[发明专利]用于制造场效应半导体器件的方法

说明书

本申请是索尼株式会社提交的名称为“用于制造场效应半导体器件的方法”、申请号为200480026427.3的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于制造场效应半导体器件例如场效应晶体管的方法。

背景技术

碳纳米管是Iijima于1991年发现的完全由碳构成的管状碳分子，碳纳米管的壁完全由6成员碳环(carbon 6-membered ring)理想地构成。如图3A所示，认为单壁碳纳米管42是通过将矩形石墨片(graphene sheet)41的边缘接合在一起而形成的无缝圆筒。多壁碳纳米管由具有不同直径的多个圆筒形碳纳米管构成，这些碳纳米管以套筒方式叠于彼此上。

如图3B所示，除了直径以外，根据接合石墨片的边缘的方向，即6成员碳环相对于该管的圆周方向的取向，碳纳米管分为具有不同空间螺旋特性(chirality)的各种碳纳米管，例如手性(chiral)碳纳米管43、锯齿形(zigzag)碳纳米管44、扶手椅形(armchair)碳纳米管45等。

通过利用化学气相沉积(CVD)工艺在源极/漏极电极之间随机生长单壁碳纳米管能够制造具有由单壁碳纳米管构成的沟道层的场效应晶体管。(参见例如APPLIED PHYSICS LETTERS 82，E.S.Snow et al，(2003)，2145)

具体地，作为碳源的甲烷气体被加热到50℃至80℃利用二茂镍作为催化剂从而制备纳米管，纳米管沉积在沟道层上从而制造器件。

另外，APPLIED PHYSICS LETTERS 82指出，具有由密度小为约1管/μm²的单壁碳纳米管构成的沟道层的场效应晶体管(FET)表现出优异的FET特性，如开启/关闭比值(On/Offratio)是五位的值且迁移率为7cm²/Vs。这是利用单壁碳纳米管的弹道导电(ballistic conduction)的例子。

然而，碳纳米管由于强的范德瓦尔斯力而一起形成厚束(thick bundle)，范德瓦尔斯力使得难以将该束分成单个碳纳米管。作为沟道材料的碳纳米管束的形成增加了载流子传导路径的数目，导致器件性能(器件特性)变差。换言之，需要用于形成碳纳米管均匀分散的状态的处理。

纳米管的束结构使得当通过CVD工艺在源极/漏极电极之间生长碳纳米管时以及当分散碳纳米管时难以实现纳米管的期望分散程度。

此外，在上述传统技术中，仅允许碳纳米管通过CVD工艺直接生长在源极/漏极电极之间，因此所得碳纳米管具有不利的壁结构，例如壁是起伏的或者含有5成员碳环或7成员碳环。在利用具有这样的壁结构的碳纳米管制造的场效应晶体管中，电子很可能被散射，从而降低迁移率。此外，用于该晶体管的制造工艺不容易。

为了解决该问题从而实现具有更高迁移率(mobility)的场效应晶体管，使用通过例如激光烧蚀(laser ablation)工艺制备的碳纳米管是有利的，激光烧蚀工艺是高温合成方法。通过激光烧蚀工艺制备的碳纳米管具有优异的特性，例如每个碳纳米管的壁结构几乎完全由6成员碳环构成且具有很少的缺陷，该事实已经通过电子显微镜下的检验得到证实(M.Shiraishi et al.，Chem.Phys.Lett.358(2002)213.)。

然而，该类型的碳纳米管需要净化工艺(purification process)，且在净化期间碳纳米管由于范德瓦尔斯力而一起形成厚束。具体地，在净化工艺中，碳纳米管在100℃的回流的过氧化氢水溶液(aqueous hydrogen peroxide)中加热5小时，然后在NaOH溶液中经历超声处理。净化工艺期间作为沟道材料的碳纳米管的束的形成增加了传导路径的数目，导致器件性能(器件特性)变差。换言之，需要用于形成这样的状态的处理，即在该状态中碳纳米管被均匀分散从而防止厚束的形成。(已经对作为硅器件的替代的所谓有机半导体场效应晶体管做了研究，因为从成本的观点来看有机半导体场效应晶体管是有利的且当使用塑料衬底时具有模制灵活性(molding flexibility)。)

发明内容

实现本发明用于解决上述问题，一任务是提供一种方法，其有利之处在于该方法容易地制造具有电流路径的场效应半导体器件，所述电流路径具有均匀分散在其中的碳纳米管，且所述场效应半导体器件被防止遭受由于碳纳米管束的形成导致的器件特性的退化。