JP6971896B2 - グラフェンデバイスの製造方法 - Google Patents
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実施形態のフォトレジスト(感光性組成物)は、化学増幅型レジストであり、基本的には樹脂と酸発生剤とで構成される。実施形態のフォトレジストは、グラフェンやその上に形成された膜をパターニングする際に、π−πスタックによるグラフェンの汚染や特性低下等を抑制しつつ、波長が300nm以上500nm以下の光、又はKrFエキシマレーザ光による露光及び現像を可能にしたものである。実施形態のフォトレジストは、樹脂の親水部の一部を保護基で保護しており、すなわち酸でカルボン酸を発生するエステル結合、又は酸でアルコールを発生するエーテル結合を有しており、上記した光で露光した際に酸発生剤から発生した酸で保護基が外れ、現像液に可溶になることによってパターニングすることができる。このようなフォトレジストにおいて、グラフェンデバイスの性能劣化を引き起こすのは、sp2結合をもつ炭素(C)から構成されるベンゼン環やナフタレン環がグラフェンとπ−πスタックするためである。このため、グラフェンとのπ−πスタックを起こさない樹脂と酸発生剤を実施形態のフォトレジストの構成要素とする。
次に、実施形態のグラフェンデバイスの製造方法について、図17を参照して説明する。図17は、グラフェンデバイスの製造方法の一例として、第1の実施形態のフォトレジストを使用したグラフェン電界効果型トランジスタ(GFET)の製造工程を示している。グラフェンFET(GFET)は、例えば高感度のガスセンサとして使用される。なお、GFETはグラフェンデバイスの一例であり、これに限定されるものではない。
まず、n型高ドープSi基板に厚さ285nmの熱Si酸化膜を形成する。裏面の酸化膜を剥離し、金属膜、ここでは厚さ20nmのTiと厚さ100nmのAgを蒸着してバックゲート電極とする。次いで、Si酸化膜上にi線レジストを用いて電極パターンとなるレジストパターンを形成する。これを鋳型として、電極金属を真空蒸着する。ここでは厚さ10nmのNiをSi酸化膜上に堆積した後、厚さ20nmのAuを蒸着する。これをN−メチルピロリジノン(NMP)をベースとした剥離液に浸漬することで、レジストごと不要の金属をリフトオフし、図17(A)のような電極パターンを形成する。
図5(a)のCOMA系樹脂で置換基Rがt−ブチル基である樹脂と、図15(a)に示した酸発生剤とを、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート60%、プロピレングリコールモノメチルエーテル40%の溶媒に溶解させる。樹脂は溶媒に対して30質量%、酸発生剤は樹脂に対して1重量%となるように調整する。このフォトレジストを用いて、実施例1と同様してグラフェンFETを作製する。この場合、レジストはソフトベークとポストエクスポージャーベークと共に90℃で90秒ベークする。作製したグラフェンFETにI−V特性を測定したところ、図18(a)と同様に、ほぼ0Vにディラックポイントが観察される。さらに、I−V特性の傾きは図18(b)よりも大きく、移動度が大きいことが確認される。
図10に示すハイブリッド樹脂と、図12(a)に示す酸発生剤とを、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート60%、プロピレングリコールモノメチルエーテル30%、γ−ブチルラクトン10%の溶媒に溶解させる。樹脂は溶媒に対して20重量%、酸発生剤は樹脂に対して1重量%となるように調整する。このフォトレジストを用いて、実施例1と同様してグラフェンFETを作製する。この場合、レジストはソフトベークとポストエクスポージャーベークと共に110℃で90秒ベークする。作製したグラフェンFETにI−V特性を測定したところ、図18(a)と同様に、ほぼ0Vにディラックポイントが観察される。さらに、I−V特性の傾きは図18(b)よりも大きく、移動度が大きいことが確認される。
実施例4及び比較例2において、酸発生剤の影響について述べる。図11(c)に示したようにナフタレン環がグラフェンに近接できる酸発生剤の入ったフォトレジストと、図14(c)に示したようにナフタレン環がグラフェンに近接できない酸発生剤の入ったレジストとを使用して、グラフェンFETを作製し、グラフェンFETのI−V特性とI−V特性から求めたグラフェンの移動度を比較する。グラフェンFETの作製方法は、基板上へグラフェンを転写する工程までは実施例1と同様である。グラフェンのトリミング工程で使用するレジストは、実施例1とは異なる。この例で使用するレジストを以下に示す。
Claims (6)
- 感光性組成物を、グラフェン上に直接塗布する工程と、
前記グラフェン上に塗布した前記感光性組成物に、フォトマスクを介して波長300nm以上500nm以下の光、又はKrFエキシマレーザ光を照射して露光する工程と、
前記感光性組成物を加熱する工程と、
前記感光性組成物を現像して感光性組成物パターンを形成する工程と、
前記感光性組成物パターンを用いて、前記グラフェンを加工する工程と、
前記感光性組成物パターンを除去する工程とを具備し、
前記感光性組成物は、
ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、カルボン酸置換基を有するシクロオレフィン・無水マレイン酸共重合体、カルボン酸置換基を有するポリシクロオレフィン、及びビニルエーテル・無水マレイン酸共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1つの親水基を有するベース樹脂を含み、前記ベース樹脂の前記親水基の少なくとも一部に、酸によりカルボン酸を発生するエステル結合、又は酸によりアルコールを発生するエーテル結合が導入された樹脂と、
波長300nm以上500nm以下の光、又はKrFエキシマレーザ光の照射により酸を発生する酸発生剤であって、ナフタレン環又はベンゼン環を有し、前記ナフタレン環又はベンゼン環の少なくとも1つの炭素が3級炭素と結合している物質を含む酸発生剤と
を具備する、グラフェンデバイスの製造方法。 - 感光性組成物を、グラフェン上に直接塗布する工程と、
前記グラフェン上に塗布した前記感光性組成物に、フォトマスクを介して波長300nm以上500nm以下の光、又はKrFエキシマレーザ光を照射して露光する工程と、
前記感光性組成物を加熱する工程と、
前記感光性組成物を現像して感光性組成物パターンを形成する工程と、
前記感光性組成物パターンを用いて、前記グラフェンを加工する工程と、
前記感光性組成物パターンを除去する工程とを具備し、
前記感光性組成物は、
ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、カルボン酸置換基を有するシクロオレフィン・無水マレイン酸共重合体、カルボン酸置換基を有するポリシクロオレフィン、及びビニルエーテル・無水マレイン酸共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1つの親水基を有するベース樹脂を含み、前記ベース樹脂の前記親水基の少なくとも一部に、酸によりカルボン酸を発生するエステル結合、又は酸によりアルコールを発生するエーテル結合が導入された樹脂と、
波長300nm以上500nm以下の光、又はKrFエキシマレーザ光の照射により酸を発生する酸発生剤であって、ナフタレン環又はベンゼン環を有し、前記ナフタレン環又はベンゼン環の炭素と結合した置換基中に複数の3級炭素が含まれている物質を含む酸発生剤と
を具備する、グラフェンデバイスの製造方法。 - 感光性組成物を、グラフェン上に直接塗布する工程と、
前記グラフェン上に塗布した前記感光性組成物に、フォトマスクを介して波長300nm以上500nm以下の光、又はKrFエキシマレーザ光を照射して露光する工程と、
前記感光性組成物を加熱する工程と、
前記感光性組成物を現像して感光性組成物パターンを形成する工程と、
前記感光性組成物パターンを用いて、前記グラフェンを加工する工程と、
前記感光性組成物パターンを除去する工程とを具備し、
前記感光性組成物は、
ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、カルボン酸置換基を有するシクロオレフィン・無水マレイン酸共重合体、カルボン酸置換基を有するポリシクロオレフィン、及びビニルエーテル・無水マレイン酸共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1つの親水基を有するベース樹脂を含み、前記ベース樹脂の前記親水基の少なくとも一部に、酸によりカルボン酸を発生するエステル結合、又は酸によりアルコールを発生するエーテル結合が導入された樹脂と、
波長300nm以上500nm以下の光、又はKrFエキシマレーザ光の照射により酸を発生する酸発生剤と
を具備し、
前記酸発生剤は、カチオンを有する部分とアニオンを有する部分とを備え、前記カチオンがスルホニウムイオンであると共に、前記カチオンを有する部分がナフタレン環又はベンゼン環を有し、
前記ナフタレン環又はベンゼン環の少なくとも1つの炭素が硫黄と結合しており、かつ前記硫黄が2つの炭素と結合している、グラフェンデバイスの製造方法。 - 前記感光性組成物は、前記ナフタレン環を有する酸発生剤を含有し、
前記感光性組成物に前記波長300nm以上500nm以下の光を照射して露光する、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のグラフェンデバイスの製造方法。 - 前記感光性組成物は、前記ベンゼン環を有する酸発生剤を含有し、
前記感光性組成物に前記KrFエキシマレーザ光を照射して露光する、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のグラフェンデバイスの製造方法。 - 前記グラフェンデバイスは、グラフェンFETである、請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のグラフェンデバイスの製造方法。
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