[發明專利]用于制造場效應半導體器件的方法

無效

• 申請號: 201010163399.7
• 申請日: 2004-09-07
• 公開（公告）號: CN101840997A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 白石誠司;阿多誠文
• 申請（專利權）人: 索尼株式會社
• 主分類號: H01L51/40
• 分類號: H01L51/40;H01L51/05;H01L51/30
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 馬高平

本申請是索尼株式會社提交的名稱為“用于制造場效應半導體器件的方法”、申請號為200480026427.3的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及用于制造場效應半導體器件例如場效應晶體管的方法。

背景技術

碳納米管是Iijima于1991年發現的完全由碳構成的管狀碳分子，碳納米管的壁完全由6成員碳環(carbon?6-membered?ring)理想地構成。如圖3A所示，認為單壁碳納米管42是通過將矩形石墨片(graphene?sheet)41的邊緣接合在一起而形成的無縫圓筒。多壁碳納米管由具有不同直徑的多個圓筒形碳納米管構成，這些碳納米管以套筒方式疊于彼此上。

如圖3B所示，除了直徑以外，根據接合石墨片的邊緣的方向，即6成員碳環相對于該管的圓周方向的取向，碳納米管分為具有不同空間螺旋特性(chirality)的各種碳納米管，例如手性(chiral)碳納米管43、鋸齒形(zigzag)碳納米管44、扶手椅形(armchair)碳納米管45等。

通過利用化學氣相沉積(CVD)工藝在源極/漏極電極之間隨機生長單壁碳納米管能夠制造具有由單壁碳納米管構成的溝道層的場效應晶體管。(參見例如APPLIED?PHYSICS?LETTERS?82，E.S.Snow?et?al，(2003)，2145)

具體地，作為碳源的甲烷氣體被加熱到50℃至80℃利用二茂鎳作為催化劑從而制備納米管，納米管沉積在溝道層上從而制造器件。

另外，APPLIED?PHYSICS?LETTERS?82指出，具有由密度小為約1管/μm²的單壁碳納米管構成的溝道層的場效應晶體管(FET)表現出優異的FET特性，如開啟/關閉比值(On/Offratio)是五位的值且遷移率為7cm²/Vs。這是利用單壁碳納米管的彈道導電(ballistic?conduction)的例子。

然而，碳納米管由于強的范德瓦爾斯力而一起形成厚束(thick?bundle)，范德瓦爾斯力使得難以將該束分成單個碳納米管。作為溝道材料的碳納米管束的形成增加了載流子傳導路徑的數目，導致器件性能(器件特性)變差。換言之，需要用于形成碳納米管均勻分散的狀態的處理。

納米管的束結構使得當通過CVD工藝在源極/漏極電極之間生長碳納米管時以及當分散碳納米管時難以實現納米管的期望分散程度。

此外，在上述傳統技術中，僅允許碳納米管通過CVD工藝直接生長在源極/漏極電極之間，因此所得碳納米管具有不利的壁結構，例如壁是起伏的或者含有5成員碳環或7成員碳環。在利用具有這樣的壁結構的碳納米管制造的場效應晶體管中，電子很可能被散射，從而降低遷移率。此外，用于該晶體管的制造工藝不容易。

為了解決該問題從而實現具有更高遷移率(mobility)的場效應晶體管，使用通過例如激光燒蝕(laser?ablation)工藝制備的碳納米管是有利的，激光燒蝕工藝是高溫合成方法。通過激光燒蝕工藝制備的碳納米管具有優異的特性，例如每個碳納米管的壁結構幾乎完全由6成員碳環構成且具有很少的缺陷，該事實已經通過電子顯微鏡下的檢驗得到證實(M.Shiraishi?et?al.，Chem.Phys.Lett.358(2002)213.)。

然而，該類型的碳納米管需要凈化工藝(purification?process)，且在凈化期間碳納米管由于范德瓦爾斯力而一起形成厚束。具體地，在凈化工藝中，碳納米管在100℃的回流的過氧化氫水溶液(aqueous?hydrogen?peroxide)中加熱5小時，然后在NaOH溶液中經歷超聲處理。凈化工藝期間作為溝道材料的碳納米管的束的形成增加了傳導路徑的數目，導致器件性能(器件特性)變差。換言之，需要用于形成這樣的狀態的處理，即在該狀態中碳納米管被均勻分散從而防止厚束的形成。(已經對作為硅器件的替代的所謂有機半導體場效應晶體管做了研究，因為從成本的觀點來看有機半導體場效應晶體管是有利的且當使用塑料襯底時具有模制靈活性(molding?flexibility)。)

發明內容

實現本發明用于解決上述問題，一任務是提供一種方法，其有利之處在于該方法容易地制造具有電流路徑的場效應半導體器件，所述電流路徑具有均勻分散在其中的碳納米管，且所述場效應半導體器件被防止遭受由于碳納米管束的形成導致的器件特性的退化。