KR101170806B1 - 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법 및 이를 이용하여 제조된 반도체 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법 및 이를 이용하여 제조된 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 포토리소그래피(photo-lithography) 방법을 이용하여 유기 고분자 박막인 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine) 박막을 선택적으로 패터닝하는 방법 및 이를 통해 폴리에틸렌이민이 패터닝된 반도체 소자에 관한 것이다.
본 발명은 기존의 포토공정 장비를 그대로 활용하여 폴리에틸렌이민을 선택적으로 패터닝 할 수 있어 공정비용 및 소요시간의 측면에서 매우 효율적이다. 또한, 얼라인(align)이 가능하면서도 매우 정밀한 고분자의 패턴이 가능하여, 일 실시예로 탄소나노튜브의 전계특성을 변환시켜 반도체 소자를 제조할 수 있는 등 매우 큰 장점 및 효과를 갖는다. 본 발명에 따르면 각종 로직 회로 및 PM(passive matrix)을 이용한 다양한 소자(터치 스크린, PMOLED, etc) 등을 제작할 수 있다.

Description

폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법 및 이를 이용하여 제조된 반도체 소자{Method for selective patterning of polyethyleneimine and a semiconductor device manufactured by using the same}

본 발명은 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법 및 이를 이용하여 제조된 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 포토리소그래피 (photo-lithography) 방법을 이용하여 유기 고분자 박막인 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine) 박막을 선택적으로 패터닝하는 방법 및 이를 통해 폴리에틸렌이민이 패터닝된 반도체 소자에 관한 것이다.

포토리소그래피(photo-lithography) 방법은 평평한 기판에 감광성 수지막(photoresist)을 스핀코팅(spin-coating)하여 얇은 박막을 만들고(예, AZ5214는 일반적인 조건에서 1.4 마이크로미터 두께의 박막을 만든다) 포토마스크(photomask)를 얹은 후, 적당한 파장의 빛을 일정시간 조사하여, 감광성 수지막을 선택적으로 남기거나 제거하는 방법으로 기판 상에 감광성 수지막 패턴을 제작하는 방법을 말한다. 그리고 이 감광성 수지막 패턴 상에 일반적으로 금속 물질을 얇게 증착시킨 후 감광성 수지막을 제거하는 과정을 통해 감광성 수지막 패턴이 없는 자리에만 선택적으로 금속 물질을 남김으로써 기판 상에 금속 패턴을 제작하는데 사용될 수 있다.

이와 같이 금속 패턴을 제작하는데 주로 이용되어온 포토리소그래피법을 유기 고분자 패턴을 제작하는데 이용하고자 하는 노력이 있어왔다. 그러나 유기 고분자 패턴을 제작하기 위해 포토리소그래피법을 도입하는데 여러 가지 기술적인 제한사항들로 인해 성공적으로 도입된 예가 많지 않았다.

이러한 기술적인 제한 사항으로 첫 번째는, 패턴에 적용하기 위한 유기 고분자를 녹이는 유기 용매(solvent)가 감광성 수지막 역시 녹이는 경우가 많다는 점이다. 일반적인 감광성 수지막으로 쓰이고 있는 AZ5214의 경우, 아세톤과 같은 유기 용매뿐만 아니라 에탄올, 메탄올과 같은 알콜성 유기 용매에도 잘 녹는다. 이와 같이 감광성 수지막의 제거에 쓰이는 유기 용매가 감광성 수지막은 녹이고, 패터닝 하려는 유기 고분자는 녹이지 말아야 한다는 조건이 만족되어야 한다.

또한, 유기 고분자간의 결합력이 유기 고분자와 기판간의 결합력보다 작아야 한다. 유기 고분자 간의 힘이 더 큰 경우, 감광성 수지막의 제거 과정에서 유기 고분자 전체가 기판으로부터 분리되어 들려 떨어져 나감으로써 실제 기판상에 유기 고분자 패턴이 남지 않는 문제가 발생할 수 있다.

이러한 기술적 제한 사항들을 동시에 해결하기 힘들기에, 종래에는 유기 고분자를 코팅 후 반응성 이온 식각(Reactive ion etching: RIE)과 같은 방법을 같이 이용하거나, 전체적으로 유기 고분자를 코팅한 후 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography) 방법 등을 이용하여 유기 고분자 패턴을 제작하였다.

반응성 이온 식각의 방법을 사용하기 위해서는 고가의 장비를 사용해야만 한다는 점과, 사용되는 가스의 종류와 압력 등의 조건 및 식각 속도(rate)를 잡아야한다는 번거로움이 있다.

또한, 나노임프린트 리소그래피와 같은 방법을 이용하기 위해서는 Si(실리콘) 기판상에 이빔 리소그래피(e-beam lithography)나 포토리소그래피 및 각종의 식각 방법을 이용하여 마스터(master) 기판을 제작하고, 이 위에 자가결합물질(self-assembly monolayer)과 같은 표면 개질의 방법을 동원하여 고분자 스탬프(polymer stamp)를 제작해야 하며, 이를 다시 유기 고분자 상에 찍는 방법을 이용해야 하는 불편함이 있다. 이 방법은 대면적에 반복되는 패턴을 제작하기엔 편리하나, 아직은 얼라인(align) 공정에 적용할 수 없어 다층의 반도체 소자 제조에 적용될 수 없는 치명적인 단점이 있다.

포토리소그래피 방법으로 기판상에 유기 고분자 패턴을 제작하는 것은 그 자체가 매우 까다롭고 제한적이어서 이러한 시도로 만들어진 결과가 없을 뿐만 아니라, 이러한 것을 요구하는 응용 분야 역시 기존의 반도체 공정에서는 없었다.

그런데, 최근의 연구결과에 따르면, 단일벽탄소나노튜브(SWCNT)를 소자화시키고 이를 응용하기 위해서 본질적으로(intrinsically) p 타입인 단일벽탄소나노튜브를 n 타입으로 도핑할 필요가 있으며(Shim et al ., J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 11512.참조), 이러한 방법을 통해 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS, 시모스) 및, 논리 소자(logic device)의 가장 기본적인 링 오실레이터(ring oscillator) 등을 제작할 수 있는 가능성이 대두되게 되었다.

이러한 목적을 달성하기 위해서는 폴리에틸렌이민과 같은 도핑 물질(doping material)을 선택적인 코팅을 통해 패터닝해야 할 필요성이 있다. 선택성 없이 일괄적으로 코팅이 이루어지게 되면 폴리에틸렌이민 제거의 어려움 때문에 소자의 특성을 기대할 수 없다. 이러한 선택적 패터닝의 방법은 얼라인(align) 공정이 가능한 기술을 이용해야 이루어질 수 있다.

이러한 점에서, 상기의 나노임프린트 리소그래피의 방법은 얼라인 자체가 불가능하므로 적합하지 않다. 따라서, 얼라인(align)이 가능하면서도 폴리에틸렌이민을 선택적으로 도핑할 수 있는 공정의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

이와 같은 기술적 배경 하에서, 본 발명자들은 종래의 포토리소그래피 방법을 유기 고분자, 특히 폴리에틸렌이민의 패터닝에 적용시키기 위하여 예의 노력한 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

결국, 본 발명의 목적은 최적화된 포토리소그래피 공정의 개발을 통해 고가의 장비의 필요없이 단순화된 공정을 통해 폴리에틸렌이민을 선택적으로 패터닝 할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기의 폴리에틸렌이민을 선택적으로 패터닝하는 방법을 이용하여 제조된 반도체 소자를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는

기판 상에 감광성 수지막 패턴을 형성시키는 단계; 폴리에틸렌이민 수용액을 상기 감광성 수지막 패턴 두께의 80% 이하의 두께가 되도록 도포하는 단계; 상기 도포된 폴리에틸렌이민 수용액을 건조시키는 단계; 및 상기 감광성 수지막을 선택적으로 제거할 수 있는 용매와 함께 초음파를 처리하여 감광성 수지막을 제거하는 단계를 포함하는 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌이민 수용액은 폴리에틸렌이민:증류수가 1:1~125 범위일 수 있다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌이민 수용액은 폴리에틸렌이민:증류수가 1:5~25 범위일 수 있다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌이민의 도포는 1000~2000 rpm으로 25~40초간 스핀코팅하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌이민의 도포는 500 rpm에서 5 초간 스핀코팅 한 다음, 1000~2000 rpm으로 25~40초간 스핀코팅하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine) 수용액을 상기 감광성 수지막 두께의 80% 이하의 두께가 되도록 도포하는 단계 이전에, 기판 위에 1~2㎕/1mm²의 폴리에틸렌이민 수용액층이 형성되도록 뿌려주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌이민 수용액의 건조는 65~100℃에서 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 감광성 수지막을 제거하는 단계는 100~200W 강도의 초음파를 2~10분간 처리하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 감광성 수지막을 선택적으로 제거할 수 있는 용매는 아세톤일 수 있다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝은 다층의 반도체 소자 제조에 적합한 것임을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 방법에 따라 폴리에틸렌이민이 선택적으로 패터닝된 기판을 포함하는 반도체 소자가 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기판; 기판상에 배열된 탄소나노튜브; 상기 탄소나노튜브에 접하여 소정의 간격으로 형성된 전극; 및 상기 전극을 연결하는 탄소나노튜브 상에 상기 서술된 방법에 따라 선택적으로 코팅된 폴리에틸렌이민층을 포함하는 반도체 소자가 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 반도체 소자의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 반도체 소자는 폴리에틸렌이민층이 선택적으로 코팅되어 탄소나노튜브의 본질적인 p 타입 반도체 성질이 n 타입으로 전환되도록 한 반도체 소자일 수 있다.

본 발명에 따른 반도체 소자의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 탄소나노튜브는 단일벽탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 반도체 소자일 수 있다.

본 발명은 기존의 포토공정 장비를 그대로 활용하여 폴리에틸렌이민을 선택적으로 패터닝할 수 있어 공정비용 및 소요시간의 측면에서 매우 효율적이다. 또한, 얼라인(align)이 가능하면서도 매우 정밀한 고분자의 패턴이 가능하여, 일 실시예로 탄소나노튜브의 전계특성을 변환시켜 반도체 소자를 제조할 수 있는 등 매우 큰 장점 및 효과를 갖는다. 본 발명에 따르면 각종 로직 회로 및 PM(passive matrix)을 이용한 다양한 소자(터치 스크린, PMOLED, etc) 등을 제작할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 과정의 개략도이다.도 1의 (가)는 기판(1) 위에 감광성 수지막(2)을 스핀코팅한 후 포토리소그래피 공정을 따라 감광성 수지막에 패턴을 현상(develop)시킨 후의 모습을 나타내고, (나)는 감광성 수지막 패턴 상에 폴리에틸렌이민 수용액(3)을 감광성 수지막의 높이 보다 낮게 도포한 모습이며, (다)는 감광성 수지막을 제거하기 위한 용매 처리 후의 완성된 폴리에틸렌이민 패턴의 모습이다.
도 2는 스핀코터를 이용하여 폴리에틸렌이민을 코팅할 때 폴리에틸렌이민이 젖어들면서 원하는 패턴으로 만들어져 가는 과정을 나타낸 것이다. 도 2의 (가)는 도 1의 (가)에 해당하는 광학현미경 사진이고, (나)는 도 1의 (나)의 한 도포 방법으로 스핀코터를 이용하여 적절한 두께로 폴리에틸렌이민을 도포한 직후의 광학 현미경 사진이며, (다)는 상기 도 2의 (나)에서 도포된 폴리에틸렌이민이 젖어들면서 패턴을 가득 채운 후의 광학 현미경 사진이다.
도 3은 틸티드 드롭 캐스팅(Tilted drop casting) 방법으로 폴리에틸렌이민 수용액을 적정량 떨어뜨린 후 패턴을 가득채운 광학 현미경 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 도 1 (다)의 과정을 거친 후 얻은 광학 현미경 사진이다. 도 4의 (가)는 실시예 5에 따라 올바르게 제조된 패턴의 예이며, 우측 (나)와 (다)의 사진은 비교예 1(나) 및 비교예 2(다)에 따라 제조된 예이다.
도 5는 본 발명의 탄소나노튜브를 이용한 응용의 예를 나타낸 것이다. 도 5의 (가)는 수평 정렬된 단일벽탄소나노튜브를 성장시킨 후 찍은 주사전자현미경(SEM) 사진이고, (나)는 (가)를 재료로 실제 소자를 제작한 주사현미경(SEM) 사진이며, (다)는 (나) 상에 금속 전극과 폴리에틸렌이민 패턴을 얼라인(align)한 광학현미경 사진이며, (라)는 (다)의 일부분을 확대한 광학현미경 사진이다.
도 6은 도 5의 (라) 그림을 보다 상세하게 설명하기 위한 모식도이다. 도 6의 (가)는 기판(1) 상에 배열된 전극(2, 3)과 이를 연결하는 탄소나노튜브(4)를 나타내고, (나)는 상기 (가)의 탄소나노튜브 상에 폴리에틸렌이민(5)이 선택적으로 패터닝된 모습을 나타낸다. 그림에서 식별번호 4는 폴리에틸렌이민이 코팅되지 않아 탄소 나노튜브가 p 타입의 반도체 소자 특성을 나타내는 영역이며, 식별번호 5는 폴리에틸렌이민의 코팅으로 인해 n 타입으로 전환된 반도체 소자 특성을 나타내는 영역이며, (다)는 (나)의 식별번호 4번 영역을 횡단면으로 바라본 그림으로서, 기판상에 탄소나노튜브만 존재하고 있는 모양을 나타내며, (라)는 (나)의 식별번호 5번 영역을 횡단면으로 바라본 그림으로서, 기판상의 탄소나노튜브가 폴리에틸렌이민으로 코팅되어 있는 모양을 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝에 따라 제조된 (가) n-p-n형 반도체 소자, (나) p-n-p형 반도체 소자의 일 실시예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 반도체 소자의 제조에 있어서 소스 전극과 드레인 전극을 탄소나노튜브로 연결시킨 도 6의 (가) 구조를 제조하는 과정을 나타낸다.
도 9의 (가)는 단일벽탄소나노튜브 고유 특성('Intrinsic‘으로 표기된 선), 폴리에틸렌이민을 전체적으로 코팅 후 특성(’PEI coated‘로 표기된 선), 소자를 적절한 열처리를 한 후의 전기특성(’Annealed‘로 표기된 선)을 나타내는 그래프이며, 도 9의 (나)는 도 5의 (라)에 나타나 있는 소자의 전기특성을 나타낸다.

본 발명은 폴리에틸렌이민을 선택적으로 패터닝하는 방법 및 이를 통해 제조된 반도체 소자를 제공한다.

폴리에틸렌이민은 고밀도의 아민그룹으로 이루어진 수용성의 양이온 고분자로서, 접착제나 섬유 처리제, 수처리제, 효소 고정제 등으로 산업계 뿐만 아니라 BT, NT 등의 분야에서 다양한 연구 재료로 활용되고 있으며, 특히 코팅을 목적으로 매우 다양한 방법으로 많이 쓰이는 물질 중 하나이다.

단일벽탄소나노튜브(SWCNT)는 이이지마에 의해 발견된 이 후 나노기술의 중심에는 단일벽탄소나노튜브가 있다고 해도 과언이 아니다. 수많은 연구자들이 단일벽탄소나노튜브의 가능성을 보고 많은 연구가 이뤄졌다. 그 중에서도 1997년에 Smally 그룹에서 알칼리 금속(공기 중에서는 매우 불안정)로 단일벽탄소나노튜브를 p타입에서 n타입으로 변환 가능성을 본 이래(Lee et al., Nature 1997, 388, 255), 2001년 홍지 다이 그룹의 심문섭박사가 단일벽탄소나노튜브 상에 고분자를 코팅해서 초기의 p 타입의 특성을 n 타입으로 변환할 수 있다(Shim et al ., J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 11512.)는 것을 최초로 보였다. 이 때 사용된 물질이 폴리에틸렌이민이었으며, 특히 폴리에틸렌이민 코팅을 통해 공기 중에서도 안정한 n 타입 특성을 보여줄 수 있었다.

이 후 많은 연구자들이 폴리에틸렌이민 뿐만 아니라 다양한 고분자 물질로 본질적으로 p-타입인 단일벽탄소나노튜브를 n 타입으로 변화시킬 수 있다는 보고를 하였다. 이러한 연구는 지금까지도 계속 진행되어지고 있으며, 그러한 연유는 본질적으로 p에 쌍을 이룰 p 타입의 물질의 다른 한 쌍이 있어야 로직 게이트(logic gate)로의 의미가 있을 뿐만 아니라, 다른 물질에서 단일벽탄소나노튜브의 쌍을 찾기 보다는 간단한 도핑으로 n 타입으로 변환 할 수 있다는 장점이 매우 크기 때문이다. 그리고 p-n 다이오드(Zhou et al., Nano Letters 2004, 4, 2031.) 뿐만 아니라, 수평으로 얼라인된 단일벽탄소나노튜브를 이용하여 p-MOS와 n-MOS 로직 게이트 등이 시연되었다(Kang et al ., Nature Nanotechnology 2007, 2, 230.).

하지만 이러한 방법은 디바이스 채널에 PMMA를 이빔 리소그래피(e-beam lithography) 방법으로 패터닝한 후 전체적으로 폴리에틸렌이민을 스핀코팅하거나또는 폴리에틸렌이민을 전체적으로 코팅한 후 연결하는 방법으로 소자의 가능성은 보여주지만, 실제 반도체 공정에서 적용이 불가능한 이빔 리소그래피를 이용한 PMMA 패터닝이라던지, 선택적인 패터닝을 통한 로직 게이트 제작에는 한계가 있다.

본 발명에서는 실제 반도체 공정에서 적용 가능하면서도 얼라인(positioning 포함)이 가능하여 다층의 반도체 소자 제조에 적용 가능한 패턴 제작 방법을 제공한다.

이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법에서는 기판 상에 감광성 수지막 패턴을 형성시키는 단계; 폴리에틸렌이민 수용액을 상기 감광성 수지막 패턴 두께의 80% 이하의 두께가 되도록 도포하는 단계; 상기 도포된 폴리에틸렌이민 수용액을 건조시키는 단계; 및 상기 감광성 수지막을 선택적으로 제거할 수 있는 용매와 함께 초음파를 처리하여 감광성 수지막을 제거하는 단계를 포함한다.

상기 본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법에 사용될 수 있는 감광성 수지의 종류는 폴리에틸렌이민은 녹이지 않으나 그 감광성 수지는 녹일 수 있는 용매의 선택이 가능한 것이라면 무엇이든 사용가능하다.

본 발명의 실시예에서는 감광성 수지로서 아세톤에 녹는 AZ5214E(기린시약기기상사(서울)로부터 구매)를 이용하였으며, 이것 이외에도 AZ1505, AZ1512 HS, AZ1514H, AZ1518, TI35E, AZ4533, AZ4562, AZ9260, TI35ES, TI Spary, TI Plating, TI xLift, AZnLOF2000, AZ Mir 701, AZ ECI 3000 등이 사용가능하고, 이러한 감광성 수지들은 모두 아세톤에 용해가능하여 감광성 수지를 녹이기 위한 용매로서 아세톤이 사용가능하다. 또한 이러한 감광서 수지들을 녹이기 위해서 특히 시판되는 AZ 100 Remover(기린시약기기상사(서울)로부터 구매)를 사용하여 그 효율을 높일 수도 있다.

본 발명에 따라 폴리에틸렌이민을 선택적으로 패터닝하기 위해서는 기판 상에 감광성 수지 패턴을 적절한 두께로 미리 준비하는 단계가 필요한데, 이는 통상적인 포토리소그래피의 패터닝 방법을 이용하여 기판 상에 감광성 수지막을 스핀코팅 또는 기타의 방법을 통해 도포한 후 건조시킨 다음, 얼라이너에 포토 마스크를 올려 UV를 조사함으로써 수행될 수 있다.

상기와 같은 방법을 통해 감광성 수지 패턴이 형성된 기판에 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine) 수용액을 상기 감광성 수지막 두께의 80% 이하의 두께가 되도록 도포한다.

상기 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine) 수용액을 상기 감광성 수지막 두께의 80% 이하의 두께가 되도록 도포하는 단계 이전에, 기판 위에 1~2㎕/1mm²의 폴리에틸렌이민 수용액층이 형성되도록 뿌려주는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 폴리에틸렌이민 수용액은 폴리에틸렌이민:증류수의 비율이 1:1~125, 바람직하게는 1:5~25로 희석시킨 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 1:5로 증류수에 희석시킨 폴리에틸렌이민 수용액이 사용될 수 있다.

폴리에틸렌이민:증류수의 비율이 1:125 미만인 경우에는 형성되는 폴리에틸렌이민 성분이 너무 희박하여 화합물 자체의 특성이 나타나지 않아 바람직하지 않으며, 1:1을 초과하여 폴리에틸렌이민의 함유량이 많아지게 되면 점성이 높아져 스핀코팅시 폴리에틸렌이민 수용액이 서로 뭉친 상태에서 날아가게 되며, 이럴 경우 기판 일부의 패턴 내에는 폴리에틸렌이민 수용액의 양이 오히려 너무 적게 되어 폴리에틸렌이민 수용액이 균일하게 분포할 수 없어 바람직하지 않다.

폴리에틸렌이민 수용액을 골고루 뿌려주는 것은 기판 전체에 기판 1mm² 면적당 1~2㎕의 폴리에틸렌이민 수용액 층이 골고루 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 해밀토니안 시린지 등으로 뿌린 후 다시 빨아들이거나, 제조된 감광성 수지막 샘플을 경사지게 두고, 상기 감광성 수지막의 상단에 희석된 폴리에틸렌이민 수용액을 뿌려준 뒤 바닥에는 물을 잘 흡수할 수 있는 거즈를 대고 샘플을 기울인 상태로 상온에 방치하는 방법 등을 통해서도 수행될 수 있다. 이들 방법을 통해 기판 위에 남게 되는 폴리에틸렌이민의 양을 조절할 수 있다.

상기와 같이 1mm² 면적당 1~2㎕의 폴리에틸렌이민 수용액이 골고루 뿌려질 수 있도록 폴리에틸렌이민을 뿌려주게 되면 감광성 수지막 상에 극성이 우수한 폴리에틸렌이민 수용액이 150~200㎛ 두께로 유지될 수 있는데, 이렇게 뿌려지는 폴리에틸렌이민 수용액의 두께가 향후 스핀코팅을 포함한 공정을 통해 생성될 폴리에틸렌이민층의 두께 및 품질과도 연관된다.

즉, 폴리에틸렌이민 수용액이 기판 1mm² 면적당 1㎕보다 적게 뿌려지게 될 경우, 폴리에틸렌이민 수용액이 국부적으로 뭉치기 시작하며, 일부 영역에서는 폴리에틸렌이민 수용액이 없어지는 문제가 발생하게 되어 바람직하지 않다.

폴리에틸렌이민 수용액이 기판 1mm² 면적당 2㎕보다 많이 뿌려지게 될 경우, 추후의 스핀코팅과 건조과정을 거치더라도 폴리에틸렌이민층이 너무 두텁게 형성되어 상기 감광성 수지막을 모두 덮게 된다. 이럴 경우 감광성 수지막에 용매가 접근할 수 없어 감광성 수지막을 제거할 수 없게 되어 바람직하지 않다.

상기와 같이 폴리에틸렌이민 수용액이 적정 두께로 뿌려진 샘플은 1000~2000 rpm으로 25~40초 동안 스핀코팅하는 것이 바람직하다.

상기에서 스핀속도를 1000 rpm 이하로 수행하였을 때는 육안상으로는 폴리에틸렌이민 수용액이 균일한 두께로 스핀코팅된 것처럼 보이나, 이 후 건조 과정에서 폴리에틸렌이민 수용액끼리 가운데로 뭉치게 되면서 가운데 쪽은 폴리에틸렌이민 덩어리가 뭉쳐 패턴 전체를 덮게 되는 양상을 나타내게 되며, 이럴 경우 최적의 조건으로 추후의 공정을 진행하더라도 폴리에틸렌이민 패턴이 깨끗하게 만들어지지 않는다. 이는 국부적으로 폴리에틸렌이민층이 너무 두텁게 형성되어 상기 감광성 수지막과 아세톤이 접촉할 수 없게 되기 때문이다. 즉, 아세톤이 폴리에틸렌이민 필름을 뚫고 들어가서 감광성 수지막을 녹여낼 수는 없기 때문이다.

이 경우, 기판의 바깥쪽 영역은 폴리에틸렌이민의 양이 너무 적어 처음에 만들고자 하였던 패턴을 제작할 수가 없다. 즉, 폴리에틸렌이민 수용액을 적당량 도포하더라도 1000 rpm 이하와 같이 낮은 속도로 스핀코팅을 수행하면, 폴리에틸렌이민 수용액이 처음에는 균일하게 도포되는 것 같아도, 폴리에틸렌이민 수용액이 기판 중앙에 국부적으로 뭉치기 시작하며, 일부 영역에서는 폴리에틸렌이민 수용액이 없어지는 문제가 발생하게 되어 바람직하지 않다.

이때, 스핀코팅이 2000 rpm 이상으로 수행될 경우에도 폴리에틸렌이민 수용액이 서로 뭉친 상태에서 날아가게 되어 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에서는 상기와 같이 스핀코팅하기 전에 500 rpm에서 5 초간 약하게 스핀코팅하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

폴리에틸렌이민이 도포된 후 감광성수지막을 통해 형성된 패턴을 남기기 위해서는 도포되는 폴리에틸렌이민 층이 충분히 얇아야 하는데, 감광성 수지막보다 폴리에틸렌이민층이 더 두꺼울 경우에는 감광성 수지막의 제거에 사용되는 유기 용매가 감광성 수지막에 닿을 수 없어 이를 제거할 수 있는 반응이 일어날 수 없게 되기 때문이다(도 1의 (나) 및 (다) 참조).

따라서, 본 발명에서는 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine) 수용액을 상기 감광성 수지막 두께의 80% 이하의 두께가 되도록 도포하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 조건으로 폴리에틸렌이민을 도포하는 과정을 거치게 되면, 상기 폴리에틸렌이민 수용액은 상기 감광성 수지막 두께의 80%이하의 두께로 도포되게 된다. 도 1의 (나)는 이러한 형상을 나타낸 모식도이다. 이때, 폴리에틸렌이민이 감광성 수지막의 두께에 비해 80%를 초과한 두께로 도포되는 경우에는 감광성 수지막의 모서리와 폴리에틸렌이민간에 작용하는 표면장력에 의해 감광성 수지막이 외부로 노출되지 않을 수 있다. 이럴 경우, 추후의 공정을 최적의 조건으로 거치게 되더라도 폴리에틸렌이민층이 너무 두텁게 형성되어 감광성 수지막을 녹일 수 있는 용매가 접근할 수 없게 되므로 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법은 상기 도포된 폴리에틸렌이민 수용액을 건조시키는 단계를 포함한다.

스핀코팅된 샘플은 수평계를 이용하여 수평상태가 유지되는 65~100℃의 온도에서 드라잉 오븐(Drying oven) 등을 이용하여 12~48시간 동안 건조시켜 물을 제거하는 것이 바람직하다. 이때, 온도가 65℃보다 낮거나, 처리시간이 12시간 보다 짧은 경우에는 건조에 지나치게 많은 시간이 소요되어 바람직하지 않으며, 100℃ 이상의 온도 혹은 48시간 이상의 조건으로 처리되는 경우에는 과다한 건조 및 형성되는 폴리에틸렌이민층의 변형이 일어날 수 있어 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝 방법은 상기 감광성 수지막을 선택적으로 제거할 수 있는 용매와 함께 초음파를 처리하여 감광성 수지막을 제거하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 폴리에틸렌이민층이 건조된 기판을 감광성 수지막의 선택적 제거가 가능한 용매로 채워진 비커에 담근 후 욕조 타입의 초음파 처리기에 넣어 100~200W의 강도로 2분~10분 동안 초음파 처리를 함으로써 감광성 수지막 제거의 효율을 높인다.

폴리에틸렌이민에는 영향을 미치지 않으면서 감광성수지막 제거를 하기 위한 용매로서 본 발명에 따른 실시예에서는 아세톤을 사용하는데, 아세톤 대신 메탄올이나 에탄올과 같은 알콜로 용제를 바꾸고 상기 아세톤 처리와 동일한 조건의 초음파를 처리한 경우에는, 도 4의 (나)에 도시된 결과처럼 폴리에틸렌이민이 일부 녹아서 기판에 붙게 되어 바람직하지 않다. 본 발명에서 감광성 수지를 녹이기 위한 용매로서 아세톤이 사용될 수 있는데, 이러한 감광서 수지를 녹이기 위해서 특히 시판되는 AZ 100 Remover(기린시약기기상사(서울)로부터 구매)를 사용하여 그 효율을 높일 수도 있다.

이때, 초음파의 강도가 100W미만으로 약한 경우에는 감광성 수지막의 제거가 깨끗하게 이루어지지 않아 바람직하지 않다. 세척병 등을 이용하여 초음파 없이 아세톤을 처리하는 경우, 도 4의 (다)와 같이 깔끔하지 않은 결과물을 얻게 될 수 있다. 초음파의 세기가 200W를 초과하는 경우에는 제조되는 기판에 불필요하게 많은 에너지가 가해지게 되어 기계적인 피로도를 증가시키게 되므로 바람직하지 않다.

초음파의 처리시간에 있어서는 2분보다 짧게 처리한 경우에는 감광성 수지막이 깨끗하게 제거되지 않을 수 있어 바람직하지 않으며, 10분을 초과하여 처리하게 되면 역시 기판에 기계적인 피로도를 증가시키게 되며, 패턴의 형성에 있어서도 큰 개선점이 발견되지 않아 불필요하다.

상기 과정을 통해 감광성 수지 패턴은 용매에 용해되어 제거되고 폴리에틸렌이민만이 기판 상에 남게 되어 도 4의 (가)와 같은 패턴을 제작할 수 있다. 감광성 수지막의 형태에 따라 도 4의 (가) 이외에도 다양한 형태로 제조될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 방법을 통해 패턴이 형성된 기판을 이용하여 제조된 반도체 소자를 제공할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝을 이용하여 제조될 수 있는 반도체 소자의 예를 나타내고 있다. 도 5의 (다)는 얼라이너(Mask Aligner MA150CC, SUSS사)로 전극 패턴과 라인패턴을 얼라인 시킨 샘플로서, 본 발명에 따른 방법이 실제 공정에서도 얼라인이 가능하다는 것을 나타내고 있다. 또한 폴리에틸렌이민이 금속성 전극 패턴 상에서도 패턴이 양호하게 형성될 수 있음을 나타내고 있다.

도 6에는 본 발명에 따른 도 5 (라)의 단일벽탄소나노튜브 반도체 소자의 모식도가 나타나 있다.

도 6의 (가)는 기판(1) 상에 배열된 전극(2, 3)과 이를 연결하는 탄소나노튜브(4)를 나타내고, (나)는 상기 (가)의 탄소나노튜브 상에 폴리에틸렌이민(5)이 선택적으로 패터닝된 모습을 나타낸다. 그림에서 식별번호 4는 폴리에틸렌이민이 코팅되지 않아 탄소 나노튜브가 p 타입의 반도체 소자 특성을 나타내는 영역이며, 식별번호 5는 폴리에틸렌이민의 코팅으로 인해 n 타입으로 전환된 반도체 소자 특성을 나타내는 영역이다.

도 6의 (다)는 (나)의 식별번호 4번 영역을 횡단면으로 바라본 그림으로서, 기판상에 탄소나노튜브만 존재하는 (탄소나노튜브 자체의 본질적인 (intrinsic) p 타입 반도체 소자 특성을 나타내는 영역, 도 9 (가) 참조)을 나타낸다.

도 6의 (라)는 (나)의 식별번호 5번 영역을 횡단면으로 바라본 그림으로서, 기판상의 폴리에틸렌이민으로 코팅된 탄소나노튜브(n 타입 반도체 소자 특성을 나타냄, 도 9 (가) 참조) 영역의 모양을 나타낸다.

도 7 (가)는 본 발명에 따른 폴리에틸렌이민의 선택적 패터닝에 따라 제조된 n-p-n형 반도체 소자, (나)는 p-n-p형 반도체 소자(나)의 일 실시예를 나타낸다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 반도체 소자의 제조에 있어서 소스 전극과 드레인 전극을 탄소나노튜브로 연결시킨 도 6의 (가) 구조를 제조하는 과정을 나타낸다.

도 9의 (가)는 단일벽탄소나노튜브 고유 특성(Intrinsic), 폴리에틸렌이민을 전체적으로 코팅 후 특성(PEI coated), 소자를 적절한 열처리를 한 후의 전기특성(Annealed)을 나타내는 그래프이며, 도 9의 (나)는 도 5의 (라)에 나타나 있는 소자의 전기특성을 나타낸다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다 할 것이다.

실시예 1: 감광성 수지막의 제조

5mm x 5mm 및 10mm x 10mm 두 종류의 웨이퍼 기판(SiO₂ (300nm, thermally grown)/Si(orientation: <100>, heavily boron doped(p-type), 525+/- 25 μm, resistivity 0.010~0.020), Silicon Technology Coporation) 상에 AZ5214 감광성 수지막을 500rpm으로 5초간 돌려준 후 바로 분당 3500번 회전의 속도로 35초간 스핀 속도로 도포한 후 100℃로 맞추어진 핫플레이트 상에 AZ5214가 도포된 기판을 올려 AZ5214(클라리언트社)를 건조시켰다. 그런 다음, 상기 기판에 포토 마스크를 올려 UV(=350 nm)를 9초간 조사하여 도 1과 같이 패터닝된 감광성 수지막을 제조하였다. 이러한 조건으로 제조된 상기 감광성 수지막은 1.4~1.5㎛의 두께를 갖게 된다.

실시예 2: 스핀코팅에 의한 폴리에틸렌이민의 도포(5 mm x 5 mm )

상기 과정을 통해 제조된 감광성 수지막 패턴이 도포된 기판의 5 mm x 5 mm 샘플을 스핀코터 상에 올린 후, 해밀토니안 시린지(Haemiltonia syringe)를 이용하여 1:5(폴리에틸렌이민:수용액)로 희석한 폴리에틸렌이민 수용액 30㎕를 기판 전체에 골고루 뿌린 후 26 ㎕를 다시 해밀토니안 시린지로 빨아들였다. 이와 같은 과정을 거치면 감광성 수지막 상에 폴리에틸렌이민이 대략 160 ㎛ 두께로 도포되며, 이를 500 rpm 5 초, 1500 rpm으로 30초 동안 스핀코팅하여 도 2와 같은 결과물를 얻을 수 있었다.

실시예 3: 스핀코팅에 의한 폴리에틸렌이민의 도포(10 mm x 10 mm )

실시예 1과 같은 방법으로 제조된 10 mm x 10 mm 감광성 수지막 패턴이 형성된 기판을 스핀코터 상에 올린 후, 100㎕ 를 해밀토니안 시린지로 기판 전체를 골고루 뿌린 후 80~85㎕를 다시 빨아들여 약 200 ㎛ 두께의 폴리에틸렌이민 막을 조성하였다. 이를 500 rpm 5 초, 1500 rpm으로 30초 동안 스핀코팅하여 도 2와 같은 결과물를 얻을 수 있었다.

실시예 4: 틸티드 드롭 캐스팅( Tilted drop casting )에 의한 폴리에틸렌이민의 도포

실시예 1과 같은 방법으로 제조된 10 mm x 10 mm 감광성 수지막 샘플을 45도 경사지게 두고, 수지막의 상단에 5:1로 희석된 폴리에틸렌이민 1 ml를 쭉 뿌려준 뒤 바닥에는 물을 잘 흡수할 수 있는 거즈를 대고 샘플을 약 80도 이상 기울인 상태로 2~3분 상온에 방치한 다음, 스핀코터로 500 rpm에 5초, 1500 rpm에 30초 동안 스핀코팅하여 도 4와 같은 결과물을 얻을 수 있었다.

실시예 5: 아세톤을 이용한 감광성 수지막의 제거

실시예 3에서 제조된 샘플을 수평이 잘 맞도록 수평계를 이용하여 수평상태가 유지되는 70 ℃의 드라잉 오븐(Drying oven)에 24시간 동안 건조하여 물을 제거시킨 다음, 비커에 아세톤을 적당량 채우고, 욕조 타입의 초음파 처리기(JAC Ultrasonic 1505 KODO로, 진동수는 40kHz임)에 넣은 후, 150W의 강도로 5분간 초음파 처리를 하였다. 이를 통해 감광성 패턴은 용매에 용해되어 제거되고 폴리에틸렌이민만이 기판 상에 남게 되어 도 4의 (가)와 같은 패턴을 제작할 수 있었다.

비교예 1: 알콜을 이용한 감광성 수지막의 제거

실시예 5와 동일한 방법을 적용하되, 아세톤 대신 메탄올을 용제로 사용하여 리프트 오프 과정을 거친 결과 도 4의 (나) 결과처럼 폴리에틸렌이민이 일부 녹아서 기판에 붙게 되는 것으로 나타났다.

비교예 2: 초음파 처리 없이 용매 처리만을 수행한 감광성 수지막의 제거

그리고 아세톤을 실시예 5의 초음파 세척 대신 초음파가 없는 일반 세척병으로 처리할 경우 도 4의 (다)와 같이 깔끔하지 않은 결과물이 수득되었다.

실시예 6: 폴리에틸렌이민이 선택적으로 패터닝된 단일벽탄소나노튜브 반도체 소자의 제조

먼저 도 5의 (가)는 쿼츠(Quarts) 기판에 가로로 배열된(horizontally aligned) 단일벽탄소나노튜브(SWCNT)의 주사전자현미경 사진을 나타낸다.

먼저 단일벽탄소나노튜브를 이용하여 반도체 소자를 제조하였다. 단일벽탄소나노튜브 상에 금을 100nm 두께로 증착한 후, 써말 테잎(thermal tape, Nitto Denko, No. 3198M/3198MS 또는 No. 3195M/3198MS)을 이용해 금을 떼어내면 금이 단일벽탄소나노튜브에 부착되어 쿼츠 기판으로부터 같이 떨어져 나가게 되고, 이 테입을 SiO₂ (300 nm, thermally grown)/p++ Si (500 ㎛, heavily boron doping된 기판, 저항치가 0.010~0.020 ohm cm) 기판 상에 올려두고, 적절한 온도로 처리한다.

사용된 써말 테잎은 120℃에서 접착 능력을 잃게 되어 125℃로 유지시킨 핫 플레이트로 처리하면 써말 테잎만 말려서 떨어지게 된다. 보다 상세하게는, 먼저 기판을 올린 후 120℃로 가열하고, 120℃에 도착하자마자 다시 125℃로 설정해 125℃로 승온하여 써말 테잎과 Au가 완전히 떨어진 것을 눈으로 확인한 후 써말 테잎을 집어 들어내는 과정을 거치게 되면 기판상에는 단일벽탄소나노튜브/금(Au) 층이 그대로 남게 된다. 이를 금(Au) 에칭액(Gold Etch TFA, Transene Company, INC.)으로 금을 에칭하여 수평으로 얼라인 된(horizontally aligned) 단일벽탄소나노튜브만이 기판에 남도록 하였다. (도 5의 (나))

그런 다음, 도 8 에 나타나 있는 바와 같이, 상기 단일벽탄소나노튜브가 제조된 기판에 소스 및 드레인 전극 형성을 위해 Au를 증착하였다. 이때 Au 대신 Au/Ti, Pd, Pd/Ti 또는 Cr과 같은 금속 또한 사용이 가능하다.

상기 전극의 형성은 이 빔 증착기(E-beam evaporator)로 단일벽탄소나노튜브에 금속 물질을 증착하여 수행되는데, 접착성이 나쁜 금속의 경우에는 1nm 두께의 Ti 접착층(Ti adhesive layer)을 먼저 증착 후 금속 전극을 30 nm 이상 증착하게 된다.

본 발명에서는 Au를 증착한 다음, 아세톤을 채운 비커에 초음파 처리를 처리한 다음, 아세톤>IPA>메탄올>에탄올>증류수 순으로 각 1분씩 3회 반복세척하여 포토레지스트를 제거하여 금속전극을 형성시켰다.

그런 다음, 도 8 (나)의 식별번호 4와 같이 커버 패턴(cover pattern)을 전극 상에 만든다. 상기 커버 패턴은 단일벽탄소나노튜브의 채널을 형성(channel define) 하기 위한 패턴으로서, 소자를 격리(isolation)하기 위해 전극과 전극 사이에 포토레지스트로 형성시킨 패턴을 말한다.

그 후, O₂-RIE를 처리(20 sccm/100 W/ 5 (5~20)mtorr/ 30 sec)하여 커버 패턴과 전극 패턴 밖에 노출된 모든 단일벽 탄소나노튜브를 제거하여 도 8의 (라)와 같은 결과를 얻을 수 있었다.

그 후 전기적 파쇄(electrical break-down) 공정을 거치게 된다. 즉, 바텀 게이트(bottom gate)에 강한 양의 전압(positive voltage)을 걸게 되면, 반도체 성질을 갖는 p 타입의 단일벽탄소나노튜브는 더 이상 채널의 역할을 못하며, 모든 전류가 금속성 단일벽탄소나노튜브을 따라 흐르게 된다. 따라서 이 때 드레인-소스 전극에 금속성 단일벽탄소나노튜브가 못 견딜 정도로 전압을 인가하면 금속성 단일벽탄소나노튜브는 부서지게 되어 결국 채널 상에는 반도체성의 단일벽탄소나노튜브만 남게 된다. Vg는 대체로 40 V 이상, Vds도 40 V 이상 거는 것이 바람직한데, 채널에 따라 거는 정도가 다를 수 있다. 본 실시예에서는 Vg를 40 V에 맞추고, Vds를 0 V부터 40볼트까지 2 V 간격으로, 승압 시간은 0.2 초 간격으로 올리고, Vg는 40 V에서 45 V까지 찍어두고 1 volt 간격으로 Vds 승압이 끝남과 동시에 Vg를 승압시키면서 전류레벨(current level)이 급격히 떨어지는 순간이 보이는 시점 직전까지 계속 올린다. 이 단계에서 전류레벨(current level)이 급격히 떨어지지 않으면 또다시 Vg와 Vds를 5 V정도 더 올리며, 이러한 과정을 반복한다. 이 과정에서 급격하게 전류레벨(current level)이 떨어지는 현상이 보이는데, 이는 과전류가 금속성의 단일벽탄소나노튜브에 걸리면서 타게 되는 현상으로, 전기적 파쇄 공정이라 한다. 이를 통해, 금속성 탄소나노튜브만을 선택적으로 제거하였다.

상기와 같이 제작된 단일벽탄소나노튜브 반도체 소자에 실시예 1 내지 5에 기재된 바에 따라 폴리에틸렌이민을 선택적으로 패터닝하였다.

상기 실시예 5와 같은 조건으로 감광성 수지막의 제거 공정을 거치게 되면 사진으로 나타나 있는 도 5의 (다), (라) 및 도 6의 모식도 (나)와 같은 결과를 얻을 수 있다. 이를 통해, 제조된 단일벽탄소나노튜브 반도체 소자는 도 9의 (가)의 그래프에 PEI coated라고 표시된 것과 같은 n 타입의 전기적 특성을 나타내었다.

도 5의 (다), (라)에서 단일벽탄소나노튜브가 보이지 않는 이유는 대략 1 nm의 미세한 직경을 가지고 있기 때문이다. 상기 공정에 추가적으로 150 ℃ 에서 10분 간 처리하여 도 9(가)의 annealed라고 표시된 완벽한 n 타입의 전기적 특성을 갖는 소자를 제작할 수 있었다.

도 5의 (다), (라) 및 도 6의 (나)와 같이 일부분만 폴리에틸렌이민 패터닝이 가능한 경우, 두 전극 사이에 본질적인(intrinsic) p 타입 영역과, 폴리에틸렌이민이 코팅(doping)되어 n 타입으로 전환된 영역이 있는 p-n 접합 형태 소자의 제작이 가능하며, 이러한 경우 도 9의 (나)와 같이 뚜렷한 p-n junction 다이오드 특성을 갖는 소자를 만들 수 있게 된다. 이와 같은 폴리에틸렌이민의 코팅을 통해 원하는 채널만을 n 타입으로 전환시키거나, 채널의 일부분만을 선택적으로 코팅함으로써, p-n junction, 또는 도 7의 (가)와 같이 n-p-n, (나)와 같이 p-n-p 타입의 소자 등을 얼마든지 만들 수 있다. 이를 이용하여 CMOS, 나아가 링 오실레이터(ring oscillator)와 같은 로직 회로뿐만 아니라, p-n junction 어레이인 PM(passive matrix) 등을 제작할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 고가의 장비가 필요없으며, 기존의 포토리소그래피 공정에 사용되는 장비만으로도 수행할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에서 개시하고 있는 폴리에틸렌이민은 아민기가 매우 풍부한 양이온 고분자로, 수용성이기에 독성이 강한 기타 용매의 사용없이 감광성 수지막 상에 도포가 가능하였으며, 폴리에틸렌이민 수용액의 희석율 및 도포되는 양을 제어하여 소정의 조건으로 스핀코팅 후 폴리에틸렌이민 수용액이 서로 뭉치지 않도록 건조시킨 후, 아세톤 리프트 오프 과정을 거쳐 폴리에틸렌이민 패턴을 선택적으로 제작할 수 있었다.

본 발명은 식각과정에서 폴리에틸렌이민과 감광성 수지막의 용해도(solubility) 차이를 이용하여 나노스케일의 선택적인 패턴을 형성할 수 있도록 하고 있다. 또한 최적화된 양의 폴리에틸렌이민 수용액이 도포되도록 하고, 이를 스핀코팅시에도 과도하게 뭉쳐서 소실되는 것을 방지하여 결국 선택적 패터닝이 가능한 막의 형성에 필요한 최적조건을 제시하고 있다.

본 발명은 기존의 포토공정 장비를 그대로 활용하여 폴리에틸렌이민을 선택적으로 패터닝 할 수 있어 공정비용 및 소요시간의 측면에서 매우 효율적이다. 또한, 얼라인(align)이 가능하면서도 매우 정밀한 고분자의 패턴이 가능하여, 일 실시예로 탄소나노튜브의 전계특성을 변환시켜 반도체 소자를 제조할 수 있는 등 매우 큰 장점 및 효과를 갖는다. 본 발명에 따르면 각종 로직 회로 및 PM을 이용한 다양한 소자(터치 스크린, PMOLED, etc) 등을 제작할 수 있다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항 들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

도 1의 1: 기판, 2: 감광성 수지막, 3: 폴리에틸렌이민.
도 6의 1: 기판, 2: 전극, 3: 전극, 4: 탄소나노튜브, 5: 탄소나노튜브 상에 코팅된 폴리에틸렌이민
도 7 (가), (나)의 1: 기판, 2: 전극, 3: 전극, 4: 탄소나노튜브, 5: 탄소나노튜브 상에 코팅된 폴리에틸렌이민
도 8의 1: 소스 전극, 2: 탄소나노튜브, 3: 드레인 전극

Claims (14)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
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5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 기판; 기판상에 배열된 탄소나노튜브; 상기 탄소나노튜브에 접하여 소정의 간격으로 형성된 전극; 및
    폴리에틸렌이민 층이 탄소나노튜브 상에 선태적으로 코팅되어, 코팅된 부분 아래 영역이 본질적인 p 타입 반도체 성질에서 n타입으로 전환되도록 한 반도체 소자.
    
13. 제12항에 있어서, 상기 반도체 소자는 폴리에틸렌이민층이 선택적으로 코팅되어 탄소나노튜브의 본질적인 p 타입 반도체 성질이 n 타입으로 전환되도록 한 반도체 소자.
    
14. 제12항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 단일벽탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.

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