (rate controllability) when controlling the deposition rate is poor, and it is difficult to stably control the film thickness of the organic material.

たとえば、有機材料は、粉状原料であり均一加熱が難しく、さらに原料容器が真空雰囲気中に配置されるため 急速に加熱したり急速に冷却することが困難であり、蒸発源の加熱温度を変えたときの蒸発速度の変化速度が遅いので、成膜速度が不安定であるという欠点を有する。また、蒸着速度を変化させてから、所望のレベルで蒸着速度が安定するまでの間は、基板Wを投入することができないため、その間に高価な有機材料を無駄に消費することになり、商品のコストアップの要因となる。   For example, organic materials are powdery raw materials that are difficult to heat uniformly, and because the raw material container is placed in a vacuum atmosphere, it is difficult to heat or cool quickly, changing the heating temperature of the evaporation source. Since the rate of change of the evaporation rate at this time is slow, there is a disadvantage that the film formation rate is unstable. In addition, since the substrate W cannot be put in between the time when the deposition rate is changed and the time when the deposition rate is stabilized at a desired level, expensive organic materials are wasted in the meantime. Cause cost increase.

これに対して、気相堆積法を有機薄膜に適用した有機気相蒸着法(Organic Vapor Phase Deposition ;OVPD法)を使用する手法が提案されている。OVPD法は、著しく異なった蒸気圧を持つ材料を制御して同時蒸着することができる。また、蒸着膜の膜厚制御は、原料加熱温度制御の他に、気体化された有機材料の流量制御により原料の供給量を制御することもでき、この流量制御は高精度かつ高速に実現でき、真空蒸着法に比べてレート制御性や膜厚制御性が良好である。ゲスト材のドーピング量の制御に関しても同様である。このように、OVPD法は、高温不活性ガスと有機蒸気を、たとえば混合室内で十分に混合し温度の均一性を高めることによって温度安定性を確保し、制御が容易なガス流量をコントロールすることにより、安定した成膜速度を実現できる。   On the other hand, a method using an organic vapor phase deposition (OVPD method) in which a vapor deposition method is applied to an organic thin film has been proposed. The OVPD method can control and co-deposit materials with significantly different vapor pressures. In addition to controlling the raw material heating temperature, the deposition film thickness can be controlled by controlling the flow rate of the vaporized organic material, and the flow rate control can be realized with high accuracy and high speed. Compared with the vacuum deposition method, the rate controllability and film thickness controllability are good. The same applies to the control of the doping amount of the guest material. As described above, the OVPD method ensures high temperature stability by sufficiently mixing high temperature inert gas and organic vapor in, for example, a mixing chamber to increase temperature uniformity, and controls a gas flow rate that is easy to control. Thus, a stable film forming speed can be realized.

しかしながら、OVPD法は、大気圧近傍で行なわれ、大気圧またはその近くで成長する膜は粗く、気相核生成および拡散律速成長過程により不均一な表面形態を有する問題がある。また、OVPD法は、原料輸送に大量ガスを用いるために、成膜チャンバ内の真空度が悪く、たとえば数10パスカルの低真空化において有機膜が形成されるために、蒸発分子が低真空化に存在するガスに衝突することにより蒸発粒子が有する運動エネルギーが低くなるので、膜基板上での粒子拡散が不十分となり、緻密な膜が得られることが困難となる、あるいは低真空化に存在するガスが膜内部に巻き込まれることにより膜が粗となるなどの弊害がある。   However, the OVPD method is performed near atmospheric pressure, and a film grown at or near atmospheric pressure is rough, and has a problem of having a non-uniform surface morphology due to vapor phase nucleation and diffusion-controlled growth processes. In addition, the OVPD method uses a large amount of gas for transporting raw materials, so the degree of vacuum in the film forming chamber is poor. For example, an organic film is formed in a low vacuum of several tens of pascals, so that the evaporation molecules are reduced in vacuum. Since the kinetic energy of the evaporated particles is lowered by colliding with the gas existing in the film, the particle diffusion on the film substrate becomes insufficient, making it difficult to obtain a dense film or presenting in a low vacuum When the gas to be entrained is entrained inside the film, the film becomes rough.

OVPD法における前記の問題を解消する技術として、低圧有機気相蒸着法(LPOVPD法)が、たとえば特許文献1に提案されている。この特許文献1に記載の技術は、たとえば図10(特許文献1の図1と同様)に示すような装置を用いて、減圧下で原料ガスをキャリアガスを用いて基体へ運び、基体上でガスが凝縮して膜形成が行なわれる有機膜形成方法である。また、著しく異なる蒸気圧をもつ有機材料を反応管内に導入して同時蒸着することで、多成分系薄膜の各成分量を正確精密に制御できる有機薄膜形成方法である。このLPOVPD法では、たとえば、数10〜数100パスカル程度の比較的低い真空中において、抵抗加熱などにより蒸発気化させた有機原料ガスを不活性キャリアガスと混合させ、その混合ガスをシャワーヘッドを通して輸送され基板上で有機物が堆積し薄膜化する。   As a technique for solving the above problem in the OVPD method, a low-pressure organic vapor deposition method (LPOVPD method) has been proposed in, for example, Patent Document 1. The technique described in Patent Document 1 uses, for example, an apparatus as shown in FIG. 10 (similar to FIG. 1 of Patent Document 1) to carry a source gas to a substrate using a carrier gas under reduced pressure. This is an organic film forming method in which gas is condensed to form a film. In addition, this is an organic thin film forming method in which the amount of each component of the multi-component thin film can be accurately and precisely controlled by introducing and simultaneously vapor-depositing organic materials having significantly different vapor pressures into the reaction tube. In this LPOVPD method, for example, in a relatively low vacuum of about several tens to several hundreds of pascals, an organic source gas evaporated by resistance heating or the like is mixed with an inert carrier gas, and the mixed gas is transported through a shower head. Then, an organic substance is deposited on the substrate and thinned.

特表2001−523768号公報JP-T-2001-523768

たとえば、図10では、坩堝14に第1有機前駆物質材料が入っており、反応管12の一方の端部20に近い管36内に配置され、不活性キャリアガスの調節した流れ30を、管36を通って反応室中へ送り、それにより第1有機前駆物質の蒸気を反応管12に沿ってその排出端の方へ流す。また、第2有機前駆物質材料6が収容されているバブラー46から、気泡として配管54を通って第2有機前駆物質48の蒸気を反応炉12中へ運ぶ。こうすることで、多成分系薄膜の各成分量を正確精密に制御できる有機薄膜形成方法で異なる特性を持つ有機材料を基体58に成膜する。   For example, in FIG. 10, the crucible 14 contains a first organic precursor material and is disposed in a tube 36 near one end 20 of the reaction tube 12 to provide a regulated flow 30 of inert carrier gas to the tube. 36 is fed into the reaction chamber through which the vapor of the first organic precursor flows along the reaction tube 12 toward its discharge end. Further, the vapor of the second organic precursor 48 is carried as bubbles from the bubbler 46 in which the second organic precursor material 6 is accommodated into the reaction furnace 12 through the pipe 54. In this way, organic materials having different characteristics are formed on the substrate 58 by an organic thin film forming method capable of accurately and accurately controlling the amount of each component of the multicomponent thin film.

しかしながら、LPOVPD法で滑らかな表面性を有する有機膜を形成するには、有機膜の結晶化やさらには結晶粒成長などを避けなければいけない。このため、高温原料ガスの輸送に伴う基板温度上昇を極力抑制し、膜形成時には室温付近にあるいは少なくとも結晶化温度以下に基板温度を維持しなければならない。したがって、LPOVPD法は、基板温度の制御が困難であり、複雑な機構の基板ホルダを必要とする。   However, in order to form an organic film having smooth surface properties by the LPOVPD method, it is necessary to avoid crystallization of the organic film and further growth of crystal grains. For this reason, the substrate temperature rise accompanying the transport of the high temperature source gas must be suppressed as much as possible, and the substrate temperature must be maintained near room temperature or at least below the crystallization temperature when forming the film. Therefore, in the LPOVPD method, it is difficult to control the substrate temperature, and a substrate holder having a complicated mechanism is required.

また、LPOVPD法は、膜形成圧力が数10〜数100パスカル程度の低真空のプロセスであるため、薄膜がガスを巻き込むことによってパッキングデンシティが低いポーラスな(隙間の多い)膜が形成されやすい。このため、ボイドやピンホールが多く、膜の機械強度が弱い、電気的特性が悪い、基板との付着力が低いなど、信頼性が低い膜が形成されやすいという欠点を有する。   In addition, the LPOVPD method is a low-vacuum process with a film forming pressure of several tens to several hundreds of pascals, so that a porous film with a low packing density (a lot of gaps) is easily formed by entraining a gas in the thin film. For this reason, there are many voids and pinholes, and there is a drawback that a film with low reliability is easily formed, such as low mechanical strength of the film, poor electrical characteristics, and low adhesion to the substrate.

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、蒸着膜の成膜制御性に優れ、しかもパッキングデンシティが高い膜を形成することができる技術を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the technique which is excellent in the film-forming controllability of a vapor deposition film, and can form a film | membrane with high packing density.

すなわち、本発明に係る薄膜形成方法は、蒸発させた材料を基板に付着させることで基板上に薄膜を形成する方法であって、第1の前駆物質材を真空蒸着法により基板に供給するととともに、第2の前駆物質材を気相法により基板に供給することとした。   That is, the thin film forming method according to the present invention is a method of forming a thin film on a substrate by attaching an evaporated material to the substrate, and supplying the first precursor material to the substrate by a vacuum deposition method. The second precursor material was supplied to the substrate by a vapor phase method.

また、本発明に係る薄膜形成装置は、前記本発明に係る薄膜形成方法を実施するのに好適な装置であって、第1の前駆物質材を真空蒸着法により基板に供給する成膜炉と、第2の前駆物質材を蒸気化させる蒸気化装置と、蒸気化装置により蒸気化された第2の前駆物質材を成膜炉に導入する配管とを備えるものとした。   The thin film forming apparatus according to the present invention is an apparatus suitable for carrying out the thin film forming method according to the present invention, and a film forming furnace for supplying the first precursor material to the substrate by a vacuum evaporation method; And a vaporizer for vaporizing the second precursor material, and a pipe for introducing the second precursor material vaporized by the vaporizer into the film forming furnace.

また従属項に記載された発明は、本発明に係る薄膜形成方法および装置のさらなる有利な具体例を規定する。   The invention described in the dependent claims defines further advantageous specific examples of the thin film forming method and apparatus according to the present invention.

たとえば、第1の前駆物質材と第2の前駆物質材とは、たとえば有機薄膜を蒸気前駆物質の反応により基板上に蒸着されるものなどである。ここで、「反応」とは、前駆物質反応物が明確な反応生成物を形成する化学反応を意味するか、または別法としてそれは前駆物質材料の組合せまたは混合物を単に意味するか、または前駆物質材料が供与体・受容体、またはゲスト・ホストの関係を形成する場合を意味する。   For example, the first precursor material and the second precursor material are, for example, those in which an organic thin film is deposited on a substrate by a reaction of a vapor precursor. Here, “reaction” means a chemical reaction in which a precursor reactant forms a well-defined reaction product, or alternatively it simply means a combination or mixture of precursor materials, or a precursor. It means when the material forms a donor-acceptor or guest-host relationship.

また、第1と第2の各前駆物質材として同一の物質を使用してもよい。こうすることで、所定の物質の薄膜形成を真空蒸着法とOVPD法の同時成膜とすることができる。また、第1の前駆物質材と第2の前駆物質材の一方として同一の物質を使用しつつ、第2の前駆物質材の他方として第1の前駆物質材とは異なる物質を使用してもよい。こうすることで、所定の物質の薄膜形成を真空蒸着法とOVPD法の同時成膜としつつ、さらに別の物質をOVPD法で導入する(たとえばドーピングする)ことができる。   The same material may be used as the first and second precursor materials. By doing so, the thin film formation of the predetermined substance can be performed simultaneously with the vacuum deposition method and the OVPD method. Further, the same material may be used as one of the first precursor material and the second precursor material, and a material different from the first precursor material may be used as the other of the second precursor material. Good. In this way, another material can be introduced (for example, doped) by the OVPD method while forming a thin film of the predetermined material simultaneously with the vacuum deposition method and the OVPD method.

また、第1と第2の各前駆物質材の一方として第1の物質を使用しつつ、第1と第2の各前駆物質材の他方として第1の物質とは異なる物質を使用してもよい。こうすることで、所定の物質の薄膜形成を真空蒸着法とOVPD法の同時成膜としつつ、さらに別の物質を真空蒸着法とOVPD法により高濃度で導入する(たとえばドーピングする)ことができる。   Further, the first substance may be used as one of the first and second precursor materials, and a substance different from the first substance may be used as the other of the first and second precursor materials. Good. This makes it possible to introduce (for example, dope) another substance at a high concentration by the vacuum deposition method and the OVPD method while forming a thin film of the predetermined material simultaneously with the vacuum deposition method and the OVPD method. .

配管を通して第2の前駆物質材を成膜炉に導入する際には、輸送ガスとして不活性ガスを用いるのがよい。また、第2の前駆物質材を成膜炉に導入する場合、その流量を、たとえば配管の一部にマスフローコントローラを設けることで制御するとよい。また、前駆物質材の基板への蒸着の度合いを監視する監視部を成膜炉内に設けておき、その監視結果を参照してOVPD法のガス流量制御を行なうようにしてもよい。こうすることで、第2の前駆物質材の導入量を高精度に管理でき、たとえば第1の前駆物質材への第2の前駆物質材のドーピング濃度を高精度に調整することや、第1と第2の各前駆物質材として同一の物質を使用する場合には膜厚を高精度に調整することができる。   When introducing the second precursor material into the film forming furnace through the pipe, it is preferable to use an inert gas as a transport gas. In addition, when the second precursor material is introduced into the film forming furnace, the flow rate thereof may be controlled by providing a mass flow controller in a part of the piping, for example. Further, a monitoring unit for monitoring the degree of deposition of the precursor material on the substrate may be provided in the film forming furnace, and the gas flow rate control of the OVPD method may be performed with reference to the monitoring result. In this way, the introduction amount of the second precursor material can be managed with high accuracy. For example, the doping concentration of the second precursor material into the first precursor material can be adjusted with high accuracy, When the same material is used as each of the second precursor materials, the film thickness can be adjusted with high accuracy.

蒸気化装置から成膜炉内に導入される配管の設置位置や形状は、第1および第2の前駆物質の組合せまたは混合物を基板に付着させることや、複数の前駆物質の化学反応物を基板に付着させることや、前駆物質材料を供与体・受容体またはゲスト・ホストの関係を形成することなどを考慮して決めるとよい。   The installation position and shape of the piping introduced from the vaporization apparatus into the film-forming furnace can be determined by attaching a combination or mixture of the first and second precursors to the substrate, or by applying chemical reactants of a plurality of precursors to the substrate. It may be determined in consideration of adhesion to the precursor, or formation of a precursor / donor or guest / host relationship with the precursor material.

また、大型基板への対応のため、第1の前駆物質材を収容する開口容器と加熱機構部と有する蒸着源を長尺状に形成してライン型蒸発源とするとともに、蒸気化された第2の前駆物質材を成膜炉に導入する配管の先端に、第2の前駆物質材を含む混合ガスを長尺状に、かつ蒸着源の長尺方向と略平行に導出する導出端を設けるとよい。   Further, in order to cope with a large substrate, an evaporation source having an opening container for accommodating the first precursor material and a heating mechanism is formed in a long shape to form a line-type evaporation source, and the vaporized first The leading end of the pipe for introducing the second precursor material into the film forming furnace is provided with a lead-out end for leading out the mixed gas containing the second precursor material in a long shape and substantially parallel to the longitudinal direction of the vapor deposition source. Good.

また、蒸着源の長尺方向と直交する方向に、蒸発源および導出端と基板とを相対的に移動させる移動機構部と、基板に付着させた前駆物質材の膜厚を計測する膜厚計測部と、膜厚計測部の計測結果に基づいて移動機構部による相対的な移動速度を制御する移動速度制御部とを備えるものとするのがよい。   Also, a moving mechanism that moves the evaporation source and the lead-out end relative to the substrate in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the vapor deposition source, and a film thickness measurement that measures the film thickness of the precursor material attached to the substrate. And a moving speed control unit that controls the relative moving speed of the moving mechanism unit based on the measurement result of the film thickness measuring unit.

また、成膜対象となる基板をキャリアに搭載し、複数のライン型蒸発源に対して相対移動させることで、大面積の基板上に複数の前駆物質材を連続成膜する、いわゆるインライン方式の装置構成としてもよい。   In addition, a substrate to be deposited is mounted on a carrier and moved relative to a plurality of line-type evaporation sources to continuously deposit a plurality of precursor materials on a large-area substrate. It is good also as an apparatus structure.

また、本発明に係る半導体デバイスは、正確なドーピング濃度変調を備えた構造を有しているものとする。このような構造は、前記本発明に係る薄膜形成装置を用いて製造することで構成される。   The semiconductor device according to the present invention has a structure with accurate doping concentration modulation. Such a structure is configured by manufacturing using the thin film forming apparatus according to the present invention.

本発明に係る上記構成においては、第1の前駆物質材は真空蒸着法で、また第2の前駆物質材は気相法で、それぞれ基板に供給することとした。こうすることで、第1の前駆物質材については真空蒸着法の利点を享受し、第2の前駆物質材については気相法の利点を享受し得るようにした。   In the above configuration according to the present invention, the first precursor material is supplied to the substrate by the vacuum deposition method, and the second precursor material is supplied by the vapor phase method. In this way, the first precursor material can enjoy the advantages of the vacuum deposition method, and the second precursor material can enjoy the advantages of the vapor phase method.

こうすることで、高速かつ高精度の成膜が可能な真空蒸着法により第1の前駆物質材料を基板に付着し、また濃度制御性に優れたOVPD法により第2の前駆物質材料を真空蒸着法を適用する成膜炉内に導入することができる。このため、第1の前駆物質材料については真空蒸着法の利点を享受でき、また第2の前駆物質材料についてはOVPD法の利点を享受できるようになった。   In this way, the first precursor material is attached to the substrate by a vacuum deposition method capable of forming a film with high speed and high accuracy, and the second precursor material is vacuum deposited by an OVPD method having excellent concentration controllability. It can be introduced into a film forming furnace to which the method is applied. Therefore, the first precursor material can enjoy the advantages of the vacuum deposition method, and the second precursor material can enjoy the advantages of the OVPD method.

これにより、第2の前駆物質材料の濃度制御性に優れるとともに、第1および第2の前駆物質材料や、第1および第2の各前駆物質材料の化学反応物については、パッキングデンシティが高い、高性能の薄膜を基板上に形成することができるようになった。   Thus, the concentration controllability of the second precursor material is excellent, and the packing density is high for the first and second precursor materials and the chemical reactants of the first and second precursor materials. High performance thin films can be formed on a substrate.

また、第2の前駆物質材料として第1の前駆物質材料と同じ物質を使用することで、真空蒸着法で、この物質の薄膜を所定の基板上に形成しつつ、同時にOVPD法で補足的に同一材料を成膜することにより、真空蒸着法と同等の膜密度を有するとともに、成膜安定性を向上させることができる。   Further, by using the same material as the first precursor material as the second precursor material, a thin film of this material is formed on a predetermined substrate by a vacuum deposition method, and at the same time supplementarily by the OVPD method. By depositing the same material, it is possible to have a film density equivalent to that of the vacuum vapor deposition method and to improve the film deposition stability.

<第1実施形態>
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第1実施形態を示す概略図である。この半導体製造装置1は、真空蒸着法を適用する反応装置10内に、OVPD法を適用するための蒸気化装置80側から第2有機前駆物質材料6を含んだ混合蒸気8が導入されるように構成されている。このような構成により、たとえば第1有機前駆物質材料4としてのホスト材を真空蒸着法で、第2有機前駆物質材料6としてのゲスト(GEST)材をOVPD法で有機膜形成を行なうことによって、有機膜のドーピング濃度制御性に優れかつパッキングデンシティが高い膜を形成することができるようにしている。以下、具体的に説明する。   FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of a semiconductor manufacturing apparatus to which a thin film forming apparatus according to the present invention is applied. In this semiconductor manufacturing apparatus 1, the mixed vapor 8 containing the second organic precursor material 6 is introduced from the vaporizer 80 side for applying the OVPD method into the reaction apparatus 10 to which the vacuum vapor deposition method is applied. It is configured. With such a configuration, for example, the host material as the first organic precursor material 4 is formed by the vacuum deposition method, and the guest (GEST) material as the second organic precursor material 6 is formed by the OVPD method. A film having excellent doping concentration controllability of the organic film and high packing density can be formed. This will be specifically described below.

反応装置10は、成膜チャンバ(反応室)11を備える。この成膜チャンバ11は、たとえば、所定の直径および長さを持つ適当な大きさを有する円筒である。この成膜チャンバ11は、ガラスまたは石英のような適当な材料から作られている。   The reaction apparatus 10 includes a film forming chamber (reaction chamber) 11. The film forming chamber 11 is, for example, a cylinder having an appropriate size having a predetermined diameter and length. The film forming chamber 11 is made of a suitable material such as glass or quartz.

成膜チャンバ11内の図中下部には開口容器の一例としての坩堝14を有し、坩堝14の上部(開口部14a側)に、被蒸着部材としての基板Wを図示しない基板ホルダにより保持する基板保持ベース15と、基板Wに蒸着された第1有機前駆物質材料4および第2有機前駆物質材料6の膜厚を計測する水晶式膜厚計17とを有する。   The film forming chamber 11 has a crucible 14 as an example of an opening container in the lower part of the figure, and a substrate W as a vapor deposition member is held on the upper part of the crucible 14 (opening part 14a side) by a substrate holder (not shown). A substrate holding base 15 and a crystal film thickness meter 17 for measuring the film thicknesses of the first organic precursor material 4 and the second organic precursor material 6 deposited on the substrate W are provided.

成膜チャンバ11内に置かれている坩堝14の周囲には、蒸着材料となる第1有機前駆物質材料4を蒸発させるための図示しない加熱源が設けられ、全体として、蒸発源が構成されるようになっている。加熱源は、たとえば電熱線で構成されたヒータであり、温度測定器および温度制御器(何れも図示せず)により温度制御が可能となっている。坩堝14は、たとえばカーボン、チタン、タンタルなどの熱伝導率のよい素材で構成され、第1有機前駆物質材料4を入れるための耐熱性の容器であり、蒸発させるホスト(HOST)蒸着源材料としての第1有機前駆物質材料4が収容されている。坩堝14の温度制御により、坩堝14内の第1有機前駆物質材料4の熱分解または蒸発を与えることになる。   Around the crucible 14 placed in the film forming chamber 11, a heating source (not shown) for evaporating the first organic precursor material 4 as a vapor deposition material is provided, and the evaporation source is configured as a whole. It is like that. The heating source is, for example, a heater composed of a heating wire, and the temperature can be controlled by a temperature measuring device and a temperature controller (both not shown). The crucible 14 is made of a material having good thermal conductivity, such as carbon, titanium, and tantalum, and is a heat-resistant container for containing the first organic precursor material 4, and as a host deposition source material to be evaporated. The first organic precursor material 4 is accommodated. By controlling the temperature of the crucible 14, thermal decomposition or evaporation of the first organic precursor material 4 in the crucible 14 is given.

第1有機前駆物質材料4についての膜厚制御は、たとえば、水晶式膜厚計17で蒸発源(真空蒸着源)130から蒸発した第1有機前駆物質材料4の蒸着速度を計測し、水晶式膜厚計17でモニタした有機材料の蒸着速度が一定になるよう、蒸発源130の温度を調整する、レート制御と呼ばれる方法を採用するとよい(たとえば本願出願人による特願2003−1770号を参照)。このレート制御においては、蒸発源130の熱源となる加熱源の出力を調整することにより、第1有機前駆物質材料4の蒸発量を制御することで、第1有機前駆物質材料4の膜厚が所定値となるようにする。なお、図のような構成では、第2有機前駆物質材料6も水晶式膜厚計17上に付着するので、この第2有機前駆物質材料6を含んだ膜厚が計測されるが、微量ドープの場合には、この第2有機前駆物質材料6の影響は無視することができる。   The film thickness control for the first organic precursor material 4 is performed, for example, by measuring the deposition rate of the first organic precursor material 4 evaporated from the evaporation source (vacuum deposition source) 130 with the quartz film thickness meter 17 and A method called rate control may be employed in which the temperature of the evaporation source 130 is adjusted so that the deposition rate of the organic material monitored by the film thickness meter 17 is constant (see, for example, Japanese Patent Application No. 2003-1770 by the present applicant). ). In this rate control, the film thickness of the first organic precursor material 4 is controlled by adjusting the output of the heating source serving as the heat source of the evaporation source 130 to control the evaporation amount of the first organic precursor material 4. A predetermined value is set. In the configuration shown in the figure, since the second organic precursor material 6 is also deposited on the quartz film thickness meter 17, the film thickness including the second organic precursor material 6 is measured. In this case, the influence of the second organic precursor material 6 can be ignored.

この半導体製造装置1において、薄膜を蒸着する基板Wは、半導体および光学デバイスを製造する場合に一般に使用される材料から選択されるのが典型的である。たとえば、そのような材料には、ガラス、石英、珪素、砒化ガリウムおよび他のIII−V半導体、アルミニウム、金および他の貴金属および卑金属、ポリマー膜、二酸化珪素および窒化珪素、インジウム錫酸化物などが含まれる。高品質の光学的薄膜のためには、蒸着した有機膜と結晶性相互作用を与えてエピタキシャル成長を起こす基体を用いるのが好ましい。そのようなエピタキシャル成長を達成するためには、蒸着すべき膜と同様な結晶構造を有する非極性有機物で基体を被覆することが必要である。   In the semiconductor manufacturing apparatus 1, the substrate W on which a thin film is deposited is typically selected from materials generally used when manufacturing semiconductors and optical devices. For example, such materials include glass, quartz, silicon, gallium arsenide and other III-V semiconductors, aluminum, gold and other noble and base metals, polymer films, silicon dioxide and silicon nitride, indium tin oxide, and the like. included. For high-quality optical thin films, it is preferable to use a substrate that causes a crystalline interaction with the deposited organic film to cause epitaxial growth. In order to achieve such epitaxial growth, it is necessary to coat the substrate with a nonpolar organic material having a crystal structure similar to the film to be deposited.

さらに、有機薄膜を基板W上に真空蒸着する場合、基板Wの温度を制御することが好ましい。この基板Wの温度の独立した制御は、たとえば、水、ガス、フレオングリセリン、液体窒素などの物質を循環させるためのチャンネルを有する温度制御ブロックを基板Wと接触させることにより達成する。本例では、基板保持ベース15を温度制御ブロックとして構成することで実現し得る。なお、基板Wは、基板Wの近くに配置した抵抗または輻射線加熱器を使用することにより加熱することもできる。   Furthermore, when the organic thin film is vacuum deposited on the substrate W, it is preferable to control the temperature of the substrate W. This independent control of the temperature of the substrate W is achieved, for example, by bringing a temperature control block having a channel for circulating a substance such as water, gas, freon glycerin, and liquid nitrogen into contact with the substrate W. In this example, it can be realized by configuring the substrate holding base 15 as a temperature control block. The substrate W can also be heated by using a resistor or a radiation heater arranged near the substrate W.

基板保持ベース15は、成膜チャンバ11の上部に設けられた基板回転機構部16に取り付けられて、全体として回転試料ホルダとして構成されており、基板保持ベース15に保持されている基板Wを、基板保持ベース15と一体的に回転させるようになっている。つまり、反応装置10は、回転蒸着法が適用できるようになっている。   The substrate holding base 15 is attached to a substrate rotating mechanism unit 16 provided on the upper part of the film forming chamber 11 and is configured as a rotating sample holder as a whole, and the substrate W held on the substrate holding base 15 is The substrate holding base 15 is rotated integrally. That is, the reaction apparatus 10 can apply a rotary evaporation method.

成膜チャンバ11の一方の側壁(図中左側)には、この成膜チャンバ11の外部へ気体を排気するための排気管19が設けられ、他方の側壁(図中左側)にはOVPD源をなす蒸気化装置80側から成膜チャンバ11の内部に延びる配管87が設けられている。排気管19と配管87との配置位置関係は、基板Wおよび坩堝14を挟んで対向した状態にする。こうすることで、排出端87aから注入される混合蒸気8に含まれている第2有機前駆物質材料6と坩堝14からの第1有機前駆物質材料4とが基板W上で丁度よく混合され基板Wに共蒸着されるようになる。   An exhaust pipe 19 for exhausting gas to the outside of the film forming chamber 11 is provided on one side wall (left side in the figure) of the film forming chamber 11, and an OVPD source is provided on the other side wall (left side in the figure). A pipe 87 extending from the vaporizer 80 side to the inside of the film forming chamber 11 is provided. The arrangement positional relationship between the exhaust pipe 19 and the pipe 87 is set to face each other with the substrate W and the crucible 14 interposed therebetween. By doing so, the second organic precursor material 6 contained in the mixed vapor 8 injected from the discharge end 87a and the first organic precursor material 4 from the crucible 14 are mixed exactly on the substrate W, and the substrate Co-deposited on W.

なお、図に示した基本的な構成例では、配管87の排出端87aの位置を蒸発源130の近くに設定しており、蒸発源130から発せられる第1有機前駆物質材料4の材料ガス4aと配管87を通して導入される第2有機前駆物質材料6の材料ガス6aとが混合されて基板Wに付着される。これにより、第1有機前駆物質材料4からなるホスト材(母体材料)の有機層に、第2有機前駆物質材料6が添加材料として混合される。   In the example of the basic configuration shown in the figure, the position of the discharge end 87a of the pipe 87 is set near the evaporation source 130, and the material gas 4a of the first organic precursor material 4 emitted from the evaporation source 130. And the material gas 6a of the second organic precursor material 6 introduced through the pipe 87 are mixed and attached to the substrate W. Thereby, the second organic precursor material 6 is mixed as an additive material in the organic layer of the host material (matrix material) made of the first organic precursor material 4.

ただし、このような配置は一例であって、たとえば図中点線で示すように、成膜チャンバ11の下部から成膜チャンバ11内に配管87の排出端87aを導入するようにしてもよい。この場合においても、排出端87aは、蒸発源130を挟んで排気管19側とは反対側となるようにするとよい。また、排気管19の位置は、成膜チャンバ11の側面に限らず、たとえば、図中点線で示すように、成膜チャンバ11の上部(図の例では基板回転機構部16の駆動軸を通して)に設けてもよい。何れの場合も、蒸発源130から発せられる第1有機前駆物質材料4の材料ガス4aと配管87を通して導入される第2有機前駆物質材料6の材料ガス6aとが混合されて基板Wに付着されるのは、図示した基本的な構成と同じである。   However, such an arrangement is merely an example, and a discharge end 87a of a pipe 87 may be introduced into the film forming chamber 11 from the lower part of the film forming chamber 11, for example, as indicated by a dotted line in the drawing. Even in this case, it is preferable that the discharge end 87a is opposite to the exhaust pipe 19 with the evaporation source 130 interposed therebetween. Further, the position of the exhaust pipe 19 is not limited to the side surface of the film forming chamber 11, for example, as shown by the dotted line in the drawing, the upper portion of the film forming chamber 11 (through the drive shaft of the substrate rotating mechanism unit 16 in the example in the figure). May be provided. In any case, the material gas 4a of the first organic precursor material 4 emitted from the evaporation source 130 and the material gas 6a of the second organic precursor material 6 introduced through the pipe 87 are mixed and adhered to the substrate W. This is the same as the basic configuration shown in the figure.

また、配管87の排出端87aを基板Wの近傍に配置してもよい。この場合、蒸発源130から発せられる第1有機前駆物質材料4が、材料ガス4aとして基板Wに到達し基板Wに付着される過程において、これとほぼ同時に、配管87を通して導入される混合蒸気8内の第2有機前駆物質材料6が基板Wに付着されることで、第1有機前駆物質材料4からなるホスト材(母体材料)の有機層に、第2有機前駆物質材料6が添加材料として混合(ドーピング)される。   Further, the discharge end 87 a of the pipe 87 may be disposed in the vicinity of the substrate W. In this case, in the process in which the first organic precursor material 4 emitted from the evaporation source 130 reaches the substrate W as the material gas 4a and adheres to the substrate W, the mixed vapor 8 introduced through the pipe 87 is almost simultaneously. The second organic precursor material 6 is added to the substrate W, so that the second organic precursor material 6 is added to the organic layer of the host material (matrix material) made of the first organic precursor material 4 as an additive material. Mixed (doping).

何れの配置形態を採るのが好ましいかは、一概に言えない。ホスト材としての第1有機前駆物質材料4とゲスト材としての第2有機前駆物質材料6の化学的特質やそれによる蒸着あるいはドーピングのメカニズムの違い、並びに、結果生成物である有機膜の性能などを考慮して決めるとよい。   It cannot be generally said which arrangement is preferable. Differences in the chemical characteristics of the first organic precursor material 4 as the host material and the second organic precursor material 6 as the guest material, the vapor deposition or doping mechanism, and the performance of the resulting organic film, etc. It is good to decide in consideration of

排気管19には、図示しないトラップ、真空ポンプ、および制御スロットルバルブが取り付けられ、成膜チャンバ11内に形成される原料蒸気室が、原料以外の分子を排気および減圧保持できる減圧システムとなるようにしている。基板W上に蒸着しなかった有機蒸気の殆どは、真空ポンプより上流に配置されたトラップ中で凝縮する。トラップには、たとえば液体窒素または中性フルオロカーボンオイルが収容される。スロットルバルブは成膜チャンバ11中の圧力を調節する。適当な圧力ゲージを反応器に取り付け(図示せず)、反応器中に希望の圧力を維持するように制御スロットルバルブに電気的フィードバックを掛ける。   A trap, a vacuum pump, and a control throttle valve (not shown) are attached to the exhaust pipe 19 so that the raw material vapor chamber formed in the film forming chamber 11 becomes a pressure reducing system capable of exhausting and holding molecules other than the raw material under reduced pressure. I have to. Most of the organic vapor not deposited on the substrate W is condensed in a trap disposed upstream of the vacuum pump. The trap contains, for example, liquid nitrogen or neutral fluorocarbon oil. The throttle valve adjusts the pressure in the film forming chamber 11. A suitable pressure gauge is attached to the reactor (not shown) and electrical feedback is applied to the control throttle valve to maintain the desired pressure in the reactor.

たとえば真空ポンプは、成膜チャンバ11中に約10^−3〜10^−2パスカル(Pa)の圧力を与える。受容体層、供与体層、および単一成分層の如何なる組合せに対しても、実際の圧力は、第1有機前駆物質材料4を蒸発するために必要な温度、第1有機前駆物質材料4や第2有機前駆物質材料6の凝縮を防ぐ壁温度、および反応領域温度勾配などを考慮して決定する。圧力の最適選択は、各蒸着される有機層の要件に応じ設定される。   For example, the vacuum pump applies a pressure of about 10 ^ -3 to 10 ^ -2 Pascal (Pa) in the film forming chamber 11. For any combination of acceptor layer, donor layer, and single component layer, the actual pressure depends on the temperature required to evaporate the first organic precursor material 4, the first organic precursor material 4 and It is determined in consideration of the wall temperature that prevents condensation of the second organic precursor material 6 and the reaction region temperature gradient. The optimum choice of pressure is set according to the requirements of each deposited organic layer.

反応装置10の図中右側に設けられた蒸気化装置80は、加熱炉82と、この加熱炉82を取り巻くように設けられた加熱機構部83とを備える。加熱炉82内には、開口容器の一例としての坩堝85を収容した内部炉84が設けられている。内部炉84内に置かれている坩堝85には、ゲスト(GEST)蒸着源材料としての第2有機前駆物質材料6が収容されている。   The vaporizer 80 provided on the right side of the reactor 10 in the figure includes a heating furnace 82 and a heating mechanism 83 provided so as to surround the heating furnace 82. In the heating furnace 82, an internal furnace 84 that houses a crucible 85 as an example of an open container is provided. The crucible 85 placed in the internal furnace 84 contains the second organic precursor material 6 as a guest (GEST) deposition source material.

坩堝85は、実質的に、内部炉84を収容した加熱炉82を取り巻く加熱機構部83により加熱または冷却される。坩堝85の温度制御により、坩堝85内の第2有機前駆物質材料6の熱分解または蒸発を与えることになる。   The crucible 85 is heated or cooled substantially by the heating mechanism 83 surrounding the heating furnace 82 that houses the internal furnace 84. By controlling the temperature of the crucible 85, the second organic precursor material 6 in the crucible 85 is thermally decomposed or evaporated.

内部炉84の一方の側壁(図中左側)には、反応装置10の成膜チャンバ11内に伸びた配管87が設けられ、この配管87の経路上には切替バルブ86が取り付けられている。切替バルブ86には、配管87だけでなく、予備流し用の配管88も取り付けられている。切替バルブ86を配管88側にして混合蒸気8の流量が安定するまでの間は予備流し用の配管88を通して外部に排気し、流量が安定した時点で切替バルブ86を配管87側に切り替えることで、高精度のドーピング量の制御が可能となる。   A pipe 87 extending into the film forming chamber 11 of the reaction apparatus 10 is provided on one side wall (left side in the drawing) of the internal furnace 84, and a switching valve 86 is attached on the path of the pipe 87. In addition to the pipe 87, a pre-flow pipe 88 is attached to the switching valve 86. Until the flow rate of the mixed steam 8 is stabilized by setting the switching valve 86 to the piping 88 side, the exhaust is exhausted to the outside through the preliminary flow piping 88, and when the flow rate is stabilized, the switching valve 86 is switched to the piping 87 side. This makes it possible to control the doping amount with high accuracy.

内部炉84の他方の側壁(図中右側)には、蒸気化装置80の外部に設けられたキャリアガス源としてのガス精製装置(不活性ガス供給部)94に延びるように、第2有機前駆物質材料6と不活性キャリアガス7との混合蒸気8を導入するための配管89がキャリアガス供給管として設けられている。配管89の経路上には、ガス精製装置94側へと順に、OVPDガス流量制御機構をなすマスフローコントローラ90と、圧力調整器92と、調節バルブ96とが直列に取り付けられている。   On the other side wall (right side in the figure) of the internal furnace 84, the second organic precursor is extended so as to extend to a gas purification device (inert gas supply unit) 94 as a carrier gas source provided outside the vaporizer 80. A pipe 89 for introducing a mixed vapor 8 of the material 6 and the inert carrier gas 7 is provided as a carrier gas supply pipe. On the path of the pipe 89, a mass flow controller 90, a pressure regulator 92, and a regulating valve 96, which form an OVPD gas flow rate control mechanism, are attached in series to the gas purification device 94 side.

ガス精製装置94内には、アルゴン(Ar)、窒素(N2)、ヘリウム、クリプトン、キセノン、ネオンなどの不活性キャリアガス7が収容されている。水素、アンモニア、メタンなどの還元性を持つガスも多くの有機材料に対しては不活性である。これらの還元性ガスを使用することで、望ましくない過剰の反応物の燃焼を助ける付加的利点が得られる。   In the gas purifier 94, an inert carrier gas 7 such as argon (Ar), nitrogen (N2), helium, krypton, xenon, or neon is accommodated. Reducing gases such as hydrogen, ammonia and methane are also inert to many organic materials. The use of these reducing gases provides the added benefit of helping to burn unwanted excess reactants.

第2有機前駆物質材料6を成膜チャンバ11内に導入する配管87からマスフローコントローラ90までの各配管や容器などはすべて、所定の高温に温度制御されることとする。温度制御のための加熱方式は、オーブン内などに設置する空気恒温槽方式、高温オイルなどを循環させる方式、RF加熱方式(Radio Frequency 加熱装置:高周波誘導加熱装置)、ランプ加熱方式など、様々な方式のものを使用し得る。本実施形態の加熱機構部83はそのための一部をなす。   All the pipes and containers from the pipe 87 through which the second organic precursor material 6 is introduced into the film forming chamber 11 to the mass flow controller 90 are temperature-controlled at a predetermined high temperature. There are various heating methods for temperature control, such as an air temperature chamber method installed in an oven, a method of circulating high-temperature oil, an RF heating method (Radio Frequency heating device: high frequency induction heating device), a lamp heating method, etc. Any of the schemes can be used. The heating mechanism 83 of this embodiment forms part of that.

不活性キャリアガス7は、ガス精製装置94から配管89へ導入され、調節バルブ96、圧力調整器92、流量制御部をなすマスフローコントローラ90を順に通過して、蒸気化装置80の内部炉84中へ送られる。そして、内部炉84内で、第2有機前駆物質材料6のゲスト蒸気と混合され、配管87を経由して成膜チャンバ11内に導入される。調節バルブ96は、不活性キャリアガス7の調節した流れを、配管89を通って内部炉84へ送る。切替バルブ86は、第2有機前駆物質材料6と不活性キャリアガス7との混合蒸気8の調節した流れを、配管87を通って成膜チャンバ11へ送る。これにより、第2有機前駆物質材料6の蒸気を配管87に沿って成膜チャンバ11内の排出端87aの方へ流す。配管87の排出端87aは、OVPDインジェクタ(ガスノズル;導入端)そのものとして機能する。   The inert carrier gas 7 is introduced into the pipe 89 from the gas purification device 94 and sequentially passes through the control valve 96, the pressure regulator 92, and the mass flow controller 90 constituting the flow rate control unit, and in the internal furnace 84 of the vaporizer 80. Sent to. Then, in the internal furnace 84, it is mixed with the guest vapor of the second organic precursor material 6 and introduced into the film forming chamber 11 via the pipe 87. The regulating valve 96 sends the regulated flow of the inert carrier gas 7 through the pipe 89 to the internal furnace 84. The switching valve 86 sends a regulated flow of the mixed vapor 8 of the second organic precursor material 6 and the inert carrier gas 7 to the film forming chamber 11 through the pipe 87. As a result, the vapor of the second organic precursor material 6 flows along the pipe 87 toward the discharge end 87 a in the film forming chamber 11. The discharge end 87a of the pipe 87 functions as an OVPD injector (gas nozzle; introduction end) itself.

ここで、反応装置10は、真空蒸着法を適用するので、第1有機前駆物質材料4の成膜性能としては、真空蒸着法の利点を享受することができる。たとえば、膜形成時の基板温度の管理はLPOVPD法のように高精度である必要がない。よって、基板温度の制御は容易であり、簡易な機構の基板保持ベース15や基板ホルダを使用できる。また、真空蒸着法は、比較的高い真空度で薄膜形成するので、パッキングデンシティが高い薄膜を形成することができ、ボイドやピンホールが少なく、膜の機械強度が強い、電気的特性(たとえば電気抵抗)が良好、基板との付着力が強いなど、信頼性の高い有機膜を形成することができ、これにより、高性能の有機EL素子を作製することができる。また、比較的簡便な装置構成で高速レートにすることができ、生産性が高まる。   Here, since the reactor 10 applies the vacuum deposition method, the film deposition performance of the first organic precursor material 4 can enjoy the advantages of the vacuum deposition method. For example, the management of the substrate temperature during film formation does not need to be as accurate as the LPOVPD method. Therefore, the control of the substrate temperature is easy, and the substrate holding base 15 and the substrate holder having a simple mechanism can be used. In addition, since the vacuum deposition method forms a thin film with a relatively high degree of vacuum, it can form a thin film with a high packing density, has few voids and pinholes, and has a high mechanical strength of the film (for example, electrical properties). It is possible to form an organic film with high reliability such as good resistance) and strong adhesion to the substrate, whereby a high-performance organic EL element can be manufactured. In addition, a high-speed rate can be achieved with a relatively simple apparatus configuration, which increases productivity.

一方、真空蒸着による有機ドーピングにおける、ドーピング濃度の制御性の悪さに関しては、蒸気化装置80から配管87を介して第2有機前駆物質材料6を含む混合蒸気8を成膜チャンバ11内に導入する仕組みを採るOVPD法を適用することで改善し得る。OVPD法は、膜厚制御が、原料加熱温度制御の他に、気体化された有機材料の流量制御により原料の供給量を制御することができ、この流量制御は高精度かつ高速に実現でき、真空蒸着法に比べてレート制御性や膜厚制御性が良好であるからである。   On the other hand, regarding the poor controllability of the doping concentration in the organic doping by vacuum deposition, the mixed vapor 8 containing the second organic precursor material 6 is introduced into the film forming chamber 11 from the vaporizer 80 via the pipe 87. It can be improved by applying the OVPD method that employs a mechanism. In the OVPD method, the film thickness control can control the supply amount of the raw material by controlling the flow rate of the vaporized organic material in addition to the raw material heating temperature control, and this flow rate control can be realized with high accuracy and high speed. This is because rate controllability and film thickness controllability are better than those of the vacuum deposition method.

本実施形態では、成膜チャンバ11中へ導入される第2有機前駆物質材料6の量は、導入ガスの温度および流量、並びに混合蒸気8の温度のような処理パラメータにより制御できる。流量制御は、マスフローコントローラ90自身による自己制御によって実現することができる。たとえば、ガス精製装置94から、圧力調整器92により、所定圧力に圧力コントロールされ、マスフローコントローラ90により高精度に流量が制御された不活性キャリアガス7を、配管89に流す。そして、内部炉84内において第2有機前駆物質材料6を気化させた成膜原料蒸気を、配管87を介して、不活性キャリアガス7とともに蒸気化装置80から成膜チャンバ11に輸送供給する。   In the present embodiment, the amount of the second organic precursor material 6 introduced into the film forming chamber 11 can be controlled by processing parameters such as the temperature and flow rate of the introduced gas and the temperature of the mixed vapor 8. The flow rate control can be realized by self-control by the mass flow controller 90 itself. For example, the inert carrier gas 7 whose pressure is controlled to a predetermined pressure by the pressure regulator 92 and whose flow rate is controlled with high accuracy by the mass flow controller 90 is supplied from the gas purifier 94 to the pipe 89. Then, the deposition raw material vapor obtained by vaporizing the second organic precursor material 6 in the internal furnace 84 is transported and supplied from the vaporizer 80 to the deposition chamber 11 together with the inert carrier gas 7 via the pipe 87.

たとえば、本実施形態で用いるマスフローコントローラ90の流量測定精度は、フルスケールの±0.2%のものとする。この場合、フルスケール50sccm(standard cc /min:標準状態での1分あたりの流量)を用いれば、成膜チャンバ11内へ流れる流量の制御精度は±0.1sccmである。したがって、第2有機前駆物質材料6の濃度50%のOVPD蒸気を用いれば、成膜チャンバ11内への第2有機前駆物質材料6の流入量の精度は、±0.05sccmとなる。   For example, the flow rate measurement accuracy of the mass flow controller 90 used in this embodiment is assumed to be ± 0.2% of full scale. In this case, if a full scale of 50 sccm (standard cc / min: flow rate per minute in the standard state) is used, the control accuracy of the flow rate flowing into the film forming chamber 11 is ± 0.1 sccm. Therefore, when OVPD vapor having a concentration of 50% of the second organic precursor material 6 is used, the accuracy of the amount of the second organic precursor material 6 flowing into the film forming chamber 11 becomes ± 0.05 sccm.

つまり、第2有機前駆物質材料6を、±0.05sccm/50sccm=±0.1%の精度で制御することができ、真空蒸着によるドーピング制御精度0.02nm/s(±0.01nm/s)、すなわち±50%制御に比較して、500倍精度が向上する。   That is, the second organic precursor material 6 can be controlled with an accuracy of ± 0.05 sccm / 50 sccm = ± 0.1%, and the doping control accuracy by vacuum deposition is 0.02 nm / s (± 0.01 nm / s). ), That is, the accuracy is improved by 500 times compared with ± 50% control.

また、OVPD蒸気の流量は精々数10sccmで少ないので、成膜時の真空度は10^−4〜10^−2パスカル程度で高真空を維持することができるので、上述した理由により良質の膜を形成することができる。   In addition, since the flow rate of OVPD vapor is as low as several tens sccm, the degree of vacuum during film formation can be maintained at a high vacuum of about 10 ^ -4 to 10 ^ -2 Pascals. Can be formed.

このように、本実施形態の構成に依れば、第2有機前駆物質材料6の流れを、マスフローコントローラ90を用いることにより、精度よく管理することができる。よって、ゲスト材としての第2有機前駆物質材料6を成膜チャンバ11中へ送り、ホスト材としての第1有機前駆物質材料4とは異なった組成および特性の材料を基板Wに付着させることができる。   Thus, according to the configuration of the present embodiment, the flow of the second organic precursor material 6 can be accurately managed by using the mass flow controller 90. Therefore, the second organic precursor material 6 as the guest material is sent into the film forming chamber 11 and a material having a composition and characteristics different from those of the first organic precursor material 4 as the host material are attached to the substrate W. it can.

なお、第1有機前駆物質材料4や第2有機前駆物質材料6の個々の材質としては、様々なものを使用し得る。たとえば、特許文献1(たとえば表1やその他の記載)に列挙されている有機物質を適用できる。何れにしても、蒸着すべき有機膜に応じて、第1有機前駆物質材料4と第2有機前駆物質材料6に対して、必要な前駆物質材料を供給することができる。場合によっては、第1有機前駆物質材料4と第2有機前駆物質材料6とは同一の材料であってもよい(この場合はドーピング機能ではなく、同一材料の成膜機能のみを果たす;後述する第3〜第5実施形態を参照)。   Various materials can be used for the first organic precursor material 4 and the second organic precursor material 6. For example, organic substances listed in Patent Document 1 (for example, Table 1 and other descriptions) can be applied. In any case, a necessary precursor material can be supplied to the first organic precursor material 4 and the second organic precursor material 6 according to the organic film to be deposited. In some cases, the first organic precursor material 4 and the second organic precursor material 6 may be the same material (in this case, not the doping function but only the film forming function of the same material; described later) (Refer to the third to fifth embodiments).

以上説明したように、第1実施形態の半導体製造装置1の構成に依れば、高速かつ高精度の成膜が可能な真空蒸着法によりホスト材を基板Wに蒸着し、また濃度制御性に優れたOVPD法によりゲスト材を基板Wに蒸着することで、ホスト材中にゲスト材を高精度に混合(ドーピング)した薄膜を作成するようにしたので、有機膜のドーピング濃度制御性に優れ、微量ドーピングを均一に行なうことができるとともに、パッキングデンシティが高い、高性能の有機膜を基板上に形成することができるようになった。   As described above, according to the configuration of the semiconductor manufacturing apparatus 1 of the first embodiment, the host material is vapor-deposited on the substrate W by the vacuum vapor deposition method capable of high-speed and high-precision film formation, and the concentration controllability is achieved. By depositing the guest material on the substrate W by an excellent OVPD method, a thin film in which the guest material is mixed (doping) with high precision in the host material is created, so that the doping concentration controllability of the organic film is excellent. A small amount of doping can be performed uniformly, and a high-performance organic film having a high packing density can be formed on a substrate.

<第2実施形態>
図2は、本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第2実施形態を示す概略図である。この第2実施形態は、反応装置10の構成が第1実施形態の構成と異なる。蒸気化装置80側については、第1実施形態の構成と同様のものを用いる。第2実施形態の反応装置10は、蒸気化装置80側から供給されるOVPDガスノズル形状と配置、および坩堝14の形状と配置を、第1実施形態と異なるものとしている。
Second Embodiment
FIG. 2 is a schematic view showing a second embodiment of a semiconductor manufacturing apparatus to which the thin film forming apparatus according to the present invention is applied. In the second embodiment, the configuration of the reaction apparatus 10 is different from the configuration of the first embodiment. For the vaporizer 80 side, the same configuration as in the first embodiment is used. The reactor 10 of the second embodiment is different from the first embodiment in the shape and arrangement of the OVPD gas nozzle supplied from the vaporizer 80 side and the shape and arrangement of the crucible 14.

具体的には先ず、排気管19が坩堝14の上部に設けられている。また、蒸気化装置80側から成膜チャンバ11内に伸びている配管87の排出端87aには、混合蒸気8の排出部が実質的に長尺状となっているOVPDインジェクタ187が取り付けられている。このOVPDインジェクタ187は、図2(A)に示すように1つだけ取り付けてもよいし、図2(B)に示すように複数個(図では2つ)取り付けてもよい。複数個取り付ける場合には、基板Wに対して均等配置されるようにするとよい。   Specifically, first, the exhaust pipe 19 is provided on the upper part of the crucible 14. Further, an OVPD injector 187 having a substantially elongated discharge portion for the mixed steam 8 is attached to a discharge end 87a of a pipe 87 extending from the vaporizer 80 side into the film forming chamber 11. Yes. Only one OVPD injector 187 may be attached as shown in FIG. 2 (A), or a plurality (two in the figure) may be attached as shown in FIG. 2 (B). In the case of attaching a plurality, it is preferable to arrange them evenly with respect to the substrate W.

なお、1つにするか複数にするかに拘らず、排気管19の取付位置をも考慮するとよい。すなわち、OVPDインジェクタ187から注入される混合蒸気8に含まれている第2有機前駆物質材料6と坩堝14からの第1有機前駆物質材料4とが、基板W上で丁度よく混合され基板Wに蒸着されることを考慮する。図2に示した例では、OVPDインジェクタ187の開口部を基板Wの近傍まで延在させて配置している。この場合、蒸発源130から発せられる第1有機前駆物質材料4が、材料ガス4aとして基板Wに到達し基板Wに付着される過程において、これとほぼ同時に、OVPDインジェクタ187の開口部から導出される第2有機前駆物質材料6が基板Wに付着されることで、第1有機前駆物質材料4からなるホスト材(母体材料)の有機層に、第2有機前駆物質材料6が添加材料として混合(ドーピング)される。   In addition, it is good to consider the attachment position of the exhaust pipe 19, regardless of whether it is one or plural. That is, the second organic precursor material 6 contained in the mixed vapor 8 injected from the OVPD injector 187 and the first organic precursor material 4 from the crucible 14 are mixed well on the substrate W and are mixed into the substrate W. Consider being deposited. In the example shown in FIG. 2, the opening of the OVPD injector 187 is arranged to extend to the vicinity of the substrate W. In this case, in the process in which the first organic precursor material 4 emitted from the evaporation source 130 reaches the substrate W as the material gas 4a and adheres to the substrate W, it is led out from the opening of the OVPD injector 187 almost at the same time. By adhering the second organic precursor material 6 to the substrate W, the second organic precursor material 6 is mixed as an additive material into the organic layer of the host material (matrix material) made of the first organic precursor material 4. (Doping).

また、第1有機前駆物質材料4が入れられる坩堝14と、この坩堝14の周囲に設けられている加熱源120とで構成される蒸発源130としては、長尺状となっているライン型蒸発源を用いている。このライン型蒸発源は、OVPDインジェクタ187のライン方向と略平行に配置する。蒸発源130の上方には、被蒸着部材としての基板Wが設置されている。必要に応じて、蒸着領域を制限する蒸着マスクMが基板W近傍の蒸発源130側に設置される。   Further, the evaporation source 130 including the crucible 14 in which the first organic precursor material 4 is put and the heating source 120 provided around the crucible 14 is a long line-type evaporation. The source is used. This line-type evaporation source is disposed substantially parallel to the line direction of the OVPD injector 187. A substrate W as a member to be deposited is installed above the evaporation source 130. A vapor deposition mask M for limiting the vapor deposition region is installed on the evaporation source 130 side in the vicinity of the substrate W as necessary.

基板Wは、ベルトや駆動モータなどを有する搬送機構110上に載置される。搬送機構110は、坩堝14にて蒸発された第1有機前駆物質材料4やOVPDインジェクタ187から注入される第2有機前駆物質材料6が飛散する領域を、基板Wの被蒸着箇所が通過するように、坩堝14などと基板Wとの相対位置を可変させる移動機能が設けられる。この搬送機構110により、基板Wや蒸着マスクMを移動させながら、基板Wの被蒸着面に向けて有機材料の被膜形成を行なう。なお、ライン型蒸発源およびOVPDインジェクタ187と蒸着対象となる基板Wとを相対移動させながら成膜するものであればよく、基板Wを固定しておき、図示しない移動装置により蒸発源130並びにOVPDインジェクタ187を移動させてもよい。   The substrate W is placed on the transport mechanism 110 having a belt, a drive motor, and the like. The transport mechanism 110 allows the deposition position of the substrate W to pass through the region where the first organic precursor material 4 evaporated in the crucible 14 and the second organic precursor material 6 injected from the OVPD injector 187 are scattered. Further, a moving function for changing the relative position between the crucible 14 and the substrate W is provided. The transport mechanism 110 forms a film of an organic material toward the deposition surface of the substrate W while moving the substrate W and the deposition mask M. Any film can be used as long as the film is formed while the line-type evaporation source and OVPD injector 187 and the substrate W to be deposited are relatively moved. The substrate W is fixed and the evaporation source 130 and the OVPD are moved by a moving device (not shown). The injector 187 may be moved.

この第2実施形態の構成によれば、ゲスト材用のOVPDインジェクタ187(ガスノズル)とホスト材用の蒸発源130の何れもライン形状としたので、基板Wに蒸着させる材料物質の導入部を広く採ることができる。また、ホスト蒸気およびゲスト蒸気をライン状蒸気とし、基板Wをスライド駆動することにより、大面積の基板W上に有機層を蒸着できる利点がある。すなわち、容易に大面積への成膜が可能となり、大型基板の際の装置構成例として好適なものとなる。基板Wの蒸発源130に対する相対的な移動方向に直交する長手方向の長さを、基板サイズ(この長手方向のサイズ)に応じて調整することで、様々な(如何なる)大きさの基板Wにも対応することができる。   According to the configuration of the second embodiment, since both the guest material OVPD injector 187 (gas nozzle) and the host material evaporation source 130 have a line shape, the introduction portion of the material substance to be deposited on the substrate W is wide. Can be taken. Further, there is an advantage that the organic layer can be deposited on the substrate W having a large area by using the host vapor and the guest vapor as line vapor and sliding the substrate W. That is, it is possible to easily form a film over a large area, which is suitable as an apparatus configuration example for a large substrate. By adjusting the length in the longitudinal direction orthogonal to the moving direction of the substrate W relative to the evaporation source 130 according to the substrate size (the size in the longitudinal direction), the substrate W can have various (any) sizes. Can also respond.

また、この第2実施形態の構成は、成膜対象となる基板をキャリア(搬送機構110と同様のもの)に搭載し、複数のライン型蒸発源に対して相対移動させることで、大面積の基板W上に複数の有機層を連続成膜することが可能な、いわゆるインライン方式の有機EL蒸着システム(たとえば特開2002−348659号公報参照)に組み込むことが可能である。   In the configuration of the second embodiment, a substrate to be deposited is mounted on a carrier (similar to the transport mechanism 110) and relatively moved with respect to a plurality of line-type evaporation sources. It can be incorporated into a so-called in-line organic EL vapor deposition system (see, for example, JP-A-2002-348659) capable of continuously forming a plurality of organic layers on the substrate W.

インライン方式に組み込むことで、フルカラーの画像表示を行なう有機EL素子を構成する場合において、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色成分に対応した3種類の有機材料から成る有機層を、それぞれ異なる画素位置に成膜する際に、製造タクトタイムを短くできる。また、第1実施形態で示したと同様に、有機膜のドーピング濃度を高精度に制御することができるので、結果として、大きな基体領域に亘って有機材料の微量ドーピングを均一に行なうことができ、かつパッキングデンシティが高い、高性能の有機膜を大型基板上に形成することができる。   When an organic EL element that displays a full-color image is configured by being incorporated into an in-line method, an organic material composed of three types of organic materials corresponding to each color component of R (red), G (green), and B (blue) When the layers are formed at different pixel positions, the manufacturing tact time can be shortened. Further, as shown in the first embodiment, since the doping concentration of the organic film can be controlled with high precision, as a result, a small amount of organic material can be uniformly doped over a large substrate region, In addition, a high-performance organic film having a high packing density can be formed on a large substrate.

なお、第2有機前駆物質材料6についてのドーピング制御は、第1実施形態と同様に、成膜チャンバ11内に導入する混合蒸気8に対する流量制御の仕組みを用いることができる。よって、有機膜のドーピング濃度制御性に優れ、かつ微量ドーピングを均一に行なうことができる。   Note that the doping control for the second organic precursor material 6 can use a flow rate control mechanism for the mixed vapor 8 introduced into the film forming chamber 11 as in the first embodiment. Therefore, the doping concentration controllability of the organic film is excellent and a small amount of doping can be performed uniformly.

一方、第1有機前駆物質材料4についての膜厚制御は、第1実施形態と同様に、所定の膜厚モニタで蒸発源130から蒸発した第1有機前駆物質材料4の蒸着速度を計測し、膜厚モニタの有機材料の蒸着速度が一定になるよう、蒸発源130の温度を調整するレート制御の方法を採用するとよい。   On the other hand, the film thickness control for the first organic precursor material 4 is performed by measuring the vapor deposition rate of the first organic precursor material 4 evaporated from the evaporation source 130 with a predetermined film thickness monitor, as in the first embodiment. A rate control method of adjusting the temperature of the evaporation source 130 may be employed so that the deposition rate of the organic material of the film thickness monitor is constant.

ただし、このレート制御は、比較的簡単な仕組みであるが、加熱源120にかかる熱量を変化させたときに、実際に加熱源120の熱が第1有機前駆物質材料4に伝わって蒸着速度に変化が現れるまでに長い時間が掛かるので、蒸着速度を制御するときの応答性が悪く、有機材料の膜厚を安定的(高精度)に制御するという点や、所望のレベルで蒸着速度が安定するまでの間素子基板を投入できないなどの点で、多少難がある。   However, this rate control is a relatively simple mechanism. However, when the amount of heat applied to the heating source 120 is changed, the heat of the heating source 120 is actually transferred to the first organic precursor material 4 to the deposition rate. Since it takes a long time for the change to appear, the responsiveness when controlling the deposition rate is poor, the film thickness of the organic material is controlled stably (highly), and the deposition rate is stable at the desired level. There is some difficulty in that the element substrate cannot be inserted until the process is completed.

この問題を解決するには、所定の膜厚モニタで蒸発源130から蒸発した第1有機前駆物質材料4の蒸着速度を計測し、膜厚モニタの第1有機前駆物質材料4の蒸着速度が一定になるよう、搬送機構110を制御して、基板Wと蒸発源130との相対的な移動速度を調整するようにしてもよい(たとえば本願出願人による特願2003−34524号を参照)。基板Wに蒸着される第1有機前駆物質材料4の膜厚は、蒸発源130と基板Wとの相対的な移動速度を速くすると薄くなり、逆に相対的な移動速度を遅くすると厚くなる。   In order to solve this problem, the deposition rate of the first organic precursor material 4 evaporated from the evaporation source 130 is measured by a predetermined film thickness monitor, and the deposition rate of the first organic precursor material 4 of the film thickness monitor is constant. The relative movement speed of the substrate W and the evaporation source 130 may be adjusted by controlling the transport mechanism 110 (see, for example, Japanese Patent Application No. 2003-34524 by the applicant of the present application). The film thickness of the first organic precursor material 4 deposited on the substrate W becomes thinner when the relative movement speed of the evaporation source 130 and the substrate W is increased, and conversely, the film thickness becomes thicker when the relative movement speed is decreased.

したがって、蒸発源130を用いて基板Wに蒸着させた第1有機前駆物質材料4の膜厚を膜厚モニタで計測し、この計測結果に基づいて、蒸発源130と基板Wとの相対的な移動速度を制御することにより、基板Wに蒸着される第1有機前駆物質材料4の膜厚を所望の値に一致するように制御することができる。   Therefore, the film thickness of the first organic precursor material 4 deposited on the substrate W using the evaporation source 130 is measured by the film thickness monitor, and based on the measurement result, the relative relationship between the evaporation source 130 and the substrate W is measured. By controlling the moving speed, the film thickness of the first organic precursor material 4 deposited on the substrate W can be controlled to coincide with a desired value.

図3は、蒸発源130およびOVPDインジェクタ187の構造例を示す模式的斜視図である。図3(A)に示すように、蒸発させる第1有機前駆物質材料4を収納する坩堝14は、基板Wおよび蒸着マスクMに沿って、かつ図示しない搬送機構110(図2参照)による相対位置の可変方向と直交する方向が、蒸発源130(坩堝14)の長手方向となるように形成されている。図2に示したように、坩堝14の周囲には、坩堝14を加熱して第1有機前駆物質材料4を蒸発させるための加熱源120が設置される。図では示さないが、蒸発源130から蒸発した第1有機前駆物質材料4が基板Wに向かって飛び出す範囲を制限する目的で、放射阻止体が取り付けられる。   FIG. 3 is a schematic perspective view showing a structural example of the evaporation source 130 and the OVPD injector 187. As shown in FIG. 3A, the crucible 14 that stores the first organic precursor material 4 to be evaporated is positioned along the substrate W and the vapor deposition mask M and by a transport mechanism 110 (see FIG. 2) (not shown). The direction perpendicular to the variable direction is the longitudinal direction of the evaporation source 130 (the crucible 14). As shown in FIG. 2, a heating source 120 for heating the crucible 14 and evaporating the first organic precursor material 4 is installed around the crucible 14. Although not shown in the figure, a radiation blocker is attached for the purpose of limiting the range in which the first organic precursor material 4 evaporated from the evaporation source 130 protrudes toward the substrate W.

なお、蒸発源130のより好ましい構成としては、図3(B)に示すように、基板Wや蒸着マスクMと対向する坩堝14の上部に複数個の微小開口部14bが形成され、全体として、坩堝14が、微小開口部14bを除いて、内部が密閉された構造とするとよい。また、坩堝14の上部に、突出した状態に突出部が、坩堝14の長手方向に複数形成され、そこに微小開口部14bが形成されているものとするとよい(たとえば本願出願人による特願2002−367461号を参照)。突出部の外形状は、たとえば円錐台形状、角錐台形状など、坩堝14の上面より突出していればよい。この突出高さは、坩堝14の上面に放射阻止体を設けた際に放射阻止体上面と同等の高さ、もしくはより高くなるようになっていればよい。   As a more preferable configuration of the evaporation source 130, as shown in FIG. 3B, a plurality of minute openings 14b are formed in the upper part of the crucible 14 facing the substrate W and the evaporation mask M, and as a whole, The crucible 14 may have a structure in which the inside is sealed except for the minute opening 14b. Further, it is preferable that a plurality of projecting portions are formed on the upper portion of the crucible 14 in the projecting state in the longitudinal direction of the crucible 14, and minute openings 14 b are formed therein (for example, Japanese Patent Application No. 2002 by the present applicant). -See 367461). The outer shape of the projecting portion only needs to project from the upper surface of the crucible 14 such as a truncated cone shape or a truncated pyramid shape. The protrusion height may be equal to or higher than the upper surface of the radiation blocking body when the radiation blocking body is provided on the upper surface of the crucible 14.

突出部には、坩堝14内部より第1有機前駆物質材料4方向に向かって段階的に先細りとなる形状を有するように微小開口部14bを形成するとよい。こうすることで、坩堝14にて蒸発した第1有機前駆物質材料4が微小開口部14bに向かって円滑に飛散することができ、蒸発した第1有機前駆物質材料4の分布がより均一になる。   It is preferable to form the minute opening 14b in the protruding portion so as to have a shape that gradually decreases from the inside of the crucible 14 toward the first organic precursor material 4 direction. By doing so, the first organic precursor material 4 evaporated in the crucible 14 can be smoothly scattered toward the minute opening 14b, and the distribution of the evaporated first organic precursor material 4 becomes more uniform. .

一方、第2有機前駆物質材料6を成膜チャンバ11内に導入して基板Wに蒸着させるためのOVPDインジェクタ187は、蒸発源130と同様に、基板Wおよび蒸着マスクMに沿って、かつ図示しない搬送機構110(図2参照)による相対位置の可変方向と直交する方向が、OVPDインジェクタ187の長手方向となるように形成されている。この長手方向の長さは、OVPDインジェクタ187から放出される第2有機前駆物質材料6を含む混合蒸気8が、基板サイズ(長手方向の)をカバーし得る程度とすればよい。   On the other hand, an OVPD injector 187 for introducing the second organic precursor material 6 into the film forming chamber 11 and vapor-depositing it on the substrate W is shown along the substrate W and the vapor deposition mask M in the same manner as the evaporation source 130. The direction perpendicular to the variable direction of the relative position by the transport mechanism 110 (see FIG. 2) that is not performed is formed to be the longitudinal direction of the OVPD injector 187. The length in the longitudinal direction may be such that the mixed vapor 8 containing the second organic precursor material 6 released from the OVPD injector 187 can cover the substrate size (in the longitudinal direction).

OVPDインジェクタ187は、配管87の排出端87aに取り付けられ、配管87を通して蒸気化装置80から導かれた第2有機前駆物質材料6を含む混合蒸気8をライン状に広げて基板Wに導く機能を有するものであればよい。たとえば、OVPDインジェクタ187は、その先端の基板W側に開口部が形成されたものとする。この開口部の形状は、図3(A)に示すように、ライン状に形成された1つの開口部187aとして設けてもよいし、図3(B)に示すように、微小な開口部187bをライン方向に複数個並べて配置してもよい。   The OVPD injector 187 is attached to the discharge end 87a of the pipe 87, and has a function of spreading the mixed vapor 8 including the second organic precursor material 6 led from the vaporizer 80 through the pipe 87 into a line shape and guiding it to the substrate W. What is necessary is just to have. For example, the OVPD injector 187 is assumed to have an opening formed on the substrate W side at the tip thereof. The shape of this opening may be provided as one opening 187a formed in a line shape as shown in FIG. 3A, or as a minute opening 187b as shown in FIG. 3B. A plurality may be arranged in the line direction.

微小な開口部187bをライン方向に複数個並べる場合には、たとえば図3(C)に示すように、金属製の構造体188に各開口部187bと繋がる複数の通気路189を形成し、この通気路189の開口部187bの反対側を排出端87aと接続するとよい。あるいは、図3(D)に示すように、全体として内部が空洞の金属ケース190を用いて、金属ケース190の一側面に開口部187bを形成し、他の面に排出端87aを接続してもよい。   When arranging a plurality of minute openings 187b in the line direction, for example, as shown in FIG. 3C, a plurality of air passages 189 connected to the openings 187b are formed in a metal structure 188. The opposite side of the opening 187b of the air passage 189 may be connected to the discharge end 87a. Alternatively, as shown in FIG. 3D, a metal case 190 having a hollow inside as a whole is used, an opening 187b is formed on one side of the metal case 190, and a discharge end 87a is connected to the other side. Also good.

図3(C)に示す構造の場合、その形成(製造)が図3(D)よりも難しいが、配管87から導かれた混合蒸気8は、通気路189をスムーズに通り各開口部187bから基板Wに向けて出力される。このため、配管87から混合蒸気8を注入した場合、第2有機前駆物質材料6を基板Wに向かって円滑に飛散させることができ、第2有機前駆物質材料6の分布がより均一になる。よって、第2有機前駆物質材料6の基板Wへの付着を正確精密に制御することができ、かつ微量ドーピングをライン状に均一に行なうことができる。大型基板に対しても、有機膜のドーピング濃度制御性や均一性制御に優れ、高性能の膜を得ることができる利点がある。   In the case of the structure shown in FIG. 3C, the formation (manufacturing) is more difficult than in FIG. 3D, but the mixed steam 8 guided from the pipe 87 passes smoothly through the ventilation path 189 from each opening 187b. Output toward the substrate W. Therefore, when the mixed vapor 8 is injected from the pipe 87, the second organic precursor material 6 can be smoothly scattered toward the substrate W, and the distribution of the second organic precursor material 6 becomes more uniform. Therefore, the adhesion of the second organic precursor material 6 to the substrate W can be accurately and precisely controlled, and a small amount of doping can be performed uniformly in a line shape. Even for a large substrate, there is an advantage that a high-performance film can be obtained with excellent doping concentration controllability and uniformity control of the organic film.

一方、図3(D)に示す構造の場合、配管87から導かれた混合蒸気8は、金属ケース190内で側壁に沿って回転する対流を生じさせながら開口部187bから基板Wに向けて出力される。対流を制御することは難しく、このため、ガス導入ノズル26aからガスを注入した場合、内部空間で乱流が発生し易く、第2有機前駆物質材料6の分布が不均一となり、図3(C)よりも蒸着制御の点では劣る。しかしながら、その形成(製造)が図3(C)よりも容易であり、低コストで実現できる利点がある。   On the other hand, in the case of the structure shown in FIG. 3D, the mixed steam 8 guided from the pipe 87 is output from the opening 187 b toward the substrate W while generating convection that rotates along the side wall in the metal case 190. Is done. It is difficult to control the convection. Therefore, when gas is injected from the gas introduction nozzle 26a, turbulent flow is likely to occur in the internal space, and the distribution of the second organic precursor material 6 becomes non-uniform, and FIG. ) Is inferior to vapor deposition control. However, its formation (manufacturing) is easier than that of FIG. 3C, and there is an advantage that it can be realized at low cost.

なお、図3(D)に示す構造の場合における内部空間での乱流の問題を低減す構造例として、たとえば図3(E)に示すように、排出端87a側から開口部187b側に向かって先広がりとなる金属ケース190を用いてもよい。この場合、金属ケース190の側壁自体が、排出端87a側から各開口部187bに向かって第2有機前駆物質材料6を含む混合蒸気8を導く通気路の機能をなす。このため、配管87から混合蒸気8を注入した場合、第2有機前駆物質材料6を基板Wに向かって円滑に飛散させることができ、第2有機前駆物質材料6の分布がより均一になる。なお、このような金属ケース190の構造は、図3(A)に示すように、ライン状に形成された1つの開口部187aをOVPDインジェクタ187の先端側に設ける場合にも有効な手法である。   As an example of the structure for reducing the problem of turbulent flow in the internal space in the case of the structure shown in FIG. 3D, as shown in FIG. 3E, for example, from the discharge end 87a side toward the opening 187b side. Alternatively, a metal case 190 that widens forward may be used. In this case, the side wall of the metal case 190 itself functions as an air passage that guides the mixed vapor 8 containing the second organic precursor material 6 from the discharge end 87a side toward each opening 187b. Therefore, when the mixed vapor 8 is injected from the pipe 87, the second organic precursor material 6 can be smoothly scattered toward the substrate W, and the distribution of the second organic precursor material 6 becomes more uniform. Note that such a structure of the metal case 190 is an effective technique even when one opening 187a formed in a line shape is provided on the front end side of the OVPD injector 187 as shown in FIG. .

<製法による構造比較>
図4は、上記実施形態による成膜法と従来の成膜法を用いて製造した有機EL素子の構造比較、特に、発光領域が発光層のホール輸送側に偏在する場合のデバイス構造比較を示す図である。図4において、左側にはデバイス構造例を示し、中央部にはゲスト材濃度(C)と膜厚(d)との関係を示す。また、図5は、図4に示した各有機EL素子の特性例を示す図表である。
<Structural comparison by manufacturing method>
FIG. 4 shows a structural comparison between the organic EL elements manufactured by using the film forming method according to the above embodiment and the conventional film forming method, and in particular, a device structural comparison when the light emitting region is unevenly distributed on the hole transport side of the light emitting layer. FIG. In FIG. 4, an example of the device structure is shown on the left side, and the relationship between the guest material concentration (C) and the film thickness (d) is shown in the central part. FIG. 5 is a chart showing a characteristic example of each organic EL element shown in FIG.

ここで、図4(A)は、ホスト材は真空蒸着法、ゲスト材は真空蒸着ドープを用いた場合のデバイス構造例を示す。図4(B)は、ホスト材はOVPD法、ゲスト材はVPDドープを用いた場合のデバイス構造例を示す。また、図4(C)は、ホスト材は真空蒸着法、ゲスト材はOVPDドープを用いた本実施形態による場合のデバイス構造例を示す。   Here, FIG. 4A shows an example of a device structure in which the host material uses a vacuum deposition method and the guest material uses a vacuum deposition dope. FIG. 4B shows an example of a device structure in which the host material uses the OVPD method and the guest material uses VPD dope. FIG. 4C shows an example of a device structure according to the present embodiment in which the host material is a vacuum deposition method and the guest material is OVPD dope.

ホスト材は真空蒸着でゲスト材は真空蒸着ドープを用いて有機EL素子を製造すると、ゲスト材のドーピング濃度制御の応答速度が遅いので、膜厚方向に対して一定濃度のデバイス構造しかとれない。したがって、たとえば、図4(A)に示すように発光領域が発光層のホール輸送側に偏在する場合における最適ドープ濃度は、ホール輸送層/発光層界面からの膜厚方向距離dの関数Y(d)となるので、ドープ濃度過剰領域αとドープ濃度不足領域βが生じてしまう。その結果、ドープ濃度過剰領域ではたとえば濃度消光やキャリア散乱による電気抵抗増大が、ドープ濃度不足領域ではたとえば発光効率低下が生じてしまう。   When an organic EL element is manufactured by using vacuum deposition as the host material and using vacuum deposition dope as the guest material, the response speed of controlling the doping concentration of the guest material is slow, so that only a device structure having a constant concentration in the film thickness direction can be obtained. Therefore, for example, as shown in FIG. 4A, when the light emitting region is unevenly distributed on the hole transport side of the light emitting layer, the optimum doping concentration is a function Y (thickness direction distance d from the hole transport layer / light emitting layer interface). Therefore, an excessively doped region α and an insufficiently doped region β are generated. As a result, for example, an increase in electric resistance due to concentration quenching or carrier scattering occurs in an excessively doped region, and a decrease in luminous efficiency occurs in an insufficiently doped region.

また、図4(B)に示すように、ホスト材をLPOVP法で、ゲスト材をLPOVPD法で作製したデバイスは、キャリアガス流量変調によるドーピング濃度変調をかけることができるものの、ホスト材の輸送に用いるキャリアガスが極めて大量に必要とする。このため、ゲスト材のドープ濃度変調をしようとしてゲスト材のキャリアガス流量を変えたとしても、ゲスト材とのガス混合時間がかかるため、デバイスでの濃度変調プロファイルに時間遅れが生じてしまい、結果として急峻な濃度変調構造を有するデバイス作製が困難となる。   In addition, as shown in FIG. 4B, a device in which the host material is manufactured by the LPOVP method and the guest material is manufactured by the LPOVPD method can be subjected to doping concentration modulation by carrier gas flow rate modulation, but it can transport the host material. A very large amount of carrier gas is required. For this reason, even if the carrier gas flow rate of the guest material is changed in order to modulate the doping concentration of the guest material, it takes time to mix the gas with the guest material, resulting in a time delay in the concentration modulation profile in the device. As a result, it becomes difficult to manufacture a device having a steep concentration modulation structure.

一方、本実施形態の半導体製造装置1を用いて、ホスト材を高速成膜である真空蒸着法により、またゲスト材を濃度制御性に優れたOVPD法(特にLPOVPD法)を用いて有機EL素子を製造すると、図4(C)に示すように、必要最低限のキャリアガスしか用いないので、図4(B)の場合のような濃度変調時間の遅れが生じることなく、OVPD法が有するドーピング濃度応答性の良さを最大限に発揮することが可能となる。結果として、膜厚方向に対して複雑で急峻なドーピング濃度変調を有する、正確なドーピング濃度変調を備えた構造のデバイスを形成することができるので、発光層の全領域に亘り最適ドーピング濃度であるデバイスを得ることが可能である。   On the other hand, by using the semiconductor manufacturing apparatus 1 of the present embodiment, an organic EL element using a host material by a vacuum vapor deposition method that is high-speed film formation, and a guest material by using an OVPD method (particularly LPOVPD method) excellent in concentration controllability. As shown in FIG. 4 (C), since only the minimum necessary carrier gas is used, the doping that the OVPD method has without causing a delay in concentration modulation time as in FIG. 4 (B). It is possible to maximize the concentration responsiveness. As a result, it is possible to form a device having an accurate doping concentration modulation having a complicated and steep doping concentration modulation with respect to the film thickness direction, so that the optimum doping concentration is obtained over the entire region of the light emitting layer. It is possible to obtain a device.

これらの比較から分かるように、製法の違いにより、たとえば、ドーピング濃度プロファイルの多様性、複雑性、制御性の点において、明らかな構造上の違いが生じる。   As can be seen from these comparisons, differences in manufacturing methods cause obvious structural differences in terms of, for example, the diversity, complexity, and controllability of the doping concentration profile.

また、性能面においては、図5に示すように、真空蒸着法ドーピングに対してはデバイスの電気光学性能の点において、ホスト材LPOVPDでゲスト材LPOVPD法による方法に対しては、膜欠陥、機械強度、電気光学性能、装置簡便性などで明らかな違いが生じる。   Further, in terms of performance, as shown in FIG. 5, in terms of electro-optical performance of the device with respect to vacuum deposition, doping with a host material LPOVPD and with a guest material LPOVPD method, film defects, mechanical Clear differences occur in strength, electro-optical performance, device simplicity, and the like.

<第3実施形態>
図6は、本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第3実施形態を示す概略図である。この第3実施形態は、第2有機前駆物質材料6として第1有機前駆物質材料4と同じ物質(材料A)を使用する構成としている点に特徴を有する。これにより、たとえば、材料Aを真空蒸着法で蒸発させながら、材料AをOVPDガスの流量制御の元で成膜する構成とすることができる。以下、具体的に説明する。
<Third Embodiment>
FIG. 6 is a schematic view showing a third embodiment of a semiconductor manufacturing apparatus to which the thin film forming apparatus according to the present invention is applied. The third embodiment is characterized in that the same material (material A) as the first organic precursor material 4 is used as the second organic precursor material 6. Thus, for example, the material A can be formed under the control of the flow rate of the OVPD gas while the material A is evaporated by a vacuum deposition method. This will be specifically described below.

第3実施形態の半導体製造装置1は、第1や第2実施形態と同様に、真空蒸着法を適用する反応装置10内に、OVPD法を適用するための蒸気化装置80側から第2有機前駆物質材料6を含んだ混合蒸気8が導入されるように構成されている。   As in the first and second embodiments, the semiconductor manufacturing apparatus 1 according to the third embodiment includes the second organic material from the side of the vaporizer 80 for applying the OVPD method in the reaction apparatus 10 to which the vacuum evaporation method is applied. A mixed steam 8 containing a precursor material 6 is introduced.

成膜チャンバ11内の図中下部には開口容器の一例としての坩堝14を有し、この坩堝14の周囲には、蒸着材料となる第1有機前駆物質材料4を蒸発させるための加熱源120が設けられ、全体として材料A用の蒸発源(真空蒸着源)130が構成されるようになっている。   A crucible 14 as an example of an open container is provided in the lower part of the film forming chamber 11 in the figure, and a heating source 120 for evaporating the first organic precursor material 4 serving as a vapor deposition material is provided around the crucible 14. As a whole, an evaporation source (vacuum evaporation source) 130 for material A is configured.

また坩堝14の上部には、被蒸着部材としての基板Wを図示しない基板ホルダにより保持する基板保持ベース15が設けられ、さらに、この基板保持ベース15の近傍には、基板Wへの蒸着の度合いを監視する監視部として、基板Wに蒸着された第1および第2の有機前駆物質材料4,6(すなわち材料A)の膜厚を計測する成膜速度モニタ170が設けられている。   In addition, a substrate holding base 15 that holds a substrate W as a member to be vapor-deposited by a substrate holder (not shown) is provided on the upper portion of the crucible 14, and the degree of vapor deposition on the substrate W is provided near the substrate holding base 15. As a monitoring unit for monitoring the film thickness, a film formation rate monitor 170 for measuring the film thickness of the first and second organic precursor materials 4 and 6 (that is, the material A) deposited on the substrate W is provided.

基板保持ベース15は、成膜チャンバ11の上部に設けられた基板回転機構部16に取り付けられて、全体として回転試料ホルダとして構成されている。つまり、基板保持ベース15に保持されている基板Wを、基板保持ベース15と一体的に回転させることで、回転蒸着法が適用できる反応装置10として構成されている。なお、基板回転機構部16は、成膜チャンバ11の外部へ気体を排気するための排気管19を兼ねるように構成されている。   The substrate holding base 15 is attached to a substrate rotation mechanism 16 provided on the upper part of the film forming chamber 11 and is configured as a rotating sample holder as a whole. That is, the reaction apparatus 10 to which the rotary evaporation method can be applied by rotating the substrate W held on the substrate holding base 15 integrally with the substrate holding base 15 is configured. The substrate rotation mechanism unit 16 is also configured to serve as an exhaust pipe 19 for exhausting gas to the outside of the film forming chamber 11.

成膜チャンバ11の一方の側壁(図中右下側)には、OVPD源をなす蒸気化装置80側から成膜チャンバ11の内部に延びる配管87が設けられている。図に示した構成例では、配管87の排出端87aの位置を蒸発源130の近くに設定しており、蒸発源130から発せられる第1有機前駆物質材料4の材料ガス4aと配管87を通して導入される第2有機前駆物質材料6の材料ガス6a(混合蒸気8に含まれている)とが混合されて一体的に基板Wに付着される。これにより、第1および第2の各有機前駆物質材料4,6としての材料Aが、基板W上に成膜される。なお、図に示す排出端87aの位置は一例であって、第1実施形態でも説明したと同様に、種々の配置形態を取り得る。   On one side wall (lower right side in the figure) of the film forming chamber 11, a pipe 87 extending from the vaporizing device 80 side that forms the OVPD source into the film forming chamber 11 is provided. In the configuration example shown in the figure, the position of the discharge end 87 a of the pipe 87 is set near the evaporation source 130 and is introduced through the pipe 87 with the material gas 4 a of the first organic precursor material 4 emitted from the evaporation source 130. The material gas 6a (contained in the mixed vapor 8) of the second organic precursor material 6 is mixed and attached to the substrate W integrally. Thereby, the material A as each of the first and second organic precursor materials 4 and 6 is formed on the substrate W. In addition, the position of the discharge end 87a shown in the drawing is an example, and various arrangement forms can be taken as described in the first embodiment.

反応装置10の図中右側には、蒸気化装置80が設けられている。蒸気化装置80は、反応装置10内に延びる配管87と連結されたOVPDガス流量制御機構としてのマスフローコントローラ90と、原料蒸発部をなす内部炉84と、キャリアガス源をなすガス精製装置94とが直列に配置されて構成されている。また、マスフローコントローラ90、内部炉84、およびガス精製装置94を取り巻くように、加熱機構部83が設けられ、第2有機前駆物質材料6を成膜チャンバ11内に導入する配管87からマスフローコントローラ90やガス精製装置94までの各配管や容器などはすべて、所定の高温に温度制御されるようになっている。なお、図では示さないが、高精度のガス量制御を実現するため、第1実施形態と同様に、反応装置10の成膜チャンバ11内に伸びた配管87の経路上に切替バルブと予備流し用の配管も取り付けられている。   A vaporizer 80 is provided on the right side of the reactor 10 in the figure. The vaporizer 80 includes a mass flow controller 90 as an OVPD gas flow rate control mechanism connected to a pipe 87 extending into the reactor 10, an internal furnace 84 that forms a raw material evaporation section, and a gas purifier 94 that forms a carrier gas source. Are arranged in series. Further, a heating mechanism 83 is provided so as to surround the mass flow controller 90, the internal furnace 84, and the gas purification device 94, and the mass flow controller 90 is connected from a pipe 87 for introducing the second organic precursor material 6 into the film forming chamber 11. All the pipes and containers up to the gas purifier 94 are temperature-controlled at a predetermined high temperature. Although not shown in the drawing, in order to realize high-accuracy gas amount control, a switching valve and a preliminary flow are provided on the path of a pipe 87 extending into the film forming chamber 11 of the reaction apparatus 10 in the same manner as in the first embodiment. Piping for is also attached.

内部炉84内には、坩堝85が置かれており、この坩堝85には、第2有機前駆物質材料6として、反応装置10内の坩堝14内に収容されている第1有機前駆物質材料4と同一の材料Aが収容されている。   A crucible 85 is placed in the internal furnace 84, and the first organic precursor material 4 accommodated in the crucible 14 in the reaction apparatus 10 is stored in the crucible 85 as the second organic precursor material 6. The same material A is accommodated.

ガス精製装置94内のアルゴン(Ar)や窒素(N2)などの不活性キャリアガス7は、配管89へ導入され、図示しない調節バルブや圧力調整器を経て内部炉84中へ送られる。そして、内部炉84内で、第2有機前駆物質材料6(材料A)の蒸気と混合され、配管87やマスフローコントローラ90を経由して、さらに配管87を経由して成膜チャンバ11内に導入される。これにより、第2有機前駆物質材料6の蒸気6aを配管87に沿って成膜チャンバ11内の排出端87aの方へ流す。   An inert carrier gas 7 such as argon (Ar) or nitrogen (N2) in the gas purifier 94 is introduced into the pipe 89 and sent into the internal furnace 84 via a control valve and a pressure regulator (not shown). Then, it is mixed with the vapor of the second organic precursor material 6 (material A) in the internal furnace 84 and introduced into the film forming chamber 11 via the pipe 87 and the mass flow controller 90 and further via the pipe 87. Is done. As a result, the vapor 6 a of the second organic precursor material 6 flows along the pipe 87 toward the discharge end 87 a in the film forming chamber 11.

上記構成において、第1有機前駆物質材料4(材料A)についての真空蒸着源側は、膜厚制御は特に行なわない。たとえば、蒸発源130の抵抗加熱パワーを固定にしておく。一方、第2有機前駆物質材料6(材料A)についてのOVPD源側は、OVPDガス流量制御で膜厚制御が実現され、具体的には、マスフローコントローラ90によって実現される。この流量制御は、マスフローコントローラ90自身による自己制御としてもよいが、成膜速度モニタ170により材料Aの蒸着速度を計測して、この計測情報をマスフローコントローラ90に渡し(図中に点線で示す経路を参照)、この成膜速度モニタ170が計測した有機材料の蒸着速度が一定になるように、配管87を介して成膜チャンバ11内に導入される混合蒸気8の流量を制御するフィードバック制御機構とすると一層好ましい。なお、OVPD源からのガス導入量は成膜安定に必要な最小量とするのが望ましく、過剰なガス量とすると、成膜時における成膜チャンバ11内の真空度が低くなり膜密度が下がってしまう。   In the above configuration, the film thickness control is not particularly performed on the vacuum evaporation source side of the first organic precursor material 4 (material A). For example, the resistance heating power of the evaporation source 130 is fixed. On the other hand, on the OVPD source side of the second organic precursor material 6 (material A), film thickness control is realized by OVPD gas flow rate control, and specifically, realized by the mass flow controller 90. This flow rate control may be self-control by the mass flow controller 90 itself, but the deposition rate monitor 170 measures the deposition rate of the material A, and passes this measurement information to the mass flow controller 90 (path indicated by a dotted line in the figure). A feedback control mechanism for controlling the flow rate of the mixed vapor 8 introduced into the film forming chamber 11 through the pipe 87 so that the vapor deposition speed of the organic material measured by the film forming speed monitor 170 is constant. This is more preferable. Note that the amount of gas introduced from the OVPD source is desirably the minimum amount necessary for film formation stability. If an excessive amount of gas is used, the degree of vacuum in the film formation chamber 11 during film formation decreases and the film density decreases. End up.

ここで従来法では、蒸発加熱源をたとえば抵抗加熱式で行ない、水晶振動式膜厚計でモニタした成膜速度が一定となるように抵抗加熱パワーを制御することで成膜速度の安定化を図っているが、従来技術の項で述べたように安定化は困難である。   Here, in the conventional method, the evaporation heating source is, for example, a resistance heating type, and the film formation rate is stabilized by controlling the resistance heating power so that the film formation rate monitored by the quartz vibration type film thickness meter is constant. As shown in the prior art section, stabilization is difficult.

これに対して、この第3実施形態の製法では、第2有機前駆物質材料6として第1有機前駆物質材料4と同じ物質を使用することで、この物質を基板W上に成膜する際、第2有機前駆物質材料6(すなわち材料A)についての膜厚制御は、第1実施形態と同様に、成膜チャンバ11内に導入する混合蒸気8に対する流量制御の仕組みを用いることができるので、その成膜速度制御性を高精度に管理することができる。   On the other hand, in the manufacturing method of the third embodiment, by using the same material as the first organic precursor material 4 as the second organic precursor material 6, when forming this material on the substrate W, Since the film thickness control for the second organic precursor material 6 (that is, the material A) can be performed using a flow rate control mechanism for the mixed vapor 8 introduced into the film forming chamber 11 as in the first embodiment. The film formation rate controllability can be managed with high accuracy.

これにより、応答性の悪い真空蒸着源の抵抗加熱パワーを固定してしまい、真空蒸着での成膜速度ばらつきの補正用として、応答性が良好なOVPD源からガス流量制御しながら、成膜の安定化を図ることができる。   As a result, the resistance heating power of the vacuum deposition source with poor responsiveness is fixed, and the film flow rate is controlled while controlling the gas flow rate from the responsive OVPD source for correcting the film formation speed variation in vacuum deposition. Stabilization can be achieved.

このように、第3実施形態の半導体製造装置1に依れば、所定の物質について真空蒸着法とOVPD法の同時成膜を行なう有機薄膜形成とすることで、つまり真空蒸着法で所定の物質の薄膜を所定の基板上に形成しつつ、同時にOVPD法でガス流量制御を行ないつつ補足的に同一材料を成膜することにより、真空蒸着法と同等の膜密度を有するとともに、成膜の安定化を図ることができる。   As described above, according to the semiconductor manufacturing apparatus 1 of the third embodiment, a predetermined substance is formed by forming an organic thin film in which a predetermined material is simultaneously formed by the vacuum deposition method and the OVPD method. By forming the same material on a predetermined substrate and simultaneously forming the same material while controlling the gas flow rate by the OVPD method, it has a film density equivalent to that of the vacuum evaporation method and stable film formation. Can be achieved.

たとえば、有機ELデバイスの電子輸送層を成膜する場合、たとえば材料AとしてのAlq3を真空蒸着させつつ、同じAlq3をOVPD法で成膜することによって、電子輸送層Alq3膜を安定に成膜することができる。こうすることで、発光層であるAlq3膜が厳密膜厚になるので発光効率が安定化する効果が得られる。   For example, when forming an electron transport layer of an organic EL device, for example, the same Alq3 is formed by OVPD while depositing Alq3 as the material A in a vacuum, thereby stably forming the electron transport layer Alq3 film. be able to. By doing so, the Alq3 film as the light emitting layer has a strict thickness, so that the effect of stabilizing the light emission efficiency can be obtained.

なお、材料Aとしては、電子輸送層用の材料に限定されるものではなく、ホール輸送層、ホール注入層、ホールブロック層、あるいは電子ブロック層などの、ノンドープ層一般に適用できる。これら複数の層(全て層を含む任意の組合せでよい)の成膜に上記第3実施形態の仕組みを適用することもできる。   The material A is not limited to the material for the electron transport layer, and can be generally applied to a non-doped layer such as a hole transport layer, a hole injection layer, a hole block layer, or an electron block layer. The mechanism of the third embodiment can also be applied to film formation of these plural layers (any combination including all layers).

たとえば、ホール輸送層の成膜に上記第3実施形態の仕組みを適用すれば、ホール輸送層の厚みばらつきが低減し、ボトムエミッション型有機EL素子における干渉効果が安定するので発光スペクトルの色度再現性が向上する効果が得られる。   For example, if the mechanism of the third embodiment is applied to the film formation of the hole transport layer, the thickness variation of the hole transport layer is reduced, and the interference effect in the bottom emission type organic EL element is stabilized, so that the chromaticity reproduction of the emission spectrum is achieved. The effect which improves property is acquired.

また、ホール注入層の成膜に上記第3実施形態の仕組みを適用すれば、ホール注入層も膜厚を均一にでき、上面/下面発光に限らず、共振器構造を有する素子にはメリットがある。   In addition, if the mechanism of the third embodiment is applied to the formation of the hole injection layer, the hole injection layer can also have a uniform thickness, and there is a merit for an element having a resonator structure as well as top / bottom emission. is there.

この点では、ホールブロック層や電子ブロック層などの、他の層も含めて、両電極間の共振器を構成する層は全て、膜厚のばらつきを抑えることが必要であり、上記第3実施形態の仕組みを適用することによる効果は高い。   In this respect, all the layers constituting the resonator between the two electrodes including the other layers such as the hole block layer and the electron block layer are required to suppress variations in film thickness. The effect of applying the form mechanism is high.

<第4実施形態>
図7は、本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第4実施形態を示す概略図である。この第4実施形態は、第3実施形態と同様に第1有機前駆物質材料4および第2有機前駆物質材料6Aとして同一の材料Aを用いる構成に加えて、第1あるいは第2実施形態と同様にOVPD法を適用することで第1有機前駆物質材料4(材料A)とは異なる材料Bを別の第2有機前駆物質材料6Bとして使用する点に特徴を有する。これにより、ホスト材Aを真空蒸着法で蒸発させながら、ホスト材AをOVPD法で流量制御しつつ、さらにゲスト材BのドーピングをOVPD法で行なう構成とすることができる。以下、具体的に説明する。
<Fourth embodiment>
FIG. 7 is a schematic view showing a fourth embodiment of a semiconductor manufacturing apparatus to which the thin film forming apparatus according to the present invention is applied. This fourth embodiment is similar to the first or second embodiment in addition to the configuration using the same material A as the first organic precursor material 4 and the second organic precursor material 6A as in the third embodiment. The OVPD method is applied to the first organic precursor material 4 (material A), and a different material B is used as another second organic precursor material 6B. Thus, the host material A can be evaporated by the vacuum deposition method, the flow rate of the host material A can be controlled by the OVPD method, and the guest material B can be doped by the OVPD method. This will be specifically described below.

第4実施形態の半導体製造装置1は、先ず、第3実施形態の構成と同様に、第1有機前駆物質材料4(ホスト材A)について真空蒸着法を適用する反応装置10内に、第2有機前駆物質材料6A(ホスト材A)についてOVPD法を適用するための蒸気化装置80A側から第2有機前駆物質材料6Aを含んだ混合蒸気8Aが、蒸発源130の近傍(図中の右下側)から導入されるように構成されている。   In the semiconductor manufacturing apparatus 1 of the fourth embodiment, first, similarly to the configuration of the third embodiment, the second organic reactor material 4 (host material A) is applied to the second reaction apparatus 10 to which the vacuum deposition method is applied. A mixed vapor 8A containing the second organic precursor material 6A is introduced from the vaporizer 80A side for applying the OVPD method to the organic precursor material 6A (host material A) in the vicinity of the evaporation source 130 (lower right in the figure). Side).

加えて、第4実施形態の半導体製造装置1は、別の第2有機前駆物質材料6B(ゲストB)についてOVPD法を適用するための蒸気化装置80B側から第2有機前駆物質材料6Bを含んだ混合蒸気8Bが、基板Wの近傍(図中の右上側)から導入されるように構成されている。   In addition, the semiconductor manufacturing apparatus 1 of the fourth embodiment includes the second organic precursor material 6B from the vaporizer 80B side for applying the OVPD method to another second organic precursor material 6B (guest B). The mixed vapor 8B is configured to be introduced from the vicinity of the substrate W (upper right side in the figure).

蒸気化装置80A,80Bの構成自体は、流量制御の仕組みが異なる点を除いて、第3実施形態の蒸気化装置80と同様である。たとえば、第3実施形態と同様に、蒸発源130の抵抗加熱パワーを固定にすることで、第1有機前駆物質材料4(ホスト材A)についての真空蒸着源側の膜厚制御は特に行なわない。また、第2有機前駆物質材料6(ホスト材A)についてのOVPD源側の膜厚制御は、成膜速度モニタ170が監視するホスト材Aの蒸着速度が一定になるよう、配管87Aを介して成膜チャンバ11内の導入される混合蒸気8A(不活性キャリアガス7A+材料ガス6Aa)の流量をマスフローコントローラ90Aにより制御するフィードバック制御機構とする。   The configuration itself of the vaporizers 80A and 80B is the same as that of the vaporizer 80 of the third embodiment except that the mechanism of flow rate control is different. For example, as in the third embodiment, by fixing the resistance heating power of the evaporation source 130, the film thickness control on the vacuum evaporation source side for the first organic precursor material 4 (host material A) is not particularly performed. . The film thickness control on the OVPD source side for the second organic precursor material 6 (host material A) is performed via the pipe 87A so that the deposition rate of the host material A monitored by the film formation rate monitor 170 is constant. A feedback control mechanism that controls the flow rate of the mixed vapor 8A (inert carrier gas 7A + material gas 6Aa) introduced into the film forming chamber 11 by the mass flow controller 90A is used.

一方、第2有機前駆物質材料6(ゲスト材B)についてのOVPD源側のドーピング制御は、第1実施形態と同様に、マスフローコントローラ90Aにより、配管87Bを介して成膜チャンバ11内に導入する混合蒸気8B(不活性キャリアガス7B+材料ガス6Ba)に対する流量制御の仕組みを用いることができる。よって、有機膜のドーピング濃度制御性に優れ、かつ微量ドーピングを均一に行なうことができる。   On the other hand, doping control on the OVPD source side for the second organic precursor material 6 (guest material B) is introduced into the film forming chamber 11 via the pipe 87B by the mass flow controller 90A, as in the first embodiment. A flow rate control mechanism for the mixed vapor 8B (inert carrier gas 7B + material gas 6Ba) can be used. Therefore, the doping concentration controllability of the organic film is excellent and a small amount of doping can be performed uniformly.

たとえば、有機ELデバイスの電子輸送層に所定材料をドープして緑色発光層を成膜する場合、たとえば材料AとしてのAlq3を真空蒸着させ、かつ、同じAlq3をOVPD法で成膜しつつ、C6(クマリン6)をOVPD法でドープすることによって、C6がAlq3に微量に(たとえば1%程度)ドープされた電子輸送層Alq3膜を安定に成膜することができる。   For example, when a predetermined material is doped into the electron transport layer of the organic EL device to form a green light emitting layer, for example, Alq3 as material A is vacuum-deposited, and the same Alq3 is formed by OVPD, while C6 By doping (coumarin 6) by the OVPD method, an electron transport layer Alq3 film in which C6 is doped in a small amount (for example, about 1%) to Alq3 can be stably formed.

このように、第4実施形態の半導体製造装置1に依れば、上記第3実施形態の構成と同様の効果に加えて、上記第1実施形態の構成による効果を享受することができる。すなわち、所定の物質について真空蒸着法とOVPD法の同時成膜を行ないつつ、別の物質の微量ドーピングをOVPD法で行なう有機薄膜形成とすることで、真空蒸着法と同等の膜密度を有するとともに成膜の安定化を図ることができるとともに、ドーピング濃度制御性に優れた微量ドーピングを均一に行なうことができるし、また、パッキングデンシティが高く、高性能の有機膜を形成することができる。   Thus, according to the semiconductor manufacturing apparatus 1 of the fourth embodiment, in addition to the same effect as the configuration of the third embodiment, the effect of the configuration of the first embodiment can be enjoyed. That is, by forming an organic thin film by performing a small amount doping of another substance by the OVPD method while simultaneously forming a predetermined substance by the vacuum evaporation method and the OVPD method, the film density is equivalent to that of the vacuum evaporation method. It is possible to stabilize the film formation, to uniformly perform a small amount of doping excellent in doping concentration controllability, and to form a high-performance organic film with high packing density.

<第5実施形態>
図8は、本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第5実施形態を示す概略図である。この第5実施形態は、第4実施形態の構成に加えて、材料Bについても真空蒸着法を適用するようにしている点に特徴を有する。これにより、ホスト材Aを真空蒸着法で蒸発させながら、ホスト材AをOVPD法で流量制御しつつ、さらにゲスト材Bのドーピングを真空蒸着法とOVPD法で行なうことで高濃度ドーピングを行なう構成とすることができる。以下、具体的に説明する。
<Fifth Embodiment>
FIG. 8 is a schematic view showing a fifth embodiment of a semiconductor manufacturing apparatus to which the thin film forming apparatus according to the present invention is applied. The fifth embodiment is characterized in that the vacuum deposition method is applied to the material B in addition to the configuration of the fourth embodiment. Thereby, the host material A is evaporated by the vacuum deposition method, the flow rate of the host material A is controlled by the OVPD method, and the doping of the guest material B is further performed by the vacuum deposition method and the OVPD method. It can be. This will be specifically described below.

第5実施形態の半導体製造装置1は、先ず、反応装置10の成膜チャンバ11内に、ホスト材A用の真空蒸着源Aをなす蒸発源130Aに加えて、ゲスト材B用の真空蒸着源Aをなす蒸発源130Bを備えている。蒸発源130Bは、蒸発源130Aを挟んで、ホスト材A用の蒸気化装置80Aから導入されている配管87の排出端87aと反対側(図の左側)に配されている。蒸発源130A,130Bは、坩堝14A,14B内に収容される材料が異なるのみで、その構成自体は、第4実施形態の蒸発源130と同様である。   In the semiconductor manufacturing apparatus 1 of the fifth embodiment, first, in the film forming chamber 11 of the reaction apparatus 10, in addition to the evaporation source 130A forming the vacuum evaporation source A for the host material A, the vacuum evaporation source for the guest material B An evaporation source 130B forming A is provided. The evaporation source 130B is disposed on the opposite side (left side in the drawing) of the pipe 87 introduced from the vaporizer 80A for the host material A across the evaporation source 130A. The evaporation sources 130A and 130B differ only in the materials accommodated in the crucibles 14A and 14B, and the configuration itself is the same as that of the evaporation source 130 of the fourth embodiment.

また、ホスト材A用の成膜速度モニタ170Aに加えて、ゲスト材用の成膜速度モニタ170Bが、成膜チャンバ11内に設けられている。それぞれには、他方の物質が付着することのないように、各配置位置や向きが考慮されている。具体的には、成膜速度モニタ170Aは、第3や第4の各実施形態における成膜速度モニタ170と同様の位置および向き配置されている。一方、成膜速度モニタ170Bは、蒸発源130Bの近傍で、蒸発源130Aからは離れた位置に配置され、概ね、坩堝14Bからのゲスト材Bの成膜速度のみを監視し得るようにされている。   In addition to the deposition rate monitor 170 A for the host material A, a deposition rate monitor 170 B for the guest material is provided in the deposition chamber 11. Each arrangement position and direction are considered so that the other substance does not adhere to each. Specifically, the film formation speed monitor 170A is arranged in the same position and orientation as the film formation speed monitor 170 in the third and fourth embodiments. On the other hand, the film formation rate monitor 170B is disposed in the vicinity of the evaporation source 130B and away from the evaporation source 130A, and generally can monitor only the film formation rate of the guest material B from the crucible 14B. Yes.

また、成膜速度モニタ170Bと成膜速度モニタ170Aとの間には、遮蔽板128が、坩堝14Bからのゲスト材Bの蒸気化ガスが成膜速度モニタ170Aに到達しないように配置されており、これにより、成膜速度モニタ170Aは、坩堝14Aからのホスト材Aの成膜速度のみを監視し得るようにされている。   Further, a shielding plate 128 is disposed between the film formation rate monitor 170B and the film formation rate monitor 170A so that the vaporized gas of the guest material B from the crucible 14B does not reach the film formation rate monitor 170A. Thus, the film formation rate monitor 170A can monitor only the film formation rate of the host material A from the crucible 14A.

なお、第1実施形態と同様に、蒸気化装置80B側から導入される第2有機前駆物質材料6としてのゲスト材Bも成膜速度モニタ170A上に付着するので、この第2有機前駆物質材料6を含んだ膜厚が計測されるが、蒸気化装置80B側からは微量ドープとする場合には、このゲスト材Bの影響は無視することができる。   Note that, as in the first embodiment, the guest material B as the second organic precursor material 6 introduced from the vaporizer 80B side also adheres to the deposition rate monitor 170A, so this second organic precursor material 6 is measured, but the influence of the guest material B can be ignored when a small amount of doping is performed from the vaporizer 80B side.

このような構成の半導体製造装置1においては、第1の第1有機前駆物質材料4(ホスト材A)用の蒸発源130Aおよび第1の第2有機前駆物質材料6(ゲスト材B)用の蒸発源130Bについては、第4実施形態のホスト材A用と同様に、真空蒸着源の抵抗加熱パワーを固定にして膜厚制御は特に行なわない。   In the semiconductor manufacturing apparatus 1 having such a configuration, the evaporation source 130A for the first first organic precursor material 4 (host material A) and the first second organic precursor material 6 (guest material B) are used. For the evaporation source 130B, as in the case of the host material A of the fourth embodiment, the film thickness control is not particularly performed with the resistance heating power of the vacuum evaporation source fixed.

一方、第2の第1有機前駆物質材料4(ホスト材A)についてのOVPD源側の膜厚制御は、成膜速度モニタ170Aが監視するホスト材Aの蒸着速度が一定になるように、配管87Aを介して成膜チャンバ11内の導入される混合蒸気8A(不活性キャリアガス7A+材料ガス6Aa)の流量をマスフローコントローラ90Aにより制御するフィードバック制御機構とする。   On the other hand, the film thickness control on the OVPD source side for the second first organic precursor material 4 (host material A) is performed so that the deposition rate of the host material A monitored by the film formation rate monitor 170A is constant. The mass flow controller 90A controls the flow rate of the mixed vapor 8A (inert carrier gas 7A + material gas 6Aa) introduced into the film forming chamber 11 through 87A.

また、第2の第2有機前駆物質材料6(ゲスト材B)についてのOVPD源側のドーピング制御は、真空蒸着でのゲスト材Bのドーピング量ばらつきの補正用として、成膜速度モニタ170Bが監視するゲスト材Bのドーピング速度を補正するように、配管87Bを介して成膜チャンバ11内の導入される混合蒸気8B(不活性キャリアガス7B+材料ガス6Ba)の流量をマスフローコントローラ90Bにより制御する機構とする。   The doping control on the OVPD source side for the second second organic precursor material 6 (guest material B) is monitored by the film formation rate monitor 170B for correcting the doping amount variation of the guest material B in vacuum deposition. The mass flow controller 90B controls the flow rate of the mixed vapor 8B (inert carrier gas 7B + material gas 6Ba) introduced into the film forming chamber 11 through the pipe 87B so as to correct the doping rate of the guest material B to be corrected. And

こうすることで、高濃度ドープに適した構成とすることができる。すなわち、第4実施形態の構成では、第2有機前駆物質材料6(ゲスト材B)をOVPD源側から高濃度でドープした場合、OVPDガス流量が多量になり、ゲスト材Bのガス6aと不活性キャリアガス7を含む混合蒸気8Bが多量に成膜チャンバ11内に導入され成膜時における成膜チャンバ11内の真空度が低くなり、たとえば低真空化に存在するガスが膜内部に巻き込まれることにより膜が粗となる(膜密度が下がる)不具合が生じ得る。   By doing so, a configuration suitable for high-concentration dope can be obtained. That is, in the configuration of the fourth embodiment, when the second organic precursor material 6 (guest material B) is doped at a high concentration from the OVPD source side, the flow rate of the OVPD gas becomes large, and the gas 6a of the guest material B is insignificant. A large amount of the mixed vapor 8B containing the active carrier gas 7 is introduced into the film forming chamber 11, and the degree of vacuum in the film forming chamber 11 during film formation is lowered. For example, a gas existing in a low vacuum is caught in the film. This may cause a problem that the film becomes rough (the film density decreases).

これに対して、第5実施形態の構成では、ゲスト材Bのドーピングに関しても、真空蒸着法とOVPD法で行なうことで、真空蒸着法により高濃度ドーピングの基本部分を実行しつつ、OVPD源側の混合蒸気8Bに対する流量制御の仕組みを用いることで、ドーピング量の微妙な調整を実現することができる。つまり、真空蒸着法でのドーピング速度ばらつきの補正用として、応答性が良好なOVPD源からのガス流量を制御することで、ドーピングの安定化を図ることができる。よって、OVPDガス流量が多量になることを回避することができ、かつドーピング濃度制御性に優れ、かつ高濃度ドーピングを均一に行なうことができる。   On the other hand, in the configuration of the fifth embodiment, the guest material B is also doped by the vacuum vapor deposition method and the OVPD method, so that the basic part of the high concentration doping is performed by the vacuum vapor deposition method, while the OVPD source side By using the flow rate control mechanism for the mixed steam 8B, fine adjustment of the doping amount can be realized. That is, the doping can be stabilized by controlling the gas flow rate from the OVPD source with good responsiveness for correcting the doping rate variation in the vacuum deposition method. Therefore, an increase in the OVPD gas flow rate can be avoided, the doping concentration controllability is excellent, and high concentration doping can be performed uniformly.

たとえば、有機ELデバイスの電子輸送層に所定材料をドープして発光層を成膜する場合、発光色やドープ材によっては、ホスト材Aに対して多量にゲスト材Bを混入(ドープ)させる必要が生じ、場合によっては、結果物としては、ホスト材Aよりもゲスト材Bの方が多量になることもある。このような場合、たとえばホスト材AとしてのAlq3を真空蒸着させつつ同じAlq3をOVPD法で成膜し、加えて、所定のドープ材Bを真空蒸着させつつ同じドープ材BをOVPD法でドープすることによって、ドープ材BがAlq3に高濃度でドープされた電子輸送層Alq3膜を安定に成膜することができる。   For example, when a light emitting layer is formed by doping a predetermined material into the electron transport layer of an organic EL device, it is necessary to mix (dope) the guest material B in a large amount with respect to the host material A depending on the light emission color or the doping material. In some cases, the amount of the guest material B may be larger than that of the host material A as a result. In such a case, for example, Alq3 as the host material A is vacuum-deposited while forming the same Alq3 by the OVPD method, and in addition, the same dope B is doped by the OVPD method while the predetermined doping material B is vacuum-deposited. Thus, the electron transport layer Alq3 film in which the doping material B is doped at a high concentration in Alq3 can be stably formed.

以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiment without departing from the gist of the invention, and embodiments to which such changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present invention.

また、上記の実施形態は、クレーム(請求項)にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   Further, the above embodiments do not limit the invention according to the claims (claims), and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solution means of the invention. Absent. The embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. Even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, as long as an effect is obtained, a configuration from which these some constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.

たとえば、複数のドーピング材を真空蒸着法を適用した成膜チャンバ内に導入するマルチドーピングに上記実施形態を適用することが可能である。この場合、同一ホスト材の層内に混合する各ドーピング材について、上述したように、OVPD法を適用する。また、このマルチドーピングにおいても、第1実施形態および第2実施形態の何れの構造をも採り得る。それぞれのインジェクタ部分の形状も、それに応じて設定される。   For example, the above-described embodiment can be applied to multi-doping in which a plurality of doping materials are introduced into a deposition chamber to which a vacuum deposition method is applied. In this case, the OVPD method is applied to each doping material mixed in the same host material layer as described above. Also in this multi-doping, any structure of the first embodiment and the second embodiment can be adopted. The shape of each injector part is also set accordingly.

また上記実施形態では、有機EL素子を製造する際の、ホスト材へのゲスト材のドーピングに適用した事例で説明したが、その適用範囲は、必ずしもこのようなものに限らず、半導体基板上に薄膜を製造するその他の成膜技術にも適用することができる。たとえば、複数の前駆物質の組合せまたは混合物を基板に付着させることや、複数の前駆物質の化学反応物を基板に付着させることや、前駆物質材料を供与体・受容体として基板に付着させることなどにも適用できる。   Moreover, in the said embodiment, although demonstrated in the example applied to doping of the guest material to the host material at the time of manufacturing an organic EL element, the application range is not necessarily restricted to such a thing, It is on a semiconductor substrate. The present invention can also be applied to other film forming techniques for manufacturing a thin film. For example, attaching a combination or mixture of multiple precursors to a substrate, attaching a chemical reaction of multiple precursors to a substrate, attaching a precursor material to a substrate as a donor / acceptor, etc. It can also be applied to.

本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第1実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 1st Embodiment of the semiconductor manufacturing apparatus to which the thin film forming apparatus which concerns on this invention is applied. 本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第1実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 1st Embodiment of the semiconductor manufacturing apparatus to which the thin film forming apparatus which concerns on this invention is applied. 蒸発源およびOVPDインジェクタの構造例を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which shows the structural example of an evaporation source and an OVPD injector. 本実施形態による成膜法と従来の成膜法を用いて製造した有機EL素子の構造比較を示す図である。It is a figure which shows the structure comparison of the organic EL element manufactured using the film-forming method by this embodiment, and the conventional film-forming method. 図4に示した各有機EL素子の特性例を示す図表である。5 is a chart showing an example of characteristics of each organic EL element shown in FIG. 4. 本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第3実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 3rd Embodiment of the semiconductor manufacturing apparatus to which the thin film forming apparatus which concerns on this invention is applied. 本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第4実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 4th Embodiment of the semiconductor manufacturing apparatus to which the thin film forming apparatus which concerns on this invention is applied. 本発明に係る薄膜形成装置を適用した半導体製造装置の第5実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 5th Embodiment of the semiconductor manufacturing apparatus to which the thin film forming apparatus which concerns on this invention is applied. 真空蒸着法を適用した半導体製造装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the semiconductor manufacturing apparatus to which the vacuum evaporation method is applied. LPOVPD法を適用した半導体製造装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the semiconductor manufacturing apparatus to which the LPOVPD method is applied.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体製造装置、4…第1有機前駆物質材料、6…第2有機前駆物質材料、7…不活性キャリアガス、8…混合蒸気、10…反応装置、11…成膜チャンバ、14…坩堝14、14a…開口部、14b…微小開口部、15…基板保持ベース、16…基板回転機構部、17…水晶式膜厚計、19…排気管、80,80A,80B…蒸気化装置、82…加熱炉、83…加熱機構部、84…内部炉、85…坩堝、86…切替バルブ、87,87A,87B,88,89…配管、90,90A,90B…マスフローコントローラ、92…圧力調整器、94…ガス精製装置、96…調節バルブ、110…搬送機構、120…加熱源、128…遮蔽板、130,130A,130B…蒸発源、蒸発源170,170A,170B…成膜速度モニタ、187…OVPDインジェクタ、M…蒸着マスク、W…基板   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor manufacturing apparatus, 4 ... 1st organic precursor material, 6 ... 2nd organic precursor material, 7 ... Inert carrier gas, 8 ... Mixed steam, 10 ... Reactor, 11 ... Film-forming chamber, 14 ... Crucible DESCRIPTION OF SYMBOLS 14, 14a ... Opening part, 14b ... Micro opening, 15 ... Substrate holding base, 16 ... Substrate rotation mechanism part, 17 ... Quartz-type film thickness meter, 19 ... Exhaust pipe, 80, 80A, 80B ... Vaporizer ... heating furnace, 83 ... heating mechanism, 84 ... internal furnace, 85 ... crucible, 86 ... switching valve, 87, 87A, 87B, 88, 89 ... piping, 90, 90A, 90B ... mass flow controller, 92 ... pressure regulator 94 ... Gas purification device, 96 ... Control valve, 110 ... Conveyance mechanism, 120 ... Heat source, 128 ... Shield plate, 130, 130A, 130B ... Evaporation source, Evaporation source 170, 170A, 170B ... Deposition rate monitor, 1 7 ... OVPD injector, M ... deposition mask, W ... board

Claims (30)

蒸発させた材料を基板に付着させることで前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
第1の前駆物質材を真空蒸着法により前記基板に供給し、かつ、
第2の前駆物質材を気相法により前記基板に供給する
ことを特徴とする薄膜形成方法。
A thin film forming method for forming a thin film on the substrate by attaching the evaporated material to the substrate,
Supplying a first precursor material to the substrate by vacuum evaporation; and
A method for forming a thin film, comprising supplying a second precursor material to the substrate by a vapor phase method.
前記第1と前記第2の各前駆物質材として、同じ物質を使用する
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。
The thin film forming method according to claim 1, wherein the same material is used as each of the first and second precursor materials.
前記第2の前駆物質材の一方として、前記第1の前駆物質材と同じ物質を使用しつつ、
前記第2の前駆物質材の他方として、前記第1の前駆物質材と異なる物質を使用する
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。
While using the same material as the first precursor material as one of the second precursor materials,
The thin film forming method according to claim 1, wherein a substance different from the first precursor material is used as the other of the second precursor materials.
前記第1と前記第2のそれぞれ一方の前駆物質材として、第1の物質を使用しつつ、
前記第1と前記第2のそれぞれ他方の前駆物質材として、前記第1の物質とは異なる物質を使用する
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。
While using the first substance as the first and second precursor materials,
2. The thin film forming method according to claim 1, wherein a material different from the first material is used as each of the first and second precursor materials.
前記第1の前駆物質材は前記基板上に成膜されるホスト材であり、
前記第2の前駆物質材は前記ホスト材に混合されるゲスト材である
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。
The first precursor material is a host material formed on the substrate;
The thin film forming method according to claim 1, wherein the second precursor material is a guest material mixed with the host material.
前記第1の前駆物質材は、有機前駆物質である
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。
The thin film forming method according to claim 1, wherein the first precursor material is an organic precursor.
前記第2の前駆物質材を、不活性ガスを用いて、前記真空蒸着法が適用される成膜炉内に導入する
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。
The thin film forming method according to claim 1, wherein the second precursor material is introduced into a film forming furnace to which the vacuum deposition method is applied using an inert gas.
前記不活性ガスとして、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム、ネオン、クリプトン、およびキセノンからなる群から選択する
ことを特徴とする請求項7に記載の薄膜形成方法。
The thin film forming method according to claim 7, wherein the inert gas is selected from the group consisting of nitrogen, argon, hydrogen, helium, neon, krypton, and xenon.
前記第2の前駆物質材の前記成膜炉内に導入される流量を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。
The thin film forming method according to claim 1, wherein a flow rate of the second precursor material introduced into the film forming furnace is controlled.
前記前駆物質材の前記基板への蒸着の度合いを監視しながら、前記流量を制御する
ことを特徴とする請求項9記載の薄膜形成方法。
The thin film forming method according to claim 9, wherein the flow rate is controlled while monitoring a degree of deposition of the precursor material on the substrate.
蒸発させた材料を基板に付着させることで前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
第1の前駆物質材を真空蒸着法により前記基板に供給する成膜炉と、
第2の前駆物質材を蒸気化させる蒸気化装置と、
前記蒸気化装置により蒸気化された前記第2の前駆物質材を前記成膜炉に導入する配管と
を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
A thin film forming apparatus for forming a thin film on the substrate by attaching the evaporated material to the substrate,
A film forming furnace for supplying the first precursor material to the substrate by a vacuum deposition method;
A vaporizer for vaporizing the second precursor material;
A thin film forming apparatus comprising: a pipe for introducing the second precursor material vaporized by the vaporizer into the film forming furnace.
前記蒸気化装置は、開口部を有するとともに前記第2の前駆物質材を収容する開口容器と、
当該開口容器を実質的に取り巻く加熱機構部と、
を備えたことを特徴とする請求項11に記載の薄膜形成装置。
The vaporizer includes an opening container that has an opening and accommodates the second precursor material;
A heating mechanism substantially surrounding the open container;
The thin film forming apparatus according to claim 11, comprising:
前記第2の前駆物質材を輸送するための不活性ガスを前記蒸気化装置に供給する不活性ガス供給部
を備え、
前記蒸気化装置により蒸気化された前記第2の前駆物質材と前記不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスとを混合し、この混合された混合蒸気を前記配管を介して前記成膜炉内に導入する
ことを特徴とする請求項11に記載の薄膜形成装置。
An inert gas supply unit for supplying an inert gas for transporting the second precursor material to the vaporizer;
The second precursor material vaporized by the vaporizer is mixed with the inert gas supplied from the inert gas supply unit, and the mixed vapor is mixed via the pipe. It introduce | transduces in a film furnace. The thin film formation apparatus of Claim 11 characterized by the above-mentioned.
前記不活性ガス供給部は、前記不活性ガスとして、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム、ネオン、クリプトン、およびキセノンからなる群のうちの、少なくとも1つのガスを前記蒸気化装置に供給する
ことを特徴とする請求項11に記載の薄膜形成装置。
The inert gas supply unit supplies at least one gas of the group consisting of nitrogen, argon, hydrogen, helium, neon, krypton, and xenon to the vaporizer as the inert gas. The thin film forming apparatus according to claim 11.
前記第2の前駆物質材の前記成膜炉内に導入される流量を制御する流量制御部
を備えたことを特徴とする請求項11に記載の薄膜形成装置。
The thin film forming apparatus according to claim 11, further comprising a flow rate control unit configured to control a flow rate of the second precursor material introduced into the film forming furnace.
前記流量制御部は、前記不活性ガス供給部から前記蒸気化装置に前記不活性ガスを供給するための配管の一部に設けられたマスフローコントローラを有して構成されている
を備えたことを特徴とする請求項15に記載の薄膜形成装置。
The flow rate control unit includes a mass flow controller provided in a part of a pipe for supplying the inert gas from the inert gas supply unit to the vaporizer. The thin film forming apparatus according to claim 15, wherein the apparatus is a thin film forming apparatus.
前記前駆物質材の前記基板への蒸着の度合いを監視する監視部を備え、
前記流量制御部は、前記監視部からの監視結果を参照して、前記流量を制御する
ことを特徴とする請求項15に記載の薄膜形成装置。
A monitoring unit for monitoring the degree of deposition of the precursor material on the substrate;
The thin film forming apparatus according to claim 15, wherein the flow rate control unit controls the flow rate with reference to a monitoring result from the monitoring unit.
前記成膜炉は、
開口部を有するとともに前記第1の前駆物質材を収容する開口容器と、
当該開口容器を実質的に取り巻く加熱機構部と、
前記開口容器の前記開口部と略対向する位置にて前記基板を保持する保持機構部と、
外部に設けられた真空ポンプと接続される排気管と
を備えていることを特徴とする請求項11に記載の薄膜形成装置。
The film forming furnace
An open container having an opening and containing the first precursor material;
A heating mechanism substantially surrounding the open container;
A holding mechanism that holds the substrate at a position substantially opposite to the opening of the opening container;
The thin film forming apparatus according to claim 11, further comprising: an exhaust pipe connected to a vacuum pump provided outside.
前記成膜炉内において、前記配管の先端が、前記開口容器を挟んで、実質的に前記排気管とは反対側に配置されている
ことを特徴とする請求項18に記載の薄膜形成装置。
19. The thin film forming apparatus according to claim 18, wherein, in the film forming furnace, a tip end of the pipe is disposed substantially on a side opposite to the exhaust pipe with the open container interposed therebetween.
前記配管の先端が、前記開口容器の近傍まで延在している
ことを特徴とする請求項19に記載の薄膜形成装置。
The thin film forming apparatus according to claim 19, wherein a tip end of the pipe extends to the vicinity of the open container.
前記成膜炉内において、前記配管の先端が、前記保持機構部に保持されている前記基板の近傍まで延在している
ことを特徴とする請求項18に記載の薄膜形成装置。
19. The thin film forming apparatus according to claim 18, wherein a tip end of the pipe extends to a vicinity of the substrate held by the holding mechanism in the film forming furnace.
前記成膜炉内の、前記開口容器と前記加熱機構部と有する蒸着源は、長尺状に形成されており、
前記蒸気化装置により蒸気化された前記第2の前駆物質材を前記成膜炉に導入する配管の先端には、前記第2の前駆物質材を含むガスを長尺状に、かつ前記蒸着源の長尺方向と略平行に導出する導出端が設けられており、
さらに、
前記蒸着源の長尺方向と直交する方向に、前記蒸発源および前記導出端と前記基板とを相対的に移動させる移動機構部と、
前記基板に付着させた前駆物質材の膜厚を計測する膜厚計測部と、
前記膜厚計測部の計測結果に基づいて、前記移動機構部による相対的な移動速度を制御する移動速度制御部と
を備えることを特徴とする請求項11に記載の薄膜形成装置。
The evaporation source having the opening container and the heating mechanism in the film forming furnace is formed in a long shape,
A gas containing the second precursor material is elongated at the tip of a pipe for introducing the second precursor material vaporized by the vaporizer into the film forming furnace, and the vapor deposition source Is provided with a lead-out end that leads substantially parallel to the longitudinal direction of
further,
A moving mechanism that relatively moves the evaporation source and the lead-out end and the substrate in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the evaporation source;
A film thickness measuring unit for measuring the film thickness of the precursor material adhered to the substrate;
The thin film forming apparatus according to claim 11, further comprising: a moving speed control unit that controls a relative moving speed of the moving mechanism unit based on a measurement result of the film thickness measuring unit.
前記導出端は、
先端に、前記長尺方向に沿って複数の開口部が形成され、
前記配管側から前記複数の開口部に向かって前記第2の前駆物質材を含むガスを導く通気路が形成されている
ことを特徴とする請求項22に記載の薄膜形成装置。
The leading end is
A plurality of openings are formed at the tip along the longitudinal direction,
23. The thin film forming apparatus according to claim 22, wherein an air passage that guides a gas containing the second precursor material from the pipe side toward the plurality of openings is formed.
前記蒸気化装置と前記配管とを複数備えている
ことを特徴とする請求項17に記載の薄膜形成装置。
The thin film forming apparatus according to claim 17, comprising a plurality of the vaporizers and the pipes.
前記蒸気化装置の一方は、前記第2の前駆物質材の一方として、前記第1の前駆物質材と同じ物質を蒸気化させ、
前記配管の一方は、前記一方の蒸気化装置により蒸気化された前記一方の第2の前駆物質材を前記成膜炉に導入し、
前記蒸気化装置の他方は、前記第2の前駆物質材の他方として、前記第1の前駆物質材と異なる物質を蒸気化させ、
前記配管の他方は、前記他方の蒸気化装置により蒸気化された前記他方の第2の前駆物質材を前記成膜炉に導入する
ことを特徴とする請求項24に記載の薄膜形成装置。
One of the vaporizers vaporizes the same material as the first precursor material as one of the second precursor materials,
One of the pipes introduces the one second precursor material vaporized by the one vaporizer into the film forming furnace,
The other of the vaporizers vaporizes a substance different from the first precursor material as the other of the second precursor materials,
25. The thin film forming apparatus according to claim 24, wherein the other of the pipes introduces the other second precursor material vaporized by the other vaporizer into the film forming furnace.
前記成膜炉は、開口部を有するとともに前記第1の前駆物質材を収容する開口容器および当該開口容器を実質的に取り巻く加熱機構部を複数有する
ことを特徴とする請求項24に記載の薄膜形成装置。
25. The thin film according to claim 24, wherein the film forming furnace includes an opening and a plurality of opening containers that contain the first precursor material and a heating mechanism that substantially surrounds the opening container. Forming equipment.
前記加熱機構部のそれぞれは、前記第1の前駆物質材として、それぞれ異なる物質を蒸気化させ、
前記蒸気化装置の一方は、前記第2の前駆物質材の一方として、前記第1の前駆物質材の一方と同じ物質を蒸気化させ、
前記配管の一方は、前記一方の蒸気化装置により蒸気化された前記一方の第2の前駆物質材を前記成膜炉に導入し、
前記蒸気化装置の他方は、前記第2の前駆物質材の他方として、前記第1の前駆物質材の他方と同じ物質を蒸気化させ、
前記配管の他方は、前記他方の蒸気化装置により蒸気化された前記他方の第2の前駆物質材を前記成膜炉に導入する
ことを特徴とする請求項26に記載の薄膜形成装置。
Each of the heating mechanism sections vaporizes different substances as the first precursor material,
One of the vaporizers vaporizes the same material as one of the first precursor materials as one of the second precursor materials,
One of the pipes introduces the one second precursor material vaporized by the one vaporizer into the film forming furnace,
The other of the vaporizers vaporizes the same substance as the other of the first precursor material as the other of the second precursor material,
27. The thin film forming apparatus according to claim 26, wherein the other of the pipes introduces the other second precursor material vaporized by the other vaporizer into the film forming furnace.
前記第1の前駆物質材は前記基板上に成膜されるホスト材であり、
前記第2の前駆物質材は前記ホスト材に混合されるゲスト材である
ことを特徴とする請求項11に記載の薄膜形成装置。
The first precursor material is a host material formed on the substrate;
The thin film forming apparatus according to claim 11, wherein the second precursor material is a guest material mixed with the host material.
前記第1の前駆物質材は、有機前駆物質である
ことを特徴とする請求項11に記載の薄膜形成装置。
The thin film forming apparatus according to claim 11, wherein the first precursor material is an organic precursor.
基板上に薄膜が形成されてなる半導体デバイスであって、
第1の前駆物質材が真空蒸着法により前記基板に供給され、かつ、第2の前駆物質材が気相法により前記基板に供給されることで、前記第1の前駆物質材中に前記第2の前駆物質材がドーピングされており、
膜厚方向に対して正確なドーピング濃度変調を備えた構造を有している
ことを特徴とする半導体デバイス。
A semiconductor device in which a thin film is formed on a substrate,
A first precursor material is supplied to the substrate by a vacuum deposition method, and a second precursor material is supplied to the substrate by a vapor phase method, whereby the first precursor material is included in the first precursor material. 2 precursor materials are doped,
A semiconductor device having a structure with an accurate doping concentration modulation in the film thickness direction.
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