KR20090055205A - Method of laterally growing carbon nano tubes by selective growth - Google Patents

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KR20090055205A
KR20090055205A KR1020070122001A KR20070122001A KR20090055205A KR 20090055205 A KR20090055205 A KR 20090055205A KR 1020070122001 A KR1020070122001 A KR 1020070122001A KR 20070122001 A KR20070122001 A KR 20070122001A KR 20090055205 A KR20090055205 A KR 20090055205A
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문성호
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Abstract

A method for laterally growing carbon nanotubes is provided to selectively and uniformly grow a plurality of carbon nanotubes on a substrate, thereby replacing metal wiring of a semiconductor device. A method for laterally growing carbon nanotubes comprises the following steps of: preparing a substrate(10) on which an insulating layer(20) is formed; forming a first material layer(30) containing a carbon nanotube-growable material on some parts of the insulating layer; wholly covering the first material layer with a second material layer(40) containing a carbon nanotube-inhibiting material; patterning the second material layer in order to expose a first side of the first material layer; forming a catalyst layer(54) on the first side by using a catalyst; and growing the plural carbon nanotubes(60) in horizontal direction of the surface of the substrate.

Description

선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법{Method of laterally growing carbon nano tubes by selective growth}Horizontal growth method of carbon nanotubes by selective growth {Method of laterally growing carbon nano tubes by selective growth}

본 발명은 탄소나노튜브의 성장방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 탄소나노튜브를 선택 성장에 의하여 수평으로 성장시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for growing carbon nanotubes, and more particularly, to a method for growing carbon nanotubes horizontally by selective growth.

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.As miniaturization and integration of semiconductor devices are performed more rapidly and continuously, new approaches to microspheres are required. One of them is the application of carbon nanotubes. Carbon nanotubes (CNTs) have a shape similar to that formed by rounding a graphite plate, and carbons connected by hexagonal rings have a long tube shape structure of several to several tens of nm diameter and several to several hundred μm long, that is, one-dimensional quantum wire. It has a (one-dimensional quantum wire) structure. Carbon nanotubes have unusual electrical properties, such as mechanical and chemical properties, and one-dimensional quantum transport. In particular, the carbon nanotubes have strong strength and can be bent without breaking, have a restoring force to return to their original shape, and have almost no wear or damage even in continuous use. In addition, carbon nanotubes have a very large ratio of length to diameter, so that the anisotropy of the structure is large, and the electrical properties vary depending on the shape, structure, and diameter of the wound, and thus have conductive or semiconductor properties. In addition, since it has high thermal conductivity, high electron emission characteristics and excellent chemical reactivity, it is expected to be applied in various industrial fields.

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.One possible application of carbon nanotubes in the semiconductor field is to replace metallization. In order to realize this possibility, development of a carbon nanotube manufacturing process having reproducibility must be preceded.However, in the current technology level, since nanotubes are manufactured and manipulated one by one and placed in a desired position, the electronic device or the highly integrated device is selected. Difficult to implement In addition, at the current technology level, carbon nanotube synthesis technology is a technique for growing carbon nanotubes vertically, which is to grow nanotubes in a direction perpendicular to the substrate surface on a substrate on which a catalyst pattern is formed. However, even when the vertically grown carbon nanotubes have excellent alignment, it is difficult to uniformly control the length and spacing of the carbon nanotubes, and there is a limitation that it is difficult to selectively grow only the desired sites. In addition, it is difficult to apply the carbon nanotubes grown in the vertical direction in the semiconductor manufacturing process.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 탄소나노튜브를 선택적으로 수평성장할 수 있는 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention is to provide a horizontal growth method of carbon nanotubes by selective growth capable of selectively horizontally growing carbon nanotubes.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법은, 표면에 절연층이 형성된 기판을 준비하는 단계, 상기 절연층의 일부 영역에 탄소나노튜브가 성장할 수 있는 물질을 포함하는 제1 물질층을 형성하는 단계, 탄소나노튜브가 성장을 방지하는 물질을 포함하는 제2 물질층을 상기 제1 물질층 전체를 덮도록 형성하는 단계, 상기 제1 물질층의 제1 측면이 노출하도록 상기 제2 물질층을 패터닝하는 단계, 상기 제1 측면 상에 촉매를 이용하여 촉매층을 형성하는 단계, 및 상기 촉매층으로부터 복수의 탄소나노튜브를 상기 기판의 표면에 대하여 수평 방향으로 성장하는 단계를 포함한다.In the horizontal growth method of carbon nanotubes by selective growth according to the present invention for achieving the above technical problem, preparing a substrate having an insulating layer formed on the surface, the carbon nanotubes may be grown in a portion of the insulating layer Forming a first material layer comprising a material, forming a second material layer including a material that prevents carbon nanotubes from growing and covering the entirety of the first material layer; Patterning the second material layer to expose one side, forming a catalyst layer using a catalyst on the first side, and a plurality of carbon nanotubes from the catalyst layer in a horizontal direction with respect to the surface of the substrate Growing stages.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 촉매층을 형성하는 단계는, 상기 제1 물질층 및 상기 제2 물질층을 덮는 촉매층을 형성하는 단계, 및 상기 촉매층이 상기 제2 물질층의 상면에서 제거되고, 상기 제1 물질층의 측면 상에 잔존하도록 상기 촉매층을 선택적으로 제거하는 단계를 포함한다. 이러한 선택적 제거는 에치백(etch-back)으로 수행될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the forming of the catalyst layer may include forming a catalyst layer covering the first material layer and the second material layer, and removing the catalyst layer from an upper surface of the second material layer. And selectively removing the catalyst layer so as to remain on the side of the first material layer. Such selective removal may be performed by etch-back.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판은 소자층을 포함하고, 상기 절연층은 상기 소자층과 상기 제1 물질층을 전기적으로 연결하는 도전성 콘택 홀을 포함할 수 있다. 또한, 상기 절연층은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiON), ITO(Indium Tin Oxide), 알루미늄 산화물(Al2O3), 유리 물질(glass)을 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present disclosure, the substrate may include a device layer, and the insulating layer may include a conductive contact hole electrically connecting the device layer and the first material layer. In addition, the insulating layer may include silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride (SiON), indium tin oxide (ITO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or a glass material (glass). Or more.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 탄소나노튜브를 성장하는 단계는, 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) 중에 하나 또는 그 이상을 이용하여 수행할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the growing of the carbon nanotubes may include catalytic thermal reduction, chemical vapor deposition (CVD), thermal CVD, and plasma. It may be performed using one or more of plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and hot-filament vapor deposition.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 물질층은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 티타늄(Ti), 및 티타늄 질화물(TiN)로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 물질층은 팔라디움(Pd), 백금(Pt), 텅스텐(W), 니오비움(Nb), 바나듐(V), 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상을 포함 할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first material layer is one selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), iron (Fe), titanium (Ti), and titanium nitride (TiN). It may contain the above. In addition, the second material layer includes one or more selected from the group consisting of palladium (Pd), platinum (Pt), tungsten (W), niobium (Nb), vanadium (V), and molybdenum (Mo). can do.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 촉매층은 금속을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속은 니켈(Ni), 코발트(Co), 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the catalyst layer may comprise a metal. In addition, the metal may include one or more selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), and iron (Fe).

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 메탄, 아세틸렌, 일산화탄소, 벤젠, 및 에틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상을 이용하여 형성할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the carbon nanotubes may be formed using one or more selected from the group consisting of methane, acetylene, carbon monoxide, benzene, and ethylene.

본 발명의 탄소나노튜브의 수평성장방법은 기판에 대하여 수평으로 복수의 탄소나노튜브를 선택적으로 균일하게 형성할 수 있으므로, 반도체 장치의 금속배선을 대체할 가능성이 있다. 또한, 한번의 성장 공정을 수행하여 고밀도의 탄소나노튜브를 형성할 수 있다. 식각 공정에 의한 측부 촉매층의 프로화일의 조절하거나 또는 탄소나노튜브의 성장조건을 조절하여, 탄소나노튜브의 수평 각도를 용이하게 변경할 수 있다. 또한, 박막성장과 패터닝 등의 기존의 반도체 소자 제조 공정을 응용할 수 있으므로, 고가의 장비를 새로 구입하거나 또는 새로운 제조 방법을 연구할 필요가 적어 경제적이다.The horizontal growth method of the carbon nanotubes of the present invention can selectively and uniformly form a plurality of carbon nanotubes horizontally with respect to the substrate, which may replace the metal wiring of the semiconductor device. In addition, one growth process may be performed to form high-density carbon nanotubes. The horizontal angle of the carbon nanotubes can be easily changed by controlling the profile of the side catalyst layer or the growth conditions of the carbon nanotubes by the etching process. In addition, since the existing semiconductor device manufacturing process such as thin film growth and patterning can be applied, it is economical because there is little need to purchase expensive equipment or research a new manufacturing method.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples can be modified in various other forms, and the scope of the present invention is It is not limited to an Example. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

명세서 전체에 걸쳐서 막, 영역, 또는 기판등과 같은 하나의 구성요소가 또 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 직접 접촉하거나 중간에 개재되는 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다.Throughout the specification, when referring to one component, such as a film, region, or substrate, being "on" another component, the component is in direct contact with or intervening with another component. It can be interpreted that elements may exist. Also, relative terms such as "top" or "above" and "bottom" or "bottom" may be used herein to describe the relationship of certain elements to other elements as illustrated in the figures. It may be understood that relative terms are intended to include other directions of the device in addition to the direction depicted in the figures. For example, if the device is turned over in the figures, elements depicted as present on the face of the top of the other elements are oriented on the face of the bottom of the other elements. Thus, the exemplary term "top" may include both "bottom" and "top" directions depending on the particular direction of the figure.

또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.In addition, the thickness or size of each layer in the drawings is exaggerated for convenience and clarity, the same reference numerals in the drawings refer to the same elements. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" may include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. Also, as used herein, "comprise" and / or "comprising" specifies the presence of the mentioned shapes, numbers, steps, actions, members, elements and / or groups of these. It is not intended to exclude the presence or the addition of one or more other shapes, numbers, acts, members, elements and / or groups.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers, and / or parts, these members, parts, regions, layers, and / or parts are defined by these terms. It is obvious that not. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Thus, the first member, part, region, layer or portion, which will be discussed below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브의 수평성장방법에 따라 형성한 탄소나노튜브 소자를 공정별로 도시한 사시도들이다.1 to 4 are perspective views illustrating carbon nanotube devices formed by a process according to a horizontal growth method of carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판(10)을 준비한다. 기판(10)은 실리콘 기판 또는 유리 기판 등일 수 있다. 또한, 기판(10)은 트랜지스터 등의 소자가 형성된 소자층을 포함할 수 있다. 기판(10) 상에는 절연층(20)이 형성될 수 있다. 절연층(20)은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiON), ITO(Indium Tin Oxide), 알루미늄 산화물(Al2O3), 또는 유리 물질(glass)을 포함할 수 있다. 즉, 절연층(20)은 상술한 물질로 형성된 산화층, 질화층, 산질화층, 또는 유리층이 단일층으로 형성되거나, 또는 이러한 층들이 서로 중첩되어 적층된 복합층으로 형성될 수 있다. 또한, 절연층(20)은 기판(10)에 형성된 소자층과 이후에 형성되는 제1 물질층(30)을 전기적으로 연결하는 도전성 콘택 홀(또는 콘택 비어)을 포함할 수 있다. 이러한 콘택 홀에 의하여, 기판(10)에 형성된 소자들은 이후에 형성되는 탄소나노튜브(60, 도 4 참조)를 통하여 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나, 상술한 기판(10) 및 절연층(20)을 구성하는 물질과 그 형태는 예시적이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 1, a substrate 10 is prepared. The substrate 10 may be a silicon substrate or a glass substrate. In addition, the substrate 10 may include an element layer on which elements such as transistors are formed. An insulating layer 20 may be formed on the substrate 10. The insulating layer 20 may be formed of silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride (SiON), indium tin oxide (ITO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or glass material (glass). It may include. That is, the insulating layer 20 may be formed of a single layer of an oxide layer, a nitride layer, an oxynitride layer, or a glass layer formed of the above-described materials, or may be formed of a composite layer in which these layers overlap each other. In addition, the insulating layer 20 may include a conductive contact hole (or contact via) that electrically connects the device layer formed on the substrate 10 and the first material layer 30 formed thereafter. By such contact holes, elements formed in the substrate 10 may be electrically connected to the outside through the carbon nanotubes 60 (see FIG. 4) formed later. However, the materials constituting the substrate 10 and the insulating layer 20 and the form thereof are exemplary, but are not necessarily limited thereto.

이어서, 절연층(20) 상에 제1 물질층(30)을 형성한다. 제1 물질층(30)은 탄소나노튜브(60, 도 4 참조)가 그 표면으로부터 성장할 수 있는 물질, 예를 들어 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 티타늄(Ti), 또는 티타늄 질화물(TiN)을 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있고, 반도체 분야의 통상의 물질층 증착방법에 따라 수행될 수 있다. 이어서, 통상의 리소그래피 공정을 수행하여, 원하는 패턴으로 제1 물질층(30)을 패터닝한다.Subsequently, the first material layer 30 is formed on the insulating layer 20. The first material layer 30 is a material from which carbon nanotubes 60 (see FIG. 4) can grow from the surface thereof, for example nickel (Ni), cobalt (Co), iron (Fe), titanium (Ti), Or titanium nitride (TiN) or one or more, and may be performed according to a conventional material layer deposition method in the semiconductor field. Subsequently, a conventional lithography process is performed to pattern the first material layer 30 in a desired pattern.

도 2를 참조하면, 제1 물질층(30) 전체를 덮도록 제2 물질층(40)을 형성한다. 제2 물질층(40)은 탄소나노튜브(60, 도 4 참조)가 그 표면으로부터 성장하지 못하는 물질, 예를 들어 팔라디움(Pd), 백금(Pt), 텅스텐(W), 니오비움(Nb), 바나듐(V), 또는 몰리브덴(Mo)을 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있고, 반도체 분야의 통상의 물질층 증착방법에 따라 수행될 수 있다. 이어서, 통상의 리소그래피 공정을 수행하여, 제1 물질층(30)의 제1 측면(32)이 노출하도록 제2 물질층(40)을 패터닝한다. 제1 측면(32)은 이후의 공정에서 탄소나노튜브(60)가 성장하는 측면이고, 제2 물질층(40)의 제2 측면(42)과 평행하게 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 측면(32)과 제2 측면(42)과 대향하는 제2 물질층(40)의 제3 측면(44)에는 제1 물질층(30)이 노출되지 않는다. 그러나, 탄소나노튜브(60, 도 4 참조)의 성장 메 커니즘을 간략하게 설명하기 위하여 예시적으로 도시된 것으로, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 필요한 경우에는 제3 측면(44)에도 제1 물질층(30)이 노출될 수 있으며, 다른 측면에서도 제1 물질층(30)이 노출될 수 있다.Referring to FIG. 2, the second material layer 40 is formed to cover the entire first material layer 30. The second material layer 40 is a material in which the carbon nanotubes 60 (see FIG. 4) do not grow from the surface thereof, for example, palladium (Pd), platinum (Pt), tungsten (W), and niobium (Nb). , Vanadium (V), or molybdenum (Mo) may include one or more, and may be performed according to a conventional material layer deposition method in the semiconductor field. Subsequently, a conventional lithography process is performed to pattern the second material layer 40 to expose the first side 32 of the first material layer 30. The first side surface 32 is a side where the carbon nanotubes 60 are grown in a subsequent process, and may be formed in parallel with the second side surface 42 of the second material layer 40. As shown, the first material layer 30 is not exposed to the third side surface 44 of the second material layer 40 opposite the first side surface 32 and the second side surface 42. However, it is illustrated by way of example to briefly explain the growth mechanism of the carbon nanotubes 60 (see FIG. 4), but is not necessarily limited thereto. That is, if necessary, the first material layer 30 may be exposed on the third side surface 44, and the first material layer 30 may be exposed on the other side surface.

도 3을 참조하면, 제1 측면(32) 상에 촉매를 이용하여 측부 촉매층(54)을 형성한다. 측부 촉매층(54)을 형성하는 일 실시예로, 제1 물질층(30) 및 제2 물질층(40)을 덮는 촉매층(50)을 형성한다. 도시된 바와 같이, 촉매층(50)은 기판(10) 또는 절연층(20)의 상면(22, 도 2 참조)을 덮는 제1 상부 촉매층(52)과 제1 물질층(30)의 제1 측면(32, 도2 참조)과 제2 물질층(40)의 제2 측면(42, 도 2 참조)을 덮는 측부 촉매층(54)과 제2 물질층(40)의 상면(46, 도2 참조)을 덮는 제2 상부 촉매층(56)을 포함한다. 이러한 촉매층(50)은 금속을 포함하는 물질, 예를 들어 금속 전구체일 수 있으며, 상기 금속은 니켈(Ni), 코발트(Co), 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 또한, 촉매층(50)에 포함된 촉매물질은 통상적인 어닐링 처리를 통하여 응집되어 촉매 나노 도트(nano dot)와 같은 나노 구조물을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3, the side catalyst layer 54 is formed using a catalyst on the first side 32. In an embodiment of forming the side catalyst layer 54, the catalyst layer 50 covering the first material layer 30 and the second material layer 40 is formed. As shown, the catalyst layer 50 includes a first upper catalyst layer 52 and a first side surface of the first material layer 30 covering the top surface 22 (see FIG. 2) of the substrate 10 or the insulating layer 20. (See 32, FIG. 2) and the top surface 46 of the side catalyst layer 54 and the second material layer 40 covering the second side 42 (see FIG. 2) of the second material layer 40 (see FIG. 2). It includes a second upper catalyst layer 56 covering the. The catalyst layer 50 may be a material including a metal, for example, a metal precursor, and the metal may include one or more selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), and iron (Fe). can do. In addition, the catalyst material included in the catalyst layer 50 may be aggregated through a conventional annealing process to form nanostructures such as catalyst nano dots.

이어서, 제1 상부 촉매층(52)과 제2 상부 촉매층(56)을 제거하고, 이에 따라 측부 촉매층(54)만을 잔존시킨다. 이와 같은 제거 공정은 에치백(etch-back)에 의하여 수행되거나 또는 통상의 패터닝 공정에 의하여 수행될 수 있다. Subsequently, the first upper catalyst layer 52 and the second upper catalyst layer 56 are removed, thereby leaving only the side catalyst layer 54. This removal process may be performed by etch-back or by a conventional patterning process.

도 4를 참조하면, 측부 촉매층(54)으로부터 복수의 탄소나노튜브(60)가 상기 기판(10) 또는 절연막(20)의 표면(22)에 대하여 수평 방향으로 성장한다. 탄소나노튜브(60)는 메탄, 아세틸렌, 일산화탄소, 벤젠, 및 에틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상을 이용하여 형성할 수 있다. 그러나, 이와 같은 물질들을 예시적이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 탄소나노튜브(60)의 성장은 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) 중에 하나 또는 그 이상을 이용하여 수행할 수 있다.Referring to FIG. 4, a plurality of carbon nanotubes 60 grow from the side catalyst layer 54 in a horizontal direction with respect to the surface 22 of the substrate 10 or the insulating film 20. The carbon nanotubes 60 may be formed using one or more selected from the group consisting of methane, acetylene, carbon monoxide, benzene, and ethylene. However, such materials are exemplary and not necessarily limited thereto. In addition, the growth of the carbon nanotubes 60 is catalyzed thermal reduction, chemical vapor deposition (CVD), thermal CVD, plasma enhanced chemical vapor deposition (plasma enhanced chemical vapor deposition) , PECVD), and hot-filament vapor deposition.

탄소나노튜브(60)는 측부 촉매층(54)의 촉매 역할에 의하여 성장하게 되는데, 측부 촉매층(54)에 포함된 촉매 물질들은 그 하측에 형성된 층의 성질에 따라 촉매역할의 수행가능여부가 달라지게 된다. 이를 선택 성장(selective growth)이라고 한다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 측부 촉매층(54)이 제1 물질층(30)의 제1 측면(32)과 제2 물질층(40)의 제2 측면(42) 상에 모두 형성되어 있다고 하여도, 탄소나노튜브(60)가 성장할 수 있는 물질, 예를 들어 티타늄(Ti), 또는 티타늄 질화물(TiN)을 포함하는 제1 물질층(30) 상에서는 탄소나노튜브(60)가 성장하게 되며, 반면 탄소나노튜브(60)가 성장할 수 없는 물질, 예를 들어 실리콘 산화물(SiO2) 또는 텅스텐(W)을 포함하는 제2 물질층(40) 상에서는 측부 촉매층(54)이 존재하여도 탄소나노튜브(60)가 성장할 수 없다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 측부 촉매층(54)을 스페이서 형태로 형성하는 이유는 촉매가 일반적으로 금속 물질이므로, 탄소나노튜브(60)가 자라게 될 각각의 아일랜드를 전기적으로 분리하기 위함이다. 그러므로, 제2 물질층(40)의 제2 측면(42)의 촉매를 제거하지 않아도, 탄소나노튜브(60)는 도시된 바와 같이, 제1 물질층(30)의 제1 측면(32)으로부터만 성장한다.The carbon nanotubes 60 are grown by the catalyst role of the side catalyst layer 54, and the catalyst materials included in the side catalyst layer 54 are different depending on the properties of the layer formed under the catalyst layer. do. This is called selective growth. That is, as shown in FIG. 4, the side catalyst layer 54 is formed on both the first side 32 of the first material layer 30 and the second side 42 of the second material layer 40. However, the carbon nanotubes 60 may be grown on the first material layer 30 including the material on which the carbon nanotubes 60 may be grown, for example, titanium (Ti) or titanium nitride (TiN). On the other hand, even if the side catalyst layer 54 is present on the second material layer 40 including the material on which the carbon nanotubes 60 cannot grow, for example, silicon oxide (SiO 2 ) or tungsten (W) Tube 60 cannot grow. In addition, as shown in FIG. 4, the reason for forming the side catalyst layer 54 in the form of a spacer is to electrically separate each island on which the carbon nanotubes 60 will grow, since the catalyst is generally a metal material. . Therefore, even without removing the catalyst of the second side 42 of the second material layer 40, the carbon nanotubes 60 are removed from the first side 32 of the first material layer 30, as shown. Only grows.

이러한 관점에서 보면, 제2 물질층(40) 상부에 형성된 제2 상부 촉매층(56)에서도 탄소나노튜브(60)가 성장하지 않을 것으로 예상되지만, 본 발명은 제2 상부 촉매층(56)을 제거하는 것에 일 특징이 있다. 왜냐하면, 제2 상부 촉매층(56)이 제거되지 않는다면, 어닐링 처리를 하는 경우에 그 내부에 포함된 촉매 물질은 응집되어 나노 구조물을 형성할 수 있고, 이 과정에서 인접한 촉매 물질을 표면장력이나 재결정 메커니즘에 의하여 끌어들일 수 있으므로, 제1 물질층(30)의 제1 측면(32) 상에 있는 촉매 물질이 제거될 우려가 있다. 특히, 상부 촉매층(56)의 면적이 제1 물질층(30)의 제1 측면(32)에 비하여 상대적으로 큰 경우에는 이러한 응집 경향이 커질 수 있다. 이러한 경우에는, 제1 물질층(30)의 제1 측면(32)에서의 탄소나노튜브(60)의 균일한 성장을 방해하게 된다. 본 발명은 제2 상부 촉매층(56)을 제거함으로서 상술한 응집에 의한 제1 물질층(30)의 제1 측면(32)의 촉매 물질의 손실을 방지할 수 있으므로 탄소나노튜브(60)의 균일한 성장이 가능하다.In this regard, although the carbon nanotubes 60 are not expected to grow in the second upper catalyst layer 56 formed on the second material layer 40, the present invention removes the second upper catalyst layer 56. There is one feature to one. If the second upper catalyst layer 56 is not removed, the catalyst material contained therein may be agglomerated to form a nanostructure in the annealing process, and the adjacent catalyst material may have surface tension or recrystallization mechanism. As a result, the catalytic material on the first side 32 of the first material layer 30 may be removed. In particular, when the area of the upper catalyst layer 56 is relatively large compared to the first side 32 of the first material layer 30, this tendency of aggregation may be increased. In this case, the uniform growth of the carbon nanotubes 60 in the first side surface 32 of the first material layer 30 is prevented. The present invention can prevent the loss of the catalyst material of the first side 32 of the first material layer 30 due to the agglomeration described above by removing the second upper catalyst layer 56, so that the uniformity of the carbon nanotubes 60 One growth is possible.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브의 수평성장방법에 의하여 형성한 탄소나노튜브를 나타내는 사진이다.Figure 5 is a photograph showing the carbon nanotubes formed by the horizontal growth method of carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 복수의 탄소나노튜브(60)가 제1 물질층(30)인 질화 티타늄층으로부터 기판(10)에 대하여 수평방향으로 성장하였으며, 절연막(20)에 해당하는 실리콘 산화막(20)과 제2 물질층(40)의 측부에서는 성장하지 않았다.Referring to FIG. 5, a plurality of carbon nanotubes 60 are grown in a horizontal direction with respect to the substrate 10 from the titanium nitride layer, which is the first material layer 30, and the silicon oxide film 20 corresponding to the insulating film 20. ) And the side of the second material layer 40 did not grow.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으 며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention, in the technical field to which the present invention belongs. It will be clear to those of ordinary knowledge.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법에 따라 형성한 탄소나노튜브 소자를 공정별로 도시한 사시도들이다.1 to 4 are perspective views illustrating carbon nanotube devices formed by a process according to a horizontal growth method of carbon nanotubes by selective growth according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법에 의하여 형성한 탄소나노튜브를 나타내는 사진이다.5 is a photograph showing carbon nanotubes formed by a horizontal growth method of carbon nanotubes by selective growth according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10: 기판 20: 절연층10: substrate 20: insulating layer

30: 제1 물질층 40: 제2 물질층30: first material layer 40: second material layer

50: 촉매층 60: 탄소나노튜브50: catalyst layer 60: carbon nanotubes

Claims (11)

표면에 절연층이 형성된 기판을 준비하는 단계;Preparing a substrate having an insulating layer formed on a surface thereof; 상기 절연층의 일부 영역에 탄소나노튜브가 성장할 수 있는 물질을 포함하는 제1 물질층을 형성하는 단계;Forming a first material layer including a material on which carbon nanotubes can be grown on a portion of the insulating layer; 탄소나노튜브가 성장을 방지하는 물질을 포함하는 제2 물질층을 상기 제1 물질층 전체를 덮도록 형성하는 단계;Forming a second material layer including a material that prevents carbon nanotubes from growing so as to cover the entire first material layer; 상기 제1 물질층의 제1 측면이 노출하도록 상기 제2 물질층을 패터닝하는 단계;Patterning the second material layer to expose the first side of the first material layer; 상기 제1 측면 상에 촉매를 이용하여 촉매층을 형성하는 단계; 및Forming a catalyst layer on the first side using a catalyst; And 상기 촉매층으로부터 복수의 탄소나노튜브를 상기 기판의 표면에 대하여 수평 방향으로 성장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법.Growing a plurality of carbon nanotubes in a horizontal direction with respect to the surface of the substrate from the catalyst layer. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매층을 형성하는 단계는,The method of claim 1, wherein the forming of the catalyst layer, 상기 제1 물질층 및 상기 제2 물질층을 형성하는 단계; 및Forming the first material layer and the second material layer; And 상기 촉매층이 상기 제2 물질층의 상면에서 제거되고, 상기 제1 물질층의 측면 상에 잔존하도록 상기 촉매층을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법.Horizontally growing carbon nanotubes by selective growth, comprising removing the catalyst layer from the upper surface of the second material layer and selectively removing the catalyst layer so as to remain on the side of the first material layer. Way. 제 2 항에 있어서, 상기 촉매층을 선택적으로 제거하는 단계는, 에치백(etch-back)에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법.The horizontal growth method of carbon nanotubes by selective growth according to claim 2, wherein the step of selectively removing the catalyst layer is performed by etch-back. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 소자층을 포함하고, The method of claim 1, wherein the substrate comprises a device layer, 상기 절연층은 상기 소자층과 상기 제1 물질층을 전기적으로 연결하는 도전성 콘택 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법.The insulating layer is a horizontal growth method of carbon nanotubes by selective growth, characterized in that it comprises a conductive contact hole for electrically connecting the device layer and the first material layer. 제 1 항에 있어서, 상기 절연층은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiON), ITO(Indium Tin Oxide), 알루미늄 산화물(Al2O3), 유리 물질(glass)을 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법.The method of claim 1, wherein the insulating layer is formed of silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride (SiON), indium tin oxide (ITO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), glass material ( Horizontal growth method of carbon nanotubes by selective growth, characterized in that it comprises one or more glass. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브를 성장하는 단계는, 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) 중에 하나 또는 그 이상을 이용하여 수행하는 것을 특 징으로 하는 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법.The method of claim 1, wherein the growing of the carbon nanotubes comprises: catalytic thermal reduction, chemical vapor deposition (CVD), thermal CVD, plasma chemical vapor deposition ( plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and hot-filament vapor deposition (hot-filament vapor deposition) by using one or more of the horizontal growth method of carbon nanotubes by selective growth characterized in that performed. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 물질층은 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 티타늄(Ti), 및 티타늄 질화물(TiN)로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법.The method of claim 1, wherein the first material layer comprises one or more selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), iron (Fe), titanium (Ti), and titanium nitride (TiN). Horizontal growth method of carbon nanotubes by selective growth, characterized in that. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 물질층은 팔라디움(Pd), 백금(Pt), 텅스텐(W), 니오비움(Nb), 바나듐(V), 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법.The method of claim 1, wherein the second material layer is selected from the group consisting of palladium (Pd), platinum (Pt), tungsten (W), niobium (Nb), vanadium (V), and molybdenum (Mo). Horizontal growth method of carbon nanotubes by selective growth, characterized in that it comprises more than that. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매층은 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법.The horizontal growth method of carbon nanotubes by selective growth according to claim 1, wherein the catalyst layer comprises a metal. 제 9 항에 있어서, 상기 금속은 니켈(Ni), 코발트(Co), 및 철(Fe)로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법.10. The horizontal growth of carbon nanotubes by selective growth according to claim 9, wherein the metal comprises one or more selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), and iron (Fe). Way. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 메탄, 아세틸렌, 일산화탄소, 벤젠, 및 에틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상을 이용하여 형성하는 것 을 특징으로 하는 선택성장에 의한 탄소나노튜브의 수평성장방법.The horizontal growth of carbon nanotubes by selective growth according to claim 1, wherein the carbon nanotubes are formed using one or more selected from the group consisting of methane, acetylene, carbon monoxide, benzene, and ethylene. Way.
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