(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体装置とその製造方法において、トランジスタのチャネル層に用いられるグラフェンの特性を維持する。【解決手段】基板１７の表面をヒドロキシル基で終端する工程と、グラフェンを材料とするチャネル層１０の第１の端部１０ａをヒドロキシル基又はカルボキシル基で終端する工程と、前記ヒドロキシル基又は前記カルボキシル基で前記第１の端部を終端した後、該第１の端部と前記基板の前記表面とを脱水縮合させることにより、該第１の端部と該表面とを結合させる工程と、を有する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
エーテル結合又はエステル結合によって前記基板に結合した第１の端部を備え、グラフェンを材料とするチャネル層と、
を有する半導体装置。
【請求項２】
前記チャネル層は、前記基板から浮いた第２の端部を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記チャネル層の中央部が前記基板から離間していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
基板の表面をヒドロキシル基で終端する工程と、
グラフェンを材料とするチャネル層の第１の端部をヒドロキシル基又はカルボキシル基で終端する工程と、
前記ヒドロキシル基又は前記カルボキシル基で前記第１の端部を終端した後、該第１の端部と前記基板の前記表面とを脱水縮合させることにより、該第１の端部と該表面とを結合させる工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記チャネル層は、前記第１の端部から離間した第２の端部を有し、
前記第１の端部をヒドロキシル基又はカルボキシル基で終端する工程は、前記第２の端部をマスクしながら、前記第１の端部をヒドロキシル基又はカルボキシル基で終端することにより行われることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタのチャネルの材料としてはシリコンが用いられることが多いが、シリコンに代わる材料としてグラフェンが注目されている。グラフェンは、炭素原子がsp2結合により六角形格子に並んだ原子層であり、層中における電子の散乱を抑制した場合には室温でも２０００００cm2V-1s-1を超える非常に大きな電子移動度を達成することが可能である。
【０００３】
グラフェン自体はバンドギャップがない半金属物質であるが、幅が数nm程度の矩形状に整形されたグラフェンは半導体となることが知られている。このような矩形状のグラフェンはグラフェンナノリボンとも呼ばれる。そのグラフェンナノリボンをトランジスタのチャネル層に使用すると、前述の大きな電子移動度によってトランジスタの高速化を実現できると期待されている。
【０００４】
但し、トランジスタのチャネル層に用いられるグラフェンナノリボンには、その特性を維持するという点において改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−３６０４０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Philipp Wagner et al., "Ripple edge engineering of graphene nanoribbons", Physical Review B84, 134110 (2011)
【非特許文献２】Nils Rosenkranz et al., "Ab initio calculation of edge-functionalized armchair graphene nanoribbons : Structural, electronic, and vibrational effects", Physical Review B84, 195438 (2011)
【非特許文献３】Melinda. Y. Han et al., “Energy Band-Gap Engineering of Graphene Nanoribbons”, Physical Review letter 98, 206805 (2007)
【非特許文献４】Dmitry V. Kosynkin et al., "Longitudinal unzipping of carbon nanotubes to form graphene nanoribbons", Nature 458, 872 (2009)
【非特許文献５】K. Nagashio et al., "Electrical transport properties of graphene on SiO2 with specific surface structure"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体装置とその製造方法において、チャネル層に用いられるグラフェンの特性を維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下の開示の一観点によれば、基板と、エーテル結合又はエステル結合によって前記基板に結合した第１の端部を備え、グラフェンを材料とするチャネル層とを有する半導体装置が提供される。
【０００９】
また、その開示の他の観点によれば、基板の表面をヒドロキシル基で終端する工程と、グラフェンを材料とするチャネル層の第１の端部をヒドロキシル基又はカルボキシル基で終端する工程と、前記ヒドロキシル基又は前記カルボキシル基で前記第１の端部を終端した後、該第１の端部と前記基板の前記表面とを脱水縮合させることにより、該第１の端部と該表面とを結合させる工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
以下の開示によれば、エーテル結合やエステル結合によって基板にチャネル層を結合させる。これらの結合は、ファンデルワールス力のような分子間力と比較して結合力が高いため、基板からチャネル層が剥がれるのを防止して、基板の上でチャネル層の高い移動度を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、グラフェンナノリボンの斜視図である。
【図２】図２（ａ）は絶縁層の上にグラフェンナノリボンを設けた場合の断面図であり、図２（ｂ）はグラフェンナノリボンに生じ得る問題について示す断面図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の斜視図である。
【図４】図４（ａ）は、端部がヒドロキシル基で終端されたチャネル層を上から見た場合の構造モデル図であり、図４（ｂ）はそのチャネル層の側面図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の拡大断面図（その１）である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の拡大断面図（その２）である。
【図７】図７は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるチャネル層の全体の断面図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。
【図９】図９は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の平面図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態に係る半導体装置が備えるチャネル層とゲート絶縁層の各々の原子配置を第一原理計算によってシミュレーションして得られた側面図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の斜視図である。
【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の拡大断面図である。
【図１３】図１３は、第２実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるチャネル層の全体の断面図である。
【図１４】図１４（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る半導体装置の製造途中の斜視図である。
【図１５】図１５（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本実施形態の説明に先立ち、本願発明者の検討結果について説明する。
【００１３】
グラフェンナノリボンは電子移動度が高いため半導体装置の高速化に有用であると考えられる。
【００１４】
図１は、グラフェンナノリボンの斜視図である。
【００１５】
このグラフェンナノリボン１は、炭素原子がsp2結合により六角形格子に並んだ原子層であって、矩形状の平面形状を有する。グラフェンナノリボン１の高い移動度は、このような炭素原子のsp2結合のネットワークに由来すると考えられている。
【００１６】
半導体装置にグラフェンナノリボン１を用いる場合には、グラフェンナノリボン１を流れるキャリアがリークするのを防止するために、絶縁層の上にグラフェンナノリボン１を設けるのが好ましい。
【００１７】
図２（ａ）は、このように絶縁層の上にグラフェンナノリボン１を設けた場合の断面図である。
【００１８】
図２（ａ）の例では、シリコン基材２の上に絶縁層３として酸化シリコン層を形成してなる基板４を用意し、その基板４の上にグラフェンナノリボン１を設ける。なお、グラフェンナノリボン１を製造する際にはエチレン等の炭化水素を利用するため、グラフェンナノリボン１の端部１ａは水素で終端されていることが多い。
【００１９】
この例においては、グラフェンナノリボン１は、絶縁層３の酸素との間の弱いファンデルワールス力によってのみ基板４と結合しており、基板４から簡単に剥がれてしまうおそれがある。
【００２０】
図２（ｂ）は、グラフェンナノリボン１に生じ得る別の問題について示す断面図である。
【００２１】
絶縁層３としては酸化シリコン層のような酸化物層を形成することがあり、その酸化物層に由来した酸素の未結合手が絶縁層３の表面に存在していることがある。
【００２２】
この場合は、酸素の未結合手がグラフェンナノリボン１と強く結合し、酸素と結合した部分のグラフェンナノリボン１に炭素のsp3結合が形成される。
【００２３】
炭素のsp3結合は、グラフェンナノリボン１と基板４との結合強度を高めるものの、グラフェンナノリボン１の移動度を低下させてしまい、グラフェンナノリボン１を備えた半導体装置の高速化を妨げてしまう。
【００２４】
これらの問題に鑑み、本願発明者は以下の各実施形態に想到した。
【００２５】
（第１実施形態）
本実施形態では、以下のようにしてグラフェンナノリボンを備えた半導体装置を製造する。
【００２６】
図３（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の斜視図である。
【００２７】
最初に、図３（ａ）の構造を得るまでの工程について説明する。
【００２８】
まず、グラファイトを劈開することにより炭素原子一層分のグラフェンシートを形成する。なお、グラファイトの劈開に代えて、CVD法によりグラフェンシートを形成してもよいし、レーザでカーボンナノチューブを引き裂いてグラフェンシートを形成してもよい。
【００２９】
そして、そのグラフェンシートをパターニングにより整形し、チャネル層１０としてグラフェンナノリボンを形成する。チャネル層１０は、平面視で矩形状であって、互いに離間した第１の端部１０ａと第２の端部１０ｂとを有する。
【００３０】
また、チャネル層１０の短手方向の幅Wが広いとチャネル層１０は半導体にならずに半金属となってしまうので、幅Wを１nm〜１０nm程度に狭くすることによりチャネル層１０が半導体としての性質を示すようにするのが好ましい。
【００３１】
チャネル層１０のバンドギャップEgの大きさは幅Wに反比例することが知られており、幅Wが１nｍの場合にはバンドギャップEgは１．５eV〜３eVとなり、幅Wが１０nｍの場合にはバンドギャップEgは０．１eVとなる。なお、幅Wの下限を１nmとしたのは、これよりも幅Wが狭いとバンドギャップEgが大きくなりすぎてチャネル層１０がほぼ絶縁体となってしまうからである。また、幅Wの上限を１０nmとしたのは、これよりも幅Wが広いとバンドギャップEgが小さくなりすぎてオンオフ比が不十分となるからである。
【００３２】
更に、チャネル層１０を形成した後に減圧雰囲気中においてチャネル層１０に対してアニールを行うことにより、第１の端部１０ａや第２の端部１０ｂの欠陥を修復したり、チャネル層１０に含まれる不純物を除去したりしてもよい。なお、減圧雰囲気に代えて、還元性ガスや反応性ガスの雰囲気においてこのアニールを行ってもよい。
【００３３】
次に、図３（ｂ）に示すように、ヒドロキシル基（OH基）を含む原料ガス１４をチャネル層１０に供給しながら、光源１２で生成された紫外線Lをチャネル層１０の各端部１０ａ、１０ｂに照射する。
【００３４】
ヒドロキシル基を含む原料ガス１４は特に限定されないが、この例では飽和炭化水素ガス又は芳香族炭化水素ガスのいずれかを原料ガス１４として使用する。そのような原料ガス１４としては、例えば、気化したメタノールやフェノールがある。なお、原料ガス１４に代えて水蒸気を用いてもよい。
【００３５】
また、紫外線照射の条件も特に限定されない。本実施形態では、波長が２５４nmの紫外線Lを発生する水銀ランプを光源１２として用いると共に、その光源１２とチャネル層１０との間隔を０．１mm〜１０００mm程度とする。
【００３６】
これにより、紫外線Lによって第１の端部１０ａと第２の端部１０ｂの各々がラジカル化し、これらの端部１０ａ、１０ｂが原料ガス１４のヒドロキシル基で終端されることになる。
【００３７】
図４（ａ）は、本工程を終了後のチャネル層１０を上から見た場合の構造モデル図である。
【００３８】
図４（ａ）に示すように、本工程の終了時点においてはチャネル層１０の第１の端部１０ａと第２の端部１０ｂはヒドロキシル基１１で終端された状態となる。
【００３９】
また、各端部１０ａ、１０ｂを終端する複数のヒドロキシル基１１は、チャネル層１０と同一面内にはなく、チャネル層１０の上方uや下方dに変位する。
【００４０】
一方、図４（ｂ）は、図４（ａ）の矢印A側から見た場合のチャネル層１０の側面図である。
【００４１】
図４（ｂ）に示すように、下方dに変位したヒドロキシル基１１によってチャネル層１０の中央部Cは水平面Pから離間する。
【００４２】
これ以降の工程について、図５〜図６を参照しながら説明する。
【００４３】
図５〜図６は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の拡大断面図である。
【００４４】
最初に、図５（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００４５】
まず、p型シリコン基材１５の上にゲート絶縁層１６として膜厚が１００nm程度の酸化シリコン層が形成された基板１７を用意する。ゲート絶縁層１６は酸化シリコン層に限定されず、アルミナ層等の任意の絶縁性酸化物層をゲート絶縁層１６として形成し得る。
【００４６】
そして、アセトンとイソプロピルアルコールとの混合溶液に基板１７を浸し、その混合溶液中において基板１７に対して超音波洗浄を行う。更に、脱イオン加水で基板１７をリンスし、N2ブローにより基板１７の表面を乾燥させる。
【００４７】
その後に、フッ酸水溶液に基板１７を浸すことによりゲート絶縁層１６の表面をフッ酸水溶液に曝し、当該表面をヒドロキシル基１８で終端する。
【００４８】
なお、この状態ではヒドロキシル基１８の他に炭化水素等の不純物がゲート絶縁層１６の表面に存在する。そこで、ゲート絶縁層１６の表面を酸素プラズマに曝すことにより、ゲート絶縁層１６の上の炭化水素等の不純物を除去する。
【００４９】
その酸素プラズマは、酸素ガスとアルゴンガスとを１：９の混合比で混合し、これらのガスを５０cm3/minの流量で不図示のチャンバ内に供給して、チャンバに６０Wの高周波電力を印加することで生成し得る。また、プラズマ処理の処理時間は、例えば１０秒間である。
【００５０】
次に、図５（ｂ）に示すように、図３（ｂ）の工程で端部１０ａ、１０ｂがヒドロキシル基１１で終端されたチャネル層１０をゲート絶縁層１６の上に転写する。転写の仕方は特に限定されない。例えば、接着テープの接着面にチャネル層１０を接着した状態で、そのチャネル層１０をゲート絶縁層１６に押し当てることにより、ゲート絶縁層１６にチャネル層１０を転写し得る。
【００５１】
その後、図６に示すように、基板温度を約２００℃とする条件でチャネル層１０に対してアニールを行う。これにより、ゲート絶縁層１６の表面と第１の端部１０ａの各々のヒドロキシル基１１、１８が脱水縮合し、エーテル結合２１により第１の端部１０ａが基板１７に結合する。
【００５２】
なお、この脱水縮合反応は可逆反応であるため、アニール雰囲気中に多量の水分が存在すると反応が逆方向に進みエーテル結合２１を形成するのが難しくなる。そのため、乾燥窒素雰囲気や減圧雰囲気のように大気中よりも水分が低減された雰囲気でこのアニールを行うことにより、エーテル結合２１の形成を促進するのが好ましい。
【００５３】
図７は、本工程を終了後のチャネル層１０の全体の断面図である。
【００５４】
図７に示すように、本実施形態では、チャネル層１０の第１の端部１０ａだけでなく、チャネル層１０の第２の端部１０ｂもエーテル結合２１を介してゲート絶縁層１６に結合する。
【００５５】
次に、図８に示す構造を得るまでの工程について説明する。図８は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。
【００５６】
まず、不図示のメタルマスクを通してチャネル層１０の上に蒸着法でソース電極２５とドレイン電極２６を互いに間隔をおいて形成する。これらの電極の材料は特に限定されない。例えば、ニッケル、パラジウム、白金、及び金のいずれかをソース電極２５やドレイン電極２６の材料として使用し得る。
【００５７】
図９は、本工程を終了した後の平面図である。なお、上記した図８は、図９のI−I線に沿う断面図に相当する。
【００５８】
図９に示すように、本実施形態では矩形状のチャネル層１０の四辺のうち、二つの短辺１０ｃ、１０ｄの各々に重なるようにソース電極２５とドレイン電極２６を形成する。これにより、前述のチャネル層１０の端部１０ａ、１０ｂは、それぞれソース電極２５からドレイン電極２６に向かう方向Dに延び、これらの電極２５、２６の間においてゲート絶縁層１６と結合することになる。
【００５９】
以上により、本実施形態に係る半導体装置３０の基本構造が完成する。
【００６０】
この半導体装置３０は、p型シリコン基材１５がゲート電極として機能するトランジスタであって、そのp型シリコン基材１５の電位を制御することによりチャネル層１０をオン状態にしたりオフ状態にしたりすることができる。そのチャネル層１０の材料は、キャリアの移動度がシリコンよりも高いグラフェンであるため、シリコンをチャネルとするトランジスタよりも高速動作が可能である。
【００６１】
本実施形態によれば、ファンデルワールス力のみによって基板にグラフェンナノリボンを結合させる図２（ａ）の例と異なり、エーテル結合２１（図７参照）によって基板１７にチャネル層１０が強く結合する。これにより、基板１７からチャネル層１０が剥離するのを抑制することが可能となり、基板１７の上でチャネル層１０の高い移動度を維持することができる。
【００６２】
次に、本願発明者が行ったシミュレーションについて説明する。
【００６３】
図１０は、上記のチャネル層１０とゲート絶縁層１６の各々の原子配置を第一原理計算によってシミュレーションして得られた側面図である。なお、そのシミュレーションにおいては、チャネル層１０とゲート絶縁層１６とを合わせた系全体のエネルギが最小になるような原子配置を計算した。
【００６４】
また、このシミュレーションにおいては、計算を容易に行うために、チャネル層１０の第１の端部１０ａのみがゲート絶縁層１６と結合し、第２の端部１０ｂはゲート絶縁層１６と結合していない条件下で計算を行った。
【００６５】
図４（ａ）、（ｂ）に示したようにヒドロキシル基１１で終端されたチャネル層１０の各端部１０ａ、１０ｂは上下に変位するが、その構造は図９のようにゲート絶縁層１６にチャネル層１０が結合した状態でも安定的に維持される。
【００６６】
これにより、チャネル層１０の中央部Cにおいては、当該チャネル層１０とゲート絶縁層１６との間隔Zが十分に大きくなり、中央部Cにおける炭素原子がゲート絶縁層１６の表面の酸素の未結合手と結合するのを抑制できる。その結果、酸素との結合が原因でチャネル層１０の炭素にsp3結合が形成されるのを防止できるようになり、そのsp3結合によってチャネル層１０の移動度が低下するのを抑制することが可能となる。
【００６７】
（第２実施形態）
第１実施形態ではエーテル結合により基板にチャネル層を結合させたが、本実施形態ではエステル結合により基板にチャネル層を結合させる。
【００６８】
図１１は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の斜視図である。なお、図１０において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００６９】
本実施形態に係る半導体装置を製造するには、まず、第１実施形態の図３（ａ）の工程に従って矩形状のチャネル層１０を作製する。
【００７０】
そして、図１１に示すように、カルボキシル基（COOH基）を含む原料ガス２４をチャネル層１０に供給しながら、光源１２で生成された紫外線Lをチャネル層１０の各端部１０ａ、１０ｂに照射する。
【００７１】
カルボキシル基を含む原料ガス２４としては飽和炭化水素ガスや芳香族炭化水素ガスがあり、本例では気化した酢酸を原料ガス２４として使用する。
【００７２】
また、紫外線照射の条件も特に限定されない。本実施形態では、波長が２５４nmの紫外線Lを発生する水銀ランプを光源１２として用いると共に、その光源１２とチャネル層１０との間隔を０．１mm〜１０００mm程度とする。
【００７３】
これにより、紫外線Lによって第１の端部１０ａと第２の端部１０ｂの各々がラジカル化し、これらの端部１０ａ、１０ｂが原料ガス２４のカルボキシル基で終端されることになる。
【００７４】
これ以降の工程について、図１２を参照しながら説明する。
【００７５】
図１２（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の拡大断面図である。
【００７６】
まず、第１実施形態の図５（ａ）の工程を行うことにより、図１２（ａ）に示すように、基板１７のゲート絶縁層１６の表面をヒドロキシル基１８で終端する。
【００７７】
そして、図１１の工程で端部１０ａ、１０ｂがカルボキシル基１９で終端されたチャネル層１０をゲート絶縁層１６の上に転写する。本工程は、第１実施形態と同様に、接着テープの接着面にチャネル層１０を接着した状態で、そのチャネル層１０をゲート絶縁層１６に押し当てることにより行い得る。
【００７８】
次に、図１２（ｂ）に示すように、基板温度を約２００℃とする条件でチャネル層１０に対してアニールを行う。これにより、ゲート絶縁層１６の表面のヒドロキシル基１８と第１の端部１０ａのカルボキシル基１９とが脱水縮合し、エステル結合２３により第１の端部１０ａが基板１７に結合する。
【００７９】
なお、第１実施形態で説明したように、乾燥窒素雰囲気や減圧雰囲気のように大気中よりも水分が低減された雰囲気でこのアニールを行うことで脱水縮合反応が逆方向に進行するのを防止し、エステル結合２３の形成を促進するのが好ましい。
【００８０】
図１３は、本工程を終了後のチャネル層１０の全体の断面図である。
【００８１】
図１３に示すように、本実施形態では、チャネル層１０の第１の端部１０ａだけでなく、チャネル層１０の第２の端部１０ｂもエステル結合２３を介してゲート絶縁層１６に結合する。
【００８２】
この後は、第１実施形態に従って図８に示したような半導体装置３０の基本構造を完成させるが、その詳細については省略する。
【００８３】
以上説明したように、本実施形態においてはエステル結合２３で基板１７にチャネル層１０を強く結合させることができ、ファンデルワールス力のみに頼る図２（ａ）の例よりもチャネル層１０と基板１７との結合強度を高めることができる。
【００８４】
（第３実施形態）
第１実施形態や第２実施形態では、図７や図１３に示したように、チャネル層１０の第１の端部１０ａと第２の端部１０ｂの両方を基板１７に結合させた。これに対し、本実施形態では、チャネル層の一つの端部のみを基板に結合させる。
【００８５】
図１４（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の斜視図である。
【００８６】
本実施形態に係る半導体装置を製造するには、まず、第１実施形態の図３（ａ）の工程に従って矩形状のチャネル層１０を作製する。
【００８７】
そして、図１４（ａ）に示すように、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等のマスク層２７でチャネル層１０の第２の端部１０ｂを覆う。なお、チャネル層１０の上にマスク層２７を形成するのが容易となるように、不図示のステージの上にチャネル層１０を載置した状態でマスク層２７を形成するのが好ましい。また、そのマスク層２７の成膜方法も特に限定されず、CVD法等の任意の成膜方法でマスク層２７を形成し得る。
【００８８】
次に、図１４（ｂ）に示すように、マスク層２７で第２の端部１０ｂがマスクされた状態で、ヒドロキシル基を含む原料ガス１４をチャネル層１０に供給しながら、光源１２で生成された紫外線Lをチャネル層１０の第１の端部１０ａに照射する。その原料ガス１４として、例えば気化したメタノールやフェノールがある。
【００８９】
なお、紫外線の照射条件は第１実施形態と同様なので、ここでは省略する。
【００９０】
第１実施形態で説明したように、このように紫外線を照射しながら原料ガス１４を供給することにより、チャネル層１０の第１の端部１０ａをヒドロキシル基で終端することができる。
【００９１】
なお、第２の端部１０ｂは、マスク層２７でマスクされているためヒドロキシル基で終端されることはない。
【００９２】
その後に、マスク層２７をウエットエッチングして除去する。
【００９３】
これ以降の工程について、図１５（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００９４】
図１５（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。
【００９５】
まず、第１実施形態の図５（ａ）の工程を行うことにより、図１５（ａ）に示すように、基板１７のゲート絶縁層１６の表面をヒドロキシル基１８で終端する。
【００９６】
そして、図１４（ｂ）の工程で第１の端部１０ａがヒドロキシル基１１で終端されたチャネル層１０をゲート絶縁層１６の上に転写する。本工程は、第１実施形態と同様に、接着テープの接着面にチャネル層１０を接着した状態で、そのチャネル層１０をゲート絶縁層１６に押し当てることにより行い得る。
【００９７】
なお、図１４（ｂ）の工程でマスク層２７で覆われていた第２の端部１０ｂにおいては、チャネル層１０を製造したときに第２の端部１０ｂを終端していた水素が残存した状態となる。
【００９８】
次に、図１５（ｂ）に示すように、チャネル層１０に対してアニールを行うことによりチャネル層１０とゲート絶縁層１６の各々のヒドロキシル基１１、１８を脱水縮合させ、エーテル結合２１により第１の端部１０ａを基板１７に結合させる。
【００９９】
そのアニールの温度は特に限定されないが、本実施形態では第１実施形態や第２実施形態と同様に基板温度を約２００℃としてこのアニールを行う。
【０１００】
また、第１実施形態で説明したように、乾燥窒素雰囲気や減圧雰囲気のように大気中におけるよりも水分が低減された雰囲気でこのアニールを行うことによりエーテル結合２１の形成を促進してもよい。
【０１０１】
なお、チャネル層１０の第２の端部１０ｂは、ヒドロキシル基１１で終端されていないためエーテル結合２１が形成されず、基板１７から浮いた状態となる。
【０１０２】
この後は、第１実施形態に従って図８に示したような半導体装置３０の基本構造を完成させるが、その詳細については省略する。
【０１０３】
以上説明したように、本実施形態においては、チャネル層１０の各端部１０ａ、１０ｂのうち第１の端部１０ａのみをエステル結合２３で基板１７に結合させ、第２の端部１０ｂを基板１７から浮いた状態とした。
【０１０４】
これにより、第２の端部１０ｂが基板１７の拘束を受けずに自由に動けるようになるため、第２の端部１０ｂ寄りのチャネル層１０が平坦となり、チャネル層１０内の歪を低減することができる。その結果、歪が原因でチャネル層１０におけるキャリアの移動度が低下するのを抑制することができ、その移動度を高い値に維持することが可能となる。
【０１０５】
特に、チャネル層１０の幅W（図３（ａ）参照）が狭い場合や、その幅Wと比較して基板１７側のヒドロキシル基１８の間隔が狭い場合に各端部１０ａ、１０ｂを基板１７に固定すると、チャネル層１０が湾曲して大きな歪が発生する。よって、これらの場合においては、本実施形態のように基板１７から第２の端部１０ｂを浮かせてチャネル層１０を平坦にする実益が特に高い。
【０１０６】
なお、上記では図１４（ｂ）の工程においてチャネル層１０の第１の端部１０ａをヒドロキシル基で終端したが、第２実施形態のように第１の端部１０ａをカルボキシル基で終端してもよい。この場合は、第２実施形態で説明したように、第１の端部１０ａがエステル結合によって基板１７と結合することになる。
【０１０７】
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１０８】
（付記１）  基板と、
エーテル結合又はエステル結合によって前記基板に結合した第１の端部を備え、グラフェンを材料とするチャネル層と、
を有する半導体装置。
【０１０９】
（付記２）  前記チャネル層は、前記基板から浮いた第２の端部を有することを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
【０１１０】
（付記３）  前記第１の端部と前記第２の端部とは、平面視で互いに離間していることを特徴とする付記２に記載の半導体装置。
【０１１１】
（付記４）  前記チャネル層の中央部が前記基板から離間していることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の半導体装置。
【０１１２】
（付記５）  前記基板はゲート絶縁層を有し、
前記ゲート絶縁層の下方に設けられたゲート電極と、
前記チャネル層の上に設けられたソース電極と、
前記チャネル層の上に、前記ソース電極から間隔をおいて設けられたドレイン電極とを更に有することを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の半導体装置。
【０１１３】
（付記６）  基板の表面をヒドロキシル基で終端する工程と、
グラフェンを材料とするチャネル層の第１の端部をヒドロキシル基又はカルボキシル基で終端する工程と、
前記ヒドロキシル基又は前記カルボキシル基で前記第１の端部を終端した後、該第１の端部と前記基板の前記表面とを脱水縮合させることにより、該第１の端部と該表面とを結合させる工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【０１１４】
（付記７）  前記チャネル層は、前記第１の端部から離間した第２の端部を有し、
前記第１の端部をヒドロキシル基又はカルボキシル基で終端する工程は、前記第２の端部をマスクしながら、前記第１の端部をヒドロキシル基又はカルボキシル基で終端することにより行われることを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造方法。
【０１１５】
（付記８）  前記基板の前記表面を前記ヒドロキシル基で終端する工程は、前記表面をフッ酸水溶液に曝すことにより行われることを特徴とする付記６又は付記７に記載の半導体装置の製造方法。
【０１１６】
（付記９）  前記第１の端部をヒドロキシル基又はカルボキシル基で終端する工程は、前記第１の端部に飽和炭化水素又は芳香族炭化水素を供給しながら、前記第１の端部に紫外線を照射することにより行われることを特徴とする付記６乃至付記８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【０１１７】
（付記１０）  前記基板は、ゲート電極と、該ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁層とを備え、
前記基板の前記表面を前記ヒドロキシル基で終端する工程において、前記ゲート絶縁層の表面を前記ヒドロキシル基で終端すると共に、
前記チャネル層の上に、ソース電極とドレイン電極とを互いに間隔をおいて形成する工程とを更に有することを特徴とする付記６乃至付記９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１１８】
１…グラフェンナノリボン、２…シリコン基材、３…絶縁層、４…基板、１０…チャネル層、１０ａ…第１の端部、１０ｂ…第２の端部、１０ｃ、１０ｄ…短辺、１１…ヒドロキシル基、１２…光源、１４…原料ガス、１５…p型シリコン基材、１６…ゲート絶縁層、１７…基板、１８…ヒドロキシル基、１９…カルボキシル基、２１…エーテル結合、２３…エステル結合、２４…原料ガス、２５…ソース電極、２６…ドレイン電極、２７…マスク層、３０…半導体装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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