柔性碳納米管晶體管的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了柔性碳納米管晶體管的制備方法，包括：在基底上制備柔性背柵襯底；將單壁碳納米管的平行陣列轉(zhuǎn)移至柔性背柵襯底表面；利用電擊穿法去除金屬性的單壁碳納米管；利用光刻和刻蝕工藝去除部分電擊穿電極，形成源/漏電極結(jié)構(gòu)；在柔性背柵襯底上形成柵介質(zhì)層；柵介質(zhì)層將柔性背柵襯底表面、單壁碳納米管平行陣列和源/漏電極圖形覆蓋??；在柵介質(zhì)層表面形成頂柵電極；在源/漏電極圖形上引出源/漏電極；去除基底，形成柔性碳納米管晶體管。本發(fā)明的方法，發(fā)揮了半導(dǎo)體性單壁碳納米管的高遷移率的本征特性，直接改進(jìn)電擊穿電極使其能夠作為后續(xù)的源/漏電極結(jié)構(gòu)，簡化了工藝步驟，提高了器件性能。
【專利說明】柔性碳納米管晶體管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種柔性碳納米管晶體管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著柔性顯示技術(shù)和智能可穿戴產(chǎn)品的迅速發(fā)展，柔性電子學(xué)受到越來越多的關(guān)注，對柔性場效應(yīng)晶體管(FET)的研究也逐漸成為熱點(diǎn)課題，目前較為成熟的柔性晶體管制備工藝主要是基于有機(jī)半導(dǎo)體材料，或采用低溫多晶硅工藝。有機(jī)半導(dǎo)體材料雖然具有較好的柔韌性和較低的工藝成本，但其較低的載流子遷移率極大地限制了器件性能的提升，同時(shí)，有機(jī)半導(dǎo)體材料還極易受到氧氣和濕度的影響，從而導(dǎo)致器件的可靠性存在很大問題。低溫多晶硅工藝雖然可以在一定程度上改善有機(jī)半導(dǎo)體材料的可靠性問題，但其器件性能仍然很難得到有效提升，同時(shí)其復(fù)雜的制造工藝也極大地增加了生產(chǎn)成本，從而限制了其應(yīng)用推廣，因此，目前對于柔性晶體管的研究重點(diǎn)仍然是尋找合適的無機(jī)半導(dǎo)體材料，以制備高性能的柔性晶體管，并克服有機(jī)半導(dǎo)體材料的可靠性問題。
[0003]單壁碳納米管(SWNT)具有獨(dú)特的電學(xué)特性，尤其是半導(dǎo)體的單壁碳納米管具有非常高的載流子遷移率，在場效應(yīng)晶體管中可表現(xiàn)出彈道輸運(yùn)特性，是制備高性能的場效應(yīng)晶體管的理想材料。同時(shí)，碳納米管還具有優(yōu)異的材料特性，如良好的機(jī)械柔韌性和延展性以及光學(xué)透明性，這使得碳納米管也是制備柔性電子器件的理想材料，目前已經(jīng)有眾多研究結(jié)果展示了利用半導(dǎo)體性單壁碳納米管所制備的柔性晶體管及其潛在的應(yīng)用成果(T.Takahashi, et.al, Nano Lett.2011, 11, 5408 - 5413 ；D.-M.Sun, et.al, Nature Nanotech.2011, 6, 156-161 ；C.Wang, et.al, Nano Lett.2012, 12, 1527-1533 ；C.Wang, et.al, Nature Mater ial s2013, 12, 899-904 ；D.-M.Sun, et.al, NatureCommun.2013，4:2302, 1_8)，這些研究工作所報(bào)道的柔性碳納米管晶體管基本都是基于薄膜或網(wǎng)絡(luò)狀的半導(dǎo)體性碳納米管，雖然其器件性能相比有機(jī)半導(dǎo)體材料已經(jīng)有極大提升，但是在碳納米管薄膜或網(wǎng)絡(luò)中存在大量的管與管之間的交叉連接，這極大地抑制了碳納米管本身的高遷移率特性，從而使得器件性能很難實(shí)現(xiàn)大幅提升。可以想象，要使半導(dǎo)體碳納米管發(fā)揮高遷移率的輸運(yùn)特性，必須保證源/漏電極之間的每根碳納米管的完整性，即源/漏電極之間必須是單根或平行陣列的半導(dǎo)體性碳納米管。但是，到目前為止，在柔性襯底上制備高性能的基于平行陣列的單壁碳納米管晶體管的工藝還未得到廣泛研究，如果能夠在柔性襯底上制備基于平行陣列的單壁碳納米管晶體管，并且與現(xiàn)有的硅基集成電路的制備工藝完全兼容，則在不增加成本的前提下，就能夠提高柔性晶體管的性能和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服以上問題，本發(fā)明的目的是通過將單壁碳納米管平行陣列轉(zhuǎn)移在柔性背柵襯底上，并采用光刻和刻蝕工藝制備源/漏電極、柵電極，從而制備出基于單壁碳納米管平行陣列的柔性碳納米管晶體管，提高現(xiàn)有的柔性碳納米管晶體管的性能和可靠性。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種柔性碳納米管晶體管的制備方法，其包括:
[0006]提供一基底，在所述基底上制備柔性背柵襯底；
[0007]將單壁碳納米管的平行陣列轉(zhuǎn)移至所述柔性背柵襯底表面；
[0008]在所述單壁碳納米管平行陣列的表面制備電擊穿電極，利用電擊穿法去除金屬性的所述單壁碳納米管；其中，所述電擊穿電極具有與所述碳納米管垂直的部分和平行的部分；
[0009]利用光刻和刻蝕工藝去除所述電擊穿電極與所述單壁碳納米管平行的部分，所述電擊穿電極與所述單壁碳納米管垂直的部分形成源/漏電極結(jié)構(gòu)；
[0010]在所述柔性背柵襯底上形成柵介質(zhì)層；所述柵介質(zhì)層將所述柔性背柵襯底表面、所述單壁碳納米管平行陣列和所述源/漏電極結(jié)構(gòu)覆蓋住；
[0011]在所述柵介質(zhì)層表面且對應(yīng)于所述源/漏電極結(jié)構(gòu)之間的空隙上方形成頂柵電極；
[0012]在所述柵介質(zhì)層中且對應(yīng)于所述源/漏電極結(jié)構(gòu)上方引出源/漏電極；
[0013]去除所述基底，形成所述柔性碳納米管晶體管。
[0014]優(yōu)選地，利用梳狀電極作為電擊穿時(shí)的電極，采用所述電擊穿法去除所述金屬性的單壁碳納米管的過程包括:
[0015]在所述碳納米管平行陣列表面制備梳狀電極，所述梳狀電極的梳齒垂直于所述單壁碳納米管平行陣列；
[0016]在所述柔性背柵襯底表面引出背柵電極；
[0017]利用電擊穿技術(shù)去除所述金屬性的所述單壁碳納米管。
[0018]優(yōu)選地，引出所述背柵電極的方法，包括:
[0019]在所述柔性背柵襯底表面涂覆光刻膠層；
[0020]經(jīng)光刻工藝，在光刻膠層中形成背柵電極接觸孔圖案；
[0021]再經(jīng)刻蝕工藝，在所述背柵襯底中形成背柵電極接觸孔圖案；
[0022]在所述光刻膠層和所述背柵襯底層中的背柵電極接觸孔圖案中填充金屬，再將所述光刻膠層去除，從而引出所述背柵電極；其中，所述單壁碳納米管與所述背柵電極不接觸。
[0023]優(yōu)選地，在引出所述背柵電極之前，還包括:采用光刻和刻蝕工藝，刻蝕掉靠近所述背柵電極接觸孔圖案的碳納米管的部分，使所述單壁碳納米管與所述背柵電極圖案不接觸。
[0024]優(yōu)選地，利用所述電擊穿技術(shù)去除所述金屬性的所述單壁碳納米管包括以下步驟:
[0025]在所述背柵電極上施加正偏壓，以耗盡半導(dǎo)體性的單壁碳納米管；
[0026]在所述梳狀電極兩端施加電壓或電流，以燒斷金屬性的單壁碳納米管。
[0027]優(yōu)選地,所述梳狀電極的材料為Ti/Au或Ti/Pd,制備所述梳狀電極的方法包括采用光刻和金屬剝離工藝。
[0028]優(yōu)選地，在所述基底上制備柔性背柵襯底，包括以下步驟:
[0029]在所述基底表面涂布液態(tài)柔性材料，并將所述液態(tài)柔性材料烘干形成柔性襯底；
[0030]在所述柔性襯底表面沉積背柵金屬層；[0031 ] 在所述背柵金屬層表面沉積背柵介質(zhì)層。
[0032]優(yōu)選地，去除所述基底的方法，包括:直接將所述柔性背柵襯底從所述基底表面剝離下來。
[0033]優(yōu)選地，將單壁碳納米管的平行陣列轉(zhuǎn)移至所述柔性背柵襯底表面的方法，包括:
[0034]在石英襯底上生長單壁碳納米管平行陣列；
[0035]在所述石英襯底上沉積金薄膜，所述金薄膜將所述單壁碳納米管平行陣列覆蓋并粘附??；
[0036]在所述金薄膜表面粘附一層熱解材料層；
[0037]揭拉所述熱解材料層，所述熱解材料層粘附著所述金薄膜和所述單壁碳納米管平行陣列一起從所述石英襯底表面分離下來；
[0038]將帶有所述單壁碳納米管平行陣列的熱解材料層表面對準(zhǔn)所述柔性背柵襯底表面，并將所述熱解材料層按壓在所述柔性背柵襯底表面；
[0039]加熱所述熱解材料層，并將所述熱解材料層從所述金薄膜表面剝離下來；
[0040]刻蝕去除所述金薄膜。
[0041]優(yōu)選地，所述源/漏電極的引出方法，包括:
[0042]在所述柵介質(zhì)層表面且位于所述源/漏電極圖形上方涂覆光刻膠層；
[0043]經(jīng)光刻工藝，在光刻膠層中形成源/漏電極圖案；
[0044]再經(jīng)刻蝕工藝，在所述柵介質(zhì)層中形成源/漏電極接觸孔圖案；
[0045]在所述光刻膠層和所述柵介質(zhì)層中的源/漏電極接觸孔圖案中填充金屬，再將所述光刻膠層去除，從而引出所述源/漏電極。
[0046]本發(fā)明所提出的柔性碳納米管晶體管的制備方法，將單壁碳納米管平行陣列轉(zhuǎn)移至柔性背柵襯底表面，并利用電擊穿法原位去除金屬性的單壁碳納米管，保留半導(dǎo)體性的單壁碳納米管，所制備的器件結(jié)構(gòu)保證了源/漏電極之間半導(dǎo)體性單壁碳納米管的完整性，從而發(fā)揮了半導(dǎo)體性單壁碳納米管的高遷移率的本征特性，確保了器件性能的大幅提升。并且，在電擊穿法中，米用具有與單壁碳納米管相互垂直部分和平行部分的電擊穿電極，在完成電擊穿之后，直接原位將與單壁碳納米管相平行部分的電擊穿電極去除，保留相垂直部分的電擊穿電極，從而無需再另行制備源/漏電極材料，即可在單根或平行陣列的半導(dǎo)體性單壁碳納米管兩端連接有源/漏電極，簡化了工藝步驟，為電路設(shè)計(jì)提供了便利；此外，本發(fā)明所提出的制備柔性碳納米管晶體管的方法，其制備工藝與傳統(tǒng)的硅基集成電路的制備工藝完全兼容，因此其具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]圖1為本發(fā)明的柔性碳納米管晶體管的制備方法的流程示意圖
[0048]圖2為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中的基底結(jié)構(gòu)示意圖
[0049]圖3-5為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中制備柔性背柵襯底的步驟示意圖
[0050]圖6-12為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中將單壁碳納米管平行陣列轉(zhuǎn)移至柔性背柵襯底表面的步驟示意圖，其中，圖9a為揭拉熱解材料層的立體示意圖，圖9b為揭拉熱解材料層的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖1Oa為按壓熱解材料層的立體示意圖，圖1Ob為按壓熱解材料層的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖1la為剝離熱解材料層的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖1lb為剝離熱解材料層的截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖1lc為剝離熱解材料層之后的立體結(jié)構(gòu)示意圖
[0051]圖13-14為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中采用電擊穿法去除金屬性單壁碳納米管的步驟示意圖
[0052]圖15為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中源/漏電極結(jié)構(gòu)的示意圖
[0053]圖16為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中沉積柵介質(zhì)層的示意圖
[0054]圖17為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中制備頂柵電極的示意圖
[0055]圖18為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中引出源/漏電極的示意圖
[0056]圖19為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中將柔性背柵襯底從基底表面剝離下來的示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0057]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0058]如前所述，現(xiàn)有的基于柔性襯底的碳納米管晶體管均是以網(wǎng)狀或薄膜結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，在碳納米管薄膜或網(wǎng)絡(luò)中存在大量的管與管之間的交叉連接，這極大地抑制了碳納米管本身的高遷移率特性，從而使得器件性能很難實(shí)現(xiàn)大幅提升；有人提出了在硅襯底上制備單壁碳納米管平行陣列的晶體管，如果能在柔性襯底上制備單壁碳納米管平行陣列的晶體管，在源/漏電極之間形成單個(gè)或平行陣列的單壁碳納米管溝道，發(fā)揮了半導(dǎo)體性單壁碳納米管的高遷移率的本征特性，將會大大提升柔性襯底的碳納米管的性能和可靠性。為此，本發(fā)明提出了一種柔性碳納米管晶體管的制備方法，其與現(xiàn)有的硅基集成電路的制備工藝完全兼容，在不增加成本的前提下，實(shí)現(xiàn)柔性襯底上基于單壁碳納米管平行陣列的晶體管，提高了柔性碳納米管晶體管的性能。
[0059]需要說明的是，本發(fā)明的柔性碳納米管晶體管為場效應(yīng)晶體管，可以包括NM0S、PMOS或CMOS場效應(yīng)晶體管。
[0060]本發(fā)明的柔性碳納米管晶體管的制備方法，包括:
[0061]提供一基底，在基底上制備柔性背棚襯底；
[0062]將單壁碳納米管的平行陣列轉(zhuǎn)移至背柵襯底表面；
[0063]在單壁碳納米管平行陣列表面制備電擊穿電極，利用電擊穿法去除金屬性的單壁碳納米管；其中，電擊穿電極具有與單壁碳納米管平行的部分和垂直的部分；
[0064]利用光刻和刻蝕工藝去除電擊穿電極與單壁碳納米管平行的部分，電擊穿電極與碳納米管垂直的部分形成源/漏電極結(jié)構(gòu)；
[0065]在背柵襯底上形成柵介質(zhì)層；柵介質(zhì)層將背柵襯底表面、單壁碳納米管平行陣列和源/漏電極圖形覆蓋住；
[0066]在柵介質(zhì)層表面形成頂柵電極；
[0067]在源/漏電極結(jié)構(gòu)上引出源/漏電極；
[0068]去除基底，形成柔性碳納米管晶體管。
[0069]以下將結(jié)合附圖1-19和具體實(shí)施例對本發(fā)明的柔性碳納米管晶體管的制備方法作詳細(xì)說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用以方便、清晰地達(dá)到輔助說明本實(shí)施例的目的。
[0070]請參閱圖1，為本發(fā)明的柔性碳納米管晶體管的制備方法的流程示意圖。本發(fā)明的柔性碳納米管晶體管的制備方法，包括以下步驟:
[0071]步驟SOl:提供一基底，在基底上制備柔性背棚襯底；
[0072]具體的，在本發(fā)明中，基底起到對柔性背柵襯底以及整個(gè)制備工藝中的支撐作用，并且應(yīng)當(dāng)在整個(gè)制備過程中不發(fā)生變形，具有一定的支撐力、耐腐蝕性等。由于在現(xiàn)有的硅基集成電路制造工藝中，常用的基礎(chǔ)材料為Si/Si02，因此，請參閱圖2，為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中的基底結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，采用Si/Si02作為基底材料，其形成方法可以但不限于包括:首先提供一 Si襯底I ;然后在Si襯底I表面采用熱氧氧化工藝形成一層Si02層2，從而制備出Si/Si02基底00。
[0073]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，以Si/Si02為基底，請參閱圖3-5，為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中制備柔性背柵襯底的步驟示意圖。其柔性背柵襯底的制備過程如下:
[0074]步驟101:請參閱圖3，在Si/Si02基底00表面涂布液態(tài)柔性材料，并將液態(tài)柔性材料烘干形成柔性襯底3 ；
[0075]這里，具體的，在Si02層2表面涂布液態(tài)柔性材料，柔性材料可以為聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷等，既然需要制備液態(tài)柔性材料，那么，該柔性材料可以具有良好的溶解度，比如，可以溶于有機(jī)溶劑等性能，也可以具有良好的耐腐蝕、耐高溫性能，以確保后續(xù)制備的工藝中柔性材料不被破壞掉，當(dāng)然，能夠被稱為柔性材料，其也應(yīng)當(dāng)具有良好的柔韌性，在彎曲的狀態(tài)下不易發(fā)生脆裂等缺陷。
[0076]步驟102:請參閱圖4，在柔性襯底3表面沉積背柵金屬層4 ；
[0077]這里，可以但不限于采用物理濺射或電子束蒸發(fā)等工藝來沉積Au或Al等金屬材料作為背柵金屬層4的材料；
[0078]步驟103:請參閱圖5，在背柵金屬層4表面沉積背柵介質(zhì)層5。
[0079]這里，可以但不限于采用電子束蒸發(fā)方法來沉積背柵介質(zhì)層5，所采用的材料可以但不限于為Si02，也可以采用原子層淀積技術(shù)(ALD)來沉積背柵基質(zhì)層5，所淀積的材料可以但不限于為A1203、Hf02等高k柵介質(zhì)材料。具體的沉積工藝參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際工藝要求來設(shè)定，本發(fā)明對此不做限制。
[0080]柔性背柵襯底制備好后，繼續(xù)進(jìn)行本發(fā)明的柔性碳納米管晶體管的制備，過程如下:
[0081]步驟S02:將單壁碳納米管的平行陣列轉(zhuǎn)移至柔性背柵襯底表面；
[0082]具體的，在本發(fā)明中，由于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以知曉單壁碳納米管平行陣列的制備過程，本發(fā)明對此不再贅述。請參閱圖6-12，為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中將單壁碳納米管平行陣列轉(zhuǎn)移至柔性背柵襯底表面的步驟示意圖，在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，將單壁碳納米管平行陣列轉(zhuǎn)移至柔性背柵襯底表面，包括以下步驟:
[0083]步驟201:請參閱圖6，在石英襯底S上生長單壁碳納米管平行陣列6 ；
[0084]這里，采用在石英襯底S上生長單壁碳納米管平行陣列6，僅作為舉例說明，本發(fā)明不局限于石英襯底S。生長過程可以但不限于為:在石英襯底S上通過催化劑定位并利用化學(xué)氣相沉積法(CVD)借助氣流輔助進(jìn)行生長。[0085]步驟202:請參閱圖7，在石英襯底S上沉積金薄膜7，金薄膜7將單壁碳納米管平行陣列6覆蓋并粘附住；
[0086]這里，可以但不限于采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，進(jìn)行金薄膜7的沉積；之所以選擇金薄膜7，是因?yàn)榻鹋c單壁碳納米管具有很好的粘附性和延展性，這樣，在后續(xù)揭拉熱解材料層的時(shí)候，金薄膜7可以粘附住單壁碳納米管平行陣列一起被揭拉下來，而且，金薄膜7不會因揭拉過程中的彎曲等變形而發(fā)生斷裂現(xiàn)象，確保了轉(zhuǎn)移過程的順利進(jìn)行；并且，金屬活動性很低，不易被氧化，這樣確保了不會影響到單壁碳納米管表面的導(dǎo)電性。金薄膜7的厚度可以控制在IOOnm左右，這樣，可以確金薄膜7的連續(xù)性和將單壁碳納米管都覆蓋并粘附住。之所以將碳納米管平行陣列6覆蓋住，一是可以為后續(xù)粘附熱解材料層提供給一個(gè)平坦表面；二是防止后續(xù)熱解材料層8與單壁碳納米管6表面相接觸，破壞單壁碳納米管6表面的導(dǎo)電性。然在本發(fā)明中，只要可以滿足良好粘附性、延展性和較低的金屬活動性的材料都可以替代金薄膜7應(yīng)用于本步驟中。
[0087]步驟203:請參閱圖8，在金薄膜7表面粘附一層熱解材料層8 ；
[0088]這里，熱解材料層8具有一定的粘附性，可以但不限于為熱解膠帶，在一定的溫度下這種熱解材料層8可以很容易與金薄膜7相分離，以確保后續(xù)熱解材料層8剝離過程的順利進(jìn)行。
[0089]步驟204:請參閱圖9a_9b，其中，圖9a為揭拉熱解材料層的立體示意圖，圖9b為揭拉熱解材料層的截面結(jié)構(gòu)示意圖；揭拉熱解材料層8，熱解材料層8粘附著金薄膜7和單壁碳納米管平行陣列6 —起從石英襯底S表面分離下來；
[0090]步驟205:請參閱圖1Oa-1Ob,其中，圖1Oa為按壓熱解材料層的立體示意圖，圖1Ob為按壓熱解材料層的截面結(jié)構(gòu)示意圖；將帶有單壁碳納米管平行陣列6的熱解材料層8表面對準(zhǔn)柔性背柵襯底表面，并將熱解材料層8按壓在背柵襯底表面；具體的，將熱解材料層8按壓在背柵介質(zhì)層5的表面。
[0091]這里，通過按壓，不僅可以使單壁碳納米管平行陣列6和金薄膜7具備轉(zhuǎn)移至柔性背柵襯底上，還可以使金薄膜7鋪展開，從而使單壁碳納米管平行陣列6鋪展在柔性背柵襯底表面。
[0092]步驟206:請參閱圖lla-llc，其中，圖1la為剝離熱解材料層的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖1lb為剝離熱解材料層的截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖1lc為剝離熱解材料層之后的立體結(jié)構(gòu)示意圖；加熱熱解材料層8，并將熱解材料層8從金薄膜7表面剝離下來；
[0093]這里，對于不同的熱解材料，具有不同的加熱溫度；當(dāng)加熱至一定溫度后，熱解材料層8可以順利地從金薄膜7上剝離下來，比如熱解膠帶；加熱溫度通?？梢詾?0?120。。。
[0094]步驟207:請參閱圖12，刻蝕去除金薄膜7。
[0095]這里，可以但不限于采用KI/I2刻蝕劑來進(jìn)行金薄膜7的去除。
[0096]至此，本發(fā)明中，將單壁碳納米管平行陣列6轉(zhuǎn)移至柔性背柵襯底之后，繼續(xù)本發(fā)明的柔性碳納米管晶體管的制備，過程如下:
[0097]步驟S03:在單壁碳納米管平行陣列表面制備電擊穿電極，利用電擊穿法去除金屬性的單壁碳納米管；
[0098]具體的，本發(fā)明中，由于碳納米管晶體管利用的是半導(dǎo)體性的單壁碳納米管的高遷移率的特定，而單壁碳納米管平行陣列生長過程中，通常有1/3會表現(xiàn)為金屬特性，因此，在制備柔性碳納米管晶體管的時(shí)候需要將金屬性的單壁碳納米管去除掉，保留半導(dǎo)體性的單壁碳納米管。這里，采用電擊穿法來去除，考慮到單壁碳納米管的平行陣列分布形貌，本發(fā)明還為此改進(jìn)了電擊穿電極的結(jié)構(gòu)，電擊穿電極具有與碳納米管垂直的部分和平行的部分；請參閱圖13-14，為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中采用電擊穿法去除金屬性單壁碳納米管的步驟示意圖，在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，利用梳狀電極9作為電擊穿時(shí)的電極，梳狀電極9的梳齒垂直于單壁碳納米管平行陣列6，電擊穿去除金屬性單壁碳納米管6的過程包括:
[0099]步驟301:請參閱圖13，在單壁碳納米管平行陣列6表面制備梳狀電極9，梳狀電極9的梳齒垂直于單壁碳納米管平行陣列6 ；
[0100]這里，可以采用光刻和金屬剝離工藝制備梳狀電極9，具體的可以包括:在單壁碳納米管平行陣列表面涂覆光刻膠，經(jīng)光刻工藝，在光刻膠中形成梳狀電極的圖案；在光刻膠中的梳狀電極圖案中填充金屬材料，最后，去除光刻膠，從而在單壁碳納米管平行陣列表面形成梳狀電極9 ;梳狀電極9的材料可以為Ti/Au或Ti/Pd。
[0101]步驟302:請參閱圖14，在柔性背柵襯底表面引出背柵電極10 ；
[0102]這里，具體的，引出背柵電極的方法，可以采用光刻、刻蝕和金屬剝離工藝，具體的包括:
[0103]在柔性背柵襯底表面涂覆光刻膠層；
[0104]經(jīng)光刻工藝，在光刻膠層中形成背柵電極接觸孔圖案；
[0105]再經(jīng)刻蝕工藝，在背柵襯底中形成背柵電極接觸孔圖案；這里，背柵襯底表面為背柵介質(zhì)層5，則通過刻蝕背柵介質(zhì)層5，在其中形成接觸孔圖案；
[0106]在光刻膠層和背柵襯底層中的背柵電極接觸孔圖案中填充金屬，再將光刻膠層去除，從而引出背柵電極10。
[0107]需要說明的是，單壁碳納米管與背柵電極10不能接觸，否則，背柵電極10與單壁碳納米管之間產(chǎn)生電聯(lián)，將使器件失效。因此，在本發(fā)明的該較佳實(shí)施例中，在引出背柵電極10之前，還可以包括:采用光刻和刻蝕工藝，刻蝕掉靠近背柵電極接觸孔圖案的單壁碳納米管的部分，使單壁碳納米管與背柵電極圖案不接觸。
[0108]步驟303:利用電擊穿技術(shù)去除金屬性的單壁碳納米管。
[0109]這里，具體的過程可以包括以下步驟:
[0110]在背柵電極10上施加一定的正偏壓，以耗盡半導(dǎo)體性的單壁碳納米管；
[0111]在梳狀電極9兩端施加較大的電壓或電流，以燒斷金屬性的單壁碳納米管。這樣，在梳狀電極9之間就只保留有半導(dǎo)體性的單壁碳納米管平行陣列。
[0112]去除金屬性單壁碳納米管之后，繼續(xù)進(jìn)行本發(fā)明的碳納米管晶體管的制備，后續(xù)過程包括:
[0113]步驟S04:利用光刻和刻蝕工藝去除電擊穿電極與單壁碳納米管平行的部分，電擊穿電極與單壁碳納米管垂直的部分形成源/漏電極結(jié)構(gòu)；
[0114]具體的，在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，請參閱圖15，為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中源/漏電極結(jié)構(gòu)的示意圖。梳狀電極9的去除可以采用光亥_刻蝕工藝，留下梳狀電極的梳齒部分，去除主干部分，即可形成源/漏電極結(jié)構(gòu)11 ;這是因?yàn)?梳狀電極9的梳齒部分與單壁碳納米管相互垂直，單壁碳納米管可以作為兩個(gè)梳齒之間的傳輸通道，可以作為單壁碳納米管兩端的源/漏電極結(jié)構(gòu)；而主干部分與單壁碳納米管相互平行，單壁碳納米管無法作為傳輸通道，因此不能作為單壁碳納米管兩端的源/漏電極結(jié)構(gòu)。采用去除部分電擊穿電極的做法，一方面保證了用作晶體管溝道材料的半導(dǎo)體性單壁碳納米管的完整性，另一方面也為晶體管之間的互聯(lián)和電路實(shí)現(xiàn)提供了便利，無需再進(jìn)行源/漏電極材料的制備。
[0115]步驟S05:在柔性背柵襯底上形成柵介質(zhì)層；柵介質(zhì)層將柔性背柵襯底表面、單壁碳納米管平行陣列和源/漏電極結(jié)構(gòu)覆蓋住；
[0116]具體的，請參閱圖16，為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中沉積柵介質(zhì)層的示意圖，在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，可以但不限于采用原子層沉積技術(shù)來沉積柵介質(zhì)層12，柵介質(zhì)層12的材料可以為高K柵介質(zhì)材料，例如，Η--2或A1203等。
[0117]步驟S06:在柵介質(zhì)層表面且對應(yīng)于源/漏電極結(jié)構(gòu)之間的空隙上方形成頂柵電極；
[0118]具體的，可以采用光刻和剝離工藝在柵介質(zhì)層表面且對應(yīng)于源/漏電極結(jié)構(gòu)之間的空隙上方形成頂柵電極；請參閱圖17，為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中制備頂柵電極的示意圖，具體可以包括:在柵介質(zhì)層12表面涂覆一層光刻膠；經(jīng)光刻工藝，在光刻膠中形成頂柵電極圖案，頂柵電極圖案對應(yīng)于源/漏電極結(jié)構(gòu)之間的空隙上方的位置；在頂柵電極圖案中填充頂柵電極材料；將光刻膠去除，從而形成頂柵電極13。頂柵電極13的材料可以但不限于為Ti/Au或Ti/Pd。
[0119]需要說明的是，在該較佳實(shí)施例中，僅以具有多叉指(finger)結(jié)構(gòu)的頂柵電極為例來解釋說明頂柵電極的位置，但是，在本發(fā)明中，不局限于采用多叉指結(jié)構(gòu)的頂柵電極，還可以在碳納米管平行陣列兩端的各設(shè)置單個(gè)頂柵電極等。
[0120]步驟S07:在柵介質(zhì)層中且對應(yīng)于源/漏電極結(jié)構(gòu)上方引出源/漏電極；
[0121]具體的，請參閱圖18，為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中引出源/漏電極的示意圖；在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，源/漏電極的引出方法，可以采用光刻、刻蝕和剝離工藝，具體的可以包括:
[0122]在柵介質(zhì)層12表面且位于源/漏電極結(jié)構(gòu)11上方涂覆光刻膠層；
[0123]經(jīng)光刻工藝，在光刻膠層中形成源/漏電極接觸孔圖案；該源/漏電極接觸孔圖案對應(yīng)于源/漏電極結(jié)構(gòu)上方的位置；
[0124]再經(jīng)刻蝕工藝，在柵介質(zhì)層中形成源/漏電極接觸孔圖案；該源/漏電極接觸孔圖案對應(yīng)于源/漏電極結(jié)構(gòu)上方的位置，且在柵介質(zhì)層中。
[0125]在光刻膠層和柵介質(zhì)層中的源/漏電極接觸孔圖案中填充金屬，再將光刻膠層去除，從而引出源/漏電極14。
[0126]步驟S08:去除基底00，形成柔性碳納米管晶體管。
[0127]具體的，在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，請參閱圖19，為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中將柔性背柵襯底從基底表面剝離下來的示意圖，去除述基底00的方法可以包括:直接將柔性背柵襯底從基底00表面剝離下來，從而得到柔性碳納米管晶體管器件G。
[0128]綜上所述，本發(fā)明的柔性碳納米管晶體管的制備方法，將單壁碳納米管平行陣列轉(zhuǎn)移至柔性背柵襯底表面，并利用電擊穿法原位去除金屬性的單壁碳納米管，保留半導(dǎo)體性的單壁碳納米管，所制備的器件結(jié)構(gòu)保證了源/漏電極之間半導(dǎo)體性單壁碳納米管的完整性，從而發(fā)揮了半導(dǎo)體性單壁碳納米管的高遷移率的本征特性，確保了器件性能的大幅提升。并且，在電擊穿法中，采用具有與單壁碳納米管相互垂直部分和平行部分的電擊穿電極，在完成電擊穿之后，直接原位將與單壁碳納米管相平行部分的電擊穿電極去除，保留相垂直部分的電擊穿電極，從而無需再另行制備源/漏電極材料，即可在單根或平行陣列的半導(dǎo)體性單壁碳納米管兩端連接有源/漏電極，簡化了工藝步驟，為電路設(shè)計(jì)提供了便利；此外，本發(fā)明所提出的制備柔性碳納米管晶體管的方法，其制備工藝與傳統(tǒng)的硅基集成電路的制備工藝完全兼容，因此其具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0129]需要說明的是，附圖中將一些結(jié)構(gòu)的透明度設(shè)為透明，是為了便于直觀的解釋本發(fā)明中的碳納米管晶體管的制備步驟，并不用于限定本發(fā)明，也不用于任何外觀限定。
[0130]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然所述實(shí)施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性碳納米管晶體管的制備方法，其特征在于，包括: 提供一基底，在所述基底上制備柔性背柵襯底； 將單壁碳納米管的平行陣列轉(zhuǎn)移至所述柔性背柵襯底表面； 在所述單壁碳納米管平行陣列的表面制備電擊穿電極，利用電擊穿法去除金屬性的所述單壁碳納米管；其中，所述電擊穿電極具有與所述碳納米管垂直的部分和平行的部分；利用光刻和刻蝕工藝去除所述電擊穿電極與所述單壁碳納米管平行的部分，所述電擊穿電極與所述單壁碳納米管垂直的部分形成源/漏電極結(jié)構(gòu)； 在所述柔性背柵襯底上形成柵介質(zhì)層；所述柵介質(zhì)層將所述柔性背柵襯底表面、所述單壁碳納米管平行陣列和所述源/漏電極結(jié)構(gòu)覆蓋??； 在所述柵介質(zhì)層表面且對應(yīng)于所述源/漏電極結(jié)構(gòu)之間的空隙上方形成頂柵電極； 在所述柵介質(zhì)層中且對應(yīng)于所述源/漏電極結(jié)構(gòu)上方引出源/漏電極； 去除所述基底，形成所述柔性碳納米管晶體管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性碳納米管晶體管的制備方法，其特征在于，利用梳狀電極作為電擊穿時(shí)的電極，采用所述電擊穿法去除所述金屬性的單壁碳納米管的過程包括: 在所述碳納米管平行陣列表面制備梳狀電極，所述梳狀電極的梳齒垂直于所述單壁碳納米管平行陣列； 在所述柔性背柵襯底表面引出背柵電極； 利用電擊穿技術(shù)去除所述金屬性的所述單壁碳納米管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性碳納米管晶體管的制備方法，其特征在于，引出所述背柵電極的方法，包括: 在所述柔性背柵襯底表面涂覆光刻膠層； 經(jīng)光刻工藝，在光刻膠層中形成背柵電極接觸孔圖案； 再經(jīng)刻蝕工藝，在所述背柵襯底中形成背柵電極接觸孔圖案； 在所述光刻膠層和所述背柵襯底層中的背柵電極接觸孔圖案中填充金屬，再將所述光刻膠層去除，從而引出所述背柵電極；其中，所述單壁碳納米管與所述背柵電極不接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性碳納米管晶體管的制備方法，其特征在于，在引出所述背柵電極之前，還包括:采用光刻和刻蝕工藝，刻蝕掉靠近所述背柵電極接觸孔圖案的碳納米管的部分，使所述單壁碳納米管與所述背柵電極圖案不接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性碳納米管晶體管的制備方法，其特征在于，利用所述電擊穿技術(shù)去除所述金屬性的所述單壁碳納米管包括以下步驟: 在所述背柵電極上施加正偏壓，以耗盡半導(dǎo)體性的單壁碳納米管； 在所述梳狀電極兩端施加電壓或電流，以燒斷金屬性的單壁碳納米管。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性碳納米管晶體管的制備方法，其特征在于，所述梳狀電極的材料為Ti/Au或Ti/Pd，制備所述梳狀電極的方法包括采用光刻和金屬剝離工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性碳納米管晶體管的制備方法，其特征在于，在所述基底上制備柔性背柵襯底，包括以下步驟: 在所述基底表面涂布液態(tài)柔性材料，并將所述液態(tài)柔性材料烘干形成柔性襯底； 在所述柔性襯底表面沉積背柵金屬層； 在所述背柵金屬層表面沉積背柵介質(zhì)層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性碳納米管晶體管的制備方法，其特征在于，去除所述基底的方法，包括:直接將所述柔性背柵襯底從所述基底表面剝離下來。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性碳納米管晶體管的制備方法，其特征在于，將單壁碳納米管的平行陣列轉(zhuǎn)移至所述柔性背柵襯底表面的方法，包括: 在石英襯底上生長單壁碳納米管平行陣列； 在所述石英襯底上沉積金薄膜，所述金薄膜將所述單壁碳納米管平行陣列覆蓋并粘附住； 在所述金薄膜表面粘附一層熱解材料層； 揭拉所述熱解材料層，所述熱解材料層粘附著所述金薄膜和所述單壁碳納米管平行陣列一起從所述石英襯底表面分離下來； 將帶有所述單壁碳納米管平行陣列的熱解材料層表面對準(zhǔn)所述柔性背柵襯底表面，并將所述熱解材料層按壓在所述柔性背柵襯底表面； 加熱所述熱解材料層，并將所述熱解材料層從所述金薄膜表面剝離下來； 刻蝕去除所述金薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的柔性碳納米管晶體管的制備方法，其特征在于，所述源/漏電極的引出方法，包括: 在所述柵介質(zhì)層表面且位于所述源/漏電極圖形上方涂覆光刻膠層； 經(jīng)光刻工藝，在光刻膠層中形成源/漏電極圖案； 再經(jīng)刻蝕工藝，在所述柵介質(zhì)層中形成源/漏電極接觸孔圖案； 在所述光刻膠層和所述柵介質(zhì)層中的源/漏電極接觸孔圖案中填充金屬，再將所述光刻膠層去除，從而引出所述源/漏電極。
【文檔編號】H01L21/336GK103996624SQ201410261069
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】郭奧, 任錚, 胡少堅(jiān), 周偉 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司