柔性碳纳米管薄膜场效应晶体管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种柔性碳纳米管薄膜场效应晶体管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]薄膜场效应晶体管(即TFT器件)目前主要用在各种光电产品的背板驱动阵列中，作为有源驱动器件驱动各种光电二极管。如在AMOLED显示或者OLED照明中驱动OLED器件。TFT器件相比与传统硅工艺制造的MOS器件，具有工艺简单但驱动能力较弱的特点。特别是在柔性电子产品应用中，因为传统非晶硅和多晶硅TFT器件都无法在柔性衬底上制造，目前通常采用的是有机薄膜晶体管(OTFT)来实现柔性显示的驱动，但OTFT具有驱动能力弱、可靠性差等问题，是目前柔性显示产品一直无法量产的重要原因。采用碳纳米管作为薄膜器件的导电沟道制备的碳纳米管TFT器件，驱动能力远高于OTFT，OTFT迀移率大概只有0.1cmVv.S，而碳纳米管TFT器件可以达到100cm2/v.S，同时碳纳米管具备很好的柔性性能，是未来制备高性能柔性电子产品的重要技术选择方案之一。
[0003]然而，目前受限于工艺条件和制备能力，采用印刷工艺制备的柔性碳纳米管TFT器件，碳纳米管的迀移率较小，通常在1cmVv.s左右；为了更好的推动柔性电子的发展，要求柔性数字电路模块具有较快的速度，这就需要提高柔性TFT器件的驱动能力。
[0004]因此，研宄如何提高柔性TFT的驱动能力具有重要价值。
【发明内容】
[0005]为了克服以上问题，本发明旨在提供一种柔性碳纳米管薄膜场效应晶体管及其制备方法，从而形成双层碳纳米管晶体管构成的场效应晶体管。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供了种柔性碳纳米管薄膜场效应晶体管，形成于柔性衬底上，其包括:
[0007]位于柔性衬底上的下层碳纳米管晶体管；
[0008]覆盖于下层碳纳米管晶体管表面的下层柔性绝缘层；
[0009]位于下层柔性绝缘层上的上层碳纳米管晶体管；
[0010]覆盖于上层碳纳米管晶体管表面的上层柔性绝缘层；
[0011]位于上层柔性绝缘层表面的若干顶层金属块；
[0012]位于所述下层碳纳米管晶体管的下层源极、下层漏极和下层栅极上的第一接触孔；
[0013]位于所述上层碳纳米管晶体管的上层源极、上层漏极和上层栅极上的第二接触孔；其中，
[0014]所述上层碳纳米管晶体管的上层源极、上层漏极和上层栅极的图形均分别小于所述下层碳纳米管晶体管的下层源极、下层漏极和下层栅极的图形；所述下层碳纳米管晶体管的下层源极、下层漏极以及下层栅极分别位于所述上层碳纳米管晶体管的上层源极、上层漏极以及上层栅极边缘外侧的下方；所述第一接触孔位于所述第二接触孔的远离所述场效应晶体管中心的一侧；所述第一接触孔穿透所述下层柔性绝缘层和所述上层柔性绝缘层；所述第二接触孔穿透所述上层柔性绝缘层；
[0015]位于所述下层源极上的第一接触孔与位于所述上层源极上的第二接触孔通过第一顶层金属块相连；
[0016]位于所述下层漏极上的第一接触孔与位于所述上层漏极上的第二接触孔通过第二顶层金属块相连；
[0017]位于所述下层栅极上的第一接触孔与位于所述上层栅极上的第二接触孔通过第三顶层金属块相连。
[0018]优选地，所述下层碳纳米管晶体管包括:位于所述柔性衬底上的下层栅极，覆盖于所述下层栅极上和暴露的所述柔性衬底表面的下层栅介质层，覆盖于所述下层栅介质层表面的下层碳纳米管，位于所述下层栅极两侧上方的下层碳纳米管部分的下层源极金属和下层漏极金属；分别位于所述下层源极金属和下层漏极金属上的第一接触孔；
[0019]所述上层碳纳米管晶体管包括:位于所述下层柔性绝缘层表面的上层栅极，覆盖于所述上层栅极上和暴露的所述下层柔性绝缘层表面的上层栅介质层，位于所述上层栅介质层表面的上层碳纳米管，位于所述上层栅极两侧上方的上层碳纳米管部分的上层源极金属和上层漏极金属；分别位于所述上层源极金属和上层漏极金属上的第二接触孔；其中，
[0020]所述下层源极金属和所述下层漏极金属上的所述第一接触孔从下往上均依次穿透所述下层柔性绝缘层，所述上层栅介质层和所述上层柔性绝缘层，所述下层栅极上的所述第一接触孔从下往上依次穿过所述下层栅介质层、所述下层柔性绝缘层，所述上层栅介质层和所述上层柔性绝缘层；所述上层源极金属和所述上层漏极金属上的所述第二接触孔均只穿透所述上层柔性绝缘层，所述上层栅极上的所述第二接触孔穿过所述上层栅介质层和所述上层柔性绝缘层。
[0021]优选地，所述下层柔性绝缘层或所述上层柔性绝缘层的材料为C型聚对二甲苯。
[0022]优选地，所述顶层金属块的材料为金属铝。
[0023]为了实现上述目的，本发明还提供了一种上述的柔性碳纳米管薄膜场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤:
[0024]步骤01:设计版图，使所述上层源极、所述上层漏极和所述上层栅极的图形均分别小于所述下层源极、所述下层漏极和所述下层栅极的图形；
[0025]步骤02:提供一柔性衬底；
[0026]步骤03:利用所述版图，在所述柔性衬底上形成所述下层碳纳米管晶体管；所述下层碳纳米管晶体管包括下层栅极、下层源极和下层漏极；
[0027]步骤04:在完成所述步骤03的衬底上覆盖一层所述下层柔性绝缘层；
[0028]步骤05:利用所述版图，在所述下层柔性绝缘层上形成所述上层碳纳米管晶体管；所述上层碳纳米管晶体管包括上层栅极、上层源极和上层漏极；其中，所述上层碳纳米管晶体管的上层栅极的图形、上层源极的图形和上层漏极的图形均分别小于所述下层碳纳米管晶体管的下层栅极的图形、下层源极的图形和下层漏极的图形；
[0029]步骤06:在完成所述步骤05的衬底上覆盖一层所述上层柔性绝缘层；
[0030]步骤07:经光刻和刻蚀工艺，在所述下层碳纳米管晶体管的下层栅极、下层源极和下层漏极上分别形成所述第一接触孔，并向所述第一接触孔中填充金属，同时在所述上层碳纳米管晶体管的上层栅极、上层源极和上层漏极上分别形成所述第二接触孔，并向所述第二接触孔中填充金属；
[0031]步骤08:在完成所述步骤07衬底上形成所述第一顶层金属块、所述第二顶层金属块和所述第三顶层金属块。
[0032]优选地，所述步骤03包括:
[0033]步骤301:所述柔性衬底上形成下层碳纳米管晶体管的下层栅极；
[0034]步骤302:在完成步骤301的衬底上覆盖一层下层栅介质层；
[0035]步骤303:在所述下层栅介质层上形成下层碳纳米管；
[0036]步骤304:在所述下层栅介质层两侧上方的所述下层碳纳米管部分的表面形成下层源极金属和下层漏极金属。
[0037]所述步骤05包括:
[0038]步骤501:所述下层柔性绝缘层上形成上层碳纳米管晶体管的上层栅极；
[0039]步骤502:在完成步骤501的衬底上覆盖一层上层栅介质层；
[0040]步骤503:在所述上层栅介质层上形成上层碳纳米管；
[0041]步骤504:在所述上层栅介质层两侧上方的所述上层碳纳米管部分的表面形成上层源极金属和上层漏极金属。
[0042]优选地，所述步骤07中，形成所述第一接触孔包括:经光刻，在光刻胶上光刻出下层碳纳米管晶体管的下层源极、下层漏极和下层栅极的第一接触孔图案；然后，以所述光刻胶为掩膜，依次采用氧等离子体刻蚀上层柔性绝缘层，采用氢氟酸刻蚀所述下层碳纳米管晶体管的下层源极、下层漏极和下层栅极上方的所述上层栅介质层，