柔性碳納米管薄膜場效應晶體管及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體技術領域，具體涉及一種柔性碳納米管薄膜場效應晶體管及其制備方法。
【背景技術】
[0002]薄膜場效應晶體管(即TFT器件)目前主要用在各種光電產(chǎn)品的背板驅動陣列中，作為有源驅動器件驅動各種光電二極管。如在AMOLED顯示或者OLED照明中驅動OLED器件。TFT器件相比與傳統(tǒng)硅工藝制造的MOS器件，具有工藝簡單但驅動能力較弱的特點。特別是在柔性電子產(chǎn)品應用中，因為傳統(tǒng)非晶硅和多晶硅TFT器件都無法在柔性襯底上制造，目前通常采用的是有機薄膜晶體管(OTFT)來實現(xiàn)柔性顯示的驅動，但OTFT具有驅動能力弱、可靠性差等問題，是目前柔性顯示產(chǎn)品一直無法量產(chǎn)的重要原因。采用碳納米管作為薄膜器件的導電溝道制備的碳納米管TFT器件，驅動能力遠高于OTFT，OTFT迀移率大概只有0.1cmVv.S，而碳納米管TFT器件可以達到100cm2/v.S，同時碳納米管具備很好的柔性性能，是未來制備高性能柔性電子產(chǎn)品的重要技術選擇方案之一。
[0003]然而，目前受限于工藝條件和制備能力，采用印刷工藝制備的柔性碳納米管TFT器件，碳納米管的迀移率較小，通常在1cmVv.s左右；為了更好的推動柔性電子的發(fā)展，要求柔性數(shù)字電路模塊具有較快的速度，這就需要提高柔性TFT器件的驅動能力。
[0004]因此，研宄如何提高柔性TFT的驅動能力具有重要價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供一種柔性碳納米管薄膜場效應晶體管及其制備方法，從而形成雙層碳納米管晶體管構成的場效應晶體管。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了種柔性碳納米管薄膜場效應晶體管，形成于柔性襯底上，其包括:
[0007]位于柔性襯底上的下層碳納米管晶體管；
[0008]覆蓋于下層碳納米管晶體管表面的下層柔性絕緣層；
[0009]位于下層柔性絕緣層上的上層碳納米管晶體管；
[0010]覆蓋于上層碳納米管晶體管表面的上層柔性絕緣層；
[0011]位于上層柔性絕緣層表面的若干頂層金屬塊；
[0012]位于所述下層碳納米管晶體管的下層源極、下層漏極和下層柵極上的第一接觸孔；
[0013]位于所述上層碳納米管晶體管的上層源極、上層漏極和上層柵極上的第二接觸孔；其中，
[0014]所述上層碳納米管晶體管的上層源極、上層漏極和上層柵極的圖形均分別小于所述下層碳納米管晶體管的下層源極、下層漏極和下層柵極的圖形；所述下層碳納米管晶體管的下層源極、下層漏極以及下層柵極分別位于所述上層碳納米管晶體管的上層源極、上層漏極以及上層柵極邊緣外側的下方；所述第一接觸孔位于所述第二接觸孔的遠離所述場效應晶體管中心的一側；所述第一接觸孔穿透所述下層柔性絕緣層和所述上層柔性絕緣層；所述第二接觸孔穿透所述上層柔性絕緣層；
[0015]位于所述下層源極上的第一接觸孔與位于所述上層源極上的第二接觸孔通過第一頂層金屬塊相連；
[0016]位于所述下層漏極上的第一接觸孔與位于所述上層漏極上的第二接觸孔通過第二頂層金屬塊相連；
[0017]位于所述下層柵極上的第一接觸孔與位于所述上層柵極上的第二接觸孔通過第三頂層金屬塊相連。
[0018]優(yōu)選地，所述下層碳納米管晶體管包括:位于所述柔性襯底上的下層柵極，覆蓋于所述下層柵極上和暴露的所述柔性襯底表面的下層柵介質層，覆蓋于所述下層柵介質層表面的下層碳納米管，位于所述下層柵極兩側上方的下層碳納米管部分的下層源極金屬和下層漏極金屬；分別位于所述下層源極金屬和下層漏極金屬上的第一接觸孔；
[0019]所述上層碳納米管晶體管包括:位于所述下層柔性絕緣層表面的上層柵極，覆蓋于所述上層柵極上和暴露的所述下層柔性絕緣層表面的上層柵介質層，位于所述上層柵介質層表面的上層碳納米管，位于所述上層柵極兩側上方的上層碳納米管部分的上層源極金屬和上層漏極金屬；分別位于所述上層源極金屬和上層漏極金屬上的第二接觸孔；其中，
[0020]所述下層源極金屬和所述下層漏極金屬上的所述第一接觸孔從下往上均依次穿透所述下層柔性絕緣層，所述上層柵介質層和所述上層柔性絕緣層，所述下層柵極上的所述第一接觸孔從下往上依次穿過所述下層柵介質層、所述下層柔性絕緣層，所述上層柵介質層和所述上層柔性絕緣層；所述上層源極金屬和所述上層漏極金屬上的所述第二接觸孔均只穿透所述上層柔性絕緣層，所述上層柵極上的所述第二接觸孔穿過所述上層柵介質層和所述上層柔性絕緣層。
[0021]優(yōu)選地，所述下層柔性絕緣層或所述上層柔性絕緣層的材料為C型聚對二甲苯。
[0022]優(yōu)選地，所述頂層金屬塊的材料為金屬鋁。
[0023]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種上述的柔性碳納米管薄膜場效應晶體管的制備方法，包括以下步驟:
[0024]步驟01:設計版圖，使所述上層源極、所述上層漏極和所述上層柵極的圖形均分別小于所述下層源極、所述下層漏極和所述下層柵極的圖形；
[0025]步驟02:提供一柔性襯底；
[0026]步驟03:利用所述版圖，在所述柔性襯底上形成所述下層碳納米管晶體管；所述下層碳納米管晶體管包括下層柵極、下層源極和下層漏極；
[0027]步驟04:在完成所述步驟03的襯底上覆蓋一層所述下層柔性絕緣層；
[0028]步驟05:利用所述版圖，在所述下層柔性絕緣層上形成所述上層碳納米管晶體管；所述上層碳納米管晶體管包括上層柵極、上層源極和上層漏極；其中，所述上層碳納米管晶體管的上層柵極的圖形、上層源極的圖形和上層漏極的圖形均分別小于所述下層碳納米管晶體管的下層柵極的圖形、下層源極的圖形和下層漏極的圖形；
[0029]步驟06:在完成所述步驟05的襯底上覆蓋一層所述上層柔性絕緣層；
[0030]步驟07:經(jīng)光刻和刻蝕工藝，在所述下層碳納米管晶體管的下層柵極、下層源極和下層漏極上分別形成所述第一接觸孔，并向所述第一接觸孔中填充金屬，同時在所述上層碳納米管晶體管的上層柵極、上層源極和上層漏極上分別形成所述第二接觸孔，并向所述第二接觸孔中填充金屬；
[0031]步驟08:在完成所述步驟07襯底上形成所述第一頂層金屬塊、所述第二頂層金屬塊和所述第三頂層金屬塊。
[0032]優(yōu)選地，所述步驟03包括:
[0033]步驟301:所述柔性襯底上形成下層碳納米管晶體管的下層柵極；
[0034]步驟302:在完成步驟301的襯底上覆蓋一層下層柵介質層；
[0035]步驟303:在所述下層柵介質層上形成下層碳納米管；
[0036]步驟304:在所述下層柵介質層兩側上方的所述下層碳納米管部分的表面形成下層源極金屬和下層漏極金屬。
[0037]所述步驟05包括:
[0038]步驟501:所述下層柔性絕緣層上形成上層碳納米管晶體管的上層柵極；
[0039]步驟502:在完成步驟501的襯底上覆蓋一層上層柵介質層；
[0040]步驟503:在所述上層柵介質層上形成上層碳納米管；
[0041]步驟504:在所述上層柵介質層兩側上方的所述上層碳納米管部分的表面形成上層源極金屬和上層漏極金屬。
[0042]優(yōu)選地，所述步驟07中，形成所述第一接觸孔包括:經(jīng)光刻，在光刻膠上光刻出下層碳納米管晶體管的下層源極、下層漏極和下層柵極的第一接觸孔圖案；然后，以所述光刻膠為掩膜，依次采用氧等離子體刻蝕上層柔性絕緣層，采用氫氟酸刻蝕所述下層碳納米管晶體管的下層源極、下層漏極和下層柵極上方的所述上層柵介質層，