(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を有する結晶基板の上に形成されたＢＮの触媒となるリボン状の触媒層と、
前記触媒層を覆うｈ−ＢＮ、ＢＣＮ、ＢＣ２ＮまたはＢＣ６Ｎにより形成されたリボン状のＢＮを含む層と、
前記ＢＮを含む層を覆うリボン状のグラフェンと、
前記グラフェンの上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記触媒層は金属材料により形成されており、
前記触媒層がゲート電極であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記結晶基板は、サファイア、または、ＭｇＯにより形成されてい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】
前記触媒層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉのうちの１または２以上を含むものにより形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記触媒層は、リボン状に延びる方向が、前記結晶基板における所定の方向に揃っていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
絶縁性を有する結晶基板の上に、ＢＮの触媒となる触媒層を形成する工程と、
前記触媒層が形成された前記結晶基板を加熱し、ｈ−ＢＮ、ＢＣＮ、ＢＣ２ＮまたはＢＣ６Ｎを形成することにより、前記触媒層をリボン状にし、前記リボン状の触媒層を覆う、ｈ−ＢＮ、ＢＣＮ、ＢＣ２ＮまたはＢＣ６Ｎにより形成されたリボン状のＢＮを含む層を形成する工程と、
を特徴とするリボン状の薄膜の製造方法。
【請求項６】
絶縁性を有する結晶基板の上に、ＢＮの触媒となる触媒層を形成する工程と、
前記触媒層が形成された前記結晶基板を加熱し、ｈ−ＢＮ、ＢＣＮ、ＢＣ２ＮまたはＢＣ６Ｎを形成することにより、前記触媒層をリボン状にし、前記リボン状の触媒層を覆う、ｈ−ＢＮ、ＢＣＮ、ＢＣ２ＮまたはＢＣ６Ｎにより形成されたリボン状のＢＮを含む層を形成する工程と、
前記ＢＮを含む層の上に、リボン状のグラフェンを形成する工程と、
前記グラフェンの上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記グラフェンの上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上に、ゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記ＢＮを含む層は、化学気相成長法により形成されることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記結晶基板の上に形成される前記触媒層の膜厚は、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項６から８のいずれか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、リボン状の薄膜の製造方法及び半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素原子がハニカム格子状に並んだ単原子層のシート構造をもつグラフェンは、室温において極めて高い移動度を示す。このため、次世代のエレクトロニクス材料、特に低消費電力及び高速動作の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field effect transistor）のチャネル材料としての応用が期待されている。ところがグラフェンは、π電子共役が２次元に拡張しているため、バンドギャップがゼロに等しく、金属的な物性を示すことから、グラフェンをチャネルに用いたトランジスタでは、実用上十分な電流オン／オフ比が得られない。よって、グラフェンをトランジスタに用いる際には、グラフェンにバンドギャップを導入し、半導体化させることが必要である。
【０００３】
グラフェンにバンドギャップを導入する方法の一つとしては、グラフェンを数ｎｍ〜数十ｎｍ幅の１次元のリボン化し、グラフェンナノリボン（ＧＮＲ）を形成する方法がある。ＧＮＲでは、量子閉じ込め効果によってバンドギャップが開き、そのギャップサイズはリボン幅によって変化することが知られている。また、ｈ−ＢＮ（Hexagonal boron nitride）は、多様な下地材料の中でも最も有効な材料の一つであることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１３−５４４４２１号公報
【特許文献２】特表２０１４−５２２３２１号公報
【特許文献３】特開２０１５−６０９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
グラフェンの下地材料としてｈ−ＢＮを用いて、グラフェンを用いた半導体装置を製造する場合、テープや樹脂材料等を用いて、ｈ−ＢＮを元のバルク材料から、別の絶縁基板に貼り付ける工程が必要となる。しかしながら、このようにｈ−ＢＮを別の基板に貼り付ける際にテープや樹脂材料等を用いると、ｈ−ＢＮに、これらの残渣が残るため、このような残渣によりグラフェンの電子特性が低下し、半導体装置の特性の低下及び半導体装置の歩留まりの低下を招く。また、バルク材料ではなく、化学気相成長（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）法により得られたｈ−ＢＮであっても、ｈ−ＢＮを別の絶縁基板に貼り付けるために、テープや樹脂材料を使用する限りは同様である。
【０００６】
また、上記のようなｈ−ＢＮを元のバルク材料からテープや樹脂材料等を用いて別の絶縁基板に貼り付ける工程は、時間と手間を要するため、製造される半導体装置のコストアップにつながる。
【０００７】
このため、高い歩留まりで、低コストで製造することのできるグラフェンを用いた半導体装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施の形態の一観点によれば、絶縁性を有する結晶基板の上に形成されたＢＮの触媒となるリボン状の触媒層と、前記触媒層を覆うｈ−ＢＮ、ＢＣＮ、ＢＣ２ＮまたはＢＣ６Ｎにより形成されたリボン状のＢＮを含む層と、前記ＢＮを含む層を覆うリボン状のグラフェンと、前記グラフェンの上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、を有し、前記触媒層は金属材料により形成されており、前記触媒層がゲート電極であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
開示の半導体装置によれば、グラフェンを用いた半導体装置を高い歩留まりで、低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】リボン状のｈ−ＢＮ層及びグラフェンの製造方法の説明図（１）
【図２】リボン状のｈ−ＢＮ層及びグラフェンの製造方法の説明図（２）
【図３】第１の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図
【図４】第１の実施の形態におけるリボン状のｈ−ＢＮ層の結晶方位マップ
【図５】第１の実施の形態におけるリボン状のｈ−ＢＮ層の断面のＴＥＭ像（１）
【図６】第１の実施の形態におけるリボン状のｈ−ＢＮ層の断面のＴＥＭ像（２）
【図７】表面がアモルファスの基板の上に形成された触媒層、ｈ−ＢＮ層の光学顕微鏡写真
【図８】結晶基板の上に形成された触媒層、ｈ−ＢＮ層の光学顕微鏡写真
【図９】触媒層の厚さが１００ｎｍの場合に形成されるｈ−ＢＮ層の光学顕微鏡写真
【図１０】触媒層の厚さが１００ｎｍの場合に形成されるｈ−ＢＮ層の断面のＴＥＭ像
【図１１】触媒層の厚さが５０ｎｍの場合に形成されるｈ−ＢＮ層の光学顕微鏡写真
【図１２】触媒層の厚さが５０ｎｍの場合に形成されるｈ−ＢＮ層の断面のＴＥＭ像
【図１３】第２の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（１）
【図１４】第２の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（２）
【図１５】第３の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（１）
【図１６】第３の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（２）
【図１７】第３の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（３）
【図１８】第３の実施の形態における他の半導体装置
【図１９】第４の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（１）
【図２０】第４の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（２）
【図２１】第４の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（３）
【図２２】第４の実施の形態における他の半導体装置
【図２３】第５の実施の形態における半導体装置の製造方法の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１２】
〔第１の実施の形態〕
最初に、図１及び図２に基づき、テープや樹脂等を用いて、ｈ−ＢＮを元のバルク材料から別の絶縁基板に貼り付けた後、グラフェンを形成する方法について説明する。
【００１３】
この方法では、最初に、図１（ａ）に示すように、金属触媒基板９１０の上に、ＣＶＤ等によりｈ−ＢＮ層９２０を形成し、次に、図１（ｂ）に示すように、ｈ−ＢＮ層９２０の上に樹脂部材９３０を貼り付ける。次に、図１（ｃ）に示すように、樹脂部材９３０に貼り付けられたｈ−ＢＮ層９２０を樹脂部材９３０とともに、金属触媒基板９１０より剥がす。次に、図２（ａ）に示すように、樹脂部材９３０に貼り付けられているｈ−ＢＮ層９２０を絶縁基板９４０に貼り付けた後、図２（ｂ）に示すように、樹脂部材９３０をｈ−ＢＮ層９２０より剥がし、絶縁基板９４０にｈ−ＢＮ層９２０を貼り付ける。次に、図２（ｃ）に示すように、ｈ−ＢＮ層９２０の上に、グラフェン９５０を形成する。次に、図２（ｄ）に示すように、グラフェン９５０の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより不図示のレジストパターンを形成する。この後、ドライエッチング等により、レジストパターンの形成されていない領域のグラフェン９５０を除去することにより、グラフェン９５０を所望の形状に加工する。この後、不図示のレジストパターンは、有機溶剤等により除去する。樹脂部材９３０は、樹脂でなくても粘着性のある材料であれば特に限定されない。
【００１４】
図１に示される半導体装置の製造方法では、ｈ−ＢＮ層９２０は、一旦、樹脂部材９３０に貼り付けられるため、ｈ−ＢＮ層９２０より樹脂部材９３０を剥がす際に、樹脂部材９３０の一部が残渣として、ｈ−ＢＮ層９２０に付着する場合がある。また、グラフェン９５０の上に不図示のレジストパターンが形成されるが、ドライエッチング等やレジストパターンを有機溶剤等により除去する際に、レジストパターンの一部が残渣として残る場合がある。このような樹脂部材９３０の残渣やレジストパターンの残渣は、グラフェン９５０の特性に影響を与え、作製される半導体装置の特性の低下や、歩留まりの低下を招く。
【００１５】
また、図１及び図２に示される方法では、工程数が多く、手間を要するため、製造される半導体装置のコストがアップしてしまう。
【００１６】
（半導体装置の製造方法）
次に、第１の実施の形態における半導体装置の製造方法について、図３に基づき説明する。
【００１７】
最初に、図３（ａ）に示すように、絶縁性を有する結晶基板１０の上に、触媒層２０を成膜する。絶縁性を有する結晶基板１０は、サファイア（Ｃ面）基板が用いられるが、ＭＧＯ基板等であってもよい。触媒層２０は、ｈ−ＢＮの触媒となる金属により形成される金属膜であり、本実施の形態においては、Ｆｅ膜を膜厚が約５０ｎｍとなるように、スパッタリングにより成膜することにより形成する。触媒層２０は、ｈ−ＢＮの触媒となる金属により形成されており、具体的には、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）のうちの１または２以上を含むものにより形成されている。更に、金属は酸化物、炭化物、ないしは窒化物でもよい。また、触媒層２０は、スパッタリングの他、真空蒸着、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）等により成膜してもよい。
【００１８】
次に、図３（ｂ）に示すように、触媒層２０の成膜された結晶基板１０を加熱し、熱ＣＶＤによりｈ−ＢＮ層３０を形成する。これにより、リボン状の触媒層２０と、リボン状の触媒層２０を覆うｈ−ＢＮ層３０が形成される。具体的には、触媒層２０の成膜された結晶基板１０を約１０００℃まで加熱し、原料ガスとして、アンモニア、ジボラン、希釈ガスとしては水素及びアルゴンを供給する。供給するアンモニアの流量は約１０ｓｃｃｍ、ジボランの流量は約１０ｓｃｃｍ、アルゴンの流量は約４０００ｓｃｃｍ、水素の流量は約５００ｓｃｃｍであり、全体のガスは約０．５気圧である。
【００１９】
触媒層２０の成膜された結晶基板１０を約１０００℃まで加熱すると、触媒層２０を形成しているＦｅの一部は蒸発し、残ったＦｅが、特定の方向に沿ってリボン状に凝集する。ｈ−ＢＮ層３０は、結晶基板１０の表面において、リボン状に凝集している触媒となる触媒層２０を覆うように形成される。このようなリボン状の触媒層２０とリボン状の触媒層２０を覆うｈ−ＢＮ層３０は、図４における破線矢印Ａに示されるように、結晶基板１０となるサファイアの［−１０１０］方向に沿って形成される。尚、図４は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）による結晶解析の手法であるＥＢＳＤ（Electron Back Scatter Diffraction Patterns）法により得られた結晶方位マップである。また、ｈ−ＢＮ層３０をＣＶＤにより形成する場合の温度は、９００℃以上、１５００℃以下であることが好ましい。この温度範囲であれば、上記と同様に、リボン状の触媒層２０とリボン状の触媒層２０を覆うｈ−ＢＮ層３０を形成することができる。
【００２０】
図５は、図４における一点鎖線４Ａ−４Ｂにおいて切断した断面の一部のＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）像であり、図６は、図５の一部を拡大したものである。図５及び図６に示されるように、結晶基板１０の上には、断面形状が丸いリボン状の触媒層２０が形成されており、このリボン状の触媒層２０を覆うようにｈ−ＢＮ層３０が形成されている。結晶基板１０において、リボン状の触媒層２０の周囲には、触媒層２０を形成している金属は存在しておらず、結晶基板１０の表面が露出している。触媒層２０の厚みは５００ｎｍ程度であり、成膜直後の触媒層２０の厚みと比べて１０倍程度になっている。尚、形成されるｈ−ＢＮ層３０の厚さは合成条件にもよるが数ｎｍである。例えば、図６の場合はおよそ２ｎｍ程度の厚みである。
【００２１】
このように、本実施の形態においては、絶縁性を有する結晶基板１０の上に、触媒となる触媒層２０を成膜した後、ＣＶＤによりｈ−ＢＮ層３０の成膜を行うことにより、結晶基板１０の上には、自己組織的にリボン状のｈ−ＢＮ層３０を形成することができる。このように形成される幅が数十から数百ｎｍ程度のリボン状の触媒層２０及びｈ−ＢＮ層３０のラインは、結晶基板１０を形成しているサファイアの［−１０１０］方向、触媒層２０を形成しているＦｅの［０１０］方向に沿って形成される。
【００２２】
従って、本実施の形態においては、結晶基板１０を形成しているサファイアの配向性により、サファイアにおける特定の結晶方向に揃ったリボン状のｈ−ＢＮ層３０を形成することができる。
【００２３】
次に、図３（ｃ）に示すように、リボン状のｈ−ＢＮ層３０を覆うリボン状の単層グラフェン４０を形成する。具体的には、熱ＣＶＤ法により約１０００℃の温度で、リボン状の単層グラフェン４０を形成する。この際、原料ガスにはメタンを用い、希釈ガスとして水素及びアルゴンを用いる。供給するメタンの流量は約５ｓｃｃｍ、アルゴンの流量は約４０００ｓｃｃｍ、水素の流量は約５００ｓｃｃｍであり、全体のガスは約０．５気圧である。これにより、リボン状のｈ−ＢＮ層３０を覆う、リボン状の単層グラフェン４０が形成される。尚、図３（ｂ）に示す工程においては、ｈ−ＢＮ層３０の成膜条件等によっては、結晶基板１０等の上に、多結晶ＢＮ層が形成される場合があり、この場合には、多結晶ＢＮ層の上にも、結晶性のよくないグラフェンが形成される場合がある。このような、多結晶ＢＮ層と結晶性のよくないグラフェンが形成された場合には、多結晶ＢＮ層と結晶性のよくないグラフェンを除去する工程を設けてもよい。具体的には、結晶基板１０及びリボン状の単層グラフェン４０の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、リボン状の単層グラフェン４０を覆うレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域の多結晶ＢＮ層と結晶性のよくないグラフェンをドライエッチング等により除去する。また、結晶基板１０の上には、リボン状の触媒層２０、ｈ−ＢＮ層３０、単層グラフェン４０が積層されたものが大量に形成される場合がある。この場合も同様に、ソース電極５２及びドレイン電極５３を形成する際、または、その前後の工程において、触媒層２０、ｈ−ＢＮ層３０、単層グラフェン４０が積層されたもののうち不要なものをドライエッチング等により除去してもよい。
【００２４】
次に、図３（ｄ）に示すように、リボン状の単層グラフェン４０の両側の上に、ソース電極５２及びドレイン電極５３を形成する。具体的には、結晶基板１０及びリボン状の単層グラフェン４０の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ソース電極５２及びドレイン電極５３が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着等により金等の金属膜を成膜した後、有機溶剤に浸漬させることにより、レジストパターンの上に形成されている金属膜をレジストパターンとともに、リフトオフにより除去する。これにより、残存する金属膜により、ソース電極５２及びドレイン電極５３が形成される。この際、成膜される金属膜は、膜厚が約５ｎｍのＴｉ膜の上に膜厚が約２０ｎｍのＡｕ膜が積層された金属膜であってもよい。触媒層２０はＦｅ等の導電性を有する金属材料により形成されているため、本実施の形態においては、触媒層２０は、半導体装置のゲート電極となる。
【００２５】
以上の工程により、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。
【００２６】
本実施の形態においては、単層グラフェン４０は、リボン状に形成されたｈ−ＢＮ層３０の上に形成されるため、グラフェンを加工するプロセスを経ることなく、グラフェンリボンとなるリボン状の単層グラフェン４０を形成することができる。よって、製造工程が少ないため、低コストで半導体装置を製造することができる。
【００２７】
尚、ｈ−ＢＮ層３０を形成するためのＣＶＤ法は、熱ＣＶＤ法に限定されるものではなく、リモートプラズマＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法であってもよい。また、ｈ−ＢＮ層３０に代えて、ＢＣＮ（boron carbon nitride）層を用いてもよい。この際、原料ガスとして、アンモニア、ジボランに加え、エチレン、メタン等などの炭化水素ガス、エタノール等のアルコール、ベンゼン、アモルファスカーボンなどの固体ソースなどを用いてもよい。ＢＣＮ層は、原料比を制御することにより、ＢＣ２Ｎ層やＢＣ６Ｎ層にすることができる。
【００２８】
また、単層グラフェン４０を形成するためのＣＶＤ法は、熱ＣＶＤ法以外にも、リモートプラズマＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法であってもよい。単層グラフェン４０を形成する際の原料ガスは、エチレン、メタン等などの炭化水素ガス、エタノールなどのアルコール、ベンゼン、アモルファスカーボンなどの固体ソース等を用いてもよい。
【００２９】
本実施の形態においては、触媒層２０には、スパッタリングにより成膜された厚さ５０ｎｍのＣｕ膜を用いてもよい。また、ｈ−ＢＮ層３０に代えてＢＣＮ層を形成する際には、約１０００℃の基板温度で、原料ガスとしてアンモニアボランを用いた熱ＣＶＤ法により形成してもよい。この際、ＣＶＤ装置の内部の石英トレイに約５グラム程度のアンモニアボランを設置し、アルゴンガスを約１０００ｓｃｃｍの流量で供給し、全体のガスは約１気圧にする。尚、ＢＣＮ層を形成する場合には、形成されるＢＣＮの組成等に応じて、メタンを１〜１０００ｓｃｃｍの間で調整することにより形成する。
【００３０】
本実施の形態においては、リボン状のｈ−ＢＮ層３０を絶縁性を有する結晶基板１０の上に自己組織的に形成することができる。このため、自己組織的に形成されたリボン状のｈ−ＢＮ層３０を用いて、単層グラフェン４０を形成することにより、容易に半導体装置等を作製することができる。従って、半導体装置等の製造工程の工程数が少ないため、低コストで半導体装置を製造することができる。また、ソース電極５２及びドレイン電極５３を形成する工程を除き、フォトリソグラフィー等のプロセスが行われないため、レジスト等による汚染を最小限に抑えることができ、歩留まりの低下を防ぐことができる。また、ｈ−ＢＮ層３０は、触媒層２０を形成している金属が凝集し、断面が丸まった形状の触媒層２０の周囲を覆うように形成される。このため、エッジとなる尖った部分がなく、ｈ−ＢＮ層３０において欠陥等が生じる可能性は極めて低い。
【００３１】
次に、基板について説明する。図７は、熱酸化膜が形成されているシリコン基板の熱酸化膜の上に、触媒層を成膜し、ｈ−ＢＮ層を成膜したものの光学顕微鏡写真である。図８は、本実施の形態における半導体装置の製造方法と同様に、サファイア基板の上に触媒層を成膜し、ｈ−ＢＮ層を成膜したものの光学顕微鏡写真である。尚、ｈ−ＢＮ層の成膜条件は同じである。図７に示されるように、表面に熱酸化膜が形成されているシリコン基板を用いた場合には、表面がアモルファスであり、触媒層に含まれる金属がランダムに蒸発するため、リボン状に触媒層及びｈ−ＢＮ層が形成されない。これに対して、サファイア基板等の結晶基板を用いた場合には、リボン状の触媒層と、リボン状の触媒層の上にｈ−ＢＮ層が積層されたものが形成される。
【００３２】
次に、触媒層２０の膜厚について説明する。図９は、サファイア基板の上に、触媒層としてＦｅを厚さ１００ｎｍ成膜した後、ｈ−ＢＮ層を成膜した場合の光学写真であり、図１０は断面のＴＥＭ像である。図１１は、サファイア基板の上に、触媒層としてＦｅを厚さ５０ｎｍ成膜した後、ｈ−ＢＮ層を成膜した場合の光学写真であり、図１２は断面のＴＥＭ像である。図９及び図１０に示されるように、触媒層２０の厚さが１００ｎｍの場合では、触媒層２０を形成している材料は、サファイア基板の上では凝集することがなく、全面に触媒層２０が残っているため、ｈ−ＢＮ層３０は全面に形成される。一方、図１１及び図１２に示されるように、触媒層２０の厚さが５０ｎｍの場合では、触媒層２０を形成している材料は、蒸発及び凝集するため、サファイア基板の上でリボン状になり、リボン状に形成された触媒層２０を覆うようにＨ−ＢＮ層３０が形成される。
【００３３】
従って、本実施の形態における半導体装置の製造方法においては、結晶基板１０の上に形成される触媒層２０の厚さは、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ未満であることが好ましい。尚、触媒層２０の厚さが薄すぎると、触媒層２０を形成している材料がすべて蒸発してしまい、殆ど凝集しないため、触媒層２０はリボン状には形成されない。
【００３４】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態における半導体装置の製造方法について、図１３及び図１４に基づき説明する。
【００３５】
最初に、図１３（ａ）に示すように、絶縁性を有する結晶基板１０の上に、触媒層２０を成膜する。本実施の形態においては、触媒層２０は、ｈ−ＢＮの触媒となる金属、即ち、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕのうちの１または２以上を含むものにより形成されている。尚、本実施の形態においては、触媒層２０は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕのうちの１または２以上を含むものの炭化物、酸化物、窒化物等であってもよく、導電性を有していないものであってもよい。
【００３６】
次に、図１３（ｂ）に示すように、触媒層２０の成膜された結晶基板１０を加熱し、熱ＣＶＤによりｈ−ＢＮ層３０を形成する。これにより、リボン状の触媒層２０と、触媒層２０を覆うｈ−ＢＮ層３０が形成される。
【００３７】
次に、図１３（ｃ）に示すように、リボン状のｈ−ＢＮ層３０を覆う、リボン状の単層グラフェン４０を形成する。
【００３８】
次に、図１３（ｄ）に示すように、リボン状の単層グラフェン４０の両側の上に、ソース電極５２及びドレイン電極５３を形成する。
【００３９】
次に、図１４（ａ）に示すように、リボン状の単層グラフェン４０の上に、ゲート絶縁膜１５０を形成する。ゲート絶縁膜１５０は、ＡＬＤ等により成膜された膜厚が約２ｎｍのＡｌ２Ｏ３により形成されている。ゲート絶縁膜１５０は、Ａｌ２Ｏ３の他、ＨｆＯ２、ＢＮ、ＳｉＮ等により形成することも可能であり、ゲート絶縁膜１５０をＢＮにより形成する場合には、図１３（ｂ）に示すｈ−ＢＮ層３０を形成する際の成膜条件と同じ条件で形成してもよい。尚、ゲート絶縁膜１５０は、結晶基板１０、リボン状の単層グラフェン４０、ソース電極５２及びドレイン電極５３の上に絶縁膜を成膜した後、不要な絶縁膜をドライエッチング等により除去することにより形成してもよい。
【００４０】
次に、図１４（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１５０の上に、ゲート電極５１を形成する。具体的には、結晶基板１０、リボン状の単層グラフェン４０、ソース電極５２、ドレイン電極５３及びゲート絶縁膜１５０の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、不図示のレジストパターンを形成する。形成されるレジストパターンは、ゲート電極５１が形成される領域に開口を有している。この後、真空蒸着等により金等の金属膜を成膜した後、有機溶剤に浸漬させることにより、レジストパターンの上に形成されている金属膜をレジストパターンとともに、リフトオフにより除去する。これにより、残存する金属膜により、ゲート電極５１が形成される。この際、成膜される金属膜としては、膜厚が約５ｎｍのＴｉ膜の上に膜厚が約２０ｎｍのＡｕ膜が積層されたものであってもよい。
【００４１】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００４２】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、フレキシブル基板等の基板に半導体装置を形成する半導体装置の製造方法である。
【００４３】
最初に、図１５（ａ）に示すように、絶縁性を有する結晶基板１０の上に、触媒層２０を成膜する。
【００４４】
次に、図１５（ｂ）に示すように、触媒層２０の成膜された結晶基板１０を加熱し、熱ＣＶＤによりｈ−ＢＮ層３０を形成する。これにより、リボン状の触媒層２０と、触媒層２０を覆うｈ−ＢＮ層３０が形成される。
【００４５】
次に、図１５（ｃ）に示すように、結晶基板１０及びリボン状のｈ−ＢＮ層３０の上に、ＰＭＭＡ（Polymethyl methacrylate）等の樹脂材料を塗布した後、硬化させることにより、樹脂部材２６０を形成する。これにより、結晶基板１０及びリボン状のｈ−ＢＮ層３０を樹脂部材２６０により覆う。
【００４６】
次に、図１５（ｄ）に示すように、樹脂部材２６０により覆われたリボン状の触媒層２０及びｈ−ＢＮ層３０を樹脂部材２６０とともに、結晶基板１０より剥離する。
【００４７】
次に、図１６（ａ）に示すように、リボン状の触媒層２０を酸等を用いたウェットエッチングにより除去する。これにより、リボン状の触媒層２０が存在していた領域に開口部２１が形成される。
【００４８】
次に、図１６（ｂ）に示すように、開口部２１を埋め込むＩＴＯ（tin-doped indium oxide）等の透明電極層２２０をスパッタリング等により成膜する。
【００４９】
次に、図１６（ｃ）に示すように、透明電極層２２０が成膜された面をＣＭＰ（chemical mechanical polishing）等により平坦化する。これにより、開口部２１に埋め込まれた透明電極層２２０を除く透明電極層２２０を除去し、樹脂部材２６０を露出させることにより、開口部２１を埋め込む透明電極層２２０を形成する。
【００５０】
次に、図１６（ｄ）に示すように、透明電極層２２０が埋め込まれている面をフレキシブル基板等の透明な樹脂材料等により形成された絶縁性を有する樹脂基板２７０に貼り付ける。
【００５１】
次に、図１７（ａ）に示すように、樹脂部材２６０を除去し、リボン状のｈ−ＢＮ層３０を露出させる。これにより、樹脂基板２７０の上には、リボン状の透明電極層２２０と、透明電極層２２０を覆うｈ−ＢＮ層３０が形成される。
【００５２】
次に、図１７（ｂ）に示すように、リボン状のｈ−ＢＮ層３０を覆う、リボン状の単層グラフェン４０を形成する。
【００５３】
次に、図１７（ｃ）に示すように、リボン状の単層グラフェン４０の両側の上に、ソース電極５２及びドレイン電極５３を形成する。これにより、透明電極層２２０をゲート電極とする半導体装置を形成することができる。
【００５４】
尚、本実施の形態における半導体装置は、図１８に示すように、リボン状の単層グラフェン４０の上に、ゲート絶縁膜１５０を形成し、ゲート絶縁膜１５０の上に、ゲート電極５１を形成した構造の半導体装置であってもよい。この場合には、透明電極層２２０を形成する必要がないため、触媒層２０を除去することなく残したままであってもよい。また、触媒層２０を除去した場合には、触媒層２０を除去した領域は、触媒層２０を除去した空間のままであってもよく、透明電極層２２０に代えて絶縁体材料を埋め込んでもよい。尚、ゲート絶縁膜１５０及びゲート電極５１の形成方法は、第２の実施の形態と同様である。
【００５５】
上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第３の実施の形態とは異なるフレキシブル基板等の基板に半導体装置を形成する半導体装置の製造方法である。
【００５７】
最初に、図１９（ａ）に示すように、絶縁性を有する結晶基板１０の上に、触媒層２０を成膜する。
【００５８】
次に、図１９（ｂ）に示すように、触媒層２０の成膜された結晶基板１０を加熱し、熱ＣＶＤによりｈ−ＢＮ層３０を形成する。これにより、リボン状の触媒層２０と、触媒層２０を覆うｈ−ＢＮ層３０が形成される。
【００５９】
次に、図１９（ｃ）に示すように、リボン状のｈ−ＢＮ層３０を覆う、リボン状の単層グラフェン４０を形成する。
【００６０】
次に、図１９（ｄ）に示すように、結晶基板１０及びリボン状の単層グラフェン４０の上に、ＰＭＭＡ等の樹脂材料を塗布した後、硬化させることにより、樹脂部材２６０を形成する。これにより、結晶基板１０及びリボン状の単層グラフェン４０を樹脂部材２６０により覆う。
【００６１】
次に、図２０（ａ）に示すように、樹脂部材２６０により覆われたリボン状の触媒層２０、ｈ−ＢＮ層３０及び単層グラフェン４０を樹脂部材２６０とともに、結晶基板１０より剥離する。
【００６２】
次に、図２０（ｂ）に示すように、リボン状の触媒層２０を酸等を用いたウェットエッチングにより除去する。これにより、リボン状の触媒層２０が存在していた領域に開口部２１が形成される。
【００６３】
次に、図２０（ｃ）に示すように、開口部２１を埋め込むＩＴＯ等の透明電極層２２０をスパッタリング等により成膜する。
【００６４】
次に、図２０（ｄ）に示すように、透明電極層２２０が成膜された面をＣＭＰ等により平坦化する。これにより、開口部２１に埋め込まれた透明電極層２２０を除く透明電極層２２０を除去し、樹脂部材２６０を露出させることにより、開口部２１を埋め込む透明電極層２２０を形成する。
【００６５】
次に、図２１（ａ）に示すように、透明電極層２２０が埋め込まれている面をフレキシブル基板等の透明な樹脂材料等により形成された絶縁性を有する樹脂基板２７０に貼り付ける。
【００６６】
次に、図２１（ｂ）に示すように、樹脂部材２６０を除去し、リボン状の単層グラフェン４０を露出させる。これにより、樹脂基板２７０の上には、リボン状の透明電極層２２０と、透明電極層２２０を覆うｈ−ＢＮ層３０、単層グラフェン４０が形成される。
【００６７】
次に、図２１（ｃ）に示すように、リボン状の単層グラフェン４０の両側の上に、ソース電極５２及びドレイン電極５３を形成する。これにより、透明電極層２２０をゲート電極とする半導体装置を形成することができる。
【００６８】
尚、本実施の形態における半導体装置は、図２２に示すように、リボン状の単層グラフェン４０の上に、ゲート絶縁膜１５０を形成し、ゲート絶縁膜１５０の上に、ゲート電極５１を形成した構造の半導体装置であってもよい。この場合には、透明電極層２２０を形成する必要がないため、触媒層２０を除去することなく残したままであってもよい。また、触媒層２０を除去した場合には、触媒層２０を除去した領域は、触媒層２０を除去した空間のままであってもよく、透明電極層２２０に代えて絶縁体材料を埋め込んでもよい。
【００６９】
上記以外の内容については、第３の実施の形態と同様である。
【００７０】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、リボン状の単層グラフェン４０を形成することなく、リボン状のｈ−ＢＮ層を半導体層として用いた構造の半導体装置である。本実施の形態においては、ｈ−ＢＮはバンドギャップが広いため、ｈ−ＢＮ層にはＣやＳｉ等の不純物元素がドープされている。
【００７１】
図２３に基づき本実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、樹脂基板２７０の上に、透明電極層２２０を覆うようにｈ−ＢＮ層３３０が形成されており、ｈ−ＢＮ層３３０の一方の端にはソース電極５２が形成されており、他方の端にはドレイン電極５３が形成されている。また、ｈ−ＢＮ層３３０の上には、ゲート絶縁膜１５０が形成されており、ゲート絶縁膜１５０の上にはゲート電極５１が形成されている。尚、本実施の形態における半導体装置は、ゲート絶縁膜１５０及びゲート電極５１を形成することなく、透明電極層２２０をゲート電極として用いた半導体装置であってもよい。また、透明電極層２２０に代えて、触媒層２０等が形成されているものであってもよい。
【００７２】
本実施の形態における半導体装置の製造方法は、第２の実施の形態における半導体装置の製造方法の図１５（ａ）〜図１７（ａ）までの工程を行った後、単層グラフェン４０を形成することなく、ソース電極５２、ドレイン電極５３、ゲート電極５１等を形成する。また、ｈ−ＢＮ層３３０にドープされている不純物元素は、ｈ−ＢＮ層３３０を形成する際に同時にドープしてもよい。
【００７３】
尚、上記以外の内容については、第３の実施の形態と同様である。
【００７４】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００７５】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
絶縁性を有する結晶基板の上に形成されたＢＮの触媒となるリボン状の触媒層と、
前記触媒層を覆うｈ−ＢＮ、ＢＣＮ、ＢＣ２ＮまたはＢＣ６Ｎにより形成されたリボン状のＢＮを含む層と、
前記ＢＮを含む層を覆うリボン状のグラフェンと、
前記グラフェンの上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
を有することを特徴とする半導体装置。
（付記２）
前記触媒層は金属材料により形成されており、
前記触媒層がゲート電極であることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記３）
前記グラフェンの上にはゲート絶縁膜が形成されており、
前記ゲート絶縁膜の上にはゲート電極が形成されていることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記４）
前記結晶基板は、サファイア、または、ＭＧＯにより形成されていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の半導体装置。
（付記５）
前記触媒層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉのうちの１または２以上を含むものにより形成されていることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の半導体装置。
（付記６）
前記触媒層は、リボン状に延びる方向が、前記結晶基板における所定の方向に揃っていることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の半導体装置。
（付記７）
絶縁性を有する結晶基板の上に、ＢＮの触媒となる触媒層を形成する工程と、
前記触媒層が形成された前記結晶基板を加熱し、ｈ−ＢＮ、ＢＣＮ、ＢＣ２ＮまたはＢＣ６Ｎを形成することにより、前記触媒層をリボン状にし、前記リボン状の触媒層を覆う、ｈ−ＢＮ、ＢＣＮ、ＢＣ２ＮまたはＢＣ６Ｎにより形成されたリボン状のＢＮを含む層を形成する工程と、
を特徴とするリボン状の薄膜の製造方法。
（付記８）
前記結晶基板は、サファイア、または、ＭＧＯにより形成されていることを特徴とする付記７に記載のリボン状の薄膜の製造方法。
（付記９）
前記触媒層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉのうちの１または２以上を含むものにより形成されていることを特徴とする付記７または８に記載のリボン状の薄膜の製造方法。
（付記１０）
絶縁性を有する結晶基板の上に、ＢＮの触媒となる触媒層を形成する工程と、
前記触媒層が形成された前記結晶基板を加熱し、ｈ−ＢＮ、ＢＣＮ、ＢＣ２ＮまたはＢＣ６Ｎを形成することにより、前記触媒層をリボン状にし、前記リボン状の触媒層を覆う、ｈ−ＢＮ、ＢＣＮ、ＢＣ２ＮまたはＢＣ６Ｎにより形成されたリボン状のＢＮを含む層を形成する工程と、
前記ＢＮを含む層の上に、リボン状のグラフェンを形成する工程と、
前記グラフェンの上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１１）
前記グラフェンの上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上に、ゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする付記１０に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２）
前記結晶基板は、サファイア、または、ＭＧＯにより形成されていることを特徴とする付記１０または１１に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１３）
前記触媒層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉのうちの１または２以上を含むものにより形成されていることを特徴とする付記１０から１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４）
前記ＢＮを含む層は、化学気相成長法により形成されることを特徴とする付記１０から１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１５）
前記ＢＮを含む層を形成する工程において、前記結晶基板における温度は、９００℃以上、１５００℃以下であることを特徴とする。
（付記１６）
前記グラフェンは、化学気相成長法により形成されることを特徴とする付記１０から１５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１７）
前記結晶基板の上に形成される前記触媒層の膜厚は、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ未満であることを特徴とする付記１０から１６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００７６】
１０        結晶基板
２０        触媒層
３０        ｈ−ＢＮ層
４０        単層グラフェン
５１      ゲート電極
５２        ソース電極
５３        ドレイン電極
１５０      ゲート絶縁膜
【図１】
0006648563.tif 000002
【図２】
0006648563.tif 000003
【図３】
0006648563.tif 000004
【図４】
0006648563.tif 000005
【図５】
0006648563.tif 000006
【図６】
0006648563.tif 000007
【図７】
0006648563.tif 000008
【図８】
0006648563.tif 000009
【図９】
0006648563.tif 000010
【図１０】
0006648563.tif 000011
【図１１】
0006648563.tif 000012
【図１２】
0006648563.tif 000013
【図１３】
0006648563.tif 000014
【図１４】
0006648563.tif 000015
【図１５】
0006648563.tif 000016
【図１６】
0006648563.tif 000017
【図１７】
0006648563.tif 000018
【図１８】
0006648563.tif 000019
【図１９】
0006648563.tif 000020
【図２０】
0006648563.tif 000021
【図２１】
0006648563.tif 000022
【図２２】
0006648563.tif 000023
【図２３】
0006648563.tif 000024