(57)【要約】【課題】本発明は、薄膜トランジスタの製造方法に関する。【解決手段】  本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート電極の表面に絶縁層を設置する第一ステップと、絶縁層の表面にカーボンナノチューブ構造体を設置する第二ステップと、走査型電子顕微鏡によって、カーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブを区分する第三ステップと、カーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブを除去し、半導体層を形成する第四ステップと、ソース電極及びドレイン電極を半導体層の表面に間隔をあけて設置し、且つ半導体層とそれぞれ電気的に接続させ、薄膜トランジスタを形成する第五ステップと、を含む。【選択図】図２
2018074158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極を提供し、前記ゲート電極の表面に絶縁層を設置する第一ステップと、
カーボンナノチューブ構造体を提供し、前記絶縁層の表面に前記カーボンナノチューブ構造体を設置する第二ステップと、
走査型電子顕微鏡によって、前記カーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブを区分する第三ステップと、
前記カーボンナノチューブ構造体における前記金属型カーボンナノチューブを除去し、半導体層を形成する第四ステップと、
ソース電極及びドレイン電極を前記半導体層の表面に間隔をあけて設置し、且つ前記半導体層とそれぞれ電気的に接続させ、薄膜トランジスタを形成する第五ステップと、
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記第三ステップは、
前記走査型電子顕微鏡の加速電圧が５ＫＶ〜２０ＫＶであり、滞留時間が６マイクロ秒間〜２０マイクロ秒間であり、倍率を１万倍〜１０万倍に調整し、前記カーボンナノチューブ構造体を撮り、前記カーボンナノチューブ構造体の写真を得るステップと、
前記写真において、前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが基板の表面に分布し、前記基板の色より薄いカーボンナノチューブが前記金属型カーボンナノチューブであること及び前記基板の色より濃いカーボンナノチューブが前記半導体型カーボンナノチューブであることを判断するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記第四ステップは、
写真に座標系を確立し、スケールを表示し、前記金属型カーボンナノチューブの座標を読み取るステップと、
前記写真の割合と同じ割合によって、実物の前記カーボンナノチューブ構造体に座標系を確立し、前記写真における前記金属型カーボンナノチューブの座標によって、実物の前記カーボンナノチューブ構造体における前記金属型カーボンナノチューブの座標を表示して且つ除去するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタの製造方法に関し、特にカーボンナノチューブに基づく薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＴＦＴ）は、現代のマイクロエレクトロニクス技術における重要な電子部品であり、フラットパネルディスプレイ及び他の分野で広く使用されている。薄膜トランジスタは、ゲート電極、絶縁層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極を含む。ソース電極及びドレイン電極は間隔をあけて設置され、且つ半導体層に電気的に接続される。ゲート電極は、絶縁層によって半導体層、ソース電極及びドレイン電極とそれぞれ絶縁されている。ソース電極とドレイン電極との間における半導体層はチャネル領域を形成する。薄膜トランジスタのゲート電極、ソース電極及びドレイン電極は導電性材料からなる。導電性材料は金属又は合金である。ゲート電極に電圧を印加すると、半導体層のチャネル領域にキャリアが蓄積され、キャリアがある程度蓄積すると、半導体層と電気的に接続されるソース電極とドレイン電極との間がオンになり、電流がソース電極からドレイン電極に流れる。実際の応用では、薄膜トランジスタはより大きな電流オンオフ比を達成することが望ましい。薄膜トランジスタの製造プロセスは電流オンオフ比に影響を及ぼす。また、薄膜トランジスタの半導体層における半導体材料のキャリア移動度は、スイッチング電流比に影響を及ぼす最も重要な要因の一つである。
【０００３】
従来技術の非特許文献１では、薄膜トランジスタの半導体層の材料は、アモルファスシリコン又はポリシリコン、有機半導体ポリマーである。アモルファスシリコンを半導体層とするアモルファスシリコン薄膜トランジスタの製造技術は成熟しているが、アモルファスシリコン薄膜トランジスタはダングリングボンドが多く含まれているため、キャリア移動度は非常に低い。これにより、薄膜トランジスタの応答速度が遅くなる。ポリシリコンを半導体層とする薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンを半導体層とする薄膜トランジスタに対してキャリア移動度が高いため、応答速度も速い。しかし、ポリシリコン薄膜トランジスタの製造コストが高く、その方法が複雑で、大面積化の製造が難しく、ポリシリコン薄膜トランジスタのオフ電流が大きい。従来の無機薄膜トランジスタと比較して、有機半導体を半導体層に用いた有機薄膜トランジスタは、コストが低く、且つ製造温度が低い。また、有機薄膜トランジスタは高い可撓性を有する。
【０００４】
カーボンナノチューブは、良好な電気特性、光電特性及び半導体型エネルギーを有する。従来技術では、カーボンナノチューブ層を半導体層として使用することが注目される。カーボンナノチューブを用いて半導体層を製造する際、まずカーボンナノチューブアレイを成長させて、その後、カーボンナノチューブアレイを層状構造体に直接加工して、半導体層として用いる。カーボンナノチューブは、金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブの２種類に分類することができる。カーボンナノチューブアレイを成長させる際、成長したカーボンナノチューブの種類を制御できない。これにより、従来の方法によって製造する半導体層は、半導体型カーボンナノチューブの他に金属型カーボンナノチューブを有する可能性がある。半導体層は金属型カーボンナノチューブを有する際、半導体層の性能に悪い影響を与える。
【０００５】
従来技術は走査型電子顕微鏡を採用して、カーボンナノチューブの種類を区別する。図４を参照すると、従来技術は走査型電子顕微鏡によって、カーボンナノチューブを特徴付ける際、明瞭且つ高コントラストの写真を得るために、より低い（１ＫＶ程度）加速電圧が使用される。得られた写真において、カーボンナノチューブの導電性能は、写真の色と関係して、色が薄いほど、導電性能が良好である。しかし、カーボンナノチューブの色は基板（ベース）の色より薄い。写真におけるカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブを同時に含む際、グレーカーボンナノチューブのような中間色のカーボンナノチューブの種類を決定する際、誤りがしばしば生じる。したがって、走査型電子顕微鏡によるカーボンナノチューブを区別する従来の方法では、カーボンナノチューブを区別する精度が高くなく、カーボンナノチューブの種類に対して判断ミス又は判断が困難なことが多い。写真において、金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブの両者の色は基板の色よりも薄いため、写真で１種類のカーボンナノチューブのみを有する場合、写真におけるカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブであるか半導体型カーボンナノチューブであるかを判断しにくい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｒ．Ｅ．Ｉ．Ｓｃｈｒｏｐｐ，Ｂ．Ｓｔａｎｎｏｗｓｋｉ，Ｊ．Ｋ．Ｒａｔｈ，Ｎｅｗ  ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ  ｉｎ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｏｌｉｄｓ，２９９−３０２，１３０４−１３１０（２００２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、前記課題を解決するための薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート電極を提供し、ゲート電極の表面に絶縁層を設置する第一ステップと、カーボンナノチューブ構造体を提供し、絶縁層の表面にカーボンナノチューブ構造体を設置する第二ステップと、走査型電子顕微鏡によって、カーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブを区分する第三ステップと、カーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブを除去し、半導体層を形成する第四ステップと、ソース電極及びドレイン電極を半導体層の表面に間隔をあけて設置し、且つ半導体層とそれぞれ電気的に接続させ、薄膜トランジスタを形成する第五ステップと、を含む。
【０００９】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法の第三ステップは、走査型電子顕微鏡の加速電圧が５ＫＶ〜２０ＫＶであり、滞留時間が６マイクロ秒間〜２０マイクロ秒間であり、倍率を１万倍〜１０万倍に調整し、カーボンナノチューブ構造体を撮り、カーボンナノチューブ構造体の写真を得るステップと、写真において、前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは基板の表面に分布し、基板の色より薄いカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブであること及び前記基板の色より濃いカーボンナノチューブは半導体型カーボンナノチューブであることを判断するステップと、を含む。
【００１０】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法の第四ステップは、写真に座標系を確立し、スケールを表示し、金属型カーボンナノチューブの座標を読み取るステップと、写真の割合と同じ割合によって、実物のカーボンナノチューブ構造体に座標系を確立し、写真における金属型カーボンナノチューブの座標によって、実物のカーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブの座標を表示して且つ除去するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
従来技術に比べて、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は以下の優れる点を有する。本発明の薄膜トランジスタの製造方法によって、カーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブを迅速且つ正確に区別でき、金属型カーボンナノチューブを除去できる。これにより、半導体層は半導体型カーボンナノチューブのみを含み、半導体層の性能を高めることができ、薄膜トランジスタの性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１における薄膜トランジスタの製造工程のフローチャートである。
【図２】本発明の実施例１における薄膜トランジスタの製造方法のフローチャートである。
【図３】本発明の実施例１における薄膜トランジスタの製造方法によって得られるカーボンナノチューブ構造体の写真である。
【図４】従来技術で、走査型電子顕微鏡を採用して得られるカーボンナノチューブ構造体の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
本発明の実施例１は、薄膜トランジスタ１００の製造方法を提供する。図１及び図２を参照すると、薄膜トランジスタ１００の製造方法は以下のステップを含む。
Ｓ１、ゲート電極１０２を提供し、ゲート電極１０２の表面に絶縁層１０４を設置する。
Ｓ２、カーボンナノチューブ構造体を提供し、絶縁層１０４の表面にカーボンナノチューブ構造体を設置する。
Ｓ３、走査型電子顕微鏡によって、カーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブを区分する。
Ｓ４、カーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブを除去し、半導体層１０６を形成する。
Ｓ５、ソース電極１０８及びドレイン電極１１０を半導体層１０６の表面に間隔をあけて設置し、且つ半導体層１０６とそれぞれ電気的に接続させ、薄膜トランジスタ１００を形成する。
【００１４】
ステップＳ１において、ゲート電極１０２は優れた導電性を有する。具体的には、ゲート電極１０２の材料は金属、合金、ＩＴＯ、ＡＴＯ、導電性銀ペースト、導電性ポリマー、カーボンナノチューブフィルム、ドープされた導電性材料の中のいずれか一種である。金属は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン又は金である。合金はアルミニウム、銅、タングステン、モリブデン又は金の合金である。ゲート電極１０２の厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍである。本実施例において、ゲート電極１０２はドープされたシリコンからなる。絶縁層１０４は絶縁材料からなる。絶縁層１０４の材料は酸化物又は高分子材料であってもよい。本実施例において、絶縁層１０４の材料は酸化ケイ素であり、絶縁層１０４の厚さは５０ｎｍ〜３００ｎｍである。絶縁層１０４は塗布法によりゲート電極１０２の表面に形成してもよい。
【００１５】
ステップＳ２において、カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブを含む。カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは絶縁層１０４の表面に平行であってもよい。カーボンナノチューブ構造体は複数のカーボンナノチューブを含む際、複数のカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブ又は/及び半導体型カーボンナノチューブを含んでもよい。カーボンナノチューブ構造体には、複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。カーボンナノチューブが配向して配置されている場合、複数のカーボンナノチューブは、互いに平行であり、同じ方向に沿って延伸する。一つの例では、カーボンナノチューブは同じ方向に沿って端と端で接続される。本実施例において、カーボンナノチューブ構造体における複数のカーボンナノチューブは互いに平行であり、且つ絶縁層１０４の表面に平行である。カーボンナノチューブ構造体は複数の金属型カーボンナノチューブ及び複数の半導体型カーボンナノチューブを含む。
【００１６】
ステップＳ３は以下のステップを含む。
Ｓ３１、走査型電子顕微鏡の加速電圧は５ＫＶ〜２０ＫＶであり、滞留時間は６マイクロ秒間〜２０マイクロ秒間であり、倍率を１万倍〜１０万倍に調整し、カーボンナノチューブ構造体を撮り、カーボンナノチューブ構造体の写真を得る。
Ｓ３２、得られた写真において、カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは基板の表面に分布し、基板の色より薄いカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブであり、基板の色より濃いカーボンナノチューブは半導体型カーボンナノチューブである。
【００１７】
ステップＳ３１において、カーボンナノチューブ構造体、ゲート電極１０２及び絶縁層１０４からなる複合構造体は走査型電子顕微鏡によって観察できる位置に設置してもよい。好ましくは、走査型電子顕微鏡の加速電圧は１５ＫＶ〜２０ＫＶであり、滞留時間は１０マイクロ秒間〜２０マイクロ秒間である。本実施例において、走査型電子顕微鏡の加速電圧は１０ＫＶであり、滞留時間は２０マイクロ秒間であり、倍率は２万倍である。
ステップＳ３２において、得られた写真は図３である。図３は基板及び基板におけるカーボンナノチューブの画像を含む。図３から分かるように、一部のカーボンナノチューブの色は基板の色より薄く、一部のカーボンナノチューブの色は導電基板の色より濃い。基板の色より薄いカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブであり、基板の色より濃いカーボンナノチューブは半導体型カーボンナノチューブである。
【００１８】
図４は従来技術において走査型電子顕微鏡を用いて得られたカーボンナノチューブ構造体の写真である。図３は本発明の薄膜トランジスタ１００によって得られたカーボンナノチューブ構造体の写真である。図４を図３と対比することにより、以下の四つの区別が得られる。
【００１９】
第一に、従来技術によって得られたカーボンナノチューブ構造体の写真において、カーボンナノチューブの導電性能は写真の色と関係して、色が薄いほど、導電性能が良好である。しかし、カーボンナノチューブの色は導電基板の色より薄い。写真におけるカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブを同時に含む際、グレーカーボンナノチューブのような中間色のカーボンナノチューブの種類を判断する際、誤りがしばしば生じる。したがって、走査型電子顕微鏡によるカーボンナノチューブを区別する従来技術は、カーボンナノチューブを区別する精度が高くなく、カーボンナノチューブの種類に対して判断ミス又は判断が困難なことが多い。本発明の実施例で得られたカーボンナノチューブ構造体の写真において、金属型カーボンナノチューブは基板よりも色が薄く、半導体型カーボンナノチューブは基板の色より濃いので、カーボンナノチューブが金属型カーボンナノチューブであるか半導体カーボンナノチューブであるかが、一目で分かる。
【００２０】
第二に、従来技術によって得られたカーボンナノチューブ構造体の写真において、金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブ両者の色は導電基板の色よりも薄いため、写真において１種類のカーボンナノチューブのみを有する場合、写真におけるカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブであるか半導体型カーボンナノチューブであるかを判断しにくい。本発明の実施例で得られたカーボンナノチューブ構造体の写真において、金属型カーボンナノチューブは基板よりも色が薄く、半導体型カーボンナノチューブは基板の色より濃いので、写真で１種類のカーボンナノチューブのみを有する場合、写真におけるカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブであるか半導体型カーボンナノチューブであるか速やかに判断できる。
【００２１】
第三に、図３と比較すると、図４のコントラストが高いので、カーボンナノチューブを視認し易く、写真がより美しい。本発明の実施例で得られた図３は、解像度が低く、写真が美しくない。したがって、従来技術では、低加速電圧によってカーボンナノチューブを特徴付け且つ区別する。しかし、カーボンナノチューブを区別する従来技術で得られる写真によって、カーボンナノチューブの種類を正確に区別することは困難である。本発明の薄膜トランジスタ１００の製造方法では、迅速かつ正確にカーボンナノチューブの種類を判断でき、技術的偏見を克服することができる。
【００２２】
第四に、図４に比べて、図３におけるカーボンナノチューブ画像の幅は比較的狭いので、密度の高い複数のカーボンナノチューブを区別する際、本発明が提供する薄膜トランジスタ１００の製造方法におけるカーボンナノチューブの種類を区別する方法はより適している。
【００２３】
ステップＳ４において、写真の割合と同じ割合によって、実物のカーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブの位置を表示して、金属型カーボンナノチューブを除去する。ステップＳ４は以下のステップを含む。
Ｓ４１、写真に座標系を確立し、スケールを表示し、金属型カーボンナノチューブの座標を読み取る。
Ｓ４２、写真の割合と同じ割合によって、実物のカーボンナノチューブ構造体に座標系を確立し、写真における金属型カーボンナノチューブの座標によって、実物の前記カーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブを表示し且つ除去する。
【００２４】
本実施例において、電子線露光方法により、半導体型カーボンナノチューブを保護し、金属型カーボンナノチューブを露出させ、プラズマエッチングにより金属型カーボンナノチューブを除去する。
【００２５】
ステップＳ５において、ソース電極１０８及びドレイン電極１１０は優れた導電性を有する。具体的には、ソース電極１０８及びドレイン電極１１０の材料は金属、合金、ＩＴＯ、ＡＴＯ、導電性銀ペースト、導電性ポリマー、金属型カーボンナノチューブフィルムの中のいずれか一種である。ソース電極１０８及びドレイン電極１１０の材料によって、異なる製造方法によってソース電極１０８及びドレイン電極１１０を形成することができる。具体的には、ソース電極１０８及びドレイン電極１１０の材料は金属、合金、ＩＴＯ又はＡＴＯである際、蒸着法、スパッタリング法、マスキング法、エッチング法によって、ソース電極１０８及びドレイン電極１１０を形成できる。ソース電極１０８及びドレイン電極１１０の材料は導電性銀ペースト、導電性ポリマー又はカーボンナノチューブフィルムである際、印刷方法によって、半導体層１０６の表面に導電性銀ペースト又はカーボンナノチューブフィルムを塗布して、ソース電極１０８及びドレイン電極１１０を形成でき、又は半導体層１０６の表面に導電性銀ペースト又はカーボンナノチューブフィルムを直接貼付して、ソース電極１０８及びドレイン電極１１０を形成できる。ソース電極１０８及びドレイン電極１１０の厚さはそれぞれ０．５ｎｍ〜１００μｍである。ソース電極１０８とドレイン電極１１０と距離は１μｍ〜１００μｍである。
【００２６】
さらに、ステップＳ５は半導体層１０６の表面に絶縁保護層１１２を形成するステップを含むことができる。絶縁保護層１１２の材料は硬質材料又は可撓性材料であってもよい。硬質材料は、窒化シリコン又は酸化シリコンであってもよい。可撓性材料はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリエステル又はアクリル樹脂であってもよい。絶縁保護層１１２の材料によって、異なる製造方法によって絶縁保護層１１２を形成することができる。具体的には、絶縁保護層１１２の材料は窒化シリコン又は酸化シリコンである際、堆積法により絶縁保護層１１２を形成できる。絶縁保護層１１２の材料はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリエステル又はアクリル樹脂である際、印刷塗布方法により絶縁保護層１１２を形成できる。絶縁保護層１１２の厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍである。本実施例において、半導体層１０６上に形成されたソース電極１０８及びドレイン電極１１０の表面上に、プラズマ化学気相成長法等の堆積法により絶縁保護層１１２を形成し、且つ絶縁保護層１１２は半導体層１０６、ソース電極１０８とドレイン電極１１０の表面を被覆する。絶縁保護層１１２は窒化シリコンからなる。絶縁保護層１１２の厚さは１μｍである。
【００２７】
本発明の薄膜トランジスタ１００の製造方法によって、カーボンナノチューブ構造体における金属型カーボンナノチューブ及び半導体型カーボンナノチューブを迅速且つ正確に区別でき、金属型カーボンナノチューブを除去できる。これにより、半導体層は半導体型カーボンナノチューブのみを含み、半導体層の性能を高めることができ、薄膜トランジスタ１００の性能を高めることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１００  薄膜トランジスタ
１０２  ゲート電極
１０４  絶縁層
１０６  半導体層
１０８  ソース電極
１１０  ドレイン電極
１１２  絶縁保護層
【図１】
2018074158.tif 000003
【図２】
2018074158.tif 000004
【図３】
2018074158.tif 000005
【図４】
2018074158.tif 000006