JP2009278105A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【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、カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、絶縁基板を提供し、該絶縁基板の表面に少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを設置し、半導体層を形成する第三ステップと、前記半導体層にソース電極及びドレイン電極を分離して形成し、該ソース電極及びドレイン電極を前記半導体層に電気的に接続させる第四ステップと、前記半導体層に絶縁層を形成する第五ステップと、前記絶縁層の表面にゲート電極を形成し、薄膜トランジスタを形成する第六ステップと、を含む。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、絶縁基板を提供し、該絶縁基板の表面に少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを設置し、半導体層を形成する第三ステップと、前記半導体層にソース電極及びドレイン電極を分離して形成し、該ソース電極及びドレイン電極を前記半導体層に電気的に接続させる第四ステップと、前記半導体層に絶縁層を形成する第五ステップと、前記絶縁層の表面にゲート電極を形成し、薄膜トランジスタを形成する第六ステップと、を含む。
【選択図】図１
Description
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を含む薄膜
トランジスタの製造方法に関するものである。
トランジスタの製造方法に関するものである。
薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＴＦＴ）は、パネル表示装置に広く応用される。従来の薄膜トランジスタは、主に、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。前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、分離して設置され、前記半導体層と電気的に接続される。前記ゲート電極は、前記絶縁層に設置され、該絶縁層により前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と分離して絶縁する。前記半導体層の、前記ソース電極とドレイン電極との間に位置される領域には、チャンネル領域が形成される。
前記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、導電材料からなる。該導電材料は、金属又は合金である。前記ゲート電極に電圧を印加すると、前記絶縁層により該ゲート電極と分離して設置された前記半導体層におけるチャンネル領域で、キャリヤーが蓄積することができる。該キャリヤーが所定の程度に蓄積する場合、前記半導体層に電気的に接続される前記ソース電極及び前記ドレイン電極が電気的に接続されるので、前記ソース電極から前記ドレイン電極に流れる電流がある。
従来技術として、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、多結晶シリコン又は有機半導体重合体である（非特許文献１を参照）。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おいて、該半導体層で多くのダングリングボンド（ＤａｎｇｌｉｎｇＢｏｎｄ）を含むので、キャリヤーの移動度は、小さくなる。該キャリヤーの移動度が一般的に１ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１より小さいので、前記薄膜トランジスタの応答速度は、遅い。多結晶シリコンを半導体層とする薄膜トランジスタにおいて、キャリヤーの移動度は、大きくなる。該キャリヤーの移動度が一般的に１０ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１ほどであるので、前記薄膜トランジスタの応答速度は、速い。しかし、多結晶シリコンを半導体層とする薄膜トランジスタは、方法が複雑であり、コストが高く、大面積製造が難しく、オフ電流が大きい。従来の無機薄膜トランジスタと比べて、有機半導体重合体を半導体層とする有機薄膜トランジスタは、コストが低く、製造の温度が低く、高い強靭性を有する長所がある。しかし、有機薄膜トランジスタは、室温でジャンプ伝導するので、抵抗率が高く、キャリヤーの移動度が小さくなる。従って、前記有機薄膜トランジスタの応答速度は、遅いという課題がある。
前記課題を解決するために、半導体性を有するカーボンナノチューブ構造体を半導体層とする薄膜トランジスタを提供する。従来の薄膜トランジスタの製造方法は、複数のカーボンナノチューブを有機溶剤に混合して混合物を形成する第一ステップと、前記混合物を基板に塗布する第二ステップと、前記基板に塗布された混合物の有機溶剤を蒸発させてカーボンナノチューブ構造体を形成する第三ステップと、該カーボンナノチューブ構造体にソース電極及びドレイン電極を形成する第四ステップと、該カーボンナノチューブ構造体に窒化ケイ素からなる絶縁層を形成し、該絶縁層にゲート電極を形成する第五ステップと、を含む。
"Ｎｅｗ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｉｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ"、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ、２００２年、第２９９−３０２巻、第１３０４〜１３１０頁
Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
しかし、前記混合物において、カーボンナノチューブが凝集しやすいので、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の分布が不均一になるという課題がある。また、前記有機溶剤を完全に除去できないので、前記カーボンナノチューブ構造体に不純物が残るという課題もある。また、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不均一に配列されているので、カーボンナノチューブの大きなキャリア移動度が十分に利用できないという課題もある。
従って、本発明は、前記課題を解決するために、薄膜トランジスタの製造方法を提供する。
薄膜トランジスタの製造方法は、カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、絶縁基板を提供し、該絶縁基板の表面に少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを設置し、半導体層を形成する第三ステップと、前記半導体層にソース電極及びドレイン電極を分離して形成し、該ソース電極及びドレイン電極を前記半導体層に電気的に接続させる第四ステップと、前記半導体層に絶縁層を形成する第五ステップと、前記絶縁層の表面にゲート電極を形成し、薄膜トランジスタを形成する第六ステップと、を含む。
薄膜トランジスタの製造方法は、カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、絶縁基板を提供し、該絶縁基板の表面にゲート電極を形成する第三ステップと、前記ゲート電極を被覆するように絶縁層を形成する第四ステップと、前記絶縁層の表面に少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを設置し、半導体層を形成する第五ステップと、前記半導体層の表面に、ソース電極及びドレイン電極を分離して形成し、該ソース電極及びドレイン電極を前記半導体層に電気的に接続させる第六ステップと、を含む。
前記カーボンナノチューブフィルムは、所定の方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含み、各々のカーボンナノチューブは、分子間力で緊密に連接される。
前記ソース電極及び前記ドレイン電極を、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配列した方向に沿って設置する。
前記ソース電極及び前記ドレイン電極を分離して形成した後、該ソース電極と該ドレイン電極に電圧を印加し、前記カーボンナノチューブフィルムにおける、金属性のカーボンナノチューブを焼切り、金属性のカーボンナノチューブを除去する。
少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを設置した後、水素プラズマ、マイクロ波、テラヘルツ波、赤外光、紫外光又は可視光で前記カーボンナノチューブフィルムを照射し、前記カーボンナノチューブフィルムにおける、金属性のカーボンナノチューブを焼切り、金属性のカーボンナノチューブを除去する。
従来の薄膜トランジスタの製造方法と比べて、本発明の薄膜トランジスタの製造方法において、カーボンナノチューブアレイから引き伸ばされたカーボンナノチューブフィルムを薄膜トランジスタの半導体層とするので、該薄膜トランジスタの製造方法は、複数のカーボンナノチューブを有機溶剤に混合して混合物を形成するステップを含まないので、簡単である。かつ、前記半導体層にカーボンナノチューブが均一的に配列され、有機溶剤を含まない。該カーボンナノチューブフィルムが強い接着性を有し、該カーボンナノチューブフィルムを所定の位置に直接接着することができるので、該薄膜トランジスタの製造方法は、簡単で、コストが低く、低温で行うことができる。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが、端と端で接続され、所定の方向に沿って配列されるので、前記製造方法で製造された薄膜トランジスタは、大きなキャリヤーの移動度を有し、速い応答速度を有する。前記カーボンナノチューブフィルムは、優れた強靭性と機械強度を有するので、該半導体層を有する薄膜トランジスタは、更に優れた強靭性を有する。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図１と図２を参照すると、本発明の実施例１は、トップゲート型(Ｔｏｐ Ｇａｔｅ Ｔｙｐｅ)薄膜トランジスタ１０の製造方法を提供する。該製造方法は、下記のステップを含む。
図１と図２を参照すると、本発明の実施例１は、トップゲート型(Ｔｏｐ Ｇａｔｅ Ｔｙｐｅ)薄膜トランジスタ１０の製造方法を提供する。該製造方法は、下記のステップを含む。
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイを提供する。
本実施例において、前記カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献２を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施例において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその二種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイを生長させることができる。
前記カーボンナノチューブアレイの高さは、２００μｍ〜４００μｍである。該超配列カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、基材に垂直に生長された複数のカーボンナノチューブからなる。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び触媒の残留物である金属粒子などの不純物を含まなくなる。該カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブは、分子間力で緊密に接触し、アレイが形成される。
前記カーボンを含むガスとしては、例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、保護ガスとしては、窒素ガスと不活性ガスなどが選択される。本実施例において、該カーボンを含むガスは、アセチレンであることが好ましく、該保護ガスは、アルゴンガスであることが好ましい。
本実施例から提供されたカーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造されることに制限されない。該カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブのいずれか一種である。
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。
前記カーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす方法は、下記のような工程を含む。
まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。本実施形態において、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブ束からなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。
前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブ束が端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。図３は、前記カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。図３に示すように、前記カーボンナノチューブフィルムは、所定の方向に沿って配列し、端と端で接合される複数のカーボンナノチューブからなる一定の幅を有するフィルムである。該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、相互に平行し、前記カーボンナノチューブフィルムの引き伸ばされた方向に沿って平行に配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、均一な半導体性及び均一な厚さを有する。かつ、該カーボンナノチューブフィルムは、優れた強靭性及び透明度を有する。このカーボンナノチューブフィルムの製造方法は、高効率又は簡単であり、工業的に実用される。
第三ステップでは、絶縁基板１１０を提供し、該絶縁基板１１０の表面に少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを設置し、薄膜トランジスタ１０の半導体層１４０を形成する。
まず、絶縁基板１１０を提供する。該絶縁基板１１０の材料は、例えば、ｐ型シリコン、ｎ型シリコン、酸化層を有するシリコン、透明の石英、酸化層を有する透明の石英などの硬性材料でもよく、プラスチック又は樹脂などの材料でもよい。前記絶縁基板１１０の大きさと形状は、制限されず、実際の応用に応じて、選択することができる。
次に、少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを前記絶縁基板１１０の表面に接着する。前記カーボンナノチューブフィルムは不純物を含まなく、カーボンナノチューブ自体の比表面積が大きいので、該カーボンナノチューブフィルムは強い接着性を有する。該カーボンナノチューブフィルムの接着性を利用して、該カーボンナノチューブフィルムを前記絶縁基板１１０の表面に直接接着させ、半導体層１４０を形成する。勿論、一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを前記絶縁基板１１０の表面に接着させ、半導体層１４０を形成してもよい。複数の前記カーボンナノチューブフィルムを前記絶縁基板１１０の表面に積層して接着させ、半導体層１４０を形成してもよい。この場合、前記複数の前記カーボンナノチューブフィルムは分子間力で緊密に接続される。
本実施例は、更に、有機溶剤で半導体層１４０を処理する工程を含む。該有機溶剤は、揮発性有機溶剤であり、アルコール、メチルアルコール、アセトン、ジクロロエタン、クロロホルムの一種又は複数種の混合物である。本実施例において、前記有機溶剤はアルコールである。該有機溶剤で処理を行う工程は、試験管で前記有機溶剤を前記半導体層１４０の表面に滴下させ、該半導体層１４０を浸漬する。該半導体層１４０を有機溶剤で浸漬させることによって、揮発性有機溶剤の表面張力の作用で前記半導体層１４０が前記絶縁基板１１０の表面によく接着することができる。また、その比表面積が小さくなり、優れた機械強度と強勒性を有する。
第四ステップでは、前記半導体層１４０にソース電極１５１及びドレイン電極１５２を分離して形成し、該ソース電極１５１及びドレイン電極１５２を前記半導体層１４０に電気的に接続させる。
前記ソース電極１５１及び前記ドレイン電極１５２は、導電材料からなる。該ソース電極１５１及び該ドレイン電極１５２の材料は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）フィルム、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）、導電銀ペースト、導電重合体又は導電カーボンナノチューブなどである。前記金属は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、ネオジム、パラジウム又はセシウムなどである。前記合金は、前記金属の合金である。前記ソース電極１５１及び前記ドレイン電極１５２が形成された材料によって、異なる方法で該ソース電極１５１及び該ドレイン電極１５２を形成することができる。具体的には、前記ソース電極１５１及び前記ドレイン電極１５２の材料が金属、合金、ＩＴＯ又はＡＴＯである場合、スパッタリング、エッチング、蒸着などの方法で前記ソース電極１５１及び前記ドレイン電極１５２を形成することができる。前記ソース電極１５１及び前記ドレイン電極１５２の材料が導電銀ペースト、導電重合体又はカーボンナノチューブである場合、印刷塗布又は接着の方法で該導電銀ペースト、導電重合体又は導電カーボンナノチューブフィルムを前記半導体層１４０の表面に塗布又は接着し、前記ソース電極１５１及び前記ドレイン電極１５２を形成することができる。該ソース電極１５１及び該ドレイン電極１５２の厚さは、０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルであり、該ソース電極１５１と該ドレイン電極１５２との距離は、１マイクロメートル〜１００マイクロメートルである。
前記半導体層１４０におけるカーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って積層された場合、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２が前記半導体層１４０におけるカーボンナノチューブの配列された方向に沿って前記半導体層１４０に分離して形成される。即ち、前記半導体層１４０におけるカーボンナノチューブの配列された方向は、前記ソース電極１５１から前記ドレイン電極１５２への方向である。
本実施例において、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２の材料は、金属である。該ソース電極１５１と該ドレイン電極１５２とを形成する方法は、次の二種がある。次に、該二種の方法について詳しく説明する。
第一の方法において、まず、前記半導体層１４０の表面にフォトレジスト層を形成する。次に、前記フォトレジスト層に露光、現像を行うことにより、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との領域のフォトレジスト層を除去する。その後で、磁気スパッター又は電子ビーム蒸着などの方法で前記フォトレジスト層及び、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との領域に金属層を形成し、該金属層がパラジウム、チタン及びニッケルなどの金属層であることが好ましい。最後に、アセトンなどの有機溶剤で前記フォトレジスト層及びそれに形成された金属層を除去し、前記半導体層１４０にソース電極１５１とドレイン電極１５２を形成する。
第二の方法において、まず、前記半導体層１４０の表面に金属層を形成する。次に、前記金属層の表面にフォトレジストを塗布し、フォトレジスト層を形成する。その後、前記フォトレジスト層に露光、現像を行うことにより、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との領域の以外のフォトレジスト層を除去する。最後に、プラズマエッチングの方法で前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との領域以外の金属層を除去し、アセトンなどの有機溶剤で前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との領域のフォトレジスト層を除去し、前記半導体層１４０にソース電極１５１とドレイン電極１５２を形成する。本実施例において、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２とは、厚さが１マイクロメートルであり、該ソース電極１５１と該ドレイン電極１５２との距離が５０マイクロメートルである。
前記第四ステップは、優れた半導体性を有する半導体層１４０を形成するために、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２を形成した後、更に、前記半導体層１４０における、金属性を有するカーボンナノチューブを除去する工程を含む。まず、電源を提供する。次に、前記電源の正極及び負極を前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２にそれぞれ、接続する。最後に、前記電源により前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２に電圧を印加すると、金属性を有するカーボンナノチューブを焼切り、優れた半導体性を有する半導体層１４０を形成する。
また、前記半導体層１４０における、金属性を有するカーボンナノチューブを除去する方法は、前記方法に制限されず、水素プラズマ、マイクロ波、テラヘルツ波、赤外光、紫外光又は可視光で前記半導体層１４０を照射し、金属性を有するカーボンナノチューブを焼切り、優れた半導体性を有する半導体層１４０を形成する。
第五ステップでは、前記半導体層１４０に絶縁層１３０を形成する。
前記絶縁層１３０の材料は、窒化珪素、酸化珪素などの硬性材料又はベンゾシクロブテン（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、アクリル酸樹脂などの柔らかな材料である。前記絶縁層１３０の材料により、異なる方法で前記絶縁層１３０を形成することができる。具体的には、前記絶縁層１３０の材料が窒化珪素又は酸化珪素である場合、堆積の方法で絶縁層１３０を形成することができる。前記絶縁層１３０の材料がベンゾシクロブテン又はアクリル酸樹脂である場合、印刷塗布の方法で絶縁層１３０を形成することができる。該絶縁層１３０は、厚さが０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。
本実施例において、前記半導体層１４０及び、該半導体層１４０に形成されたソース電極１５１及びドレイン電極１５２を被覆するように、プラズマ化学気相推積法で窒化珪素の絶縁層１３０を形成する。該絶縁層１３０は、厚さが１マイクロメートルである。
第六ステップでは、絶縁層１３０の表面にゲート電極１２０を形成し、薄膜トランジスタ１０を形成する。
前記ゲート電極１２０は、導電材料からなる。該ゲート電極１２０の材料は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）フィルム、酸化スズ（ＡＴＯ）、導電銀ペースト、導電重合体又はカーボンナノチューブフィルムなどである。前記金属は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、ネオジム、パラジウム又はセシウムなどである。前記合金は、前記金属の合金である。前記ゲート電極１２０が形成された材料によって、異なる方法で該ゲート電極１２０を形成することができる。具体的には、前記ゲート電極１２０の材料が金属、合金、ＩＴＯ又はＡＴＯである場合、スパッタリング、エッチング、蒸着などの方法で前記ゲート電極１２０を形成することができる。前記ゲート電極１２０の材料が導電銀ペースト、導電重合体又はカーボンナノチューブフィルムである場合、印刷塗布又は接着の方法で前記ゲート電極１２０を形成することができる。該ゲート電極１２０は、厚さが０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。
本実施例において、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２を形成する方法で前記絶縁層１３０の、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間の半導体層１４０に対向する領域にゲート電極１２０を形成する。該ゲート電極１２０は、前記絶縁層１３０により前記半導体層１４０に絶縁的に設置され、材料がアルミニウムであり、厚さが１マイクロメートルである。
（実施例２）
図４と図５を参照すると、本実施例は、ボトムゲート型(Ｂｏｔｔｏｍ Ｇａｔｅ Ｔｙｐｅ)薄膜トランジスタ２０の製造方法を提供する。該製造方法は、前記実施例１の薄膜トランジスタ１０の製造方法と基本的に同じである。
図４と図５を参照すると、本実施例は、ボトムゲート型(Ｂｏｔｔｏｍ Ｇａｔｅ Ｔｙｐｅ)薄膜トランジスタ２０の製造方法を提供する。該製造方法は、前記実施例１の薄膜トランジスタ１０の製造方法と基本的に同じである。
前記薄膜トランジスタ２０の製造方法は、下記のステップを含む。カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、絶縁基板２１０を提供し、該絶縁基板２１０の表面にゲート電極２２０を形成する第三ステップと、前記ゲート電極２２０を被覆するように絶縁層２３０を形成する第四ステップと、前記絶縁層２３０の表面に少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを設置し、半導体層２４０を形成する第五ステップと、前記半導体層２４０の表面に、ソース電極２５１及びドレイン電極２５２を分離して形成し、該ソース電極及びドレイン電極を前記半導体層２４０に電気的に接続させる第六ステップと、を含む。
少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムは、前記絶縁層２３０の表面に直接接着し、前記方法で該カーボンナノチューブフィルムにおける、金属を有するカーボンナノチューブを除去し、半導体層２４０を形成する。該半導体層２４０は、前記ゲート電極２２０に対向して、前記絶縁層２３０により前記ゲート電極２２０に絶縁的に設置される。前記ソース電極２５１及び前記ドレイン電極２５２は、前記半導体層２４０の表面に分離して形成される。勿論、前記絶縁層２３０の表面に前記ソース電極２５１及び前記ドレイン電極２５２を分離して形成した後、前記ソース電極２５１及び前記ドレイン電極２５２を被覆するように、前記絶縁層２３０の表面に前記カーボンナノチューブフィルムを設置し、半導体層２４０を形成することもできる。
（実施例３）
図６を参照すると、本施例は、トップゲート型薄膜トランジスタアレイの製造方法を提供する。該製造方法は、前記実施例１の薄膜トランジスタの製造方法と基本的に同じである。異なる所は、本実施例が一つの絶縁基板に複数の薄膜トランジスタを形成し、薄膜トランジスタアレイを形成することである。具体的には、下記のステップを含む。
図６を参照すると、本施例は、トップゲート型薄膜トランジスタアレイの製造方法を提供する。該製造方法は、前記実施例１の薄膜トランジスタの製造方法と基本的に同じである。異なる所は、本実施例が一つの絶縁基板に複数の薄膜トランジスタを形成し、薄膜トランジスタアレイを形成することである。具体的には、下記のステップを含む。
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイであることが好ましい。
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。
第三ステップでは、絶縁基板を提供し、前記絶縁基板の表面に少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを設置し、該カーボンナノチューブフィルムをパターン化し、複数の半導体層を形成する。
前記の複数の半導体層は、薄膜トランジスタの実際の応用に応じて前記絶縁基板の所定の位置に形成することができる。薄膜トランジスタが液晶表示装置に応用される場合、複数の半導体層は、行と列で前記絶縁基板の表面に設置することができる。具体的には、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを前記絶縁基板の表面に接着する。次に、レーザーエッチングの方法で少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを切り、該カーボンナノチューブフィルムをパターン化させ、前記絶縁基板の表面に複数の半導体層を形成する。
第四ステップでは、前記の各々の半導体層にソース電極及びドレイン電極を分離して形成し、各々のソース電極及びドレイン電極を前記半導体層に電気的に接続させる。
本実施例のソース電極及びドレイン電極の形成方法は、実施例１の薄膜トランジスタ１０におけるソース電極１５１及びドレイン電極１５２の形成方法と基本的に同じである。本実施例において、まず、複数の半導体層が形成された絶縁基板の表面に金属フィルムを形成し、エッチングの方法で前記金属フィルムをパターン化し、所定の位置に複数のソース電極及びドレイン電極を形成する。前記ソース電極及びドレイン電極の材料は、ＩＴＯフィルム、ＡＴＯフィルム、導電銀ペースト、導電重合体フィルム又はカーボンナノチューブフィルムなどである。
第五ステップでは、各々の半導体層に絶縁層を形成する。該絶縁層の形成方法は、実施例１の薄膜トランジスタ１０の絶縁層１３０の形成方法と基本的に同じである。具体的には、まず、ソース電極、ドレイン電極及び半導体層が形成された絶縁基板の表面に窒化珪素フィルムを堆積し、エッチングの方法で該窒化珪素フィルムをパターン化し、所定の位置に複数の絶縁層を形成する。前記絶縁層の材料は、酸化珪素などの硬性材料又はベンゾシクロブテン、アクリル酸樹脂などの柔らかな材料である。
第六ステップでは、各々の絶縁層の表面にゲート電極を形成し、トップゲート型薄膜トランジスタアレイを形成する。
（実施例４）
本実施例は、ボトムゲート型薄膜トランジスタアレイの製造方法を提供する。該製造方法は、前記実施例２の製造方法と基本的に同じで、具体的には、下記のステップを含む。カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、絶縁基板を提供し、該絶縁基板の表面に複数のゲート電極を形成する第三ステップと、前記の複数のゲート電極を被覆するように、絶縁層を形成する第四ステップと、前記絶縁層の表面に少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを設置し、該カーボンナノチューブフィルムをパターン化し、複数の半導体層を形成し、該複数の半導体層が前記絶縁層により複数の前記ゲート電極に対向し、絶縁的に設置される第五ステップと、前記半導体層の表面に、ソース電極及びドレイン電極を分離して形成し、該ソース電極及びドレイン電極を前記半導体層に電気的に接続させる第六ステップと、を含む。
本実施例は、ボトムゲート型薄膜トランジスタアレイの製造方法を提供する。該製造方法は、前記実施例２の製造方法と基本的に同じで、具体的には、下記のステップを含む。カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、絶縁基板を提供し、該絶縁基板の表面に複数のゲート電極を形成する第三ステップと、前記の複数のゲート電極を被覆するように、絶縁層を形成する第四ステップと、前記絶縁層の表面に少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを設置し、該カーボンナノチューブフィルムをパターン化し、複数の半導体層を形成し、該複数の半導体層が前記絶縁層により複数の前記ゲート電極に対向し、絶縁的に設置される第五ステップと、前記半導体層の表面に、ソース電極及びドレイン電極を分離して形成し、該ソース電極及びドレイン電極を前記半導体層に電気的に接続させる第六ステップと、を含む。
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は次の優れた点がある。第一は、本発明の製造方法において、カーボンナノチューブアレイから引き伸ばされたカーボンナノチューブフィルムを薄膜トランジスタの半導体層とするので、該薄膜トランジスタの製造方法は、複数のカーボンナノチューブを有機溶剤に混合して混合物を形成するステップを含まないので、簡単である。かつ、前記半導体層にカーボンナノチューブが均一に配列され、有機溶剤を含まない。第二は、該カーボンナノチューブフィルムが強い接着性を有し、該カーボンナノチューブフィルムを所定の位置に直接接着することができるので、該薄膜トランジスタの製造方法は、簡単で、コストが低く、低温で行うことができる。第三は、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが、端と端で接続され、所定の方向に沿って配列されるので、前記製造方法で製造された薄膜トランジスタは、大きなキャリヤーの移動度を有し、速い応答速度を有する。第四は、前記カーボンナノチューブフィルムは、優れた強靭性と機械強度を有するので、該半導体層を有する薄膜トランジスタは、更に優れた強靭性を有する。
１０、２０ 薄膜トランジスタ
１１０、２１０ 絶縁基板
１２０、２２０ ゲート電極
１３０、２３０ 絶縁層
１４０、２４０ 半導体層
１５１、２５１ ソース電極
１５２、２５２ ドレイン電極
１１０、２１０ 絶縁基板
１２０、２２０ ゲート電極
１３０、２３０ 絶縁層
１４０、２４０ 半導体層
１５１、２５１ ソース電極
１５２、２５２ ドレイン電極
Claims (6)
- カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、
前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、
絶縁基板を提供し、該絶縁基板の表面に少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを設置し、半導体層を形成する第三ステップと、
前記半導体層にソース電極及びドレイン電極を分離して形成し、該ソース電極及びドレイン電極を前記半導体層に電気的に接続させる第四ステップと、
前記半導体層に絶縁層を形成する第五ステップと、
前記絶縁層の表面にゲート電極を形成し、薄膜トランジスタを形成する第六ステップと、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 - カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、
前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、
絶縁基板を提供し、該絶縁基板の表面にゲート電極を形成する第三ステップと、
前記ゲート電極を被覆するように絶縁層を形成する第四ステップと、
前記絶縁層の表面に少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを設置し、半導体層を形成する第五ステップと、
前記半導体層の表面に、ソース電極及びドレイン電極を分離して形成し、該ソース電極及びドレイン電極を前記半導体層に電気的に接続させる第六ステップと、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記カーボンナノチューブフィルムが所定の方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含み、各々のカーボンナノチューブが分子間力で緊密に連接されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記ソース電極及び前記ドレイン電極を、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配列した方向に沿って設置することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記ソース電極及び前記ドレイン電極を分離して形成した後、該ソース電極と該ドレイン電極に電圧を印加し、前記カーボンナノチューブフィルムにおける、金属性のカーボンナノチューブを焼切り、金属性のカーボンナノチューブを除去することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを設置した後、水素プラズマ、マイクロ波、テラヘルツ波、赤外光、紫外光又は可視光で前記カーボンナノチューブフィルムを照射し、前記カーボンナノチューブフィルムにおける、金属性のカーボンナノチューブを焼切り、金属性のカーボンナノチューブを除去することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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