JP5978600B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、グラフェンを用いた半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using graphene.
シリコンを利用したCMOS技術は微細化の限界に近づきつつあり、その寿命を延ばすためのチャネル代替材料が模索されている。その最有力候補として、カーボンナノチューブやグラフェンを代表とするナノカーボン材料が注目されており、種々の研究・開発が行われている。 The CMOS technology using silicon is approaching the limit of miniaturization, and a channel alternative material for extending its lifetime is being sought. As the most promising candidates, nanocarbon materials such as carbon nanotubes and graphene are attracting attention, and various research and development are being conducted.
ナノカーボン材料を用いたデバイスの一例として、電界効果トランジスタのチャネル領域にグラフェンを用いたグラフェントランジスタが挙げられる。グラフェンはシリコンと比較してキャリア移動度が高いため、グラフェンによりチャネルを形成することにより高速トランジスタを実現することができる。 As an example of a device using a nanocarbon material, a graphene transistor using graphene in a channel region of a field effect transistor can be given. Since graphene has higher carrier mobility than silicon, a high-speed transistor can be realized by forming a channel using graphene.
グラフェンによりチャネルを形成するためには、絶縁膜上にグラフェンを形成することが求められる。しかしながら、グラフェンの合成には触媒が必要であり、合成したグラフェンの下地には触媒金属膜が存在する。そこで、別の基板上に合成したグラフェンを絶縁膜上に転写するプロセスが提案されているが、転写の際にグラフェンに皺や曲がり、レジスト残渣などのダメージが導入されたりすることがあり、所望のデバイス特性を安定して得ることが困難であった。 In order to form a channel using graphene, it is required to form graphene over the insulating film. However, a catalyst is required for the synthesis of graphene, and a catalytic metal film exists on the base of the synthesized graphene. Therefore, a process for transferring graphene synthesized on another substrate onto an insulating film has been proposed, but the graphene may be bent or bent during the transfer, and damage such as resist residue may be introduced. It was difficult to stably obtain the device characteristics.
本発明の目的は、絶縁膜上に良質のグラフェンを形成しうる半導体装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of forming high-quality graphene on an insulating film.
実施形態の一観点によれば、第1の基板上に、第1の触媒金属膜を形成する工程と、前記第1の触媒金属膜上に、前記第1の触媒金属膜を触媒として、第1のグラフェンを形成する工程と、前記第1のグラフェン上に、第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上に、第1の金属膜を形成する工程と、第2の基板上に、第2の金属膜を形成する工程と、前記第1の金属膜の表面と前記第2の金属膜の表面とを対向させ、前記第1の金属膜と前記第2の金属膜とを接合する工程と、前記第1の基板を除去する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。 According to one aspect of the embodiment, the step of forming a first catalytic metal film on a first substrate, and the first catalytic metal film as a catalyst on the first catalytic metal film, A step of forming one graphene, a step of forming a first insulating film on the first graphene, a step of forming a first metal film on the first insulating film, and a second A step of forming a second metal film on the substrate, and a surface of the first metal film and a surface of the second metal film are opposed to each other, and the first metal film and the second metal A method for manufacturing a semiconductor device is provided, which includes a step of bonding a film and a step of removing the first substrate.
また、実施形態の他の観点によれば、第1の基板上に、触媒金属膜を形成する工程と、前記触媒金属膜上に、前記触媒金属膜を触媒として、グラフェンを形成する工程と、前記グラフェン上に、第1の金属膜を形成する工程と、前記第1の金属膜及び前記グラフェンをパターニングし、前記グラフェンよりなるグラフェン配線を形成する工程と、第2の基板上に、第2の金属膜を形成する工程と、前記第1の金属膜の表面と前記第2の金属膜の表面とを対向させ、前記第1の金属膜と前記第2の金属膜とを接合する工程と、前記第1の基板を除去する工程と、前記触媒金属膜を除去する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。 Further, according to another aspect of the embodiment, a step of forming a catalytic metal film on the first substrate, a step of forming graphene on the catalytic metal film using the catalytic metal film as a catalyst, Forming a first metal film on the graphene; patterning the first metal film and the graphene to form a graphene wiring made of the graphene; and a second substrate on the second substrate. Forming the metal film, and making the surface of the first metal film and the surface of the second metal film face each other and bonding the first metal film and the second metal film, There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of removing the first substrate; and a step of removing the catalytic metal film.
また、実施形態の更に他の観点によれば、第1の基板上に、触媒金属膜を形成する工程と、前記触媒金属膜上に、前記触媒金属膜を触媒として、グラフェンを形成する工程と、前記グラフェン上に、第1の絶縁膜を形成する工程と、第2の基板上に第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜の表面と前記第2の絶縁膜の表面とを対向させ、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とを接合する工程と、前記第1の基板を除去する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。 According to still another aspect of the embodiment, a step of forming a catalytic metal film on the first substrate, and a step of forming graphene on the catalytic metal film using the catalytic metal film as a catalyst, , A step of forming a first insulating film on the graphene, a step of forming a second insulating film on the second substrate, a surface of the first insulating film, and the second insulating film A method for manufacturing a semiconductor device is provided, which includes a step of facing the surface and bonding the first insulating film and the second insulating film, and a step of removing the first substrate.
開示の半導体装置の製造方法によれば、グラフェン上に絶縁膜及び金属膜が状態で、金属膜が形成された別の基板上に、金属膜同士の熱圧着を用いてグラフェンを転写するので、転写の際にグラフェンに皺や曲がりが生じるのを防止することができる。また、レジストなど、転写するための部材をグラフェンに直に接触することはなく、レジスト残渣等によるグラフェンへのダメージの導入も防止することができる。 According to the disclosed method for manufacturing a semiconductor device, since the insulating film and the metal film are on the graphene, and the graphene is transferred onto another substrate on which the metal film is formed using thermocompression bonding between the metal films, It is possible to prevent wrinkling and bending of the graphene during transfer. In addition, a member for transfer such as a resist is not in direct contact with the graphene, and the introduction of damage to the graphene due to a resist residue or the like can be prevented.
[第1実施形態]
第1実施形態による半導体装置及びその製造方法について図1乃至図5を用いて説明する。
[First Embodiment]
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施形態による半導体装置の構造を示す平面図及び概略断面図である。図2乃至図5は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 1 is a plan view and a schematic sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. 2 to 5 are process cross-sectional views illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment.
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図1を用いて説明する。図1(a)は平面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A′線断面図である。 First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.
基板30上には、金属膜36が形成されている。金属膜36上には、絶縁膜16が形成されている。絶縁膜16上には、グラフェンチャネル14aが形成されている。絶縁膜16上には、また、グラフェンチャネル14aの両端部にそれぞれ接続して、ソース電極38及びドレイン電極40が形成されている。グラフェンチャネル14a上には、絶縁膜42が形成されている。グラフェンチャネル14a上の絶縁膜42上には、ゲート電極44が形成されている。
A
このように、本実施形態による半導体装置は、グラフェンチャネル14aをチャネルとするグラフェントランジスタである。グラフェンチャネル14aの下方には、絶縁膜16を介して金属膜36が形成されている。また、グラフェンチャネル14aの上方には、絶縁膜42を介してゲート電極44が形成されている。これにより、金属膜36をバックゲート電極とし、ゲート電極44をトップゲート電極としたダブルゲートトランジスタとして動作することができる。絶縁膜16を厚膜化してグラフェンチャネル14aと金属膜36との間隔を広げれば、シングルゲートトランジスタとして動作することもできる。
Thus, the semiconductor device according to the present embodiment is a graphene transistor having the
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図2乃至図5を用いて説明する。 Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
まず、基板10を用意する。基板10は、グラフェンを合成するための下地として用いるものであり、少なくとも表面に、グラフェン及びグラフェンの触媒材料(触媒金属膜12)に対して選択的にエッチングが可能な材料により形成されている基板であれば、特に限定されるものではない。例えば、表面に膜厚が300nmのシリコン酸化膜が形成されたシリコン基板を適用することができる。
First, the
次いで、基板10上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚500nmの鉄(Fe)を堆積し、鉄よりなる触媒金属膜12を形成する(図2(a))。触媒金属膜12は、グラフェンを成長する際の触媒として機能する材料であれば、特に限定されるものではない。
Next, iron (Fe) with a film thickness of, for example, 500 nm is deposited on the
次いで、例えば熱CVD法により、触媒金属膜12を触媒としてグラフェン14を合成する(図2(b))。例えば、成長温度を590℃、原料ガスにアセチレン・アルゴンの混合ガスを用い、更にアルゴンで希釈し、アルゴン:アセチレンの流量比を1000:0.1とした条件により、グラフェン14を合成する。グラフェン14の厚さは、単層又は数層(2層〜5層程度)であればよい。上記条件で5分間の合成を行うことにより、単層のグラフェン14を合成することができる。
Next, the
次いで、例えばALD(原子層堆積:Atomic Layer Deposition)法により、例えば膜厚10nmのアルミニウム酸化膜(AlO)を堆積し、アルミニウム酸化膜よりなる絶縁膜16を形成する(図2(c))。絶縁膜16は、グラフェンチャネルとバックゲート電極とを隔てるゲート絶縁膜となる膜である。アルミニウム酸化膜以外にも、チタン酸化膜、ハフニウム酸化膜、ジルコニウム酸化膜等を用いることも可能である。ALD法のほか、例えば、電子ビーム蒸着法により堆積したアルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)、アルミニウム(Al)や、CVD法により堆積したTEOSなどのシリコン酸化膜を用いることも可能である。
Next, for example, an ALD (Atomic Layer Deposition) method is used to deposit, for example, an aluminum oxide film (AlO) having a thickness of 10 nm to form an insulating
次いで、絶縁膜16上に、例えば電子ビーム蒸着法により、例えば膜厚10nmのチタン(Ti)と膜厚200nmの金(Au)とを順次堆積し、Au/Ti構造の金属膜18を形成する(図3(a))。
Next, for example, titanium (Ti) with a thickness of 10 nm and gold (Au) with a thickness of 200 nm are sequentially deposited on the insulating
次いで、例えば弗酸水溶液を用い、基板10表面のシリコン酸化膜をウェットエッチングし、触媒金属膜12、グラフェン14、絶縁膜16及び金属膜18の積層構造体22を、基板10から剥離する(図3(b))。なお、基板10の除去は、後述する図4(a)の工程の後、図4(b)の工程の前に行うようにしてもよい。
Next, the silicon oxide film on the surface of the
また、積層構造体22の製造とは別に、基板10とは異なる別の基板30を用意する。基板30は、グラフェントランジスタを形成する下地となるものであり、特に限定されるものではない。例えば、表面にシリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されたシリコン基板等を適用することができる。トランジスタ等の素子や配線層が形成されたシリコン基板上に絶縁膜が形成されたものでもよい。
In addition to the production of the
次いで、基板30上に、例えば電子ビーム蒸着法により、例えば膜厚10nmのチタン(Ti)と膜厚200nmの金(Au)とを順次堆積し、Au/Ti構造の金属膜32を形成する(図3(c))。
Next, titanium (Ti) with a thickness of 10 nm and gold (Au) with a thickness of 200 nm, for example, are sequentially deposited on the
次いで、金属膜32が形成された基板30上に、適宜位置合わせを行いながら、金属膜32と金属膜18とが向き合うように積層構造体22を重ね合わせ、金熱圧着法により金属膜32と金属膜18とを接合する(図4(a))。接合した金属膜18/32は、以後、金属膜36と表す。
Next, on the
金属膜32と金属膜18との接合には、例えばフリップチップボンダを用い、例えば300℃の温度下で、単位面積(mm2)当たり0.1N〜1N程度の圧力をかけることにより、圧着を行う。なお、熱圧着の際の温度及び圧力は、基板サイズや金属種に応じて適宜選択することが望ましい。
For joining the
なお、上記の例では金熱圧着により金属膜32と金属膜18とを接合したが、圧着法は金−金による圧着に限定されるものではない。金のほか、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、チタンシリサイド(TiSix)、シリコン(Si)、白金(Pt)等を用いることも可能である。また、プラズマ処理等によって膜表面を活性化した後に熱圧着するようにしてもよい。
In the above example, the
本実施形態では、グラフェン14を触媒金属膜12と絶縁膜16及び金属膜18との間に挟持した状態で基板30上に転写するため、転写の際にグラフェン14に皺や曲がりが生じることを防止できる。また、レジストなど、転写するための部材をグラフェン14に直に接触することはなく、レジスト残渣等によるグラフェン14へのダメージの導入も防止することができる。
In the present embodiment, the
次いで、例えば塩酸や塩化鉄溶液等を用いたウェットエッチングにより、触媒金属膜12を選択的に除去する(図4(b))。
Next, the
次いで、グラフェン14をパターニングし、グラフェンチャネル14aを形成する(図4(c))。パターニングの際のマスクとなるレジスト膜の形成には、フォトリソグラフィや電子線リソグラフィを用いることができる。グラフェン14のエッチングは、酸素プラズマ処理や、酸素雰囲気中で加熱することにより行うことができる。
Next, the
酸素プラズマ処理によるグラフェン14のエッチングでは、例えば、大気圧程度の酸素雰囲気中において300W程度のプラズマ中に試料を設置し、数分から数十分の処理を行うことにより、チャネル部以外のグラフェンを除去することができる。
In the etching of
酸素雰囲気中で加熱することによるグラフェンのエッチングでは、例えば、1kPaの酸素雰囲気中で500℃から600℃程度の温度で適切な時間処理することにより、チャネル部以外のグラフェンを除去することができる。 In the graphene etching by heating in an oxygen atmosphere, for example, the graphene other than the channel portion can be removed by performing an appropriate time treatment at a temperature of about 500 ° C. to 600 ° C. in an oxygen atmosphere of 1 kPa.
グラフェン14のエッチング条件は、グラフェンの質や層数等に応じて、適宜設定することが望ましい。
The etching conditions of the
グラフェンチャネル14aの形状は、用途により変化するものであり、特に限定されるものではない。典型的には、チャネル長が0.5nm〜500nm程度、チャネル幅が0.5nm〜1000nm程度の範囲である。特に、チャネル長5nm〜500nm程度、チャネル幅1nm〜50nm程度が特に好ましい。
The shape of the
本実施形態では、基板10上の全面に合成したグラフェン14を基板30上に転写した後、このグラフェン14をパターニングしてグラフェンチャネル14aを形成するため、触媒の埋め込みや研磨といった複雑なプロセスは不要である。また、基板10上の全面に合成することから、均一性に優れた良質のグラフェン14を合成することができる。
In this embodiment, the
次いで、必要に応じて、下層の絶縁膜16及び金属膜36をパターニングし、金属膜36よりなる電極パターンや配線パターンを形成するようにしてもよい。
Next, if necessary, the lower insulating
次いで、全面に、例えば電子ビーム蒸着法により、例えば膜厚10nmのチタン(Ti)と膜厚200nmの金(Au)とを順次堆積し、Au/Ti構造の金属膜を形成する。 Next, for example, titanium (Ti) with a thickness of 10 nm and gold (Au) with a thickness of 200 nm are sequentially deposited on the entire surface by, for example, an electron beam evaporation method to form a metal film having an Au / Ti structure.
次いで、リソグラフィ及びドライエッチングにより、この金属膜をパターニングし、パターニングしたグラフェンチャネル14aの両端部にそれぞれ接するソース電極38及びドレイン電極40を形成する(図5(a))。ソース電極38及びドレイン電極40の形成方法は、特に限定されるものではなく、リフトオフ法等により形成してもよい。
Next, the metal film is patterned by lithography and dry etching to form a
次いで、例えばALD法により、例えば膜厚10nmのアルミナを堆積し、アルミナよりなる絶縁膜42を形成する(図5(b))。絶縁膜42は、グラフェンチャネル14aとトップゲート電極とを隔てるゲート絶縁膜となる膜である。
Next, for example, alumina having a film thickness of 10 nm is deposited by, eg, ALD, and an insulating
次いで、絶縁膜42上に、例えば電子ビーム蒸着法により、例えば膜厚10nmのチタンと膜厚200nmの金とを順次堆積し、Au/Ti構造の金属膜を形成する。
Next, on the insulating
次いで、リソグラフィ及びドライエッチングにより、この金属膜をパターニングし、ゲート電極44を形成する(図5(c))。ゲート電極44の形成方法は、特に限定されるものではなく、リフトオフ法等により形成してもよい。
Next, the metal film is patterned by lithography and dry etching to form a gate electrode 44 (FIG. 5C). The formation method of the
この後、必要に応じて、所定の素子、配線層、パッシベーション膜等を形成し、本実施形態による半導体装置を完成する。 Thereafter, as required, predetermined elements, wiring layers, passivation films, and the like are formed, and the semiconductor device according to the present embodiment is completed.
このように、本実施形態によれば、グラフェン上に絶縁膜及び金属膜が形成された状態で、金属膜が形成された別の基板上に、金属膜同士の熱圧着を用いてグラフェンを転写するので、転写の際にグラフェンに皺や曲がりが生じるのを防止することができる。また、レジストなど、転写するための部材をグラフェンに直に接触することはなく、レジスト残渣等によるグラフェンへのダメージの導入も防止することができる。 As described above, according to the present embodiment, graphene is transferred using thermocompression bonding between metal films on another substrate on which the metal film is formed in a state where the insulating film and the metal film are formed on the graphene. Therefore, it is possible to prevent the graphene from being wrinkled or bent during the transfer. In addition, a member for transfer such as a resist is not in direct contact with the graphene, and the introduction of damage to the graphene due to a resist residue or the like can be prevented.
[第2実施形態]
第2実施形態による半導体装置及びその製造方法について図6乃至図9を用いて説明する。図1乃至図5に示す第1実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Second Embodiment]
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Constituent elements similar to those of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment shown in FIGS.
図6は、本実施形態による半導体装置の構造を示す平面図及び概略断面図である。図7乃至図9は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 6 is a plan view and a schematic sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. 7 to 9 are process cross-sectional views illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment.
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図6を用いて説明する。図6(a)は平面図であり、図6(b)は図6(a)のA−A′線断面図である。 First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 6A.
基板30上には、金属膜36が形成されている。金属膜36が形成された基板30上には、絶縁膜46が形成されている。絶縁膜46上には、グラフェンチャネル14aが形成されている。絶縁膜46上には、また、グラフェンチャネル14aの両端部にそれぞれ接続して、ソース電極38及びドレイン電極40が形成されている。グラフェンチャネル14a上には、絶縁膜42が形成されている。グラフェンチャネル14a上の絶縁膜42上には、ゲート電極44が形成されている。
A
このように、本実施形態による半導体装置は、グラフェンチャネル14aをチャネルとするグラフェントランジスタである。グラフェンチャネル14aの下方には、絶縁膜46を介して金属膜36が形成されている。また、グラフェンチャネル14aの上方には、絶縁膜42を介してゲート電極44が形成されている。これにより、金属膜36をバックゲート電極とし、ゲート電極44をトップゲート電極としたダブルゲートトランジスタとして動作することができる。絶縁膜16を厚膜化してグラフェンチャネル14aと金属膜36との間隔を広げれば、シングルゲートトランジスタとして動作することもできる。
Thus, the semiconductor device according to the present embodiment is a graphene transistor having the
本実施形態による半導体装置では、図1に示す第1実施形態による半導体装置とは異なり、金属膜36が所定のバックゲート電極の形状にパターニングされている。図6の例では、グラフェンチャネル14aのパターンを包含するようにバックゲート電極のパターンを形成しているが、バックゲート電極のパターンは、これに限定されるものではない。ゲート電極44と同様、グラフェンチャネル14aの一部の領域に重なるように、バックゲート電極のパターンを形成してもよい。
In the semiconductor device according to the present embodiment, unlike the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 1, the
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図7乃至図9を用いて説明する。 Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
まず、図2(a)乃至図3(a)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、基板10上に、触媒金属膜12、グラフェン14、絶縁膜16及び金属膜18を形成する(図7(a))。
First, the
次いで、リソグラフィ及びドライエッチングにより、金属膜18を、所定の形状(ここではバックゲート電極のパターン)にパターニングする(図7(b))。
Next, the
次いで、全面に、例えばALD法によりアルミナを堆積後、例えばCMP(化学的機械的研磨:Chemical Mechanical Polishing)法により、金属膜18が露出するまでこのアルミナを研磨する。これにより、金属膜18が形成されていない領域の絶縁膜16上に、アルミナよりなる絶縁膜20を形成する(図7(c))。
Next, after alumina is deposited on the entire surface by, for example, ALD, this alumina is polished by, for example, CMP (Chemical Mechanical Polishing) until the
次いで、例えば弗酸水溶液を用い、基板10表面のシリコン酸化膜をウェットエッチングし、触媒金属膜12、グラフェン14、絶縁膜16及び金属膜18/絶縁膜20の積層構造体22を、基板10から剥離する。
Next, the silicon oxide film on the surface of the
また、図3(c)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、基板30上に、金属膜32を形成する(図8(a))。
Further, a
次いで、リソグラフィ及びドライエッチングにより、金属膜32を、所定の形状(ここではバックゲート電極のパターン)にパターニングする(図8(b))。
Next, the
次いで、全面に、例えばALD法によりアルミナを堆積後、例えばCMP法により、金属膜32が露出するまでこのアルミナを研磨する。これにより、金属膜32が形成されていない領域の基板30上に、アルミナよりなる絶縁膜34を形成する(図8(c))。
Next, after alumina is deposited on the entire surface by, for example, ALD, this alumina is polished by, for example, CMP, until the
次いで、金属膜32が形成された基板30上に、適宜位置合わせを行いながら、金属膜32と金属膜18とが向き合うように積層構造体22を重ね合わせ、金熱圧着法により金属膜32と金属膜18とを接合する(図9(a))。接合した金属膜18/32は、以後、金属膜36と表す。また、絶縁膜16,20,34は、以後、絶縁膜46と表す。
Next, on the
次いで、例えば塩酸や塩化鉄溶液等を用いたウェットエッチングにより、触媒金属膜12を選択的に除去する(図9(b))。
Next, the
次いで、図4(c)乃至図5(c)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、グラフェン14をパターニングしてグラフェンチャネル14aを形成し、ソース電極38、ドレイン電極40、ゲート絶縁膜42及びゲート電極44を形成する(図9(c))。
Next, in the same manner as in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIGS. 4C to 5C, the
なお、上記の例では、所定形状にパターニングされたバックゲート電極を、金属膜18と金属膜32とを接合した金属膜36により形成している。しかしながら、金属膜18と金属膜32との接合部分が電極部や配線部のみでは、基板の表面全体に対する接合面積の割合が不十分となり、確実に貼り合わせることが困難になることも考えられる。このような場合には、金属膜18及び金属膜32に、実デバイスに使用される電極パターンや配線パターンのほかに、貼り合わせ用のダミー電極パターンを設けるようにしてもよい。
In the above example, the back gate electrode patterned in a predetermined shape is formed by the
例えば図10に示すように、金属膜36により、バックゲート電極36Aと、トランジスタの周囲に配置された貼り合わせ用ダミー電極パターン36Bとを設けるようにしてもよい。
For example, as shown in FIG. 10, a
或いは、例えば図11に示すように、金属膜36により、バックゲート電極36A、貼り合わせ用ダミー電極パターン36B、ソース電極38用のコンタクトパッド部36C、ドレイン電極40用のコンタクトパッド部36D等を設けるようにしてもよい。
Alternatively, for example, as shown in FIG. 11, a
これにより、基板の表面全体に対する接合面積の割合を増加することができ、基板10上に積層構造体22を確実に貼り合わせることができる。
Thereby, the ratio of the junction area with respect to the whole surface of a board | substrate can be increased, and the
貼り合わせ用ダミー電極パターン36Bを設ける場合、金属膜18,32により形成する電極パターンや配線パターンは、必ずしもこれらの積層体である金属膜36により形成する必要はない。例えば、図10,11の例では、バックゲート電極36Aの全体又は一部を、金属膜18又は金属膜32のみにより形成するようにしてもよい。例えば、グラフェンチャネル14a直下のバックゲート電極36Aの機能部を金属膜18のみにより形成し、これに接続されるコンタクトパッド部を金属膜36により形成することができる。
When the bonding
金属膜36により形成する電極パターン、配線パターン、貼り合わせ用ダミー電極パターンは、上記配置に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。また、電極パターンや配線パターンについては、前述の通り、金属膜36により形成してもよいし、金属膜18又は金属膜32のいずれかのみで形成してもよい。
The electrode pattern, wiring pattern, and dummy electrode pattern for bonding formed by the
このように、本実施形態によれば、グラフェン上に絶縁膜及び金属膜が形成された状態で、金属膜が形成された別の基板上に、金属膜同士の熱圧着を用いてグラフェンを転写するので、転写の際にグラフェンに皺や曲がりが生じるのを防止することができる。また、レジストなど、転写するための部材をグラフェンに直に接触することはなく、レジスト残渣等によるグラフェンへのダメージの導入も防止することができる。 As described above, according to the present embodiment, graphene is transferred using thermocompression bonding between metal films on another substrate on which the metal film is formed in a state where the insulating film and the metal film are formed on the graphene. Therefore, it is possible to prevent the graphene from being wrinkled or bent during the transfer. In addition, a member for transfer such as a resist is not in direct contact with the graphene, and the introduction of damage to the graphene due to a resist residue or the like can be prevented.
[第3実施形態]
第3実施形態による半導体装置及びその製造方法について図12乃至図16を用いて説明する。図1乃至図11に示す第1及び第2実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Third Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those in the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first and second embodiments shown in FIGS. 1 to 11 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
図12は、本実施形態による半導体装置の構造を示す平面図及び概略断面図である。図13乃至図16は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 12 is a plan view and a schematic sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. 13 to 16 are process cross-sectional views illustrating the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment.
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図10を用いて説明する。図12(a)は平面図であり、図12(b)は図12(a)のA−A′線断面図である。 First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 12A is a plan view, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
基板30上には、金属膜36が形成されている。金属膜36上には、絶縁膜16が形成されている。絶縁膜16上には、グラフェンチャネル14aが形成されている。金属膜36、絶縁膜16及びグラフェンチャネル16aは、同じ形状にパターニングされており、側壁部分には絶縁膜48が形成されている。基板30上には、また、グラフェンチャネル14aの両端部にそれぞれ接続して、ソース電極38及びドレイン電極40が形成されている。グラフェンチャネル14a上には、絶縁膜42が形成されている。グラフェンチャネル14a上の絶縁膜42上には、ゲート電極44が形成されている。
A
このように、本実施形態による半導体装置は、グラフェンチャネル14aをチャネルとするグラフェントランジスタである。グラフェンチャネル14aの下方には、絶縁膜16を介して金属膜36が形成されている。また、グラフェンチャネル14aの上方には、絶縁膜42を介してゲート電極44が形成されている。これにより、金属膜36をバックゲート電極とし、ゲート電極44をトップゲート電極としたダブルゲートトランジスタとして動作することができる。絶縁膜16を厚膜化してグラフェンチャネル14aと金属膜36との間隔を広げれば、シングルゲートトランジスタとして動作することもできる。
Thus, the semiconductor device according to the present embodiment is a graphene transistor having the
本実施形態による半導体装置では、図1に示す第1実施形態による半導体装置とは異なり、金属膜36がグラフェンチャネル14aと同じ形状のバックゲート電極の形状にパターニングされている。図12の例では、金属膜36により形成されたバックゲート電極の引き出し線を、金属膜32により形成している。
In the semiconductor device according to the present embodiment, unlike the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 1, the
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図11乃至図14を用いて説明する。 Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
まず、図2(a)乃至図3(a)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、基板10上に、触媒金属膜12、グラフェン14、絶縁膜16及び金属膜18を形成する(図13(a))。
First, the
次いで、リソグラフィ及びドライエッチングにより、金属膜18、絶縁膜16、グラフェン14及び触媒金属膜12を、形成しようとするグラフェンチャネル14aの形状にパターニングする。このパターニングにより、グラフェン14よりなるグラフェンチャネル14aが形成される(図13(b))。なお、本パターニング工程では、必ずしも触媒金属膜12までパターニングする必要はない。少なくとも、金属膜18、絶縁膜16及びグラフェン14を所定形状にパターニングすればよい。
Next, the
本実施形態では、絶縁膜16及び金属膜18が覆われた状態でグラフェン14をパターニングするため、グラフェン14が直にレジスト膜が塗布されたり、グラフェン14がレジスト膜の除去雰囲気に曝されたりすることはない。したがって、第1及び第2実施形態の場合と比較して、グラフェン14に導入されるダメージを低減することができる。
In the present embodiment, since the
なお、貼り合わせ用ダミー電極パターンを配置して接合面積を増加する場合は、貼り合わせ用ダミー電極パターンの形成領域にも金属膜18、絶縁膜16、グラフェン14及び触媒金属膜12の積層構造体が残存するように、パターニングを行う。
When the bonding dummy electrode pattern is arranged to increase the bonding area, the laminated structure of the
また、図3(c)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、基板30上に、金属膜32を形成する(図14(a))。
Further, a
次いで、リソグラフィ及びドライエッチングにより、金属膜32を、所定の形状にパターニングする(図8(b))。ここでは、金属膜32により、バックゲート電極のパターン32Aと、ソース電極38用のコンタクトパッド部のパターン32Bと、ドレイン電極40用のコンタクトパッド部のパターン32Cとを形成するものとする。貼り合わせ用ダミー電極パターンを配置して接合面積を増加する場合は、貼り合わせ用ダミー電極パターンの形成領域にも金属膜32が残存するように、パターニングを行う。
Next, the
次いで、金属膜32が形成された基板30上に、適宜位置合わせを行いながら、金属膜32と金属膜18とが向き合うように積層構造体22を重ね合わせ、金熱圧着法により金属膜32と金属膜18とを接合する(図15(a))。接合した部分の金属膜18/32は、以後、金属膜36と表す。
Next, on the
この際、例えば基板10,30のオリエンテーションフラットを利用して位置合わせを行えば所望の箇所で圧着できるようにパターンを配置しておくことにより、基板10,30の位置合わせを容易に行うことができる。
At this time, for example, if the alignment is performed using the orientation flat of the
なお、本実施形態では、金属膜18,32の周囲が絶縁膜によって平坦化されていないため、接合する金属膜18のパターンと金属膜32のパターンとが異なっていると、金属膜18又は金属膜32のいずれか一方が形成されていない領域には空隙が形成される。かかる観点から、金属膜18のパターンと金属膜32のパターンとは、互いに鏡像のような関係であることが望ましい。
In this embodiment, since the periphery of the
次いで、例えば弗酸水溶液を用い、基板10表面のシリコン酸化膜をウェットエッチングし、基板10を触媒金属膜12上から剥離する(図15(b))。
Next, for example, using a hydrofluoric acid aqueous solution, the silicon oxide film on the surface of the
次いで、例えば塩酸や塩化鉄溶液等を用いたウェットエッチングにより、触媒金属膜12を選択的に除去する(図15(c))。
Next, the
次いで、金属膜36、絶縁膜16及びグラフェンチャネル14aの側壁部分に、選択的に絶縁膜48を形成する(図16(a))。例えば、全面に例えばALD法によりアルミナを堆積後、このアルミナをパターニングし、金属膜36、絶縁膜16及びグラフェンチャネル14aの側壁部分に選択的に絶縁膜48を残存させる。或いは、全面に例えばALD法によりアルミナを堆積後、このアルミナをエッチバックし、金属膜36、絶縁膜16及びグラフェンチャネル14aの側壁部分に選択的に絶縁膜48を残存させる。
Next, an insulating
絶縁膜48は、金属膜36の側壁部分を覆いソース電極38及びドレイン電極40から金属膜36を分離するためのものである。絶縁膜48は、この目的を達成しうるものであれば、如何なる方法を用いて形成してもよい。
The insulating
絶縁膜48を形成する工程は、図15(b)の工程の後、図15(c)の工程の前に行ってもよい。この場合、絶縁膜48のエッチバックやパターニングの際にはグラフェンチャネル14aが触媒金属膜12により覆われているため、グラフェンチャネル14aに導入されるダメージを低減することができる。
The step of forming the insulating
次いで、図5(a)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、グラフェンチャネル14aに接続されたソース電極38及びドレイン電極40を形成する(図16(b))
次いで、図5(b)乃至図5(c)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、ゲート絶縁膜42及びゲート電極44を形成する(図16(c))。
Next, the
Next, the
このように、本実施形態によれば、グラフェン上に絶縁膜及び金属膜が形成された状態で、金属膜が形成された別の基板上に、金属膜同士の熱圧着を用いてグラフェンを転写するので、転写の際にグラフェンに皺や曲がりが生じるのを防止することができる。また、レジストなど、転写するための部材をグラフェンに直に接触することはなく、レジスト残渣等によるグラフェンへのダメージの導入も防止することができる。 As described above, according to the present embodiment, graphene is transferred using thermocompression bonding between metal films on another substrate on which the metal film is formed in a state where the insulating film and the metal film are formed on the graphene. Therefore, it is possible to prevent the graphene from being wrinkled or bent during the transfer. In addition, a member for transfer such as a resist is not in direct contact with the graphene, and the introduction of damage to the graphene due to a resist residue or the like can be prevented.
[第4実施形態]
第4実施形態による半導体装置及びその製造方法について図17乃至図19を用いて説明する。図1乃至図16に示す第1乃至第3実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Fourth Embodiment]
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first to third embodiments shown in FIGS. 1 to 16 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
図17は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図18及び図19は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. 18 and 19 are process cross-sectional views illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment.
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図17を用いて説明する。 First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
基板30上には、金属膜36が形成されている。金属膜36上には、絶縁膜16が形成されている。絶縁膜16上には、グラフェンチャネル14aが形成されている。金属膜36、絶縁膜16及びグラフェンチャネル16aは、同じ形状にパターニングされており、側壁部分には絶縁膜48が形成されている。基板30上には、また、グラフェンチャネル14aの両端部にそれぞれ接続して、ソース電極38及びドレイン電極40が形成されている。グラフェンチャネル14a上には、絶縁膜50が形成されている。グラフェンチャネル14a上の絶縁膜50上には、ゲート電極44が形成されている。
A
このように、本実施形態による半導体装置は、グラフェンチャネル14aをチャネルとするグラフェントランジスタである。グラフェンチャネル14aの下方には、絶縁膜16を介して金属膜36が形成されている。また、グラフェンチャネル14aの上方には、絶縁膜50を介してゲート電極44が形成されている。これにより、金属膜36をバックゲート電極とし、ゲート電極44をトップゲート電極としたダブルゲートトランジスタとして動作することができる。絶縁膜16を厚膜化してグラフェンチャネル14aと金属膜36との間隔を広げれば、シングルゲートトランジスタとして動作することもできる。
Thus, the semiconductor device according to the present embodiment is a graphene transistor having the
本実施形態による半導体装置では、絶縁膜50が、グラフェンチャネル14aを合成する際に用いた触媒金属材料の絶縁性化合物により形成されているほかは、図12に示す第3実施形態による半導体装置と基本的に同じである。
The semiconductor device according to the present embodiment is the same as the semiconductor device according to the third embodiment shown in FIG. 12 except that the insulating
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図18及び図19を用いて説明する。図13(a)乃至図15(b)に示す第3実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、金属膜32が形成された基板30上に、金属膜18、絶縁膜16、グラフェンチャネル14a及び触媒金属膜12の積層構造体を転写する(図18(a))。
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. Similar to the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment shown in FIGS. 13A to 15B, the
次いで、例えばドライエッチングにより、触媒金属膜12を研磨或いはドライエッチングし、触媒金属膜12の膜厚が例えば20nm程度になるまで薄膜化する(図18(b))。
Next, the
次いで、薄膜化した触媒金属膜12を酸化し、触媒金属膜12を形成する触媒金属材料の酸化物よりなる絶縁膜50を形成する(図18(c))。例えば、圧力1Pa程度の酸素雰囲気中で200W程度のプラズマに触媒金属膜12を10分間曝すことにより、絶縁膜50を形成することができる。
Next, the thinned
この際、露出している部分は耐酸化性の強い金や絶縁膜により形成されており、酸化による影響を受けることはほとんどない。グラフェンチャネル14aの側壁部分が反応することもあるが、影響は軽微である。
At this time, the exposed portion is formed of gold or an insulating film having high oxidation resistance and is hardly affected by oxidation. Although the side wall portion of the
触媒金属膜12を薄膜化する工程では、薄膜化した触媒金属膜12を酸化することにより得られる絶縁膜50の膜厚がゲート絶縁膜として所望の膜厚となるように、触媒金属膜12の残膜厚を適宜設定する。
In the step of thinning the
なお、絶縁膜50の形成は、触媒金属膜12の総てを酸化ないしは窒化して絶縁膜50を形成した後、絶縁膜50を所望の膜厚に薄膜化してもよい。ただし、触媒金属膜12を薄膜化してから酸化ないしは窒化して絶縁膜50を形成する方が、酸化雰囲気に曝されることによるダメージは軽減される。
The insulating
ゲート絶縁膜として適用可能な酸化物ないしは窒化物を形成する触媒金属材料としては、例えば、アルミニウム(Al)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、シリコン(Si)、鉄(Fe)、銅(Cu)、コバルト(Co)又はこれらを少なくとも1種以上含む合金が挙げられる。 Examples of the catalytic metal material for forming an oxide or nitride applicable as a gate insulating film include aluminum (Al), hafnium (Hf), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), titanium (Ti), and tantalum ( Ta), silicon (Si), iron (Fe), copper (Cu), cobalt (Co), or an alloy containing at least one of these.
次いで、金属膜36、絶縁膜16及びグラフェンチャネル14aの側壁部分に、図16(a)に示す第3実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、絶縁膜48を形成する(図19(a))。
Next, an insulating
次いで、リソグラフィ及びエッチングにより、絶縁膜50をパターニングし、グラフェンチャネル14aの両端部を露出する(図19(b))。
Next, the insulating
次いで、図16(b)乃至図16(c)に示す第3実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、ソース電極38、ドレイン電極40、ゲート絶縁膜42及びゲート電極44を形成する(図19(c))。
Next, the
本実施形態の方法では、一連の製造プロセスを通してグラフェンチャネル14aが基板表面に露出されず、グラフェンチャネル14aに物理的或いは化学的な処理が施されることはない。これにより、グラフェンチャネル14aに与えるダメージを最小限に抑えることができる。
In the method of this embodiment, the
このように、本実施形態によれば、グラフェン上に絶縁膜及び金属膜が形成された状態で、金属膜が形成された別の基板上に、金属膜同士の熱圧着を用いてグラフェンを転写するので、転写の際にグラフェンに皺や曲がりが生じるのを防止することができる。また、レジストなど、転写するための部材をグラフェンに直に接触することはなく、レジスト残渣等によるグラフェンへのダメージの導入も防止することができる。 As described above, according to the present embodiment, graphene is transferred using thermocompression bonding between metal films on another substrate on which the metal film is formed in a state where the insulating film and the metal film are formed on the graphene. Therefore, it is possible to prevent the graphene from being wrinkled or bent during the transfer. In addition, a member for transfer such as a resist is not in direct contact with the graphene, and the introduction of damage to the graphene due to a resist residue or the like can be prevented.
[第5実施形態]
第5実施形態による半導体装置及びその製造方法について図20乃至図22を用いて説明する。図1乃至図19に示す第1乃至第4実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Fifth Embodiment]
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first to fourth embodiments shown in FIGS. 1 to 19 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
図20は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図21及び図22は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. 21 and 22 are process cross-sectional views illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment.
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図20を用いて説明する。 First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
基板30上には、絶縁膜16が形成されている。絶縁膜16上には、グラフェンチャネル14aが形成されている。絶縁膜16上には、また、グラフェンチャネル14aの両端部にそれぞれ接続して、ソース電極38及びドレイン電極40が形成されている。グラフェンチャネル14a上には、絶縁膜42が形成されている。グラフェンチャネル14a上の絶縁膜42上には、ゲート電極44が形成されている。
An insulating
このように、本実施形態による半導体装置は、グラフェンチャネル14aをチャネルとするグラフェントランジスタである。
Thus, the semiconductor device according to the present embodiment is a graphene transistor having the
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図21及び図22を用いて説明する。 Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
まず、図2(a)乃至図2(c)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、基板10上に、触媒金属膜12、グラフェン14及び絶縁膜16を形成する(図21(a))。なお、ここでは、絶縁膜16をシリコン酸化膜により形成するものとする。
First, the
また、基板10とは別に、表面にシリコン酸化膜の絶縁膜が形成された基板30を用意する。
In addition to the
次いで、基板30上に、適宜位置合わせを行いながら、基板30側に絶縁膜16が向き合うように基板10を重ね合わせる。
Next, the
次いで、基板30と基板10との間に圧力をかけながら、窒素雰囲気中で、例えば800℃〜1000℃程度の温度で1時間程度の熱処理を行う。これにより、基板30表面のシリコン酸化膜と絶縁膜16とが接合される(図21(b))。
Next, heat treatment is performed for about 1 hour at a temperature of, for example, about 800 ° C. to 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere while applying a pressure between the
シリコン酸化膜同士を圧着する際の温度や時間は、圧着面積、基板の反り状況等に応じて変化するため、適宜設定することが望ましい。ここでは、圧着する絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いているが、シリコン窒化膜やアルミナ等の絶縁物や酸化物であれば特に制限はない。 Since the temperature and time when the silicon oxide films are bonded to each other vary depending on the bonding area, the warpage of the substrate, and the like, it is desirable to set appropriately. Here, a silicon oxide film is used as the insulating film to be pressure-bonded, but there is no particular limitation as long as it is an insulator or oxide such as a silicon nitride film or alumina.
本実施形態では、グラフェン14を触媒金属膜12と絶縁膜16との間に挟持した状態で基板30上に転写するため、転写の際にグラフェン14に皺や曲がりが生じることを防止できる。また、レジストなど、転写するための部材をグラフェン14に直に接触することはなく、レジスト残渣等によるグラフェン14へのダメージの導入も防止することができる。
In the present embodiment, since the
なお、第3実施形態と同様に、絶縁膜16、グラフェン14及び触媒金属膜12を所定形状にパターニングした後、基板10と基板30とを接合するようにしてもよい。
As in the third embodiment, the
次いで、例えば弗酸水溶液を用いて基板10表面のシリコン酸化膜をウェットエッチングし、基板10を除去する。
Next, the silicon oxide film on the surface of the
次いで、例えば塩酸や塩化鉄溶液等を用いたウェットエッチングにより、触媒金属膜12を選択的に除去する(図22(a))。なお、基板10を除去する工程を別途行わずに、触媒金属膜12をエッチングすることによって基板10を同時に除去するようにしてもよい。
Next, the
次いで、グラフェン14をパターニングし、グラフェンチャネル14aを形成する(図22(b))。
Next, the
次いで、図5(a)乃至図5(c)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、ソース電極38、ドレイン電極40、絶縁膜42及びゲート電極44を形成する(図22(c))。
Next, the
このように、本実施形態によれば、グラフェン上に絶縁膜が形成された状態で、絶縁膜が形成された別の基板上に、絶縁膜同士の圧着を用いてグラフェンを転写するので、転写の際にグラフェンに皺や曲がりが生じるのを防止することができる。また、レジストなど、転写するための部材をグラフェンに直に接触することはなく、レジスト残渣等によるグラフェンへのダメージの導入も防止することができる。 As described above, according to the present embodiment, in a state where the insulating film is formed on the graphene, the graphene is transferred onto another substrate on which the insulating film is formed using the pressure bonding of the insulating films. In this case, it is possible to prevent the graphene from being wrinkled or bent. In addition, a member for transfer such as a resist is not in direct contact with the graphene, and the introduction of damage to the graphene due to a resist residue or the like can be prevented.
[第6実施形態]
第6実施形態による半導体装置及びその製造方法について図23乃至図25を用いて説明する。図1乃至図22に示す第1乃至第5実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Sixth Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first to fifth embodiments shown in FIGS. 1 to 22 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
図23は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図24及び図25は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. 24 and 25 are process cross-sectional views illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment.
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図23を用いて説明する。 First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
基板30上には、金属膜36が形成されている。金属膜36が形成された基板30上には、絶縁膜46が形成されている。絶縁膜46上には、グラフェンチャネル14aが形成されている。絶縁膜46上には、また、グラフェンチャネル14aの両端部にそれぞれ接続して、ソース電極38及びドレイン電極40が形成されている。グラフェンチャネル14a上には、絶縁膜42が形成されている。グラフェンチャネル14a上の絶縁膜42上には、ゲート電極44が形成されている。
A
このように、本実施形態による半導体装置は、グラフェンチャネル14aをチャネルとするグラフェントランジスタである。グラフェンチャネル14aの下方には、絶縁膜46を介して金属膜36が形成されている。また、グラフェンチャネル14aの上方には、絶縁膜42を介してゲート電極44が形成されている。これにより、金属膜36をバックゲート電極とし、ゲート電極44をトップゲート電極としたダブルゲートトランジスタとして動作することができる。絶縁膜16を厚膜化してグラフェンチャネル14aと金属膜36との間隔を広げれば、シングルゲートトランジスタとして動作することもできる。
Thus, the semiconductor device according to the present embodiment is a graphene transistor having the
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図24及び図25を用いて説明する。 Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
まず、図7(a)乃至図7(c)に示す第2実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、基板10上に、触媒金属膜12、グラフェン14、絶縁膜16、金属膜18及び絶縁膜20を形成する(図24(a))。
First, the
また、基板30上に、表面部に金属膜32が埋め込まれた絶縁膜34を形成する(図24(b))。
Further, an insulating
次いで、金属膜32が形成された基板30上に、適宜位置合わせを行いながら、金属膜32と金属膜18とが向き合うように、また、絶縁膜34と絶縁膜20とが向き合うように、基板10を重ね合わせる。
Next, on the
次いで、基板30と基板10との間に単位面積(mm2)当たり0.1N〜1N程度の圧力をかけながら、窒素雰囲気中で、例えば200℃〜800℃程度の温度で1時間程度の熱処理を行う。これにより、金属膜32と金属膜18とが接合され、絶縁膜34と絶縁膜20とが接合される(図24(c))。接合した金属膜18/32は、以後、金属膜36と表す。また、絶縁膜16,20,34は、絶縁膜46と表す。
Next, while applying a pressure of about 0.1 N to 1 N per unit area (mm 2 ) between the
次いで、例えば弗酸水溶液を用いて基板10表面のシリコン酸化膜をウェットエッチングし、基板10を除去する。
Next, the silicon oxide film on the surface of the
次いで、例えば塩酸や塩化鉄溶液等を用いたウェットエッチングにより、触媒金属膜12を選択的に除去する(図25(a))。なお、基板10を除去する工程を別途行わずに、触媒金属膜12をエッチングすることによって基板10を同時に除去するようにしてもよい。
Next, the
次いで、グラフェン14をパターニングし、グラフェンチャネル14aを形成する(図25(b))。
Next, the
次いで、図9(c)に示す第2実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、ソース電極38、ドレイン電極40、絶縁膜42及びゲート電極44を形成する(図25(c))。
Next, a
このように、本実施形態によれば、グラフェン上に絶縁膜及び金属膜が形成された状態で、金属膜同士及び絶縁膜同士の圧着を用いてグラフェンを転写するので、転写の際にグラフェンに皺や曲がりが生じるのを防止することができる。また、レジストなど、転写するための部材をグラフェンに直に接触することはなく、レジスト残渣等によるグラフェンへのダメージの導入も防止することができる。 As described above, according to the present embodiment, the graphene is transferred using the pressure bonding between the metal films and between the insulating films in a state where the insulating film and the metal film are formed on the graphene. It is possible to prevent wrinkles and bending. In addition, a member for transfer such as a resist is not in direct contact with the graphene, and the introduction of damage to the graphene due to a resist residue or the like can be prevented.
[第7実施形態]
第7実施形態による半導体装置及びその製造方法について図26乃至図32を用いて説明する。図1乃至図25に示す第1乃至第6実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Seventh Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the seventh embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first to sixth embodiments shown in FIGS. 1 to 25 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
図26は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図27及び図32は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. 27 and 32 are process cross-sectional views illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment.
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図26を用いて説明する。 First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
基板30上には、金属膜36が形成されている。金属膜36が形成された基板30上には、絶縁膜46が形成されている。絶縁膜46上には、グラフェンチャネル14aが形成されている。絶縁膜46上には、また、グラフェンチャネル14aの両端部にそれぞれ接続して、ソース電極38及びドレイン電極40が形成されている。グラフェンチャネル14a上には、絶縁膜42が形成されている。ソース電極38上及びドレイン電極40上には、触媒金属膜52が形成されている。グラフェンチャネル14a上の絶縁膜42上には、ゲート電極を兼ねる触媒金属膜52が形成されている。こうして、基板30上には、金属膜36をバックゲート電極とし、絶縁膜42上の触媒金属膜54をトップゲート電極としたダブルゲートトランジスタが形成されている。
A
グラフェントランジスタが形成された基板30上には、層間絶縁膜56が形成されている。層間絶縁膜56には、ゲート電極(触媒金属膜52)、ソース電極38及びドレイン電極に電気的に接続されたカーボンナノチューブ束よりなるビア配線54が埋め込まれている。ビア配線54が埋め込まれ層間絶縁膜54上には、ビア配線54に接続して、金属膜68,70に挟持されたグラフェン配線64aが形成されている。
An interlayer insulating
グラフェン配線64aが形成された層間絶縁膜56上には、層間絶縁膜74が形成されている。層間絶縁膜74には、グラフェン配線64aに電気的に接続されたカーボンナノチューブ束よりなるビア配線72が埋め込まれている。ビア配線72が埋め込まれた層間絶縁膜74上には、ビア配線72に接続して、下面側に金属膜76が形成されたグラフェン配線78が形成されている。
An interlayer insulating
このように、本実施形態による半導体装置は、配線層をグラフェン配線54,74により形成したものである。配線層をグラフェンにより形成することにより、配線層を容易に低抵抗化することができる。グラフェン配線54,74は、後述するように、グラフェンチャネル14aと同様のプロセスを用いて形成することができる。
As described above, in the semiconductor device according to the present embodiment, the wiring layer is formed by the
また、本実施形態による半導体装置では、ビア配線をカーボンナノチューブ束により形成している。ビア配線をカーボンナノチューブ束により形成することにより、ビア配線を容易に低抵抗化することができる。なお、ビア配線は、必ずしもカーボンナノチューブ束により形成する必要はなく、通常のビア配線形成プロセスを適用することも可能である。 In the semiconductor device according to the present embodiment, the via wiring is formed by a bundle of carbon nanotubes. By forming the via wiring with a bundle of carbon nanotubes, the resistance of the via wiring can be easily reduced. Note that the via wiring does not necessarily need to be formed by a bundle of carbon nanotubes, and a normal via wiring forming process can be applied.
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図27乃至図32を用いて説明する。 Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
まず、図7(a)乃至図9(c)に示す第2実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、基板30上に、金属膜36、絶縁膜46、グラフェンチャネル14a、ソース電極38、ドレイン電極40及び絶縁膜42を形成する(図27(a))。
First, in the same manner as in the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment shown in FIGS. 7A to 9C, the
なお、本実施形態では、下地のトランジスタ構造として第2実施形態の構造を適用した例を示すが、下地のトランジスタ構造は、これに限定されるものではない。第2実施形態の構造の代わりに、第1、第3乃至第6実施形態のいずれかの構造を適用してもよいし、他のトランジスタ構造を適用してもよい。また、図27(a)ではゲート電極44を形成していないが、図9(c)と同様にして、絶縁膜42上にゲート電極44を形成してもよい。
In this embodiment, an example in which the structure of the second embodiment is applied as the underlying transistor structure is shown, but the underlying transistor structure is not limited to this. Instead of the structure of the second embodiment, the structure of any of the first, third to sixth embodiments may be applied, or another transistor structure may be applied. In addition, although the
次いで、リソグラフィ及びエッチングにより、絶縁膜42をパターニングし、ソース電極38及びドレイン電極40の表面を露出する(図27(b))。
Next, the insulating
次いで、例えばリフトオフ法により、ソース電極38及びドレイン電極40上のコンタクト形成部、並びに、絶縁膜42上のゲート電極の形成部に、触媒金属膜52を形成する(図27(b))。絶縁膜42上の触媒金属膜52は、ゲート電極として用いることができる。絶縁膜42上にゲート電極44を形成している場合は、ゲート電極44上のコンタクト形成部に、触媒金属膜52を形成する。なお、触媒金属膜52の形成方法は、リフトオフ法に限定されるものではない。
Next, a
触媒金属膜52は、例えば、膜厚5nmのタンタル(Ta)膜と、膜厚5nmの窒化チタン(TiN)膜と、膜厚1nmのコバルト(Co)膜とを、スパッタ法により順次堆積することにより形成する。コバルトは触媒材料であり、窒化チタンは合成を促進するサポート材料であり、タンタルは下地の金属の拡散を防止する膜である。
As the
触媒材料としては、コバルトのほか、例えば、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、金(Au)、白金(Pt)、又はこれらのうちの少なくとも1種を含む合金や、これらの酸化物・窒化物等の化合物を適用することができる。 As the catalyst material, in addition to cobalt, for example, iron (Fe), nickel (Ni), copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt), or an alloy containing at least one of these, these A compound such as an oxide / nitride can be used.
サポート材料としては、窒化チタンのほか、例えば、アルミニウム(Al)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、シリコン(Si)、チタンシリサイド(TiSix)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、ルテニウム(Ru)又はこれらのうちの少なくとも1種を含む合金や、これらの酸化物・窒化物等の化合物を適用することができる。 As the support material, in addition to titanium nitride, for example, aluminum (Al), hafnium (Hf), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tantalum (Ta), silicon (Si), titanium silicide ( TiSix), vanadium (V), niobium (Nb), ruthenium (Ru), or an alloy containing at least one of them, and compounds such as oxides and nitrides thereof can be applied.
拡散防止膜としては、タンタルのほか、例えば、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)又はこれらのうちの少なくとも1種を含む合金や、これらの酸化物・窒化物等の化合物を適用することができる。 As the diffusion preventing film, in addition to tantalum, for example, titanium (Ti), ruthenium (Ru), an alloy containing at least one of them, or a compound such as oxide or nitride thereof can be applied. .
次いで、例えば熱CVD法により、触媒金属膜52を触媒としてカーボンナノチューブを合成し、触媒金属膜52上にカーボンナノチューブの束よりなるビア配線54形成する(図28(a))。例えば、原料ガスにアセチレン・アルゴンの混合ガスを用い(アセチレンガスはアルゴンの0.1%以下)、圧力1kPa、基板温度450℃の条件で、長さ500nm程度のカーボンナノチューブを成長する。
Next, carbon nanotubes are synthesized using the
次いで、例えばCVD法により、例えばシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜
の層間絶縁膜56を形成する(図28(b))。
Next, for example, a silicon oxide film is deposited by, eg, CVD, and an
次いで、例えばCMP法により、層間絶縁膜56の表面を研磨し、層間絶縁膜56の表面にビア配線54の上端部を露出させる(図29(a))。
Next, the surface of the
次いで、層間絶縁膜56上に、例えば電子ビーム蒸着法により、例えば膜厚10nmのチタン(Ti)と膜厚200nmの金(Au)とを順次堆積し、Au/Ti構造の金属膜58を形成する。
Next, for example, titanium (Ti) with a thickness of 10 nm and gold (Au) with a thickness of 200 nm are sequentially deposited on the
次いで、リソグラフィ及びエッチングにより金属膜58をパターニングし、ビア配線54に接続された所定の配線パターンを形成する(図29(b))。
Next, the
また、基板10,30とは別に、基板60を用意する。基板60は、グラフェンを合成するための下地として用いるものであり、少なくとも表面に、グラフェン及びグラフェンの触媒材料(触媒金属膜62)に対して選択的にエッチングが可能な材料により形成されている基板であれば、特に限定されるものではない。例えば、表面に膜厚が300nmのシリコン酸化膜が形成されたシリコン基板を適用することができる。
Further, a
次いで、基板60上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚500nmの鉄(Fe)を堆積し、鉄よりなる触媒金属膜62を形成する。
Next, iron (Fe) having a film thickness of, for example, 500 nm is deposited on the
次いで、グラフェン14の合成と同様にして、触媒金属膜62を触媒としてグラフェン64を合成する。このグラフェン64は、配線として用いるものであり、層数は配線抵抗の要求等に応じて適宜増減することができる。
Next, in the same manner as the synthesis of the
次いで、グラフェン64上に、例えば電子ビーム蒸着法により、例えば膜厚10nmのチタン(Ti)と膜厚200nmの金(Au)とを順次堆積し、Au/Ti構造の金属膜66を形成する(図30(a))。
Next, on the
次いで、リソグラフィ及びエッチングにより、金属膜66、グラフェン64及び触媒金属膜62を、金属膜58の配線パターンに対応した所定の形状にパターニングする(図30(b))。このパターニングにより、グラフェン64よりなるグラフェン配線64aを形成する。なお、本パターニング工程では、必ずしも触媒金属膜62までパターニングする必要はない。少なくとも、金属膜66及びグラフェン64を所定形状にパターニングすればよい。
Next, the
次いで、金属膜58が形成された絶縁膜56上に、適宜位置合わせを行いながら、金属膜58と金属膜66とが向き合うように基板60を重ね合わせ、金熱圧着法により金属膜32と金属膜18とを接合する(図31(a))。接合した金属膜66/58は、以後、金属膜68と表す。
Next, on the insulating
次いで、例えば弗酸水溶液を用いて基板60表面のシリコン酸化膜をウェットエッチングし、基板60を除去する。
Next, the silicon oxide film on the surface of the
次いで、例えば塩酸や塩化鉄溶液等を用いたウェットエッチングにより、触媒金属膜62を選択的に除去する(図31(b))。
Next, the
こうして、グラフェントランジスタのゲート電極(触媒金属膜52)、ソース電極38及びドレイン電極40に、カーボンナノチューブ束のビア配線54を介して電気的に接続されたグラフェン配線64aを形成する。
Thus, the
なお、図29(b)の工程の後、触媒金属膜を堆積し、これを触媒としてグラフェン配線を直に形成することも考えられる。本実施形態のメリットとしては、グラフェン配線の下地となる金属膜が触媒金属材料に限定されない点が挙げられる。 It is also conceivable that after the step of FIG. 29B, a catalytic metal film is deposited and the graphene wiring is directly formed using this as a catalyst. An advantage of this embodiment is that the metal film that is the base of the graphene wiring is not limited to the catalytic metal material.
次いで、必要に応じて、グラフェン配線64a上に、図27(c)乃至図31(b)の工程と同様にして、触媒金属膜70、ビア配線72、層間絶縁膜74、金属膜76及びグラフェン配線78を繰り返し形成し、多層配線構造を形成する(図32)。
Next, if necessary, the
このように、本実施形態によれば、グラフェン上に金属膜が形成された状態で、金属膜が形成された別の基板上に、金属膜同士の熱圧着を用いてグラフェンを転写するので、転写の際にグラフェンに皺や曲がりが生じるのを防止することができる。また、レジストなど、転写するための部材をグラフェンに直に接触することはなく、レジスト残渣等によるグラフェンへのダメージの導入も防止することができる。 As described above, according to the present embodiment, in a state where the metal film is formed on the graphene, the graphene is transferred onto another substrate on which the metal film is formed using thermocompression bonding between the metal films. It is possible to prevent wrinkling and bending of the graphene during transfer. In addition, a member for transfer such as a resist is not in direct contact with the graphene, and the introduction of damage to the graphene due to a resist residue or the like can be prevented.
[変形実施形態]
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
例えば、上記実施形態では、熱CVD法によりグラフェンを合成する方法を示したが、熱CVD法に限らず、リモートプラズマCVD法、プラズマCVD法等を用いてもよい。また、原料ガスとしては、アセチレンに限らず、エチレンガス、メタンガスなどの炭化水素ガス、エタノールなどのアルコール、ベンゼン等を用いてもよい。 For example, although the method of synthesizing graphene by the thermal CVD method has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to the thermal CVD method, and a remote plasma CVD method, a plasma CVD method, or the like may be used. The source gas is not limited to acetylene, and hydrocarbon gas such as ethylene gas and methane gas, alcohol such as ethanol, benzene, and the like may be used.
また、グラフェンの合成に用いる触媒も、鉄に限定されるものではなく、グラフェン合成の触媒として機能する他の材料を用いてもよい。例えば、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Pt(プラチナ)、Au(金)等の金属、これらを少なくとも一種含む合金、炭化物、酸化物、窒化物等を用いてもよい。 Further, the catalyst used for the synthesis of graphene is not limited to iron, and other materials that function as a catalyst for the synthesis of graphene may be used. For example, a metal such as Co (cobalt), Ni (nickel), Cu (copper), Pt (platinum), Au (gold), an alloy containing at least one of these, a carbide, an oxide, a nitride, or the like may be used. .
触媒金属膜12の成膜方法についても特に限定されるものではなく、スパッタ法に限らず、電子ビーム蒸着法、分子線エピタキシー法等を用いてもよい。
The method for forming the
グラフェンの他の合成方法としては、例えば、スパッタ法により熱酸化膜付きのシリコン基板上に堆積した膜厚500nmの銅薄膜を触媒として、熱CVD法によりグラフェンを合成する方法が挙げられる。この場合は、例えば、原料ガスとしてメタンを用い、ガスの分圧を、希釈用アルゴンガス900sccmに対して、水素100sccm、メタン10sccmとし、温度900℃でグラフェンを合成することができる。 As another synthesis method of graphene, for example, a method of synthesizing graphene by a thermal CVD method using a copper thin film having a thickness of 500 nm deposited on a silicon substrate with a thermal oxide film by a sputtering method as a catalyst can be given. In this case, for example, methane is used as the source gas, and the partial pressure of the gas is 100 sccm of hydrogen and 10 sccm of methane with respect to 900 sccm of argon gas for dilution, and graphene can be synthesized at a temperature of 900 ° C.
また、上記第7実施形態では、熱CVD法によりカーボンナノチューブを合成する方法を示したが、熱CVD法に限らず、リモートプラズマCVD法、プラズマCVD法等を用いてもよい。また、原料ガスとしては、アセチレンに限らず、エチレンガス、メタンガスなどの炭化水素ガス、エタノールなどのアルコール、ベンゼン等を用いてもよい。 In the seventh embodiment, the method of synthesizing the carbon nanotubes by the thermal CVD method is shown. However, the present invention is not limited to the thermal CVD method, and a remote plasma CVD method, a plasma CVD method, or the like may be used. The source gas is not limited to acetylene, and hydrocarbon gas such as ethylene gas and methane gas, alcohol such as ethanol, benzene, and the like may be used.
また、上記第1、第2、第3、第4、第6及び第7実施形態では、ダブルゲート構造のトランジスタを示し、上記第5実施形態では、トップゲート構造のトランジスタを示したが、トランジスタ構造は、これに限定されるものではない。 In the first, second, third, fourth, sixth, and seventh embodiments, a double-gate transistor is shown. In the fifth embodiment, a top-gate transistor is shown. The structure is not limited to this.
例えば、上記第1、第2、第3、第4、第6及び第7実施形態では、必ずしもゲート電極44を必要はなく、バックゲート電極のみを有するバックゲート構造のトランジスタとしてもよい。或いは、上記第2及び第6実施形態では、必ずしもバックゲート電極を形成する必要はなく、ゲート電極44のみを有するトップゲート構造のトランジスタとしてもよい。或いは、金属膜36とグラフェンチャネル14aとを隔てる絶縁膜16,46の膜厚を厚膜化し、金属膜36が実質的にバックゲート電極として機能しないようにしてもよい。或いは、第1乃至第6実施形態に記載のグラフェンチャネル14aをグラフェン配線としてもよい。
For example, in the first, second, third, fourth, sixth, and seventh embodiments, the
また、各実施形態に記載した構造や製造方法は、任意に組み合わせることができる。例えば、触媒金属膜12を酸化してゲート絶縁膜を形成する第4実施形態のプロセスを、第1、第2、第3、第5又は第6実施形態に適用してもよい。また、第7実施形態の配線構造を、第1乃至第6実施形態に適用してもよい。
Moreover, the structure and the manufacturing method described in each embodiment can be arbitrarily combined. For example, the process of the fourth embodiment in which the
また、上記実施形態に記載した半導体装置の構造、構造パラメータ、構成材料、製造条件等は、一例を示したものにすぎず、当業者の技術常識等に応じて適宜修正や変更が可能である。 In addition, the structure, structural parameters, constituent materials, manufacturing conditions, and the like of the semiconductor device described in the above embodiment are merely examples, and can be appropriately modified or changed according to technical common sense of those skilled in the art. .
また、上記実施形態では、グラフェンチャネルトランジスタやグラフェン配線に適用した例を示したが、これらに限定されるものではなく、グラフェンを有する種々のデバイスや構造体に適用することができる。 Moreover, although the example applied to the graphene channel transistor and the graphene wiring was shown in the said embodiment, it is not limited to these, It can apply to the various device and structure which have a graphene.
10,30,60…基板
12,52,62,70…触媒金属膜
14,64…グラフェン
14a…グラフェンチャネル
16,20,34,42,46,48,50…絶縁膜
18,32,36,58,66,68,76…金属膜
22…積層構造体
38…ソース電極
40…ドレイン電極
44…ゲート電極
54,72…ビア配線
56,74…層間絶縁膜
64a,78…グラフェン配線
10, 30, 60 ...
Claims (13)
前記第1の触媒金属膜上に、前記第1の触媒金属膜を触媒として、第1のグラフェンを形成する工程と、
前記第1のグラフェン上に、第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上に、第1の金属膜を形成する工程と、
第2の基板上に、第2の金属膜を形成する工程と、
前記第1の金属膜の表面と前記第2の金属膜の表面とを対向させ、前記第1の金属膜と前記第2の金属膜とを接合する工程と、
前記第1の基板を除去する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first catalytic metal film on a first substrate;
Forming first graphene on the first catalytic metal film using the first catalytic metal film as a catalyst;
Forming a first insulating film on the first graphene;
Forming a first metal film on the first insulating film;
Forming a second metal film on the second substrate;
A step of causing the surface of the first metal film and the surface of the second metal film to face each other and bonding the first metal film and the second metal film;
And removing the first substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の基板を除去する工程の後、前記第1の触媒金属膜を除去する工程と、前記第1のグラフェンをパターニングし、前記第1のグラフェンよりなるグラフェンチャネルを形成する工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
After the step of removing the first substrate, a step of removing the first catalytic metal film, and a step of patterning the first graphene to form a graphene channel made of the first graphene A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の金属膜を形成する工程の後、前記第1の金属膜、前記第1の絶縁膜及び前記第1のグラフェンをパターニングし、前記第1のグラフェンよりなるグラフェンチャネルを形成する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
After the step of forming the first metal film, patterning the first metal film, the first insulating film, and the first graphene to form a graphene channel made of the first graphene Furthermore, it has a manufacturing method of the semiconductor device characterized by the above-mentioned.
前記グラフェンチャネルを形成する工程の後、前記第1の触媒金属膜を除去する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
After the step of forming the graphene channel, the method further includes the step of removing the first catalytic metal film.
前記第1の基板を除去する工程の後、前記第1の触媒金属膜を酸化して第3の絶縁膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
After the step of removing the first substrate, the method further comprises the step of oxidizing the first catalytic metal film to form a third insulating film.
前記グラフェンチャネルを形成する工程の後、前記グラフェンチャネルに接続されたソース電極及びドレイン電極を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 2 to 5,
After the step of forming the graphene channel, the method further includes a step of forming a source electrode and a drain electrode connected to the graphene channel.
前記ソース電極上及び前記ドレイン電極上に、第2の触媒金属膜を形成する工程と、
前記第2の触媒金属膜上に、前記第2の触媒金属膜を触媒としてカーボンナノチューブを成長し、カーボンナノチューブ束のビア配線を形成する工程と
を更に有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
Forming a second catalytic metal film on the source electrode and the drain electrode;
On the second catalytic metal film, the second catalytic metal film grown carbon nanotubes as a catalyst, a method of manufacturing a semiconductor device characterized by further comprising the step of forming a via wiring of the carbon nanotube bundles .
第3の基板上に、第3の触媒金属膜を形成する工程と、
前記第3の触媒金属膜上に、前記第3の触媒金属膜を触媒として、第2のグラフェンを形成する工程と、
前記第2のグラフェン上に、第3の金属膜を形成する工程と、
前記第3の金属膜及び前記第2のグラフェンをパターニングし、前記第2のグラフェンよりなるグラフェン配線を形成する工程と、
前記ビア配線上に、第4の金属膜を形成する工程と、
前記第3の金属膜の表面と前記第4の金属膜の表面とを対向させ、前記第3の金属膜と前記第4の金属膜とを接合する工程と、
前記第3の基板を除去する工程と、
前記第2の触媒金属膜を除去する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7 .
Forming a third catalytic metal film on a third substrate;
Forming second graphene on the third catalytic metal film using the third catalytic metal film as a catalyst;
Forming a third metal film on the second graphene;
Patterning the third metal film and the second graphene to form a graphene wiring made of the second graphene;
Forming a fourth metal film on the via wiring;
A step of causing the surface of the third metal film and the surface of the fourth metal film to face each other and bonding the third metal film and the fourth metal film;
Removing the third substrate;
Removing the second catalytic metal film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第2の基板上に第2の絶縁膜を形成する工程を更に有し、
前記第1の金属膜を形成する工程では、前記第1の絶縁膜の表面部に埋め込まれた前記第1の金属膜を形成し、
前記第2の金属膜を形成する工程では、前記第2の絶縁膜の表面部に埋め込まれた前記第2の金属膜を形成し、
前記第1の金属膜と前記第2の金属膜とを接合する工程では、前記第1の金属膜と前記第2の金属膜とを接合するとともに、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とを接合する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 8,
A step of forming a second insulating film on the second substrate;
In the step of forming the first metal film, the first metal film embedded in the surface portion of the first insulating film is formed,
In the step of forming the second metal film, the second metal film embedded in the surface portion of the second insulating film is formed,
In the step of joining the first metal film and the second metal film, the first metal film and the second metal film are joined, and the first insulating film and the second metal film are joined. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising bonding an insulating film.
前記第1の金属膜と前記第2の金属膜は、熱圧着により接合する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 9,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first metal film and the second metal film are bonded by thermocompression bonding.
前記触媒金属膜上に、前記触媒金属膜を触媒として、グラフェンを形成する工程と、
前記グラフェン上に、第1の金属膜を形成する工程と、
前記第1の金属膜及び前記グラフェンをパターニングし、前記グラフェンよりなるグラフェン配線を形成する工程と、
第2の基板上に、第2の金属膜を形成する工程と、
前記第1の金属膜の表面と前記第2の金属膜の表面とを対向させ、前記第1の金属膜と前記第2の金属膜とを接合する工程と、
前記第1の基板を除去する工程と、
前記触媒金属膜を除去する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a catalytic metal film on the first substrate;
Forming graphene on the catalytic metal film using the catalytic metal film as a catalyst;
Forming a first metal film on the graphene;
Patterning the first metal film and the graphene to form a graphene wiring made of the graphene;
Forming a second metal film on the second substrate;
A step of causing the surface of the first metal film and the surface of the second metal film to face each other and bonding the first metal film and the second metal film;
Removing the first substrate;
And a step of removing the catalytic metal film.
前記触媒金属膜上に、前記触媒金属膜を触媒として、グラフェンを形成する工程と、
前記グラフェン上に、第1の絶縁膜を形成する工程と、
第2の基板上に第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の表面と前記第2の絶縁膜の表面とを対向させ、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とを接合する工程と、
前記第1の基板を除去する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a catalytic metal film on the first substrate;
Forming graphene on the catalytic metal film using the catalytic metal film as a catalyst;
Forming a first insulating film on the graphene;
Forming a second insulating film on the second substrate;
A step of causing the surface of the first insulating film and the surface of the second insulating film to face each other and bonding the first insulating film and the second insulating film;
And removing the first substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の絶縁膜を形成する工程の後、前記第1の絶縁膜及び前記グラフェンをパターニングする工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12,
The method of manufacturing a semiconductor device, further comprising a step of patterning the first insulating film and the graphene after the step of forming the first insulating film.
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