KR20100061979A - 수평의 탄소나노튜브의 형성방법 - Google Patents

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Abstract

수평의 탄소나노튜브의 형성방법이 개시되어 있다. 수평의 탄소나노튜브를 형성하기 위해서, 먼저 절연막이 형성된 기판을 마련한 후 절연막 상에 금속 구조물을 형성한다. 상기 금속 구조물의 측면에 촉매 스페이서를 형성한다. 상기 촉매 스페이서로부터 탄소나노튜브들을 성장시킨 이후 탄소나노튜브들이 성장된 기판을 회전시킨다. 이어서, 회전되는 기판에 휘발성 유기용매를 제공한다. 그 결과 상기 기판의 표면에 대하여 수평한 상태를 갖는 탄소나노튜브들을 포함하는 수평한 탄소나노튜브 배선이 형성될 수 있다.
탄소나노튜브, 수평성장, 금속 패턴, 촉매

Description

수평의 탄소나노튜브의 형성방법 {Method of Forming horizontal carbon nano tubes}
본 발명은 탄소나노튜브의 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수평적 성장된 수평의 탄소나노튜브를 형성하는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 소형화 및 집적화가 보다 빠르고 지속적으로 수행됨에 따라, 미세소자 구형에 새로운 접근 방법이 요구되는 실정이며, 그 중 하나가 탄소나노튜브의 적용이다. 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT)는 흑연 판상을 둥글게 감아 형성된 것과 같은 모양을 가지며, 육각형 고리로 연결된 탄소들이 수 내지 수십 nm 직경과 수 내지 수백 μm 길이의 장형 튜브 형상 구조, 즉 일차원 양자선(one- dimensional Quantum Wire) 구조를 가진다. 탄소나노튜브는 기계적, 화학적 특성이 우수하고, 일차원적 양자 수송(quantum transport) 현상을 보이는 등 특이한 전기적 특성을 가진다. 특히, 탄소나노튜브는 강한 강도를 가지면서도 파괴되지 않고 휘어짐이 가능하고, 다시 본래의 모양으로 돌아오는 복원력을 가지며, 계속적인 사용에도 마모나 손상이 거의 없는 특성을 가진다. 그리고, 탄소나노튜브는 직경대비 길이비가 매우 크므로, 구조의 비등방성이 크며, 감은 형태와 구조 및 직경에 따라 전기적 성질이 달라지는 특성이 있어, 이에 따라 도전체적 또는 반도체적 성질을 가진다. 이외에도 높은 열전도도, 높은 전자 방출 특성 및 우수한 화학적 반응성을 가지므로, 다양한 산업분야에서의 응용이 기대된다.
탄소나노튜브의 반도체 분야에서 가능한 응용 중의 하나는 금속배선을 대체하는 것이다. 이러한 가능성을 실현하기 위해서는 재현성을 가지는 탄소나노튜브 제조 공정의 개발이 선행되어야 하나, 현재 기술수준에서는 나노 튜브를 제조한 후 하나씩 일일이 조작하며 원하는 위치에 가져다 놓는 방법을 택하므로 전자소자나 고집적소자의 구현하기 어렵다.
또한, 현재 기술수준에서 탄소나노튜브 합성기술은 탄소나노튜브를 수직으로 성장시키는 기술이며, 이는 촉매 패턴이 형성된 기판 상에 기판 표면에 수직한 방향으로 나노튜브를 성장시키는 것이다. 그러나 수직으로 성장된 탄소나노튜브가 우수한 정렬을 가지더라도, 탄소나노튜브의 길이 및 간격 등을 균일하게 제어하기 어렵고, 원하는 부위에만 선택적으로 성장시키기 어려운 한계가 있다. 또한, 반도체 제조 공정상 수직방향으로 성장한 탄소나노튜브를 적용하기가 어려운 한계가 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 유기용매가 제공되는 조건에서 기판을 회전시키는 공정을 수행하여 기판의 표면에 대하여 수평한 탄소나노튜브를 형성하는 방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수평의 탄소나노튜브를 형성하기 위해서, 먼저 절연막이 형성된 기판을 마련한다. 이어서, 상기 절연막 상에 금속 구조물을 형성한다. 상기 금속 구조물의 측면에 촉매 스페이서를 형성한다. 상기 촉매 스페이서로부터 탄소나노튜브들을 성장시킨다. 이어서, 상기 탄소나노튜브들이 성장된 기판을 회전시킨다. 이어서, 회전되는 기판에 휘발성 유기용매를 제공한다. 그 결과 상기 기판의 표면에 대하여 수평한 상태를 갖는 탄소나노튜브들을 포함하는 수평한 탄소나노튜브 배선이 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 금속 구조물을 탄소나노튜브가 성장되는 금속막 패턴을 포함할 수 있다. 상기 금속막 패턴은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 티타늄(Ti) 및 티타늄 질화물(TiN)등의 금속을 포함할 수 있다. 이는 단독 또는 둘이상이 적용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 촉매 스페이서는 상기 절연막 및 금속 구조물 상에 균일한 두께를 갖는 촉매금속막을 형성 후 상기 금속 구조물의 표면이 노출될 때까지 상기 촉매금속막을 식각함으로서 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 타소나노튜브들은 기판이 약 3000 내지 5000RPM의 속도로 회전함으로서 수평적 상태를 갖는다. 상기 휘발성 유기용매로 아세톤, 크실렌 또는 이소프로필알콜을 사용할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브들의 형성방법에 따르면, 먼저 절연막이 형성된 기판을 마련한다. 이어서, 상기 절연막 상에 제1 금속막 패턴 및 상기 제1 금속막 패턴의 제1 측면을 노출시키면서 상 기 제1 금속막 패턴을 커버하는 제2 금속막 패턴을 포함하는 금속 구조물을 형성한다. 상기 금속 구조물의 측면에 그 일부가 상기 제1 금속막 패턴의 제1 측면에 면접하는 촉매 스페이서를 형성한다. 이어서, 상기 제1 금속막 패턴의 제1 측면과 면접되는 촉매 스페이서로부터 탄소나노튜브들을 성장시킨다. 이어서, 상기 탄소나노튜브들이 성장된 기판을 회전시킨다. 이어서, 회전되는 기판에 휘발성 유기용매를 제공한다. 그 결과 상기 기판에는 상에는 기판의 표면과 수평적 상태를 갖는 탄소나노튜브 배선이 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 금속막 패턴은 탄소나노튜브가 성장되는 금속인 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 티타늄(Ti), 및 티타늄 질화물(TiN)등을 금속을 포함한다. 또한, 상기 제2 금속막 패턴은 탄소나노튜브의 성장이 억제되는 금속인 팔라디움(Pd), 백금(Pt), 텅스텐(W), 니오비움(Nb), 바나듐(V), 및 몰리브덴(Mo)등을 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명의 탄소나노튜브 배선의 형성방법은 촉매 스페이서로부터 성장된 불완전한 수평 상태를 갖는 탄소나노튜브들을 형성한 후 기판이 회전하는 상태에서 휘발성 유기용매를 제공함으로서 완전한 수평 상태의 탄소나노튜브를 형성할 수 있단. 즉, 본 발명은 기판의 표면과 수평적 상태를 갖는 수평의 탄소나노튜브들을 선택적으로 형성할 할 수 있을 뿐만 아니라 상기 휘어짐 없이 기판의 표면에 면접된 상태를 갖는 탄소나노 튜브를 형성할 수 있다. 또한, 한번의 성장 공정을 수행하여 고밀도의 탄소나노튜브들을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 따른 수평의 탄소나노튜브의 형성방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막), 개구, 패턴들 또는 구조물들 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 개구, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 개구 또는 패턴들의 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 개구, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 개구, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다.
실시예 1
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 수평의 탄소나노튜브를 형성하는 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 1은 절연막(110)이 형성된 기판(100) 상에 금속 구조물(120)을 형성하는 사시도이다. 상기 금속 구조물을 형성하기 위한 일 실시예에 따르면, 먼저 기판(100)을 준비한다. 기판(100)은 도전성 구조물을 포함하는 실리콘 기판, 실리콘 게르마늄 기판, 에피텍시얼 기판, 유리기판 등을 포함한다. 상기 기판(100)에는 소 자 구조물이 형성될 수 있다. 상기 소자 구조물의 예로서는 트랜지스터(미도시), 상기 트랜지스터의 제1 콘택 영역(미도시)과 전기적으로 연결되는 커패시터의 콘택패드(미도시), 상기 트랜지스터의 제2 콘택 영역(미도시)과 전기적으로 연결되는 비트라인(미도시), 커패시터(미도시) 및 상부 배선(미도시)등을 들 수 있다.
이어서, 상기 기판 상에 절연막(110)을 형성한다. 상기 기판은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiON), ITO(Indium Tin Oxide), 알루미늄 산화물(Al2O3)등을 증착하여 형성된다. 상기 실리콘 산화물의 예로서는 BPSG(boro-phosphor silicate glass), PSG(phosphor silicate glass), USG(undoped silicate glass), SOG(spin on glass), PE-TEOS(plasma enhanced-tetra ethylorthosilicate)등을 들 수 있다. 일 예로서, 상기 절연막에 기판(100)에 형성된 소자 구조물과 이후에 형성되는 금속 구조물()을 전기적으로 연결하는 콘택패드 또는 콘택 플러그(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 콘택 패드에 의하여, 기판(100)에 형성된 소자 구조물은 이후에 형성되는 탄소나노튜브를 통하여 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
이후, 절연막(110) 상에 금속 구조물(120)을 형성한다. 상기 금속 조조물(120)은 금속막 패턴을 포함한다. 상기 금속막 패턴은 탄소나노튜브가 그 표면으로부터 성장할 수 있는 금속 물질을 포함한다. 상기 금속 물질의 예로서는 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN)등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 본 실시예어서는 상기 금속막 패턴은 금속막을 상술한 금속물질을 물리적 또는 화학기상증착방법을 수행하여 금속막을 형성한 후 통상의 리소그래피 공정을 수행하여 원하는 형상의 패터닝함으로서 형성된다. 도면에 도시하지 않았지만 상기 금속 구조물 상에 캡핑막을 더 형성될 수 있다.
도 2는 금속 구조물(120)의 측벽에 촉매 스페이서(140)를 형성하는 사시도이다.
상기 촉매 스페이서를 형성하기 위해서는 먼저 절연막 상에 상기 금속 구조물을 덮는 촉매금속막(미도시)을 형성한다. 상기 촉매금속막은 니켈(Ni), 코발트(Co), 및 철(Fe)등과 같은 촉매 물질을 포함한다. 또한, 촉매금속막에 포함된 촉매물질은 통상적인 어닐링 처리를 통하여 응집되어 촉매 나노 도트(nano dot)와 같은 나노 파티클로 형성될 수 있다. 이어서, 상기 촉매금속막을 상기 금속 구조물의 표면이 노출될 때까지 전면 식각한다. 그 결과 상기 촉매금속막은 상기 금속 구조물의 측벽에만 구비되는 촉매 스페이서(140)로 형성된다.
도 3은 촉매 스페이서(140)로부터 탄소나노튜브(150)들을 성장시키는 사시도이다. 상기 탄소나노튜브는 탄화수소를 포함하는 소스 가스를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 탄화수소를 포함하는 소스 가스는 메탄, 아세틸렌, 일산화탄소, 벤젠 또는 에틸렌 등을 가스 상태로 기화시켜 형성될 수 있다. 일 예로서, 탄소나노튜브(150)는 이러한 소스가스를 이용한 촉매열분해법(catalyst thermal reduction), 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD), 열 화학기상 증착법(thermal CVD), 플라즈마 화학기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 및 핫-필라멘트 기상증착법(hot-filament vapor deposition)등 의 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 특히, 상기 탄소나노튜브(150)는 촉매 스페이서(140)의 촉매 역할에 의하여 성장하게 되는데, 촉매 스페이서(140)에 포함된 촉매 물질들은 그 일측에 형성된 막 또는 패턴의 성질에 따라 촉매역할의 수행가능여부가 달라진다. 즉, 촉매 스페이서는 상기 탄소나노튜브를 선택적 성장(selective growth)시킬 수 있다.
본 실시예의 탄소나노튜브(150)는 금속 구조물(120)의 측벽에 존재하는 촉매 스페이서(140)에서만 성장되어 형성되며, 그 하부는 기판의 표면에 면접되고 그 상부는 기판의 표면으로부터 이격된 상태를 갖는다. 즉, 성장된 탄소나노튜브(150a)들은 도 5에 도시된 전자현미경 사진에 개시된 바와 와 같이 기판의 표면에 대하여 수평한 상태를 갖지 않고, 휘어진 상태를 갖는다.
도 4는 절연막의 표면에 면접되고 상기 기판에 표면에 대하여 수평한 상태의 배열을 갖는 수평의 탄소나노튜브(151)들로 형성하는 사시도이다.
도 4에 도시된 수평의 탄소나노튜브(151)들을 형성하기 위해서는 먼저 휘어진 탄소나노튜브(150)들이 형성된 기판(100)을 회전시킨다. 상기 기판(100)의 회전으로 인해 휘어진 탄소나노튜브들에는 신장력(tesile force)과 압축력이 인가된다. 여기서, 상기 신장력은 기판의 회전력으로 인해 실질적으로 상기 탄소나노튜브에 인가되는 힘이고, 상기 압축력은 기판의 회전시 구조물의 존재로 인해 탄소나노튜브를 위에서 아래로 누르는 힘이다. 본 실시예에서는 상기 기판을 약 3000 내지 5000RPM의 속도로 회전시키고, 바람직하게는 3500 내지 4500PM의 속도로 회전시킨다.
이후, 휘발성 유기용매를 상기 회전하는 기판의 표면에 제공한다. 상기 휘발성 용매의 예로서 아세톤, 크실렌 및 휘발성이 높은 알콜 등을 사용할 수 있다. 상기 휘발성 유기용매는 상기 회전하는 기판의 중심부에 제공되어 원심력에 의해 기판(100)의 전면에 스핀 코팅된다. 그 결과 상기 기판에 형성된 탄소나노튜브들은 상기 휘발성 유기용매 의해 젖은 상태가 되어 절연막 표면에 흡착된다. 여기서, 상기 휘발성 유기용매에 의한 젖음으로 인해 상기 탄소나노튜브들에는 접합력(adhesion force)이 인가된다.
이에 따라, 상기 탄소나노튜브들은 기판의 회전과 유기용매의 스핀코팅으로 인해 생성된 3가지 힘(force)에 의해 상기 기판의 절연막에 면접된 상태를 갖는 수평의 탄소나노튜브(151)들로 형성된다. 여기서, 상기 수평의 탄소나노튜브들(151)은 그 상부가 절연막의 표면과 이격된 상태를 갖지 않으면서 기판의 표면에 대하여 완전히 수평한 배열을 갖는다.
실시예 2
도 6 내지 도 10은 본 발명의 실시예 2에 따른 수평의 탄소나노튜브를 형성하는 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 6은 절연막(210)이 형성된 기판(200) 상에 제1 금속막 패턴(220)을 형성하는 사시도이다. 도 7에 도시된 제1 금속막 패턴(220)을 형성하기 위해서는 먼저 기판(200)을 준비한다. 기판(200)은 도전성 구조물을 포함하는 실리콘 기판, 실리콘 게르마늄 기판, 에피텍시얼 기판, 유리기판 등을 포함한다. 상기 기판(200)에는 소자 구조물이 형성될 수 있다.
이어서, 상기 기판 상에 절연막(210)을 형성한다. 상기 절연막은 BPSG(boro-phosphor silicate glass), PSG(phosphor silicate glass), USG(undoped silicate glass), SOG(spin on glass), PE-TEOS(plasma enhanced-tetra ethylorthosilicate)등의 실리콘 산화물로 형성할 있다. 일 예로서, 상기 절연막에 기판(200)에 형성된 소자 구조물과 이후에 형성되는 금속 구조물을 전기적으로 연결하는 콘택패드 또는 콘택 플러그(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 콘택 패드에 의하여, 기판(200)에 형성된 소자 구조물은 이후에 형성되는 탄소나노튜브를 통하여 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
이후, 절연막(210) 상에 제1 금속막 패턴(220)을 형성한다. 상기 제1 탄소나노튜브가 성장할 수 있는 제1 금속물질을 포함한다. 상기 제1 금속물질의 예로서는 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN)등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 본 실시예어서 상기 제1 금속막 패턴은 상술한 금속물질을 물리적 또는 화학기상증착방법을 수행하여 제1 금속막을 형성한 후 이를 통상의 리소그래피 공정을 수행하여 원하는 형상의 패터닝함으로서 형성된다.
도 7은 제1 금속막 패턴(220) 상에 제2 금속막 패턴(230)을 형성함으로서 금속 구조물(235)을 형성하는 사시도이다.
도 7에 도시된 금속 구조물(235)을 형성하기 위해서는 먼저 상기 제1 금속막 패턴을 완전히 덮는 제2 금속막(미도시)을 형성한다. 상기 제2 금속막은 탄소나노 튜브가 그 표면으로부터 성장하지 못하는 제2 금속물질을 포함한다. 상기 제2 금속물질의 예로서는 팔라디움(Pd), 백금(Pt), 텅스텐(W), 니오비움(Nb), 바나듐(V), 또는 몰리브덴(Mo) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 제2 금속막은 반도체 분야의 통상의 금속막 증착방법에 따라 형성될 수 있다.
이어서, 통상의 리소그래피 공정을 수행하여, 제1 금속막 패턴(220)의 제1 측면(A)이 노출되도록 제2 금속막을 패터닝한다. 상기 제1 측면(A)은 이후 공정에서 탄소나노튜브들이 형성되는 면이다. 그 결과 상기 제2 금속막은 상기 제1 금속막 패턴의 제1 측면(A)을 노출시키면서, 상기 제1 금속막 패턴을 감싸는 구조를 갖는 제2 금속막 패턴(230)으로 형성된다. 즉, 상기 제2 금속막 패턴(230)은 제1 금속막 패턴(220)의 상면과 제1 측면(A)을 제외한 측면들과 면접되는 구조를 갖는다.
이에 따라, 상기 절연막(210) 상에 제1 금속막 패턴(220) 및 상기 제1 금속막 패턴의 제1 측면(A)만을 노출시키면서 상기 제1 금속막 패턴을 커버하는 제2 금속막 패턴(230)을 포함하는 금속 구조물(235)이 형성된다.
도 8은 금속 구조물(235)의 측벽에 촉매 스페이서(240)를 형성하는 사시도이다.
도 8에 도시된 촉매 스페이서(240)를 형성하기 위해서는 먼저 절연막(210) 및 금속구조물(235) 상에 상기 금속 구조물(235)을 덮는 촉매금속막(미도시)을 형성한다. 상기 촉매금속막은 니켈(Ni), 코발트(Co), 및 철(Fe)등과 같은 촉매 물질을 포함한다. 또한, 촉매금속막에 포함된 촉매물질은 통상적인 어닐링 처리를 통하 여 응집되어 촉매 나노 도트(nano dot)와 같은 나노 파티클로 형성될 수 있다. 이어서, 상기 촉매금속막을 상기 금속 구조물의 표면이 노출될 때까지 전면 식각한다. 그 결과 상기 촉매금속막은 상기 금속 구조물의 측벽에만 구비되는 촉매 스페이서(240)로 형성된다. 본 실시예의 촉매 금속막(240)은 상기 금속 구조물(235)의 측면에 구비되고, 그 일부가 상기 제1 금속막 패턴의 제1 측면(A)과 면접된 상태를 갖는다.
도 9는 제1 금속막 패턴(220)의 제1 측면(A)과 면접하는 촉매 스페이서(240)로부터 탄소나노튜브(250)들을 형성하는 사시도이다.
도 9에 도시된 탄소나노튜브(250)는 메탄, 아세틸렌, 일산화탄소, 벤젠 또는 에틸렌 등을 가스 상태로 기화시켜 형성된 탄화수소 가스를 이용하여 형성될 수 있다. 일 예로서, 탄소나노튜브(250)는 이러한 소스 가스를 이용한 화학기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 수행하여 형성될 수 있다. 특히, 상기 탄소나노튜브(250)는 촉매 스페이서(240)의 촉매 역할에 의하여 성장하게 되는데, 촉매 스페이서(240)에 포함된 촉매 물질들은 그 일측에 형성된 막 또는 패턴의 성질에 따라 촉매역할의 수행가능여부가 달라진다. 즉, 촉매 스페이서(240)는 상기 탄소나노튜브를 선택적 성장(selective growth)시킬 수 있다.
본 실시예의 탄소나노튜브(250)는 제1 금속 패턴(220)의 제1 측면(A)과 면접하는 부분에 대응되는 촉매 스페이서(240)에서만 성장되어 형성된다. 이렇게 형성된 탄소나노튜브(250)들은 도 5에 도시된 전자현미경 사진에서와 같이 그 일부만 절연막의 표면에 면접되고, 그 나머지는 절연막의 표면으로부터 이격된 상태를 갖 는다. 즉, 성장된 탄소나노튜브(250)들은 기판의 표면에 대하여 휘어진 상태를 갖는다.
도 10은 절연막(210) 표면에 면접되고, 상기 기판에 표면에 대하여 수평한 상태의 배열을 갖는 수평의 탄소나노튜브(251)들을 형성하는 사시도이다.
도 10에 도시된 수평의 탄소나노튜브(251)들을 형성하기 위해서는 먼저 탄소나노튜브(250)들이 형성된 기판(200)을 회전시킨다. 상기 기판(200)의 회전으로 인해 상기 탄소나노튜브들에는 신장력(tesile force)과 압축력이 인가된다. 여기서, 상기 신장력은 기판(200)의 회전력으로 인해 실질적으로 상기 탄소나노튜브에 인가되는 힘이고, 상기 압축력은 기판(200)의 회전시 금속 구조물의 존재로 인해 탄소나노튜브를 위에서 아래로 누르는 힘이다. 본 실시예에서는 상기 기판(200)을 약 3000 내지 5000RPM의 속도로 회전시키고, 바람직하게는 3500 내지 4500PM의 속도로 회전시킨다.
이후, 휘발성 유기용매를 상기 회전하는 기판(200)의 표면에 제공한다. 상기 휘발성 용매로 아세톤, 크실렌 및 휘발성이 높은 알콜(이소프로필알콜) 등을 사용할 수 있다. 상기 휘발성 유기용매는 상기 회전하는 기판(20)의 중심부에 제공되어 원심력에 의해 기판(200)의 전면에 스핀 코팅된다. 그 결과 상기 기판(200)에 형성된 탄소나노튜브들은 상기 휘발성 유기용매 의해 젖은 상태가 되어 절연막(210) 표면에 흡착된다. 여기서, 상기 탄소나노튜브가 휘발성 유기용매에 의한 젖음으로 인해 탄소나노튜브들에는 접합력(adhesion force)이 인가된다.
이에 따라, 상기 탄소나노튜브(250)들은 기판의 회전과 유기용매의 스핀코팅 으로 인해 생성된 3가지 힘(force)에 의해 상기 기판의 절연막에 면접된 상태를 갖는 수평의 탄소나노튜브(251)들로 형성된다. 여기서, 상기 수평의 탄소나노튜브(251)들은 그 상부가 절연막의 표면과 이격된 상태를 갖지 않으며 도 11에 도시된 전자현미경 사진에 개시된 바와 같이 기판의 표면에 대하여 완전히 수평한 상태를 갖는다. 상술한 수평의 탄소나노튜브들은 포함하는 DRAM 소자, 플래쉬 메모리 소자 및 상변화 메모리 소자에 적용되는 금속 배선들을 대신 적용될 수 있다.
실시예 3
도 12는 본 발명의 수평의 탄소나노튜브 배선이 적용되는 메모리 장치의 일 실시예를 도시한 블록다이어그램이다.
도 12를 참조하면, 메모리 컨트롤러(520)와 메모리(510)가 연결되어 있다. 상기 메모리는 앞에서 수평의 탄소나노튜브들로 이루어진 탄소나노튜브 배선이 적용된 DRAM 또는 탄소나노튜브 배선이 적용된 낸드 플래시 메모리 장치이다. 상기 메모리 장치는 낸드 플래시뿐만 아니라 본 발명의 사상을 응용한 노아 플래시 메모리도 될 수 있다. 상기 메모리 컨트롤러(520)는 상기 메모리 동작을 컨트롤하기 위해서 입력신호를 제공한다. 예를 들어 메모리 카드에 쓰이는 메모리 컨트롤러와 메모리와의 관계라면 호스트의 명령을 전달하여 입출력 데이터를 컨트롤하거나, 인가받은 컨트롤 신호를 기초로 메모리의 다양한 데이터를 컨트롤 한다. 이러한 구조는 간단한 메모리카드뿐 아니라 메모리가 쓰이는 많은 디지털기기에 응용된다. 그리고 메모리 컨트롤러의 로직 회로에는 본 실시예 1 또는 2의 방법으로 형성된 탄소나노 튜브들을 포함하는 배선들이 적용될 수 있다.
실시예 4
도 13은 본 발명의 수평의 탄소나노튜브 배선이 적용된 메모리 소자를 포함하는 휴대장치를 도시한 블록다이어그램이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예는 휴대용 장치(600)에 관한 것으로서, 휴대용 장치(600)는 MP3 플레이어, 비디오 플레이어, 비디오와 오디오 플레이어가 있는 PMP (portable multi-media player) 등이 될 수 있다.상기 휴대용 장치 (600) 메모리(510) 및 메모리 컨트롤러 (520), EDC(인코더/디코더)(610), 표시부재(620) 및 인터페이스(630)를 포함하는 구성을 갖는다. 상기 메모리(510)는 앞에서 언급한 바와 같이 수평의 탄소나노튜브들로 이루어진 탄소나노튜브 배선이 적용된 DRAM 또는 탄소나노튜브 배선이 적용된 낸드 플래시 메모리 장치이다. 상기 탄소나노튜브를 포함하는 배선은 실시예1 또는 실시예 2와 같은 방법으로 형성된다.
구체적으로 상기 휴대용 장치(600)의 데이터는 인코더/디코더(610)에 의해 상기 메모리 컨트롤러(520)를 경유하여 상기 메모리(510)로부터 입출력 된다. 그리고, 점선으로 도시된 것과 같이, 상기 데이터는 EDC(610)로부터 상기 메모리 (510)로 직접 입력될 수 있고, 상기 메모리(510)로부터 EDC(610)까지 직접 출력도 될 수 있다.
상기 EDC(610)는 상기 메모리(510) 내에 저장하기 위한 데이터를 인코딩한다. 예를 들어, 상기 EDC(610)는 상기 메모리내에 오디오 비디오 데이터를 저장하 기 위한 MP3, PMP 인코딩을 실행 시킬 수 있다. 이와는 달리, 상기 EDC(610)는 상기 메모리(510) 내에 비디오 데이터를 저장하기 위한 MPEG 인코딩을 실행 시킬 수 있다. 또한, 상기 EDC(610)는 서로 다른 포맷들에 따른 서로 다른 타입의 데이터들을 인코딩하기 위한 복합 인코더를 포함한다. 예를 들어, 상기 EDC(610)는 오디오 데이터를 위한 MP3 인코더와 비디오 데이터를 위한 MPEG 인코더를 포함 할 수 있다. 또한, 상기 EDC(610)는 상기 메모리(510)로부터 출력을 디코딩할 수 있다. 예를 들어, 상기 EDC(610)는 상기 메모리(510)로부터 출력된 오디오 데이터에 따라 MP3 디코딩을 수행 할 수 있다.
이와는 달리, 상기 EDC(610)는 상기 메모리 (510)로부터 출력된 비디오 데이터에 따라 MPEG 디코딩을 수행 할 수 있다. 예를 들어, 상기 EDC(610)는 오디오 데이터를 위한 MP3 디코더와 비디오 데이터를 위한 MPEG 디코더를 포함할 수 있다.
또한, 상기 EDC(610)는 단지 디코더만을 포함할 수 있다. 예를 들면, 엔코더 데이터를 이미 상기 EDC(610)로 입력받고, 메모리 컨트롤러(520) 및 또는 상기 메모리(510)로 전달 될 수 있다. 또한, 상기 EDC(610)는 상기 인터페이스(630)를 경유하여 인코딩을 위한 데이터 또는 이미 인코딩된 데이터를 받을 수 있다. 상기 인터페이스(630)는 알려진 표준 (예을 들어 파이어와이어, USB 등)에 따를 수 있다. 예를 들어, 상기 인터페이스(630)는 파이어와이어 인터페이스, USB 인터페이스 등을 포함 한다. 데이터가 상기 메모리(610)로부터 상기 인터페이스(630)를 경유하여 출력 될 수 있다.
상기 표시 장치(620)는 상기 메모리(510)에서 출력 되거나, 또는 EDC(610)에 의해서 디코딩된 데이터를 사용자에게 표시 할 수 있다. 예를 들어, 상기 표시 장치(620)는 오디오 데이터를 출력하는 스피커 잭, 비디오 데이터를 출력하는 디스플레이 스크린 등을 포함한다.
실시예 5
도 14는 본 발명의 수평의 탄소나노튜브 배선이 적용된 메모리 소자를 포함하는 컴퓨터 시스템을 도시한 블록다이어그램이다.
도 14를 참조하면, 상기 메모리(510)는 컴퓨터 시스템(700)내에 있는 CPU(central processing unit, 710)과 연결되어 있으며 앞서와 같이 실시예 1 또는 실시예 2의 방법으로 형성된 탄소나노튜브를 포함하는 배선이 적용된 플래시 메모리이다.
상기와 같은 컴퓨터 시스템은 플래시 메모리를 매인 저장 매체로 사용하는 노우트북 PC가 될 수 있다. 그리고 메모리(510)가 내장되어 데이터를 저장하고 기능을 컨트롤하는 디지털 제품군들 또한 시스템(700)이 될 수 있다. 상기 메모리(510)는 바로 CPU와 연결될 수 있고 버스(BUS) 등을 통해서 연결 될 수 있다. 도 14는 각 요소들이 충분하게 도시되지 않았지만 모든 전자기기 제품들이 디지탈화 됨에 따라 기본적으로 들어갈 수 있는 요소이다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 배선의 형성방법은 촉매 스페이서로부터 성장된 불완전한 수평 상태를 갖는 탄소나노튜브들을 형성한 후 기판이 회전하는 상태 에서 휘발성 유기용매를 제공함으로서 완전한 수평 상태의 탄소나노튜브를 형성할 수 있단. 즉, 본 발명은 기판의 표면과 수평한 상태를 갖는 수평의 탄소나노튜브들을 선택적으로 형성할 할 수 있을 뿐만 아니라 상기 휘어짐 없이 기판의 표면에 면접된 배열을 갖는 탄소나노 튜브를 형성할 수 있다. 또한, 한번의 성장 공정을 수행하여 고밀도의 탄소나노튜브들을 형성할 수 있다. 더욱이, 별도의 장비를 적용하지 않고 수평의 탄소나노튜브들을 형성할 수 있어 탄소나노튜브 배선의 형성공정의 효율을 극대화시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 수평의 탄소나노튜브를 형성하는 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 5는 촉매 스페이서로부터 형성된 탄소나노튜브를 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 실시예 2에 따른 수평의 탄소나노튜브를 형성하는 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 11은 최종적으로 형성된 수평의 탄소나노튜브를 나타내는 전자현미경 사진이다.
도 12는 본 발명의 수평의 탄소나노튜브 배선이 적용되는 메모리 장치의 일 실시예를 도시한 블록다이어그램이다.
도 13은 본 발명의 수평의 탄소나노튜브 배선이 적용된 메모리 소자를 포함하는 휴대장치를 도시한 블록다이어그램이다.
도 14는 본 발명의 수평의 탄소나노튜브 배선이 적용된 메모리 소자를 포함하는 컴퓨터 시스템을 도시한 블록다이어그램이다.

Claims (8)

  1. 절연막이 형성된 기판을 마련하는 단계;
    상기 절연막 상에 금속 구조물을 형성하는 단계;
    상기 금속 구조물의 측면에 촉매 스페이서를 형성하는 단계;
    상기 촉매 스페이서로부터 탄소나노튜브들을 성장시키는 단계;
    상기 탄소나노튜브들이 성장된 기판을 회전시키는 단계; 및
    회전되는 기판에 휘발성 유기용매를 제공하여 성장된 탄소나노튜브들의 기판의 표면과 수평한 상태로 배치시키는 단계를 포함하는 수평의 탄소나노튜브의 형성방법.
  2. 제1 항에 있어서, 금속 구조물을 탄소나노튜브가 성장되는 금속막 패턴을 포함하고, 상기 금속막 패턴은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 티타늄(Ti), 및 티타늄 질화물TiN)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 수평의 탄소나노튜브의 형성방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 촉매 스페이서는
    상기 절연막 및 금속 구조물 상에 균일한 두께를 갖는 촉매금속막을 형성하는 단계; 및
    상기 금속 구조물의 표면이 노출될 때까지 상기 촉매금속막을 식각하는 단계 를 수행함으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 수평의 탄소나노튜브의 형성방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 기판은 3000 내지 5000RPM의 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 수평의 탄소나노튜브의 형성방법.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 휘발성 유기용매로 아세톤, 크실렌 또는 이소프로필 알콜을 사용하는 것을 특징으로 하는 수평의 탄소나노튜브의 형성방법.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 회전하는 기판의 표면에 휘발성 유기용매가 제공됨으로 인해 상기 탄소나노튜브들에는 기판의 방향으로 인가되는 압축력, 탄소나노튜브의 성장방향으로 인장력 및 절연막과의 접합력이 인가되는 것을 특징으로 하는 수평의 탄소나노튜브의 형성방법.
  7. 절연막이 형성된 기판을 마련하는 단계;
    상기 절연막 상에 제1 금속막 패턴 및 상기 제1 금속막 패턴의 제1 측면을 노출시키면서 상기 제1 금속막 패턴을 커버하는 제2 금속막 패턴을 포함하는 금속 구조물을 형성하는 단계;
    상기 금속 구조물의 측면에 그 일부가 상기 제1 금속막 패턴의 제1 측면에 면접하는 촉매 스페이서를 형성하는 단계;
    상기 제1 금속막 패턴의 제1 측면과 면접되는 촉매 스페이서로부터 탄소나 노튜브들을 성장시키는 단계;
    상기 탄소나노튜브들이 성장된 기판을 회전시키는 단계; 및
    회전되는 기판에 휘발성 유기용매를 스핀 코팅하여 성장된 탄소나노튜브들의 기판의 표면과 수평한 상태를 갖도록 위치시키는 단계를 포함하는 수평의 탄소나노튜브의 형성방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 제1 금속막 패턴은 탄소나노튜브가 성장되는 금속인 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 티타늄(Ti), 및 티타늄 질화물TiN)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하고, 제2 금속막 패턴은 탄소나노튜브의 성장이 억제되는 금속인 팔라디움(Pd), 백금(Pt), 텅스텐(W), 니오비움(Nb), 바나듐(V), 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 수평의 탄소나노튜브의 형성방법.
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