半导体装置及其制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2009年11月13日、申请号为200980162433. 4、发明名称为"半 导体装置及其制造方法"的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及半导体装置及其制造方法。
【背景技术】
[0003] 近年来，石墨烯作为场效应晶体管的沟道的材料受到关注。另外，石墨烯作为半导 体装置的配线的材料也受到关注。这是因为，石墨烯具有比硅高几位数的电子迀移率，还具 有高抗电流密度性。因此，正对包含在一部分使用石墨烯的沟道和/或配线的半导体装置 的制造方法进行各种研宄。
[0004] 例如，已知有利用胶带等从石墨剥离石墨烯，并将该石墨烯粘贴到所希望的位置 上的方法。然而，在该方法中，极为难以制造微细的半导体装置。另外，处理需要很长的时 间。
[0005] 另外，还有通过从炭化娃（SiC)基板使娃升华来制作石墨稀的方法。然而，娃的升 华需要加热到1200°C以上，因而要制造包含氧化硅膜等的半导体装置则不能采用该方法。
[0006] 并且，已知有通过化学气相生长法等来使石墨烯在催化金属上生长的方法。然而， 在该方法中，由于作为导体的催化金属和石墨烯接触，因而不能将石墨烯用作沟道。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1:日本特开平7-2508号公报
[0010] 专利文献2:日本特开平8-260150号公报
[0011] 专利文献3 :日本特开平9 - 31757号公报
[0012] 非专利文献
[0013]非专利文献 1 :Appl.Phys.Lett. 77(2000)531
【发明内容】
[0014] 发明要解决的问题
[0015] 本发明的目的在于，提供能够利用石墨烯容易制造的半导体装置及其制造方法。
[0016] 用于解决问题的手段
[0017] 在半导体装置的制造方法的一个方式中，在绝缘体上形成催化膜，使石墨烯层以 上述催化膜为起点生长，在上述绝缘体上形成与上述石墨烯层接触的导电膜。此外，石墨烯 (graphene)是石墨（graphite)的基本单位，石墨由相互层叠的多个石墨稀构成。
【附图说明】
[0018] 图1是示出第一实施方式的半导体装置的剖视图。
[0019] 图2是示出图1所示的结构的一部分的透射电子显微镜照片的图。
[0020] 图3是放大示出图2的一部分的图。
[0021] 图4A是示出第一实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0022] 图4B是接着图4A示出第一实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0023] 图4C是接着图4B示出第一实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0024] 图4D是接着图4C示出第一实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0025] 图4E是接着图4D示出第一实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0026] 图4F是接着图4E示出第一实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0027] 图4G是接着图4F示出第一实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0028] 图5是示出第二实施方式的半导体装置的剖视图。
[0029] 图6A是示出第二实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0030] 图6B是接着图6A示出第二实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0031] 图6C是接着图6B示出第二实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0032] 图6D是接着图6C示出第二实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0033] 图6E是接着图6D示出第二实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0034] 图6F是接着图6E示出第二实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0035] 图7是示出第三实施方式的半导体装置的剖视图。
[0036] 图8A是示出第三实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0037] 图8B是接着图8A示出第三实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0038] 图8C是接着图8B示出第三实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0039] 图9是示出第四实施方式的半导体装置的剖视图。
[0040] 图10A是示出第四实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0041] 图10B是接着图10A示出第四实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0042] 图10C是接着图10B示出第四实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0043] 图11是示出催化膜的厚度和石墨烯层的厚度之间的关系的曲线图。
[0044] 图12是示出乙炔的浓度和石墨烯层的厚度之间的关系的曲线图。
[0045] 图13是示出将乙炔浓度设定为500ppm左右的情况下形成的石墨烯层的透射电子 显微镜照片的图。
[0046] 图14是示出将乙炔浓度设定为5000ppm左右的情况下形成的石墨烯层的透射电 子显微镜照片的图。
[0047] 图15是示出通过拉曼光谱法测定出的图13及图14所示的石墨烯层的G带及D 带的光谱的图。
[0048] 图16是示出比图13的石墨烯层缩短了生长时间的情况下形成的石墨烯层的透射 电子显微镜照片的图。
[0049] 图17是示出由两层左右的石墨烯构成的石墨烯层的透射电子显微镜照片的图。
[0050] 图18是示出石墨烯层的抗电流密度性的曲线图。
[0051] 图19是示出第五实施方式的半导体装置的剖视图。
[0052] 图20A是示出第五实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0053] 图20B是接着图20A示出第五实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0054] 图20C是接着图20B示出第五实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0055] 图20D是接着图20C示出第五实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0056] 图20E是接着图20D示出第五实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0057] 图21是示出第六实施方式的半导体装置的剖视图。
[0058] 图22A是示出第六实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0059] 图22B是接着图22A示出第六实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0060] 图22C是接着图22B示出第六实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0061] 图22D是接着图22C示出第六实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0062] 图22E是接着图22D示出第六实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0063] 图22F是接着图22E示出第六实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0064] 图22G是接着图22F示出第六实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0065] 图22H是接着图22G示出第六实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0066] 图221是接着图22H示出第六实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0067] 图22J是接着图221示出第六实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0068] 图23是示出石墨烯层、金属膜及石墨烯层的层叠结构体的透射电子显微镜照片 的图。
[0069] 图24A是示出第七实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0070] 图24B是接着图24A示出第七实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0071] 图24C是接着图24B示出第七实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0072] 图24D是接着图24C示出第七实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0073] 图24E是接着图24D示出第七实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。
【具体实施方式】
[0074] 下面，参照附图，对实施方式进行具体的说明。
[0075] (第一实施方式）
[0076] 首先，对第一实施方式进行说明。图1示出第一实施方式的半导体装置的剖视图。
[0077] 如图1所示，在第一实施方式中，在硅层la上形成有氧化硅膜lb，且在该氧化硅膜 lb上形成有两个电极4。另外，两个电极4之间悬架着石墨烯层3。石墨烯层3包含一层或 两层以上的石墨烯。进而，形成有包围石墨烯层3的绝缘膜5。作为绝缘膜5的材料，可例 举氧化铪、氧化铝、氧化硅、氧化钛等。用绝缘膜5填充了石墨烯层3和氧化硅膜l