(57)【要約】【課題】新規な構成によるグラファイト構造体付きＳｉＣ基板、グラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法、グラファイト構造体の製造方法を提供する。【解決手段】Ｓｉ面を主表面としたＳｉＣ基板１における主表面に面内に延びるエッジを形成する。真空下でＳｉＣ基板１の主表面を熱処理して、ＳｉＣ基板１の主表面においてこの面に沿う方向に配向する線状のグラファイト構造体１０を形成する。【選択図】        図５
2004231464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ面を主表面としたＳｉＣ基板（１）における前記主表面に面内に延びるエッジ（Ｅ１）を形成する工程と、
真空下で前記ＳｉＣ基板（１）の主表面を熱処理して、前記ＳｉＣ基板（１）の主表面においてこの面に沿う方向に配向する線状のグラファイト構造体（１０，１１，１２）を形成する工程と、
を備えたことを特徴とするグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項２】
前記グラファイト構造体（１０，１１，１２）を形成した後に、前記ＳｉＣ基板（１）の主表面での前記グラファイト構造体（１０，１１，１２）の形成領域の不要部分を除去する工程を有することを特徴とする請求項１に記載のグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項３】
前記エッジ（Ｅ１）はステップバンチングよりなることを特徴とする請求項１に記載のグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項４】
前記熱処理における温度が１３００〜２０００℃であることを特徴とする請求項１に記載のグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項５】
前記熱処理における真空度が１×１０−４〜１×１０−８Ｐａであることを特徴とする請求項１に記載のグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項６】
ＳｉＣ基板（１）の表面においてこの面に沿う方向に配向する線状のグラファイト構造体（１０，１１，１２）を一体的に形成したことを特徴とするグラファイト構造体付きＳｉＣ基板。
【請求項７】
前記グラファイト構造体（１０，１１，１２）はＳｉＣ基板（１）の表面において部分的に形成したことを特徴とする請求項６に記載のグラファイト構造体付きＳｉＣ基板。
【請求項８】
前記グラファイト構造体（１０，１１，１２）はカーボンナノチューブとなっていることを特徴とする請求項６に記載のグラファイト構造体付きＳｉＣ基板。
【請求項９】
前記グラファイト構造体（１０）はＳｉＣ基板（１）の表面において平行に並設されていることを特徴とする請求項６に記載のグラファイト構造体付きＳｉＣ基板。
【請求項１０】
前記グラファイト構造体（１１，１２）はＳｉＣ基板（１）の表面において網目状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のグラファイト構造体付きＳｉＣ基板。
【請求項１１】
直交する２つのグラファイト構造体（１１，１２）により網目状となっていることを特徴とする請求項１０に記載のグラファイト構造体付きＳｉＣ基板。
【請求項１２】
前記グラファイト構造体（１０，１１，１２）は導電性をもつ配線として用いられることを特徴とする請求項６に記載のグラファイト構造体付きＳｉＣ基板。
【請求項１３】
Ｓｉ面を主表面としたＳｉＣ基板（１）における前記主表面に面内に延びるエッジ（Ｅ１）を形成する工程と、
真空下で前記ＳｉＣ基板（１）の主表面を熱処理して、前記ＳｉＣ基板（１）の主表面においてこの面に沿う方向に配向する線状のグラファイト構造体（１０，１１，１２）を形成する工程と、
前記グラファイト構造体（１０，１１，１２）を取り出す工程と、
を備えたことを特徴とするグラファイト構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、グラファイト構造体付きＳｉＣ基板、グラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法、グラファイト構造体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉＣ基板等の半導体の上に、微細なグラファイト構造体（カーボンナノチューブ等）を配置する場合には、ＳｉＣ基板等の半導体とは別に形成したグラファイト構造体をマイクロマニピュレータ等で操作して配置している。このやり方は、ハンドリングが難しいという問題点がある。
【０００３】
また、特許文献１においては、ＳｉＣの熱分解法を用いてカーボン面にカーボンナノチューブ膜を形成する技術が開示されている。しかし、グラファイト構造体としてのカーボンナノチューブ膜はカーボン面に作製され、同カーボンナノチューブ膜は基板表面に垂直に配向しているために配線として使用するには不向きである。また、個々のカーボンナノチューブを分離させることが難しい。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２５５５２６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、新規な構成によるグラファイト構造体付きＳｉＣ基板、グラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法、グラファイト構造体の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、Ｓｉ面を主表面としたＳｉＣ基板における前記主表面に面内に延びるエッジを形成する工程と、真空下で前記ＳｉＣ基板の主表面を熱処理して、前記ＳｉＣ基板の主表面においてこの面に沿う方向に配向する線状のグラファイト構造体を形成する工程と、を備えたことを特徴とするグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法をその要旨としている。
【０００７】
これにより、請求項６に記載のごとく、ＳｉＣ基板の表面においてこの面に沿う方向に配向する線状のグラファイト構造体を一体的に形成したグラファイト構造体付きＳｉＣ基板が得られる。
【０００８】
請求項１に記載のグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法において、請求項２に記載のように、前記グラファイト構造体を形成した後に、前記ＳｉＣ基板の主表面での前記グラファイト構造体の形成領域の不要部分を除去する工程を有することとしたり、請求項３に記載のように、前記エッジはステップバンチングよりなるものとしたり、請求項４に記載のように、熱処理における温度が１３００〜２０００℃であったり、請求項５に記載のように、熱処理における真空度が１×１０−４〜１×１０−８Ｐａであるとよい。
【０００９】
請求項６に記載のグラファイト構造体付きＳｉＣ基板において、請求項７に記載のように、グラファイト構造体はＳｉＣ基板の表面において部分的に形成したり、請求項８に記載のように、グラファイト構造体はカーボンナノチューブとなっていたり、請求項９に記載のように、グラファイト構造体はＳｉＣ基板の表面において平行に並設されていたり、請求項１０に記載のように、グラファイト構造体はＳｉＣ基板の表面において網目状に形成されていたり、請求項１１に記載のように、直交する２つのグラファイト構造体により網目状となっていたり、請求項１２に記載のように、グラファイト構造体は導電性をもつ配線として用いるとよい。
【００１０】
請求項１３の発明は、Ｓｉ面を主表面としたＳｉＣ基板における前記主表面に面内に延びるエッジを形成する工程と、真空下で前記ＳｉＣ基板の主表面を熱処理して、前記ＳｉＣ基板の主表面においてこの面に沿う方向に配向する線状のグラファイト構造体を形成する工程と、前記グラファイト構造体を取り出す工程と、を備えたことを特徴とするグラファイト構造体の製造方法をその要旨とする。
【００１１】
これにより、グラファイト構造体の単体が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
図１〜図６は、本実施の形態におけるグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法を説明するための概念図である。
【００１３】
図１に示すように、４Ｈ−ＳｉＣ基板１を用意する。このＳｉＣ基板１は、８°のオフセット角を有し（８°オフ基板であり）、かつ、Ｓｉ面を主表面としている。つまり、（０００１）Ｓｉ面から８°の傾きを持った面を主表面とした４Ｈ−ＳｉＣ基板である。そして、基板１の表面にＬＴＯ膜２を形成する。さらに、ＬＴＯ膜２を除去して図２のようにする。その後、ＳｉＣ基板１の表面を洗浄する。
【００１４】
引き続き、図３に示すように、ＳｉＣ基板１の表面に蒸着等によってＳｉ層３を約５ｎｍの厚さで成膜する。そして、超高真空チャンバ内を加熱してＳｉＣ基板１を５００〜１１００℃の範囲での一定の温度にする（高温化する）。このとき、好ましくは１０５０℃にするのがよい。この高温化により、基板表面に、図４に示すように、ステップバンチング（凹凸）が形成される。このステップバンチングにおけるテラスとステップによるエッジＥ１はＳｉＣ基板１の主表面において面内に延びている。特に、図４においてはエッジＥ１は直線的に延びるとともに多数形成され、かつ、各エッジＥ１は平行となっている。
【００１５】
このようにして、Ｓｉ面を主表面としたＳｉＣ基板１における主表面に面内に延びるエッジＥ１を形成する。エッジＥ１はステップバンチングよりなる。ここで、面内に延びるエッジの形成に関して、ステップバンチングにより当該エッジを形成する代わりに、基板表面の機械的研磨によりエッジを形成するようにしてもよい。
【００１６】
なお、図３に示すように高温化に先立ち基板表面にＳｉ層３を成膜するのは、超高真空中で基板を高温化する時に基板表面がＣ化（炭化）することを抑制するためである。表面にＳｉを成膜する方法の他に、Ｓｉフラックスなどで試料表面近傍のＳｉの蒸気圧を高める方法を用いてもよい。
【００１７】
引き続き、超高真空チャンバ内を加熱して１×１０−８ＰａでＳｉＣ基板１を１８００℃程度まで加熱する（真空下でＳｉＣ基板１の主表面を熱処理する）。ここで、この熱処理における温度が１３００〜２０００℃であるとともに、熱処理における真空度が１×１０−４〜１×１０−８Ｐａであるとよい。特に、１×１０−８Ｐａ程度であるとよい。
【００１８】
これにより、図５や図６に示すように、ＳｉＣ基板１の主表面においてこの面に沿う方向に配向する線状のグラファイト構造体１０，１１，１２が形成される。つまり、ＳｉＣ基板１の表面においてこの面に沿う方向に配向する線状のグラファイト構造体１０，１１，１２を一体的に形成したグラファイト構造体付きＳｉＣ基板が得られる。即ち、Ｓｉ面を主表面としたＳｉＣ基板１を用いることにより、ＳｉＣ基板１上に表面に沿って所望の方向に延びる線状のグラファイト構造体１０，１１，１２を配したグラファイト構造体付きＳｉＣ基板が得られる。これは、真空中での加熱により図４のＳｉＣ基板１の表面でのエッジＥ１において表面からＳｉ原子が蒸発し、残ったＣ原子によりグラファイト構造体１０，１１，１２が形成されたものである。より詳しくは、ＳｉＣ基板１の表面でのエッジＥ１では２方向にＳｉが蒸発するので、１方向にしかＳｉが蒸発しない他の部分よりもＣ化する速度が大きいことにより、ＳｉＣ基板１の表面でのエッジＥ１に線状のグラファイト構造体１０，１１，１２が形成されるものと推測される。また、図６の線状のグラファイト構造体１２はＳｉＣ基板１の上面を移動してグラファイト構造体１１と交差したと推測される。
【００１９】
ここで、図５，６においては、グラファイト構造体１０，１１，１２はカーボンナノチューブとなっている可能性が高く、また、図５においては、グラファイト構造体１０はＳｉＣ基板１の表面において平行に並設（詳しくは、平行に多数並設）されている。また、図６においては、グラファイト構造体１１，１２はＳｉＣ基板１の表面において網目状に形成され、特に、直交する２つのグラファイト構造体１１，１２により網目状となっている（９０°に交差した網目構造をなしている）。換言すると、図６の構造は図５の構造に比べ、一方向に延びるグラファイト構造体１１に対し直交する方向にもグラファイト構造体１２が形成され、全体として網目状となっている。これらのグラファイト構造体１０，１１，１２は導電性をもつ配線として用いるとよい。即ち、ＳｉＣ基板１の上面において電流を流す時の配線として用いるとよい。
【００２０】
なお、ＳｉＣ基板１の主表面の全面にグラファイト構造体１０，１１，１２を形成した後に不要箇所のグラファイト構造体１０，１１，１２を除去して所望の形状にパターニングしてもよい。つまり、グラファイト構造体１０，１１，１２を形成した後に、ＳｉＣ基板１の主表面でのグラファイト構造体１０，１１，１２の形成領域の不要部分を除去する工程を有するものとしてもよい。即ち、グラファイト構造体１０，１１，１２はＳｉＣ基板１の表面において部分的に形成したグラファイト構造体付きＳｉＣ基板としてもよい。また、グラファイト構造体１０，１１，１２は直線状であっても曲線状であってもよく、要は、線幅が数ナノメートルの線状であるとよい。
【００２１】
図７は、図４の状態から真空下でＳｉＣ基板１の主表面を熱処理した後のＳｉＣ基板の表面を反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）で観察した例を示すものである。
【００２２】
図７において黒丸で示した点は、ＳｉＣの基本格子反射によるスポットである。用いた基板がオフ角のないＳｉＣ基板で、かつ、主表面が（０００１）Ｓｉ面であれば、ＳｉＣの基本格子反射によるスポットは、反射スポットを通るシャドウエッジの垂線Ｌ１に対して対称となる。図７の図形では、垂線Ｌ１と、反射スポットとダイレクトスポット（００）を結ぶ直線Ｌ２とが、約８度ずれている。これは、８度オフ基板を用いたことを意味している。この時、白丸で示すスポットＰ１，Ｐ２が現れ、このスポットＰ１，Ｐ２はグラファイトによる回折スポットである。つまり、ＳｉＣ基板の表面にＣ原子（グラファイト構造体）が存在していることを意味している。
【００２３】
このようにして、長手方向がＳｉＣ基板１の表面に対して平行である線状のグラファイト構造体１０，１１，１２を、ＳｉＣ基板１を真空中で熱処理するだけで得ることができる。つまり、微細なグラファイト構造体をハンドリングすることなくＳｉＣ基板１の表面上に表面に沿って所望の方向に延びる線状のグラファイト構造体を配置することができる。
【００２４】
より詳しい説明を加えるならば、半導体デバイスの性能向上やデバイス構造の微細化を目指して、カーボンナノチューブなどＣ原子から成る微細な構造体を用いた半導体デバイスの研究がされている。しかしながら、カーボンナノチューブは微細な構造体であるので、ハンドリングが難しいという問題がある。また、配線としての使用を考えると、カーボンナノチューブを基板表面に沿った方向に配置するのがよい。このようなことを考慮した上で、特許文献１に記載のように、ＳｉＣ表面を熱分解することによってＳｉＣ表面にカーボンナノチューブを形成することにより、はじめから基板表面にカーボンナノチューブ膜が付いたＳｉＣ基板を得ることが可能である。しかしながらこの手法では、複数のカーボンナノチューブが集合体となった膜が得られるため、個々のカーボンナノチューブを単独で取り出すことは困難である。また、この手法では、基板表面に対して垂直な方向に配向したカーボンナノチューブが形成されている。
【００２５】
これに対し、本実施形態においてはグラファイト構造体１０，１１，１２を基板１上に配置するのが容易となる。また、複数のカーボンナノチューブが集合体となった膜ではなく、個々のカーボンナノチューブを単独で取り出すことが容易にできる（詳細は後述する）。さらに、基板表面に対して垂直な方向に配向したカーボンナノチューブが形成されているのではなく、ＳｉＣ基板１の表面においてグラファイト構造体１０，１１，１２が表面に沿う方向に配向している。それゆえ、配線として使用する上で好ましい（特に、ＳｉＣ基板１にデバイスを作り込んだ場合においてより好ましいものとなる）。
【００２６】
つまり、ＳｉＣ基板１上に形成されたグラファイト構造体１０，１１，１２が導電性であることを利用して、この構造体を配線として半導体デバイスを形成することが可能である。これにより、別に作製したカーボンナノチューブなどの微細な構造体をハンドリングする必要がなくなり、半導体デバイス構造の微細化が容易となる。
【００２７】
なお、グラファイト構造体を得るための熱処理に先立ちＳｉＣ基板の表面にステップバンチング（凹凸）を形成したが、ＳｉＣ基板の表面に凹凸が無くてもグラファイト構造体を得るための熱処理過程で発生するステップバンチングを利用することも可能である。また、グラファイト構造体を得るための熱処理として、チャンバ内に配置したＳｉＣ基板１の全体を加熱するのではなく、電子線やレーザ光をＳｉＣ基板１に部分的に照射して加熱してもよい。つまり、ＳｉＣ基板の表面を部分的に熱処理して当該領域（所望の領域）においてのみグラファイト構造体を形成してもよい。
【００２８】
さらに、図５に示す場合、つまり、線状のグラファイト構造体１０がＳｉＣ基板１の主表面において平行に多数並設されている場合に次のような後処理を行うようにしてもよい。図５のＳｉＣ基板１の上面において、図８（ａ）に示すように、グラファイト構造体１０の無い領域にはカーボン層２０が形成される懸念がある。各グラファイト構造体１０を配線として使用する場合、このカーボン層２０により各グラファイト構造体１０が短絡（ショート）してしまう。そこで、カーボン層２０を、図８（ｂ）に示すようにＳｉＣ基板１の上面をエッチングして除去する。この際、グラファイト構造体１０もその一部が薄くなるが、カーボン層２０を除去する程度のエッチングではグラファイト構造体１０は残すことができる。このようにして、ショート等の不具合を解消することができる。
【００２９】
さらには、図５または図６の状態（ＳｉＣ基板１にグラファイト構造体１０，１１，１２を形成した状態）から、ＳｉＣ基板１の裏面から同ＳｉＣ基板１をエッチング除去してグラファイト構造体１０，１１，１２だけを残し、線状のグラファイト構造体１０，１１，１２を取り出す。あるいは、図５または図６の状態から、マイクロマニピュレータ等で操作して（ハンドリングにより）、ＳｉＣ基板１からグラファイト構造体１０，１１，１２を分離して（剥がして）、グラファイト構造体１０，１１，１２を取り出す。
【００３０】
つまり、グラファイト構造体（単体）の製造方法として、次の工程を備えたものとする。
第１工程：Ｓｉ面を主表面としたＳｉＣ基板１における主表面に面内に延びるエッジＥ１を形成する工程。
【００３１】
第２工程：真空下でＳｉＣ基板１の主表面を熱処理して、ＳｉＣ基板１の主表面においてこの面に沿う方向に配向する線状のグラファイト構造体１０，１１，１２を形成する工程。
【００３２】
第３工程：グラファイト構造体１０，１１，１２を取り出す工程。
ここで、グラファイト構造体１０，１１，１２の単体に関して、網目構造の場合には、炭素繊維として利用することができ、この場合、高強度な繊維となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法を説明するための概念図。
【図２】実施の形態におけるグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法を説明するための概念図。
【図３】実施の形態におけるグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法を説明するための概念図。
【図４】実施の形態におけるグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法を説明するための概念図。
【図５】実施の形態におけるグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法を説明するための概念図。
【図６】実施の形態におけるグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法を説明するための概念図。
【図７】基板表面を反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）で観察した図。
【図８】（ａ），（ｂ）は実施の形態におけるグラファイト構造体付きＳｉＣ基板の製造方法を説明するための概念図。
【符号の説明】
１…ＳｉＣ基板、１０…グラファイト構造体、１１…グラファイト構造体、１１…グラファイト構造体。
【図１】
2004231464.tif 000003
【図２】
2004231464.tif 000004
【図３】
2004231464.tif 000005
【図４】
2004231464.tif 000006
【図５】
2004231464.tif 000007
【図６】
2004231464.tif 000008
【図７】
2004231464.tif 000009
【図８】
2004231464.tif 000010