KR101666080B1 - 탄소나노튜브 센서의 제조방법 및 탄소나노튜브 센서 - Google Patents

탄소나노튜브 센서의 제조방법 및 탄소나노튜브 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR101666080B1
KR101666080B1 KR1020140193371A KR20140193371A KR101666080B1 KR 101666080 B1 KR101666080 B1 KR 101666080B1 KR 1020140193371 A KR1020140193371 A KR 1020140193371A KR 20140193371 A KR20140193371 A KR 20140193371A KR 101666080 B1 KR101666080 B1 KR 101666080B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon nanotube
channel
metal film
substrate
etching
Prior art date
Application number
KR1020140193371A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160082290A (ko
Inventor
변영태
김신근
이제행
김재성
김선호
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020140193371A priority Critical patent/KR101666080B1/ko
Publication of KR20160082290A publication Critical patent/KR20160082290A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101666080B1 publication Critical patent/KR101666080B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
    • H01L29/0665Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body the shape of the body defining a nanostructure
    • H01L29/0669Nanowires or nanotubes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13061Carbon nanotube field-effect transistor [CNFET]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

본 발명은, (a) 기판 상에 탄소나노튜브 입자를 흡착하는 단계, (b) 탄소나노튜브 입자가 흡착된 상기 기판 상에 채널을 형성하는 단계, (c) 상기 채널 상에 금속막을 증착하는 단계, (d) 상기 금속막 이외 부분의 탄소나토튜브 입자를 에칭하여 제거하는 단계, (e) 상기 채널 양쪽에 전극을 형성하는 단계, (f) 상기 채널 상에 증착된 금속막을 에칭하여 제거하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 센서의 제조방법을 제공한다.

Description

탄소나노튜브 센서의 제조방법 및 탄소나노튜브 센서 {Method for fabricating carbon nanotube sensor and the carbon nanotube sensor}
본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 반도체 센서에 관한 것으로, 특히 탄소나노튜브 네트워크 채널 구조에서 효과적이고 안정적인 탄소나노튜브 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래의 탄소나노튜브를 이용한 반도체 센서는 실리콘 웨이퍼 위 절연막 층에 전극을 형성한 후 용매에 분산된 탄소나노튜브를 부착시키는 방식으로 공정이 진행되었다.
그런데, 탄소나노튜브 부착 후 채널 영역 이외의 부위에 있는 탄소나노튜브를 에칭하는 공정 진행 시, 채널 패턴 부위의 탄소나노튜브를 보호하기 위해 채널 패턴 영역의 부위에 타이나늄(Ti)을 포함하는 금속 박막(Ni, Al 등)을 증착시켰다. 타이나늄(Ti) 박막을 이용하는 일례로, 이어서 탄소나노튜브 채널 위에 증착 되어 있는 타이나늄(Ti) 박막을 제거하고 탄소나노튜브를 외부에 노출 시키기 위해, 채널 영역에 증착 되어 있는 타이나늄(Ti) 박막을 주로 불산용액 [7H2O : 2HNO3 : 1HF]을 이용하여 에칭하였다. 그러나 타이타늄이 제거될 때 사용하던 불산 용액에 실리콘 옥사이드 기판이 반응하여 식각되는 문제가 있다.
도 1은 종래의 탄소나노튜브를 이용한 반도체 센서 제조공정에서, 탄소나노튜브 채널 패턴 영역에 타이타늄이 증착된 것을 보여주는 사진이다. 도 2는 도 1에 이어서 불산을 이용하여 타이타늄 박막이 에칭되었을 때, 타이타늄 박막과 실리콘 웨이퍼 위 절연막 층인 실리콘 옥사이드가 모두 벗겨진 것을 보여주는 사진이다.
즉, 이상 설명한 것과 같은 종래의 탄소나노튜브를 이용한 반도체 센서 제조공정에서는 절연층인 실리콘 옥사이드가 식각되는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-1402989호
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 탄소나노튜브 네트워크 채널 구조에서 효과적이고 안정적인 탄소나노튜브 센서를 제조하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면은, (a) 기판 상에 탄소나노튜브 입자를 흡착하는 단계, (b) 탄소나노튜브 입자가 흡착된 상기 기판 상에 채널을 형성하는 단계, (c) 상기 채널 상에 금속막을 증착하는 단계, (d) 상기 금속막 이외 부분의 탄소나토튜브 입자를 에칭하여 제거하는 단계, (e) 상기 채널 양쪽에 전극을 형성하는 단계, (f) 상기 채널 상에 증착된 금속막을 에칭하여 제거하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 센서의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 (a) 단계에서, 상기 기판은 사파이어 기판을 포함하여 금속 박막의 식각용액에 식각되지 않는 기판인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 (c) 단계에서, 상기 금속막은 타이타늄을 포함하여 금속 막인 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 (f) 단계에서, 상기 에칭은 불산을 이용하는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 (a) 단계에 있어서, 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)가 분산된 용액에 일정 시간 동안 상기 기판을 담그는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 (d) 단계에서, 상기 에칭은 산소 분위기 하에서 건식 에칭을 이용하는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 (e) 단계에서, 상기 전극은 Au를 포함하는 2종 이상의 전극물질이 증착되는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 상기 제조방법에 따라 제조된 탄소나노튜브 센서를 제공한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실리콘 기판이 아닌 사파이어 웨이퍼로 기판을 이용하므로, 에칭시 불산에 영향을 받지 않으면서 효과적으로 타이타늄을 포함하는 금속 박막을 제거하여 센서 제작의 안정화를 가져올 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 탄소나노튜브를 이용한 반도체 센서 제조공정에서, 탄소나노튜브 채널 패턴 영역에 타이타늄이 증착된 것을 보여주는 사진이다.
도 2는 도 1에 이어서 불산을 이용하여 타이타늄을 에칭하였을 때, 타이타늄과 실리콘 웨이퍼 위 절연막 층인 실리콘 옥사이드가 모두 벗겨진 것을 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 탄소나노튜브 센서의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래의 실리콘 기판과 본 발명에 의한 사파이어 기판의 차이점을 비교하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 실리콘 옥사이드 웨이퍼 기판이 식각되는 문제점을 해결하기 위해, 실리콘 옥사이드 웨이퍼가 아닌 사파이어(Sapphire) 웨이퍼를 사용한다. 즉, 사파이어 웨이퍼를 사용함으로써, 타이타늄을 제거할 때 사용하던 불산 용액에 기판이 반응을 하지 않고 타이타늄 박막만 제거할 수 있다. 따라서, 안정적으로 채널 패턴 영역에만 존재하는 탄소나노튜브를 외부로 노출 할 수 있게 된다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 탄소나노튜브 센서의 제조방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 탄소나노튜브 센서의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 3의 (a)를 참조하면, 기판을 준비한다. 기판은 종래의 실리콘 기판이 아닌 사파이어 기판이다. 따라서, 실리콘 기판위에 실리콘 옥사이드를 형성하지 않는다.
이어서 도 3의 (b)를 참조하면, 이러한 사파이어 기판 상에 탄소나노튜브 입자를 흡착한다. 탄소나노튜브 입자를 흡착하는 방법은, 예를 들어 디클로로벤젠에 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)가 분산된 용액에 일정 시간(수십초)동안 기판을 담가서 사파이어 기판의 표면에 SWNT를 흡착시키는 방식을 사용할 수 있다. 사용되는 단일벽 탄소나노튜브는 이후 식각 단계에서 전극 사이에 남겨두기 위해 길이가 긴 탄소나노튜브를 사용하는 것이 바람직하다.
탄소나노튜브를 흡착시키는 방법은 침지법(dipping method)에 의하여 수행할 수 있다. 즉, 탄소나노튜브가 분산된 용액에 열처리된 기판을 침지하여 수행할 수 있으며, 이 경우 자기조립(self-assembly) 방식에 의하여 탄소나노튜브가 기판 표면에 흡착될 수 있다. 분산용액은 dichlorobenzene(DCB), ortho-dichlorobenzene(o-DCB), N-methyl-2-pyrrolidinone(NMP), hexamethylphosphoramide (HMPA),monochlorobenzene(MCB), N,Ndimethylformamide(DMF), dichloroethane(DCE), isopropyl alcohol(IPA), ethanol, chloroform, toluene 으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 용매를 포함할 수 있다.
이어서 도 3의 (c)를 참조하면, 탄소나노튜브 입자가 흡착된 상기 기판 상에 채널을 형성한다. 예를 들어, 채널이 형성될 기판 중앙 부분을 제외하고 포토레지스트를 도포한다. 포토레지스트는 예를 들면, Clariant사의 AZ5206이나 AZ5214 포토레지스트(photoresist; PR)를 사용할 수 있다.
이어서 도 3의 (d)를 참조하면, 상기 채널 상에 금속막을 증착한다. 이러한 금속막은 일례로 타이타늄(Ti)막이다. 타이타늄막은 식각과정에서 채널 상의 탄소나노튜브 입자를 보호하기 위한 식각마스크이다.
이어서 도 3의 (e)를 참조하면, 상기 금속막 이외 부분의 탄소나토튜브 입자를 에칭하여 제거한다. 이러한 에칭은 산소 분위기 하에서 건식 에칭을 이용하는 것이 바람직하다.
이어서 도 3의 (f) 및 (g)를 참조하면, 상기 채널 양쪽에 전극을 형성한다. 양쪽의 전극은 탄소나노튜브 채널을 매개로 연결된다. 이러한 전극은 Au 기반의 2종이상 전극물질이 증착된 것이 바람직하다.
전극의 형성은 포토레지스트 패턴을 이용하여 형성할 수 있다. 포토레지스트 패턴은 전극이 형성될 영역 이외의 영역에 형성할 수 있다. 포토레지스트 패터닝은 포토리소그래피 공정에 의하여 수행될 수 있다. 즉, 기판 전체면에 포토레지스트를 도포하고 노광(exposure) 및 현상(development) 공정을 거쳐, 추후 전극이 형성될 영역 이외의 영역에만 포토레지스트를 남기고, 나머지 영역의 포토레지스트는 아세톤이나 포토레지스트 제거 용액(PR remover)를 사용하여 제거할 수 있다. 포토레지스트가 형성되지 않은 영역에 Au 기반의 2종이상 전극물질을 증착할 수 있다.
이어서 도 3의 (h)를 참조하면, 상기 채널 상에 증착된 금속막을 에칭하여 제거한다. 상기 금속막이 타이타늄 막인 경우에는 에칭은 불산을 이용할 수 있다. 이렇게 불산을 이용하여 타이타늄막을 에칭하여도 사파이어 기판에 영향을 미치지 않는다.
도 4는 종래의 실리콘 기판과 본 발명에 의한 사파이어 기판의 차이점을 비교하기 위한 도면이다. 즉, 도 4의 (a)는 종래 실리콘 기판의 탄소나노튜브 센서의 평면도이고, 도 4의 (b)는 본 발명에 의한 사파이어 기판을 이용한 탄소나노튜브 센서의 평면도이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 탄소나노튜브 채널 영역 외의 부분에 있는 탄소나노튜브를 효과적으로 에칭하기 위해 타이타늄을 증착하는데, 에칭 후 타이타늄을 불산으로 제거할 때 실리콘 옥사이드 웨이퍼가 영향을 받았다.
그러나 도 4의 (b)에 도시된 것처럼, 실리콘 기판이 아닌 사파이어 웨이퍼로 기판을 변경하면, 불산에 영향을 받지 않으면서 효과적으로 타이타늄을 제거하여 센서 제작의 안정화를 가져올 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. (a) 사파이어 기판 상에 탄소나노튜브 입자를 흡착하는 단계;
    (b) 탄소나노튜브 입자가 흡착된 상기 기판 상에 채널을 형성하는 단계;
    (c) 상기 채널 상에 금속막을 증착하는 단계;
    (d) 상기 금속막 이외 부분의 탄소나토튜브 입자를 산소 분위기 하에서 건식 에칭하여 제거하는 단계;
    (e) 상기 채널 양쪽에 전극을 형성하는 단계;
    (f) 상기 채널 상에 증착된 금속막을 불산으로 에칭하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 센서의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계에서,
    상기 금속막은 타이타늄 막을 포함하여 불산용액에 식각되는 금속 박막인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 센서의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계에 있어서,
    단일벽 탄소나노튜브(SWNT)가 분산된 용액에 일정 시간 동안 상기 기판을 담그는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 센서의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 (e) 단계에서,
    상기 전극은 Au를 기반으로하는 2종이상의 복합물질이 증착된 전극인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 센서의 제조방법.
  8. 삭제
KR1020140193371A 2014-12-30 2014-12-30 탄소나노튜브 센서의 제조방법 및 탄소나노튜브 센서 KR101666080B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140193371A KR101666080B1 (ko) 2014-12-30 2014-12-30 탄소나노튜브 센서의 제조방법 및 탄소나노튜브 센서

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140193371A KR101666080B1 (ko) 2014-12-30 2014-12-30 탄소나노튜브 센서의 제조방법 및 탄소나노튜브 센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160082290A KR20160082290A (ko) 2016-07-08
KR101666080B1 true KR101666080B1 (ko) 2016-10-13

Family

ID=56504235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140193371A KR101666080B1 (ko) 2014-12-30 2014-12-30 탄소나노튜브 센서의 제조방법 및 탄소나노튜브 센서

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101666080B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101402989B1 (ko) * 2013-06-12 2014-06-11 한국과학기술연구원 기판과의 결합력이 향상된 탄소나노튜브 기반 전계효과트랜지스터 소자의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소나노튜브 기반 전계효과트랜지스터 소자

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101284775B1 (ko) * 2011-09-30 2013-07-17 한국화학연구원 높은 점멸비를 가지는 탄소나노튜브 네트워크 트랜지스터 소자 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101402989B1 (ko) * 2013-06-12 2014-06-11 한국과학기술연구원 기판과의 결합력이 향상된 탄소나노튜브 기반 전계효과트랜지스터 소자의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소나노튜브 기반 전계효과트랜지스터 소자

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160082290A (ko) 2016-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109313188B (zh) 在石墨烯薄片上提供临时保护层
CN109313189B (zh) 借助硬掩模涂层图案化石墨烯
US7563711B1 (en) Method of forming a carbon nanotube-based contact to semiconductor
US9254998B2 (en) MEMS device with a capping substrate
CN103620733B (zh) 转印薄膜的方法
US9864270B2 (en) Pellicle and method for manufacturing the same
KR102107538B1 (ko) 그래핀 전사 방법, 이를 이용한 소자의 제조방법 및 그래핀을 포함하는 기판 구조체
US20200286786A1 (en) Epitaxial growth and transfer via patterned two-dimensional (2d) layers
EP3373337B1 (en) Method for producing a carbon nanotube semiconductor device
Thanh et al. Transfer‐Printing of As‐Fabricated Carbon Nanotube Devices onto Various Substrates
JP2010225899A (ja) 半導体装置の製造方法
KR101402989B1 (ko) 기판과의 결합력이 향상된 탄소나노튜브 기반 전계효과트랜지스터 소자의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소나노튜브 기반 전계효과트랜지스터 소자
JP2008016440A5 (ko)
TWI590307B (zh) 絕緣體上三五族化合物基板的製備方法
KR101666080B1 (ko) 탄소나노튜브 센서의 제조방법 및 탄소나노튜브 센서
JP2007500919A5 (ko)
US12002861B2 (en) Method of forming conductive contacts on graphene
JP5857659B2 (ja) 半導体素子の製造方法
JPH11274470A (ja) 単一電子素子の製造方法
US8227179B2 (en) Manufacturing cross-structures of nanostructures
JP4517791B2 (ja) 窒化シリコン膜を用いたパターン形成方法
Lee et al. Integration of clamped-clamped suspended single-walled carbon nanotubes into SOI MEMS
KR100663892B1 (ko) 나노 홀 형성방법 및 이 나노 홀 형성방법을 통해 제조된반도체장치
TWI423492B (zh) 有機薄膜電晶體及其製造方法
JP2009129467A (ja) 磁気ヘッド製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190925

Year of fee payment: 4