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JP7519072B2 - Semiconductor manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は半導体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing semiconductors.

特許文献1は従来の単結晶薄膜の形成方法を開示している。この単結晶薄膜の形成方法は、先ず、単結晶基板上に非晶質薄膜を形成する。そして、エッチングによって非晶質薄膜に線状の開口部(チャンネル部)を形成し、単結晶基板の表面を露出させる。そして、減圧した状態で、分子ビームを単結晶基板の表面に対して40°以下の入射角度で開口部に入射させ、開口部の露出した単結晶基板の表面に単結晶薄膜を成長させる。このように、限定した領域(開口部)に結晶を成長させて、転位密度を抑えた結晶を得る方法をマイクロチャンネルエピタキシー法という。特に、分子ビームを開口部の露出した単結晶基板の表面に対して所定の角度よりも低い角度で入射させ、開口部の露出した単結晶基板の表面に単結晶薄膜を成長させる手法を低角入射マイクロチャンネルエピタキシー(LAIMCE)という。ここで、限定した領域(開口部)に結晶を成長させることを選択成長という。 Patent Document 1 discloses a conventional method for forming a single crystal thin film. In this method, an amorphous thin film is first formed on a single crystal substrate. Then, a linear opening (channel portion) is formed in the amorphous thin film by etching, exposing the surface of the single crystal substrate. Then, under reduced pressure, a molecular beam is made incident on the opening at an incident angle of 40° or less with respect to the surface of the single crystal substrate, and a single crystal thin film is grown on the surface of the single crystal substrate where the opening is exposed. This method of growing a crystal in a limited area (opening) to obtain a crystal with reduced dislocation density is called a microchannel epitaxy method. In particular, a method of making a molecular beam incident on the surface of the single crystal substrate where the opening is exposed at an angle lower than a predetermined angle and growing a single crystal thin film on the surface of the single crystal substrate where the opening is exposed is called low incidence angle microchannel epitaxy (LAIMCE). Here, growing a crystal in a limited area (opening) is called selective growth.

特開2000-247798号公報JP 2000-247798 A

しかし、特許文献1の単結晶薄膜の形成方法は、開口部に位置する単結晶基板に転位が生じている場合、開口部に形成される縦方向単結晶薄膜に、この転位が伝播することになる。縦方向単結晶薄膜に伝播した転位を貫通転位という。開口部における縦方向単結晶薄膜への単結晶基板が有する転位の伝播を抑えることによって、より品質の良好な半導体を製造することが期待できる。 However, in the method of forming a single crystal thin film in Patent Document 1, if a dislocation occurs in the single crystal substrate located at the opening, the dislocation will propagate to the vertical single crystal thin film formed in the opening. Dislocations that propagate to the vertical single crystal thin film are called threading dislocations. By suppressing the propagation of dislocations in the single crystal substrate to the vertical single crystal thin film at the opening, it is expected that semiconductors of better quality can be manufactured.

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、品質の良好な半導体を製造することができる半導体の製造方法を提供することを解決すべき課題としている。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned conventional situation, and the problem to be solved is to provide a semiconductor manufacturing method capable of producing high-quality semiconductors.

本発明の半導体の製造方法は、
基板を覆う複数のマスク層の各々を前記基板上の異なる位置に形成するマスク層形成工程と、
少なくとも前記基板の表面にグラフェン層を積層するグラフェン層積層工程と、
前記基板の表面に積層された前記グラフェン層の表面に半導体結晶を結晶成長させる結晶成長工程とを備える。
The method for producing a semiconductor of the present invention comprises the steps of:
a mask layer forming step of forming a plurality of mask layers covering a substrate at different positions on the substrate;
a graphene layer lamination step of laminating a graphene layer on at least a surface of the substrate;
and a crystal growing step of growing a semiconductor crystal on the surface of the graphene layer laminated on the surface of the substrate.

この半導体の製造方法は、グラフェン層によって、グラフェン層が積層された位置における基板の転位や欠陥をグラフェン層の表面に成長する半導体結晶に伝播することを抑えつつグラフェン層の表面に結晶成長させることができる。 This semiconductor manufacturing method allows crystals to grow on the surface of the graphene layer while preventing dislocations and defects in the substrate at the position where the graphene layer is stacked from propagating to the semiconductor crystals growing on the surface of the graphene layer.

実施例1の半導体の製造方法を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a semiconductor manufacturing method according to a first embodiment. 開口部において成長核が成長する様子を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing how a growth nucleus grows in an opening. 実施例2の半導体の製造方法を示す概略図である。5A to 5C are schematic diagrams illustrating a semiconductor manufacturing method according to a second embodiment. 実施例3の半導体の製造方法を示す概略図である。11 is a schematic diagram showing a semiconductor manufacturing method according to a third embodiment. 実施例4の半導体の製造方法を示す概略図である。11 is a schematic diagram showing a semiconductor manufacturing method according to a fourth embodiment. 実施例5の1つ目及び2つ目の半導体の製造方法を示す概略図である。11 is a schematic diagram showing a first and second semiconductor manufacturing method according to Example 5. FIG. 実施例5の3つ目の半導体の製造方法を示す概略図である。13 is a schematic diagram showing a third semiconductor manufacturing method according to Example 5.

本発明における好ましい実施の形態を説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described.

本発明の半導体の製造方法において、グラフェン層は、少なくとも単層であってもよい。この構成によれば、グラフェン層が単層であるため、基板の原子配列の情報がグラフェン層の表面側に伝わり易い。このため、グラフェン層の表面に結晶成長する半導体結晶に基板の結晶格子の周期等の情報を良好に伝え易い。 In the semiconductor manufacturing method of the present invention, the graphene layer may be at least a single layer. With this configuration, since the graphene layer is a single layer, information on the atomic arrangement of the substrate is easily transmitted to the surface side of the graphene layer. Therefore, information such as the period of the crystal lattice of the substrate is easily transmitted to the semiconductor crystal growing on the surface of the graphene layer.

本発明の半導体の製造方法において、グラフェン層積層工程は、マスク層形成工程の前に実行され、マスク層がグラフェン層の表面に形成され、マスク層は、グラフェン層の表面に半導体結晶を結晶成長させる際、自身の表面に半導体結晶が結晶成長することを抑制してもよい。これによって、グラフェン層の表面に半導体結晶を結晶成長させる際、半導体結晶が結晶成長する領域をマスク層によって調整することができる。 In the semiconductor manufacturing method of the present invention, the graphene layer lamination step is performed before the mask layer formation step, and the mask layer is formed on the surface of the graphene layer, and the mask layer may suppress the crystal growth of the semiconductor crystal on its own surface when the semiconductor crystal is grown on the surface of the graphene layer. In this way, when the semiconductor crystal is grown on the surface of the graphene layer, the region where the semiconductor crystal grows can be adjusted by the mask layer.

本発明の半導体の製造方法において、グラフェン層積層工程は、マスク層形成工程の後に実行され、グラフェン層が、マスク層の表面、及び基板の表面に積層されてもよい。これによって、グラフェン層の表面に成長した半導体結晶を基板から剥離する際に、半導体結晶からマスク層が剥離し易くなる。つまり、半導体結晶のみを剥離し易くなる。 In the semiconductor manufacturing method of the present invention, the graphene layer lamination step may be performed after the mask layer formation step, and the graphene layer may be laminated on the surface of the mask layer and the surface of the substrate. This makes it easier to peel the mask layer from the semiconductor crystal when peeling the semiconductor crystal grown on the surface of the graphene layer from the substrate. In other words, it makes it easier to peel only the semiconductor crystal.

本発明の半導体の製造方法において、グラフェン層は、複数のマスク層の間の基板の表面を覆うように積層されてもよい。これによって、基板の表面に半導体結晶を直接結晶成長することを防止し、半導体結晶に基板の転位や欠陥が伝播することを確実に防止できる。 In the semiconductor manufacturing method of the present invention, the graphene layer may be laminated so as to cover the surface of the substrate between the multiple mask layers. This prevents direct crystal growth of the semiconductor crystal on the surface of the substrate, and reliably prevents dislocations and defects of the substrate from propagating to the semiconductor crystal.

本発明の半導体の製造方法において、マスク層は、複数のマスク層の間のグラフェン層よりも層数が多いグラフェンでもよい。この構成によれば、マスク層とグラフェン層とが同じ材質であるため、基板にマスク層とグラフェン層とを形成する手順を簡単なものにし易い。 In the semiconductor manufacturing method of the present invention, the mask layer may be a layer of graphene that is greater in number than the graphene layers between the multiple mask layers. With this configuration, the mask layer and the graphene layer are made of the same material, which makes it easier to simplify the procedure for forming the mask layer and the graphene layer on the substrate.

実施例1の半導体の製造方法について図1(a)から図1(f)、及び図2(a)から図2(d)を参照しつつ説明する。 The semiconductor manufacturing method of Example 1 will be described with reference to Figures 1(a) to 1(f) and Figures 2(a) to 2(d).

<実施例1>
先ず、CVD法(化学気相成長)を用いて触媒金属である薄い板状のCu(銅)(以下、銅箔50ともいう)の表面にグラフェン層31を成長させる(図1(a)参照。)。具体的には、キャリアガスとして、H2(水素)50sccmと、N2(窒素)500sccmと、が混合した混合ガスを反応管に流しながら、炭素原料のアルコールの温度を-1℃に保持し、N2(窒素)10sccmでバブリングして供給した。反応管内では、銅箔50を1000℃に保持し、銅箔50の表面にグラフェン層31を成長させる。成長時間は30分間である。グラフェン層31は単層のグラフェンである。
Example 1
First, a graphene layer 31 is grown on the surface of a thin plate-like Cu (copper) (hereinafter also referred to as copper foil 50) as a catalytic metal by using a CVD (chemical vapor deposition) method (see FIG. 1(a)). Specifically, while a mixed gas of 50 sccm H 2 (hydrogen) and 500 sccm N 2 (nitrogen) is flowed as a carrier gas into a reaction tube, the temperature of the alcohol of the carbon raw material is kept at −1° C., and N 2 (nitrogen) is bubbled and supplied at 10 sccm. In the reaction tube, the copper foil 50 is kept at 1000° C., and the graphene layer 31 is grown on the surface of the copper foil 50. The growth time is 30 minutes. The graphene layer 31 is a single layer of graphene.

次に、銅箔50の表面に形成されたグラフェン層31を銅箔50の表面から基板30の表面に転写する。基板30は、MOCVDを用い、例えば(0001)面を表面にしたサファイア基板30A上にGaN(窒化ガリウム)からなるGaN層30Bを2μm結晶成長した構造を有している。先ず、銅箔50の表面に形成されたグラフェン層31の表面にスピンコート法を用い、図示しないポリメタクリル酸メチル樹脂(以下、PMMAともいう)を塗布する。次に、グラフェン層31の表面にPMMAを塗布した銅箔50を塩化第二鉄溶液に浸す。このとき、銅箔50を下側にして塩化第二鉄溶液に浸す。こうして、銅箔50が塩化第二鉄溶液に溶解し、PMMA及びグラフェン層31はエッチング溶液に溶解せず塩化第二鉄溶液の表面に浮かぶ。 Next, the graphene layer 31 formed on the surface of the copper foil 50 is transferred from the surface of the copper foil 50 to the surface of the substrate 30. The substrate 30 has a structure in which, for example, a GaN layer 30B made of GaN (gallium nitride) is crystal-grown to a thickness of 2 μm on a sapphire substrate 30A with the (0001) surface by MOCVD. First, a polymethyl methacrylate resin (hereinafter also referred to as PMMA) (not shown) is applied to the surface of the graphene layer 31 formed on the surface of the copper foil 50 by spin coating. Next, the copper foil 50 with PMMA applied to the surface of the graphene layer 31 is immersed in a ferric chloride solution. At this time, the copper foil 50 is immersed in the ferric chloride solution with the copper foil 50 facing down. In this way, the copper foil 50 dissolves in the ferric chloride solution, and the PMMA and graphene layer 31 do not dissolve in the etching solution and float on the surface of the ferric chloride solution.

次に、PMMA及びグラフェン層31を純水におよそ30分間、希塩酸におよそ30分間、さらに純水に10分間浮かべる。PMMA及びグラフェン層31は、スライドガラス等を用いてすくい上げるように持ち上げて純水や希塩酸の表面に移す。グラフェン層31はPMMAの下側に位置している。PMMA及びグラフェン層31に付着した塩化第二鉄は、希塩酸によって溶解して除去される。PMMA及びグラフェン層31に付着した希塩酸は、純水により洗浄される。 Next, the PMMA and graphene layer 31 are floated in pure water for approximately 30 minutes, in dilute hydrochloric acid for approximately 30 minutes, and then in pure water for another 10 minutes. The PMMA and graphene layer 31 are lifted up using a slide glass or the like and transferred to the surface of the pure water or dilute hydrochloric acid. The graphene layer 31 is located below the PMMA. The ferric chloride adhering to the PMMA and graphene layer 31 is dissolved and removed by the dilute hydrochloric acid. The dilute hydrochloric acid adhering to the PMMA and graphene layer 31 is washed away with pure water.

[グラフェン層積層工程]
次に、基板30の表面にグラフェン層31を積層するグラフェン層積層工程を実行する。具体的には、基板30を用いてPMMA及びグラフェン層31を純水からすくい上げる。そして、PMMA及びグラフェン層31を基板30の表面に載置する。このとき、基板30のGaN層30B表面にグラフェン層31の下面が当接する。そして、PMMA及びグラフェン層31と、基板30と、を所定温度で所定時間の乾燥処理を施す。こうして、水分等を蒸発させることによってグラフェン層31と、基板30と、の密着性を向上させる。そして、PMMA及びグラフェン層31と、基板30と、をアセトン溶液に浸してPMMAを除去する。そして、グラフェン層31と、基板30と、に所定温度で所定時間の乾燥処理を施しアセトンを除去する。こうして、基板30の表面にグラフェン層31を転写してグラフェン層積層工程を終了する(図1(b)参照。)。
[Graphene layer stacking process]
Next, a graphene layer lamination process is performed in which the graphene layer 31 is laminated on the surface of the substrate 30. Specifically, the PMMA and the graphene layer 31 are scooped up from the pure water using the substrate 30. Then, the PMMA and the graphene layer 31 are placed on the surface of the substrate 30. At this time, the lower surface of the graphene layer 31 abuts on the surface of the GaN layer 30B of the substrate 30. Then, the PMMA and the graphene layer 31 and the substrate 30 are subjected to a drying process at a predetermined temperature for a predetermined time. In this way, the adhesion between the graphene layer 31 and the substrate 30 is improved by evaporating the moisture and the like. Then, the PMMA and the graphene layer 31 and the substrate 30 are immersed in an acetone solution to remove the PMMA. Then, the graphene layer 31 and the substrate 30 are subjected to a drying process at a predetermined temperature for a predetermined time to remove the acetone. In this way, the graphene layer 31 is transferred to the surface of the substrate 30, and the graphene layer lamination process is completed (see FIG. 1(b)).

[マスク層形成工程]
次に、複数のマスク層32の各々を基板30上の異なる位置に形成するマスク層形成工程を実行する。具体的には、表面にグラフェン層31が転写された基板30にSiO2(2酸化ケイ素)からなるマスク層32を形成する。具体的には、被膜を形成する材料であるOCD(製品名、東京応化工業(株)製)を基板30のグラフェン層31の表面にスピンコートする。そして、100℃で10分間プリベークを施し、引き続き400℃にて30分間大気中で加熱するとOCDが固化する。こうして、グラフェン層31の表面にSiO2(2酸化ケイ素)によって形成されたマスク層32が積層して形成される。つまり、グラフェン層積層工程がマスク層形成工程の前に実行されることによって、マスク層32がグラフェン層31の表面に形成されるのである。
[Mask layer formation process]
Next, a mask layer forming process is performed in which a plurality of mask layers 32 are formed at different positions on the substrate 30. Specifically, a mask layer 32 made of SiO 2 (silicon dioxide) is formed on the substrate 30 on which the graphene layer 31 has been transferred. Specifically, OCD (product name, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), which is a material for forming a coating, is spin-coated on the surface of the graphene layer 31 of the substrate 30. Then, the substrate is pre-baked at 100° C. for 10 minutes, and then heated in the air at 400° C. for 30 minutes to solidify the OCD. In this way, the mask layer 32 made of SiO 2 (silicon dioxide) is formed on the surface of the graphene layer 31 by laminating it. That is, the graphene layer laminating process is performed before the mask layer forming process, so that the mask layer 32 is formed on the surface of the graphene layer 31.

次に、マスク層32を所定の外形に形成する。具体的には、フォトリソグラフィ等を用いて、マスク層32の表面に周期500μm、開口幅3μmのレジストパターン(図示せず)を形成する。そして、バッファードフッ酸を用いて、レジストパターンが形成されていない領域のマスク層32を除去する。これにより、マスク層32に開口する開口部32A(チャンネル部)を形成する。開口部32Aは、図1(c)において、紙面の手前奥方向に直線状をなしている。そして、レジストパターンを剥離液等で除去する。こうして、縞状に形成され、開口部32Aを有した選択成長用のマスク層32を形成しマスク層形成工程を終了する。マスク層32に形成された開口部32Aには、グラフェン層31の表面が露出している(図1(c)参照)。図1(c)には、開口部32Aが1つしか示されていないが、実際には、複数の開口部32Aが500μmの間隔を設けて形成されている。 Next, the mask layer 32 is formed into a predetermined shape. Specifically, a resist pattern (not shown) with a period of 500 μm and an opening width of 3 μm is formed on the surface of the mask layer 32 using photolithography or the like. Then, the mask layer 32 in the area where the resist pattern is not formed is removed using buffered hydrofluoric acid. This forms an opening 32A (channel portion) that opens in the mask layer 32. The opening 32A is linear in the front-to-back direction of the paper surface in FIG. 1(c). Then, the resist pattern is removed with a stripping solution or the like. In this way, the selective growth mask layer 32 is formed in a striped shape and has the opening 32A, and the mask layer formation process is completed. The surface of the graphene layer 31 is exposed in the opening 32A formed in the mask layer 32 (see FIG. 1(c)). Although only one opening 32A is shown in FIG. 1(c), in reality, multiple openings 32A are formed at intervals of 500 μm.

[結晶成長工程]
次に、基板30の表面に積層されたグラフェン層31の表面にGaN層33Aを結晶成長させる結晶成長工程を実行する。具体的には、基板30に転写されたグラフェン層31の表面、及びマスク層32の表面にGaN層33を積層して結晶成長させる。GaN層33の結晶成長は、開口部32AにおけるGaN層33Aの縦方向の結晶成長(図1(d))と、開口部32Aに結晶成長したGaN層33AからGaN層33Bの横方向への結晶成長(図1(f))と、の2段階の工程によって成り立つ。
[Crystal growth process]
Next, a crystal growth step is performed to grow a GaN layer 33A on the surface of the graphene layer 31 laminated on the surface of the substrate 30. Specifically, a GaN layer 33 is laminated and grown on the surface of the graphene layer 31 transferred to the substrate 30 and the surface of the mask layer 32. The crystal growth of the GaN layer 33 is performed in two steps: vertical crystal growth of the GaN layer 33A in the opening 32A ( FIG. 1( d )), and lateral crystal growth of the GaN layer 33B from the GaN layer 33A crystal-grown in the opening 32A ( FIG. 1( f )).

[開口部における縦方向の結晶成長について]
図1(e)は、開口部32Aが形成されたマスク層32を上方から見た平面図である。開口部32AにおけるGaN層33Aの縦方向の結晶成長は、図1(e)に示すように、開口部32Aの長手方向の端部にGaNによって形成された成長核33Cを発生させ、成長核33Cを開口部32Aの長手方向(すなわち、横方向)に沿って成長させることによって、開口部32A全体を覆うようにGaN層33Aの結晶成長を行う。これにより、開口部32Aでは1つの成長核33CからGaN層33A全体が形成される。つまり、成長核33Cの成長過程において隣合う他の成長核との結合が生じない。
[Vertical crystal growth in the opening]
1(e) is a plan view of the mask layer 32 with the opening 32A formed therein, seen from above. The vertical crystal growth of the GaN layer 33A in the opening 32A is performed by generating a growth nucleus 33C made of GaN at the end of the longitudinal direction of the opening 32A, and growing the growth nucleus 33C along the longitudinal direction (i.e., the lateral direction) of the opening 32A, as shown in FIG. 1(e), so that the GaN layer 33A is grown to cover the entire opening 32A. As a result, the entire GaN layer 33A is formed from one growth nucleus 33C in the opening 32A. In other words, no bonding occurs between the growth nucleus 33C and other adjacent growth nuclei during the growth process of the growth nucleus 33C.

仮に、隣合う他の成長核との結合が生じる場合、往々にして成長核同士の結合界面において新たな転位や欠陥が生成する。また、開口部32Aには、予めGaN層30Bの表面を覆うように、グラフェン層31が配置されている。このため、仮に開口部32Aに位置するGaN層30Bに転位や欠陥が生じていても、グラフェン層31によってGaN層30Bの転位や欠陥がGaN層33Aへ伝播することが抑制されつつGaN層33Aの結晶成長が進行する(図1(d)参照。)。その結果、開口部32Aに結晶成長するGaN層33Aの転位密度は、従来のマイクロチャンネルエピタキシー法による結晶成長に比べ大きく低減する。このように、基板30の表面に転写されたグラフェン層31の表面に結晶を成長させる方法を、以下、リモートエピタキシーともいう。 If a bond occurs between adjacent growth nuclei, new dislocations and defects often occur at the bond interface between the growth nuclei. In addition, the graphene layer 31 is arranged in advance in the opening 32A so as to cover the surface of the GaN layer 30B. Therefore, even if dislocations or defects occur in the GaN layer 30B located in the opening 32A, the graphene layer 31 suppresses the propagation of dislocations and defects in the GaN layer 30B to the GaN layer 33A while the crystal growth of the GaN layer 33A proceeds (see FIG. 1(d)). As a result, the dislocation density of the GaN layer 33A growing in the opening 32A is greatly reduced compared to the crystal growth by the conventional microchannel epitaxy method. In this way, the method of growing crystals on the surface of the graphene layer 31 transferred to the surface of the substrate 30 is also referred to as remote epitaxy hereinafter.

[リモートエピタキシーにおける欠陥を跨いだ成長核の成長について]
リモートエピタキシーにおいて、一つの成長核33Cが成長する成長過程では、成長核33Cに転位が発生することを抑制し得る。例えば、図2(a)に示すように、欠陥Dにおいて、横方向に結晶格子の周期がずれている基板30に積層されたグラフェン層31の表面にリモートエピタキシーによって成長核33Cを結晶成長させる。ここで、横方向に結晶格子の周期がずれているとは、欠陥Dよりも左側の結晶格子の周期と、欠陥Dよりも右側の結晶格子の周期とが、相対的に左右方向にずれていることを指す。成長核33Cの成長過程では、成長核33Cの側面に新たな原子が結合することによって、グラフェン層31の表面に沿うようにして成長核33Cが結晶成長して大きくなる。成長核33Cの側面に新たな原子を結合させる手法として、低角入射マイクロチャンネルエピタキシー(以下、単にLAIMCEともいう)を採用することが考えられる。
[Growth of nuclei across defects in remote epitaxy]
In the growth process of one growth nucleus 33C in remote epitaxy, the occurrence of dislocations in the growth nucleus 33C can be suppressed. For example, as shown in FIG. 2A, the growth nucleus 33C is crystal-grown by remote epitaxy on the surface of the graphene layer 31 stacked on the substrate 30 in which the crystal lattice period is shifted in the lateral direction at the defect D. Here, the crystal lattice period being shifted in the lateral direction refers to the period of the crystal lattice on the left side of the defect D being shifted relatively in the lateral direction from the period of the crystal lattice on the right side of the defect D. In the growth process of the growth nucleus 33C, new atoms are bonded to the side of the growth nucleus 33C, so that the growth nucleus 33C grows larger by crystal growth along the surface of the graphene layer 31. As a method for bonding new atoms to the side of the growth nucleus 33C, it is considered to adopt low-angle incidence microchannel epitaxy (hereinafter, simply referred to as LAIMCE).

従来のエピタキシャル成長(すなわち、グラフェン層を有しない結晶成長)では、基板30と、成長核33Cの原子と、が結合を作ることになる。このため、従来のエピタキシャル成長では、成長核33Cが結晶成長を続けて欠陥Dを跨ぐ際、基板30の結晶格子の周期のずれが成長核33Cに伝播してしまう。しかし、リモートエピタキシーでは、基板30と成長核33Cとの結合がグラフェン層31によって遮られた状態で成長核33Cが結晶成長する。リモートエピタキシーでは、基板30と、成長核33Cと、は結合を作らない。このため、基板30の欠陥Dが存在する場所も欠陥Dに影響されることなく問題なく乗り越えて、成長核33Cは横方向に結晶成長することができる。これにより、基板30が有する転位や欠陥に影響されず、転位や欠陥が生じることなく一つの成長核33Cが結晶成長することができる。 In conventional epitaxial growth (i.e., crystal growth without a graphene layer), the substrate 30 and the atoms of the growth nucleus 33C form bonds. For this reason, in conventional epitaxial growth, when the growth nucleus 33C continues to grow and straddles the defect D, the shift in the period of the crystal lattice of the substrate 30 is propagated to the growth nucleus 33C. However, in remote epitaxy, the growth nucleus 33C grows in a state where the bond between the substrate 30 and the growth nucleus 33C is blocked by the graphene layer 31. In remote epitaxy, the substrate 30 and the growth nucleus 33C do not form bonds. For this reason, the growth nucleus 33C can grow laterally without being affected by the defect D and without any problems, even in places where the defect D exists in the substrate 30. This allows one growth nucleus 33C to grow in a crystal without being affected by the dislocations and defects of the substrate 30 and without the occurrence of dislocations or defects.

基板と成長核との結合がグラフェン層によって遮られた状態であるとはいえ、成長核には、成長核が存在する位置における基板の結晶格子の周期がグラフェン層を介して伝達し得る。このため、欠陥Dの左右に一つずつ成長核が生じた場合、各成長核には、各成長核が生じた位置における基板の結晶格子の周期がグラフェン層を介して伝達する。このため、各成長核は、原子配列の位相の整合性が互いに異なるものになる。これによって、各成長核が結晶成長して互いに結合する場合、その界面には欠陥が発生することになる。 Even though the bond between the substrate and the growth nuclei is interrupted by the graphene layer, the period of the crystal lattice of the substrate at the position where the growth nuclei are present can be transmitted to the growth nuclei via the graphene layer. For this reason, when one growth nucleus is generated on each side of defect D, the period of the crystal lattice of the substrate at the position where each growth nuclei was generated is transmitted to each growth nuclei via the graphene layer. For this reason, the phase consistency of the atomic arrangement of each growth nuclei differs from each other. As a result, when each growth nuclei grows into a crystal and bonds to each other, defects will occur at their interface.

次に、図2(c)に示すように、欠陥Dを挟んで左側と右側との各々結晶格子の周期が相対的に上下方向にずれた基板30において、欠陥Dを成長核33Cが乗り越えて結晶成長する場合について考察する。欠陥Dの左側における基板30に位置するグラフェン層31の表面に成長核33Cが形成され、成長核33Cが欠陥Dを乗り越えて欠陥Dの右側に向けて結晶成長する場合も、成長核33Cの結晶成長は横方向の結晶成長となる。 Next, as shown in FIG. 2(c), a case will be considered in which a growth nucleus 33C grows by climbing over defect D in a substrate 30 in which the crystal lattice periods on the left and right sides of defect D are relatively shifted in the vertical direction. Even when growth nucleus 33C is formed on the surface of graphene layer 31 located on the substrate 30 to the left of defect D and growth nucleus 33C grows over defect D toward the right side of defect D, the crystal growth of growth nucleus 33C is lateral.

グラフェン層31を介して基板30から伝達される基板30の結晶情報(結晶格子の周期、転位、及び欠陥)は、成長核33Cの側面に結合する原子の位置を変位させるほど強くない。よって、成長核33Cの結晶格子の周期を引き継ぐ形で成長核33Cは横方向に結晶成長を続ける。成長核33Cは、図2(d)に示すように、欠陥Dの左側と右側とにおいて、その厚みが変化することによって、欠陥Dを挟んで上下方向にずれた結晶格子の周期のずれを吸収する。これによって、成長核33Cには、基板30における欠陥や転位が伝播しない。 The crystal information of the substrate 30 (crystal lattice period, dislocations, and defects) transmitted from the substrate 30 through the graphene layer 31 is not strong enough to displace the positions of the atoms bonded to the side of the growth nucleus 33C. Therefore, the growth nucleus 33C continues its crystal growth in the lateral direction while inheriting the crystal lattice period of the growth nucleus 33C. As shown in FIG. 2(d), the thickness of the growth nucleus 33C changes on the left and right sides of the defect D, thereby absorbing the shift in the crystal lattice period that has shifted vertically across the defect D. As a result, defects and dislocations in the substrate 30 are not propagated to the growth nucleus 33C.

以上の考察から、グラフェン層31に覆われた開口部32Aにおいて、一つの成長核33Cを横方向に結晶成長させて、開口部32A全体を覆うことによって、転位をほとんど発生させることなく開口部32AにGaN層33Aを結晶成長させ得ることがわかる。 From the above considerations, it can be seen that in the opening 32A covered by the graphene layer 31, by growing a single growth nucleus 33C in the lateral direction to cover the entire opening 32A, it is possible to grow a GaN layer 33A in the opening 32A with almost no dislocations.

[マスク層の表面における横方向の結晶成長について]
次に、開口部32AのGaN層33AからGaN層33Bを横方向に結晶成長させる。GaN層33Bの横方向の結晶成長は、LAIMCEによって行う。マスク層32は、グラフェン層31の表面にGaN層33Aを結晶成長させる際、自身の表面にGaN層33Aが結晶成長することを抑制する機能を有する。さらに、マスク層32は、基板30の転位や欠陥がGaN層33Bに伝達することを抑制する機能を有する。このため、マスク層32の表面における横方向の結晶成長において、GaN層33Bは、新たな転位や欠陥が発生することなく結晶成長する。したがって、リモートエピタキシーによって開口部32Aに結晶成長した、貫通転位をほとんど有さないGaN層33Aと、GaN層33Aから横方向に結晶成長したGaN層33Bと、を組み合わせることによって、大幅な転位の低減が達成された半導体結晶であるGaN層33を得ることができる。
[Lateral crystal growth on the surface of the mask layer]
Next, the GaN layer 33B is grown laterally from the GaN layer 33A in the opening 32A. The GaN layer 33B is grown laterally by LAIMCE. The mask layer 32 has a function of suppressing the GaN layer 33A from growing on its own surface when the GaN layer 33A is grown on the surface of the graphene layer 31. Furthermore, the mask layer 32 has a function of suppressing the transmission of dislocations and defects of the substrate 30 to the GaN layer 33B. Therefore, in the lateral crystal growth on the surface of the mask layer 32, the GaN layer 33B grows without generating new dislocations or defects. Therefore, by combining the GaN layer 33A, which has almost no threading dislocations and which is grown on the opening 32A by remote epitaxy, and the GaN layer 33B, which is grown laterally from the GaN layer 33A, it is possible to obtain the GaN layer 33, which is a semiconductor crystal in which dislocations have been significantly reduced.

LAIMCEでは、基板30の温度860℃で原料(TMG(トリメチルガリウム)、及びアンモニア)を基板30に対し低角度で供給し、開口部32AのGaN層33Aから横方向に結晶成長を行う。結晶成長時間は10時間である。こうして、結晶成長工程を終了する。 In LAIMCE, raw materials (TMG (trimethylgallium) and ammonia) are supplied to the substrate 30 at a low angle with the substrate 30 at a temperature of 860°C, and crystals are grown laterally from the GaN layer 33A in the opening 32A. The crystal growth time is 10 hours. This completes the crystal growth process.

こうして横方向に結晶成長したGaN層33Bをカソードルミネッセンス測定によって測定した結果、ほぼ無転位に横方向に結晶成長していることが確かめられた。カソードルミネッセンス測定における測定結果は図示しない。開口部32AにおけるGaN層33Aにおける転位密度も、基板30のGaN層30Bの転位密度(5×108cm-2)に比べ、一桁以上低下していることが分かった。こうして、開口部32Aに露出したGaN層30Bの表面にグラフェン層31を積層した構成を用いてリモートエピタキシーを行うことによって品質の良好なGaN層33を結晶成長させ得ることが分かった。 The GaN layer 33B thus grown laterally was measured by cathode luminescence, and it was confirmed that the crystals were grown laterally with almost no dislocations. The results of the cathode luminescence measurement are not shown. It was also found that the dislocation density in the GaN layer 33A in the opening 32A was lower by one order of magnitude or more than the dislocation density (5×10 8 cm −2 ) of the GaN layer 30B of the substrate 30. It was thus found that a good quality GaN layer 33 can be grown by performing remote epitaxy using a configuration in which the graphene layer 31 is laminated on the surface of the GaN layer 30B exposed in the opening 32A.

上記のように構成された実施例1によれば、以下の効果を奏する。 The above-described configuration of Example 1 provides the following advantages:

実施例1の半導体の製造方法は、複数のマスク層32の各々を基板30上の異なる位置に形成するマスク層形成工程と、基板30の表面にグラフェン層31を積層するグラフェン層積層工程と、基板30の表面に積層されたグラフェン層31の表面にGaN層33Aを結晶成長させる結晶成長工程とを備える。この半導体の製造方法は、グラフェン層31によって、グラフェン層31が積層された位置における基板30の転位や欠陥をグラフェン層31の表面に成長するGaN層33Aに伝播することを抑えつつグラフェン層31の表面に結晶成長させることができる。 The semiconductor manufacturing method of Example 1 includes a mask layer forming process in which each of the multiple mask layers 32 is formed at a different position on the substrate 30, a graphene layer lamination process in which a graphene layer 31 is laminated on the surface of the substrate 30, and a crystal growth process in which a GaN layer 33A is crystal-grown on the surface of the graphene layer 31 laminated on the surface of the substrate 30. This semiconductor manufacturing method allows crystal growth on the surface of the graphene layer 31 while suppressing the propagation of dislocations and defects of the substrate 30 at the position where the graphene layer 31 is laminated to the GaN layer 33A grown on the surface of the graphene layer 31 by the graphene layer 31.

実施例1の半導体の製造方法において、グラフェン層31は、単層である。この構成によれば、グラフェン層31が単層であるため、基板30の原子配列の情報がグラフェン層31の表面側に伝わり易い。このため、グラフェン層31の表面に結晶成長するGaN層33Aに基板30の原子配列の情報を良好に伝え易い。 In the semiconductor manufacturing method of Example 1, the graphene layer 31 is a single layer. With this configuration, since the graphene layer 31 is a single layer, information on the atomic arrangement of the substrate 30 is easily transmitted to the surface side of the graphene layer 31. Therefore, information on the atomic arrangement of the substrate 30 is easily and effectively transmitted to the GaN layer 33A that grows as a crystal on the surface of the graphene layer 31.

実施例1の半導体の製造方法において、グラフェン層積層工程は、マスク層形成工程の前に実行され、マスク層32が、グラフェン層31の表面に形成され、マスク層32は、グラフェン層31の表面にGaN層33Aを結晶成長させる際、自身の表面にGaN層33Aが結晶成長することを抑制する。これによって、グラフェン層31の表面にGaN層33Aを結晶成長させる際、半導体結晶が結晶成長する領域をマスク層32によって調整することができる。 In the semiconductor manufacturing method of Example 1, the graphene layer lamination process is performed before the mask layer formation process, and the mask layer 32 is formed on the surface of the graphene layer 31. The mask layer 32 suppresses the crystal growth of the GaN layer 33A on its own surface when the GaN layer 33A is grown on the surface of the graphene layer 31. This allows the mask layer 32 to adjust the region where the semiconductor crystal grows when the GaN layer 33A is grown on the surface of the graphene layer 31.

<実施例2>
次に、実施例2に係る半導体の製造方法について図3(a)から図3(d)を参照しつつ説明する。実施例2に係る半導体の製造方法は、グラフェン層131を開口部32Aのみに設ける点が実施例1と異なる。実施例1と同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。
Example 2
Next, a semiconductor manufacturing method according to Example 2 will be described with reference to Fig. 3(a) to Fig. 3(d). The semiconductor manufacturing method according to Example 2 differs from Example 1 in that the graphene layer 131 is provided only in the opening 32A. The same components as those in Example 1 are denoted by the same reference numerals, and descriptions of the structures, functions, and effects will be omitted.

先ず、マスク層形成工程を実行し、GaN層30Bの表面に、開口部32Aが形成されたマスク層32を積層する(図3(a)参照。)。具体的には、基板30の表面にOCDをスピンコートによって塗布する。OCDを固化する条件は実施例1と同様である。こうして、GaN層30Bの表面にSiO2(2酸化ケイ素)によって形成されたマスク層32が積層して形成される。 First, a mask layer formation step is performed to laminate a mask layer 32 having an opening 32A formed therein on the surface of the GaN layer 30B (see FIG. 3A). Specifically, OCD is applied to the surface of the substrate 30 by spin coating. The conditions for solidifying the OCD are the same as those in Example 1. In this way, a mask layer 32 made of SiO2 (silicon dioxide) is laminated on the surface of the GaN layer 30B.

次に、フォトリソグラフィ等を用いて、マスク層32の表面に周期500μm、開口幅3μmのレジストパターンを形成する。そして、バッファードフッ酸を用いて、レジストパターンが形成されていない領域のマスク層32を除去する。これにより、マスク層32に開口する開口部32Aを形成する。そして、レジストパターンを剥離液等で除去する。こうして、縞状に形成され、開口部32Aを有した選択成長用のマスク層32を形成し、マスク層形成工程を終了する。 Next, a resist pattern with a period of 500 μm and an opening width of 3 μm is formed on the surface of the mask layer 32 using photolithography or the like. Then, the mask layer 32 in the areas where the resist pattern is not formed is removed using buffered hydrofluoric acid. This forms openings 32A in the mask layer 32. The resist pattern is then removed using a stripping solution or the like. In this way, a selective growth mask layer 32 is formed in a striped pattern with openings 32A, and the mask layer formation process is completed.

次に、グラフェン層積層工程を実行し、開口部32Aにグラフェン層131を選択成長して形成する。つまり、グラフェン層積層工程は、マスク層形成工程の後に実行される。グラフェン層131は、マスク層32の開口部32A(すなわちGaN層30Bの表面が露出している領域)に、減圧CVD装置を用いて成長させる。減圧CVDでは、キャリアガスとしてH2(水素)100sccmと、N2(窒素)899sccmと、が混合した混合ガスを反応管に流しながら、炭素原料としての3-ヘキシンをマイナス12℃に保持し、N2(窒素)を1sccmでバブリングして反応管に供給する。反応管内では基板30を900℃で保持し、120分間グラフェン層131を成長させる。こうして、開口部32Aのみに単層のグラフェンからなるグラフェン層131を形成させてグラフェン層積層工程を終了する(図3(b)参照。)。グラフェン層131は、複数のマスク層32の間の基板30の表面を覆うように積層されている。 Next, a graphene layer lamination process is performed, and the graphene layer 131 is selectively grown and formed in the opening 32A. That is, the graphene layer lamination process is performed after the mask layer formation process. The graphene layer 131 is grown in the opening 32A of the mask layer 32 (i.e., the region where the surface of the GaN layer 30B is exposed) by using a low-pressure CVD apparatus. In the low-pressure CVD, a mixed gas of 100 sccm H 2 (hydrogen) and 899 sccm N 2 (nitrogen) is flowed into the reaction tube as a carrier gas, while 3-hexyne as a carbon raw material is kept at −12° C., and N 2 (nitrogen) is bubbled at 1 sccm and supplied to the reaction tube. In the reaction tube, the substrate 30 is held at 900° C., and the graphene layer 131 is grown for 120 minutes. In this way, the graphene layer 131 made of a single layer of graphene is formed only in the opening 32A, and the graphene layer lamination process is completed (see FIG. 3B). The graphene layer 131 is laminated so as to cover the surface of the substrate 30 between the multiple mask layers 32 .

次に、結晶成長工程を実行し、リモートエピタキシーを行い開口部32AにGaN層33Aを結晶成長させる。具体的には、開口部32Aの長手方向の端部にGaNによって形成された成長核33Cを発生させ、この成長核33Cを開口部32Aの長手方向(すなわち、横方向であり、紙面の手前奥方向)に沿って成長させることによって、開口部32Aの全体を覆うようにGaN層33Aの結晶成長を行う。これにより、開口部32Aでは1つの成長核33CからGaN層33A全体が形成される。開口部32Aには、予めGaN層30Bの表面を覆うようにグラフェン層131が積層されているので、リモートエピタキシーによって結晶成長が進行する。その結果、開口部32Aに結晶成長するGaN層33Aの転位密度は、従来のマイクロチャンネルエピタキシー法による結晶成長に比べ大きく低減する。なぜなら、リモートエピタキシーは、一つの成長核33Cを横方向に結晶成長させることによって他の成長核との結合を抑制すると共に、GaN層30Bが有する転位や欠陥のGaN層33Aへの伝播を抑制し得るためである。つまり、一つの成長核33Cを結晶成長させて、開口部32A全体にGaN層33Aを形成することによって、転位をほとんど発生させることなしにGaN層33Aを形成することができるのである。 Next, a crystal growth process is performed, and remote epitaxy is performed to grow the GaN layer 33A in the opening 32A. Specifically, a growth nucleus 33C formed of GaN is generated at the end of the longitudinal direction of the opening 32A, and the growth nucleus 33C is grown along the longitudinal direction of the opening 32A (i.e., the lateral direction, the front-rear direction of the paper), thereby growing the GaN layer 33A so as to cover the entire opening 32A. As a result, the entire GaN layer 33A is formed from one growth nucleus 33C in the opening 32A. Since the graphene layer 131 is previously stacked in the opening 32A so as to cover the surface of the GaN layer 30B, the crystal growth proceeds by remote epitaxy. As a result, the dislocation density of the GaN layer 33A growing in the opening 32A is greatly reduced compared to the crystal growth by the conventional microchannel epitaxy method. This is because remote epitaxy suppresses bonding with other growth nuclei by growing one growth nucleus 33C in the lateral direction, and can also suppress the propagation of dislocations and defects in GaN layer 30B to GaN layer 33A. In other words, by growing one growth nucleus 33C and forming GaN layer 33A over the entire opening 32A, GaN layer 33A can be formed with almost no dislocations.

次に、横方向の結晶成長はLAIMCEによって行う(図3(d)参照。)。LAIMCEにおける基板温度、成長原料、結晶成長時間は実施例1と同様である。こうして、結晶成長工程を終了する。 Next, lateral crystal growth is performed by LAIMCE (see FIG. 3(d)). The substrate temperature, growth source material, and crystal growth time in LAIMCE are the same as in Example 1. This completes the crystal growth process.

こうしてLAIMCEによってGaN層33Aから横方向に結晶成長したGaN層33Bをカソードルミネッセンス測定によって測定した結果、ほぼ無転位の横方向の結晶成長領域が得られていることが確かめられた。開口部32Aに結晶成長したGaN層33Aにおける転位密度も、基板30のGaN層30Bの転位密度(5×108cm-2)に比べ、一桁以上低下していることが分かった。こうして、実施例2の半導体の製造方法によって、開口部32Aに露出したGaN層30Bの表面にグラフェン層31を積層した構成を用いてリモートエピタキシーを行うことによっても品質の良好なGaN層33を結晶成長させ得ることが分かった。 As a result of measuring the GaN layer 33B grown laterally from the GaN layer 33A by LAIMCE using cathodoluminescence, it was confirmed that a substantially dislocation-free lateral crystal growth region was obtained. It was also found that the dislocation density in the GaN layer 33A grown in the opening 32A was reduced by one order of magnitude or more compared to the dislocation density (5×10 8 cm −2 ) of the GaN layer 30B of the substrate 30. Thus, it was found that the semiconductor manufacturing method of Example 2 can grow a high-quality GaN layer 33 by performing remote epitaxy using a configuration in which the graphene layer 31 is laminated on the surface of the GaN layer 30B exposed in the opening 32A.

上記のように構成された実施例2によれば、以下の効果を奏する。 The second embodiment configured as described above provides the following advantages:

実施例2の半導体の製造方法において、グラフェン層131は、複数のマスク層32の間の基板30の表面を覆うように積層される。これによって、基板30の表面にGaN層33Aを直接結晶成長することを防止し、GaN層33Aに基板30の転位や欠陥が伝播することを確実に防止できる。 In the semiconductor manufacturing method of Example 2, the graphene layer 131 is laminated so as to cover the surface of the substrate 30 between the multiple mask layers 32. This prevents the GaN layer 33A from growing crystals directly on the surface of the substrate 30, and reliably prevents dislocations and defects in the substrate 30 from propagating to the GaN layer 33A.

<実施例3>
次に、実施例3に係る半導体の製造方法について図4(a)から図4(f)を参照しつつ説明する。実施例3に係る半導体の製造方法は、開口部232A(チャンネル部)を有したマスク層232の形成方法、グラフェン層231を開口部232Aに形成する形成方法等が実施例1及び実施例2と異なる。実施例1と同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。
Example 3
Next, a semiconductor manufacturing method according to Example 3 will be described with reference to Fig. 4(a) to Fig. 4(f). The semiconductor manufacturing method according to Example 3 differs from Examples 1 and 2 in the method of forming a mask layer 232 having an opening 232A (channel portion) and the method of forming a graphene layer 231 in the opening 232A. The same components as those in Example 1 are denoted by the same reference numerals, and the description of the structure, action, and effect will be omitted.

先ず、グラフェン層積層工程を実行する。具体的には、転写及び直接成長(析出成長)のいずれかの手法を用い、Si(ケイ素)で形成された基板230の表面にグラフェン層231を積層して形成する(図4(a)参照。)。グラフェン層231は単層のグラフェンである。こうしてグラフェン層積層工程を終了する。 First, the graphene layer lamination process is performed. Specifically, a graphene layer 231 is formed by laminating it on the surface of a substrate 230 made of Si (silicon) using either a transfer method or a direct growth method (precipitation growth) (see FIG. 4(a)). The graphene layer 231 is a single layer of graphene. This completes the graphene layer lamination process.

次に、マスク層形成工程を実行する。先ず、グラフェン層231の表面に保護層70を積層する。具体的には、グラフェン層231の表面にOCDをスピンコートによって塗布する。こうして、グラフェン層231の表面にSiO2(2酸化ケイ素)によって形成された保護層70が積層して形成される。保護層70は、グラフェン層231のパターニング化、及び熱酸化時のグラフェン層231を保護する保護膜として機能する。 Next, a mask layer formation step is performed. First, a protective layer 70 is laminated on the surface of the graphene layer 231. Specifically, OCD is applied to the surface of the graphene layer 231 by spin coating. In this way, a protective layer 70 made of SiO 2 (silicon dioxide) is laminated on the surface of the graphene layer 231. The protective layer 70 functions as a protective film that protects the graphene layer 231 during patterning of the graphene layer 231 and thermal oxidation.

次に、フォトリソグラフィ等を用いて、保護層70の表面に、例えば、周期200μm、開口幅3μmのレジストパターンを形成する。そして、バッファードフッ酸を用いて、保護層70をパターニングすることによって、保護パターン層70Aを形成する(図4(b)参照。)。保護パターン層70Aは、後述する開口部232Aを覆うようにグラフェン層231を形成するために用いられる。 Next, a resist pattern with a period of 200 μm and an opening width of 3 μm is formed on the surface of the protective layer 70 using photolithography or the like. The protective layer 70 is then patterned using buffered hydrofluoric acid to form a protective pattern layer 70A (see FIG. 4(b)). The protective pattern layer 70A is used to form a graphene layer 231 so as to cover the openings 232A described below.

そして、保護パターン層70Aの表面、及び露出したグラフェン層231の表面に水蒸気を供給し、基板230の表面を熱酸化させる。これによって、保護パターン層70Aの左右両側には、Si(ケイ素)で形成された基板230の表面のSi(ケイ素)が酸化してSiO2(2酸化ケイ素)に変化してマスク層232が形成される。基板230の表面を熱酸化させるために、水を80℃に加熱し、N2(窒素)でバブリングしながら80°に加熱した水から生じる水蒸気を反応管に供給する。基板230は1000℃で加熱する。熱酸化時間は1時間程度である。保護パターン層70Aの左右両側に位置する露出したグラフェン層231は熱酸化の初期の段階で水蒸気によってエッチングされ除去される(図4(c)参照。)。その後、保護パターン層70Aの左右両側に位置する露出した基板230の表面が熱酸化されてSiO2(2酸化ケイ素)に変化することによって、保護パターン層70Aに覆われたグラフェン層231の両側の領域にマスク層232が形成される。水蒸気によってエッチングされずに残されたグラフェン層231によって覆われた基板230の領域は熱酸化されない。 Then, water vapor is supplied to the surface of the protective pattern layer 70A and the surface of the exposed graphene layer 231, and the surface of the substrate 230 is thermally oxidized. As a result, on both the left and right sides of the protective pattern layer 70A, Si (silicon) on the surface of the substrate 230 formed of Si (silicon) is oxidized and changed to SiO 2 (silicon dioxide), forming a mask layer 232. In order to thermally oxidize the surface of the substrate 230, water is heated to 80° C., and water vapor generated from the water heated to 80° is supplied to the reaction tube while bubbling with N 2 (nitrogen). The substrate 230 is heated at 1000° C. The thermal oxidation time is about 1 hour. The exposed graphene layer 231 located on both the left and right sides of the protective pattern layer 70A is etched and removed by water vapor at the initial stage of thermal oxidation (see FIG. 4(c)). Thereafter, the exposed surface of the substrate 230 located on both sides of the protection pattern layer 70A is thermally oxidized to be converted to SiO2 (silicon dioxide), thereby forming mask layers 232 in the regions on both sides of the graphene layer 231 covered by the protection pattern layer 70A. The regions of the substrate 230 covered by the graphene layer 231 that are not etched by the water vapor are not thermally oxidized.

次に、保護パターン層70Aのみをリソグラフィーを用いてエッチング除去することによって、リモートエピタキシー、及びLAIMCEに使用可能なウエファを得ることができる(図4(e)参照。)。こうして、マスク層形成工程を終了する。 Next, only the protective pattern layer 70A is etched away using lithography to obtain a wafer that can be used for remote epitaxy and LAIMCE (see FIG. 4(e)). This completes the mask layer formation process.

グラフェン層231の下方における基板230の領域は、熱酸化されなかった基板230であり、開口部232Aである。よって、このウエファをSi(ケイ素)のエピタキシーに用いれば、基板230と結晶成長する結晶が同じ物質であるホモエピタキシーのリモートエピタキシー、すなわちホモリモートエピタキシーを行うことができる。一方、実施例1、2と同様に、このウエファを基板230と異なるGaN等の材料のエピタキシー(結晶成長)に用いれば、基板と結晶成長する結晶が異なる物質であるヘテロエピタキシーのリモートエピタキシー、すなわち、ヘテロリモートエピタキシーを行うことができる。 The region of the substrate 230 below the graphene layer 231 is the substrate 230 that has not been thermally oxidized, and is the opening 232A. Therefore, if this wafer is used for epitaxy of Si (silicon), it is possible to perform remote epitaxy of homoepitaxy, in which the substrate 230 and the crystals that grow are of the same material, i.e., homo remote epitaxy. On the other hand, as in Examples 1 and 2, if this wafer is used for epitaxy (crystal growth) of a material such as GaN that is different from the substrate 230, it is possible to perform remote epitaxy of heteroepitaxy, in which the substrate and the crystals that grow are of different materials, i.e., hetero remote epitaxy.

次に、このウエファを用いてGaNのヘテロリモートエピタキシー(すなわち、結晶成長工程)を行う場合について説明する。開口部232Aのリモートエピタキシーにおいて、例えば、開口部232Aの長手方向の端部に成長核を発生させ、この成長核を開口部232Aの長手方向(すなわち、横方向であり、紙面の手前奥方向)に沿って成長させることによって、開口部232A全体を覆うようにGaN層33Aの結晶成長を行う。この際、基板230がGaNである場合に比べて成長核が発生し難い。このため、供給するGa原料を少し増やしたり、V族-III族比を大きくしたり、成長温度を下げたりする等し、成長核が発生し易い条件を選択して結晶成長を開始する。 Next, the case where this wafer is used for GaN hetero remote epitaxy (i.e., the crystal growth process) will be described. In remote epitaxy of the opening 232A, for example, growth nuclei are generated at the longitudinal ends of the opening 232A, and these growth nuclei are grown along the longitudinal direction of the opening 232A (i.e., the lateral direction, from the front to the back of the page), thereby performing crystal growth of the GaN layer 33A so as to cover the entire opening 232A. At this time, growth nuclei are less likely to be generated than when the substrate 230 is GaN. For this reason, the amount of Ga raw material supplied is increased slightly, the group V-group III ratio is increased, the growth temperature is lowered, or other conditions that make it easier for growth nuclei to be generated are selected, and crystal growth is started.

一旦結晶成長が開始すれば、ホモエピタキシーの場合と、ヘテロエピタキシーの場合と、でリモートエピタキシーの成長条件が大きく異なるわけではない。しかし、良好な結晶成長を維持するためには、僅かに低い成長温度に設定するなりして、基板230からの結晶情報を拾いやすい条件で結晶成長を継続する。これにより、開口部232Aでは、1個の成長核からGaN層33A全体が形成される。つまり、成長核の成長過程において隣合う成長核が結合することがないため、隣合う成長核との結合界面において新たな転位や欠陥が生成する心配はない。 Once crystal growth begins, the growth conditions for remote epitaxy are not significantly different between homoepitaxy and heteroepitaxy. However, to maintain good crystal growth, the growth temperature is set slightly lower, and crystal growth is continued under conditions that make it easier to pick up crystal information from the substrate 230. This allows the entire GaN layer 33A to be formed from a single growth nucleus in the opening 232A. In other words, since adjacent growth nuclei do not bond during the growth process, there is no need to worry about new dislocations or defects being generated at the bonding interface between adjacent growth nuclei.

また、開口部232Aに露出した基板230の表面には、予めグラフェン層231が積層されている。このため、グラフェン層231の表面においては、リモートエピタキシーによって結晶成長が進行する。その結果、開口部232Aに結晶成長したGaN層33Aの転位密度は、従来のヘテロエピタキシャル成長(すなわち、グラフェン層を有しないヘテロエピタキシャル成長)による結晶成長に比べ大きく低減する。リモートエピタキシーにおいては、一つの成長核33Cを横方向に結晶成長させることによって他の成長核との結合を抑制すると共に、GaN層30Bが有する転位や欠陥の伝播を抑制し得る。よって、一つの成長核33Cを結晶成長させて、開口部232A全体にGaN層33Aを形成することによって、転位をほとんど発生させることなしにGaN層33Aを形成することができる。 In addition, the graphene layer 231 is laminated in advance on the surface of the substrate 230 exposed to the opening 232A. Therefore, on the surface of the graphene layer 231, crystal growth proceeds by remote epitaxy. As a result, the dislocation density of the GaN layer 33A grown in the opening 232A is significantly reduced compared to crystal growth by conventional heteroepitaxial growth (i.e., heteroepitaxial growth without a graphene layer). In remote epitaxy, by growing one growth nucleus 33C in the lateral direction, it is possible to suppress bonding with other growth nuclei and suppress the propagation of dislocations and defects in the GaN layer 30B. Therefore, by growing one growth nucleus 33C in the lateral direction to form the GaN layer 33A over the entire opening 232A, the GaN layer 33A can be formed with almost no dislocations.

次に、横方向の結晶成長はLAIMCEによって行う(図4(f)参照。)。LAIMCEにおける基板温度、成長原料、結晶成長時間は実施例1、2と同様である。こうして、結晶成長工程を終了する。 Next, lateral crystal growth is performed by LAIMCE (see FIG. 4(f)). The substrate temperature, growth source material, and crystal growth time in LAIMCE are the same as in Examples 1 and 2. This completes the crystal growth process.

こうしてLAIMCEによってGaN層33Aから横方向に結晶成長したGaN層33Bをカソードルミネッセンス測定によって測定した結果、ほぼ無転位の横方向の結晶成長領域が得られていることが確かめられた。開口部232AのGaN層33Aにおける転位密度は、5×108cm-2であり、ヘテロエピタキシャル成長としては良好な値が得られた。この結果から、実施例3の半導体の製造方法(すなわち、開口部232A及びグラフェン層231を形成してリモートエピタキシーを実行すること)によって、品質の良好なGaN層33を結晶成長させ得ることが分かった。 The GaN layer 33B grown laterally from the GaN layer 33A by LAIMCE was measured by cathodoluminescence, and it was confirmed that a substantially dislocation-free lateral crystal growth region was obtained. The dislocation density in the GaN layer 33A in the opening 232A was 5×10 8 cm -2 , which is a good value for heteroepitaxial growth. This result shows that the semiconductor manufacturing method of Example 3 (i.e., forming the opening 232A and the graphene layer 231 and performing remote epitaxy) allows the crystal growth of a good quality GaN layer 33.

<実施例4>
次に、実施例4に係る半導体の製造方法について図5(a)から図5(d)を参照しつつ説明する。実施例4に係る半導体の製造方法は、開口部32A及びマスク層32を覆うようにグラフェン層331を積層する点等が実施例1から実施例3と異なる。
Example 4
Next, a semiconductor manufacturing method according to Example 4 will be described with reference to Fig. 5(a) to Fig. 5(d) . The semiconductor manufacturing method according to Example 4 differs from Examples 1 to 3 in that a graphene layer 331 is laminated so as to cover the opening 32A and the mask layer 32.

先ず、チャンネルとして使用する開口部32Aが形成されたマスク層32をフォトリソグラフィによって基板230上に形成するマスク層形成工程を実行する(図5(a)参照。)。具体的には、マスク層32は、OCD等を用いることによって基板230の表面全体に形成される。そして、フォトリソグラフィによって、マスク層32の表面にレジストパターンを形成し、バッファードフッ酸を用いて、レジストパターンが形成されていない領域のマスク層32を除去して開口部32Aを形成する。こうして、マスク層形成工程を終了する。 First, a mask layer formation process is carried out to form a mask layer 32 having an opening 32A to be used as a channel on the substrate 230 by photolithography (see FIG. 5(a)). Specifically, the mask layer 32 is formed on the entire surface of the substrate 230 by using OCD or the like. Then, a resist pattern is formed on the surface of the mask layer 32 by photolithography, and the mask layer 32 in the area where the resist pattern is not formed is removed using buffered hydrofluoric acid to form the opening 32A. This completes the mask layer formation process.

次に、転写等の手法を用いてマスク層32、及び開口部32Aの表面をグラフェン層331で覆うグラフェン層積層工程を実行する(図5(b)参照。)。グラフェン層331は単層のグラフェンである。つまり、グラフェン層積層工程は、マスク層形成工程の後に実行され、グラフェン層331が、マスク層32の表面、及び基板230の表面に積層される。こうして、リモートエピタキシー、及びLAIMCEに使用可能なウエファを得ることができる。グラフェン層331は、マスク層32、及び開口部32Aを覆っている。つまり、開口部32Aにグラフェン層331が存在する。したがって、開口部32Aにおいてリモートエピタキシーを行うことができる。 Next, a graphene layer lamination process is performed in which the surfaces of the mask layer 32 and the opening 32A are covered with a graphene layer 331 using a technique such as transfer (see FIG. 5B). The graphene layer 331 is a single layer of graphene. That is, the graphene layer lamination process is performed after the mask layer formation process, and the graphene layer 331 is laminated on the surface of the mask layer 32 and the surface of the substrate 230. In this way, a wafer that can be used for remote epitaxy and LAIMCE can be obtained. The graphene layer 331 covers the mask layer 32 and the opening 32A. That is, the graphene layer 331 is present in the opening 32A. Therefore, remote epitaxy can be performed in the opening 32A.

ここで、マスク層32は、非結晶質である。これにより、マスク層32は、グラフェン層331の有無に関わらず自身の下側に位置する基板230の結晶情報が自身の表面側に結晶成長するGaN層33Bに伝達することを抑制する。したがって、マスク層32の表面ではリモートエピタキシーは行われない。したがって、このように作製したウエファを用いて本発明を実施すること、すなわち、開口部32Aにおけるリモートエピタキシーを行うこと、及びその後マスク層32の表面における横方向の結晶成長を行うことによって転位や欠陥が抑えられたGaN層33を結晶成長することが可能である。 Here, the mask layer 32 is amorphous. As a result, the mask layer 32 suppresses the transmission of crystal information of the substrate 230 located below it to the GaN layer 33B growing as crystals on its surface side, regardless of the presence or absence of the graphene layer 331. Therefore, remote epitaxy is not performed on the surface of the mask layer 32. Therefore, it is possible to practice the present invention using a wafer produced in this way, that is, to perform remote epitaxy in the opening 32A, and then to perform lateral crystal growth on the surface of the mask layer 32, thereby growing a GaN layer 33 with reduced dislocations and defects.

上記のように構成された実施例4によれば、以下の効果を奏する。 The fourth embodiment configured as described above has the following advantages:

実施例4の半導体の製造方法において、グラフェン層積層工程は、マスク層形成工程の後に実行され、グラフェン層331が、マスク層32の表面、及び基板230の表面に積層される。これによって、グラフェン層331の表面に成長したGaN層33を基板230から剥離する際に、GaN層33からマスク層32が剥離し易くなる。つまり、GaN層33のみを剥離し易くなる。 In the semiconductor manufacturing method of Example 4, the graphene layer lamination process is performed after the mask layer formation process, and the graphene layer 331 is laminated on the surface of the mask layer 32 and the surface of the substrate 230. This makes it easier to peel the mask layer 32 from the GaN layer 33 when peeling the GaN layer 33 grown on the surface of the graphene layer 331 from the substrate 230. In other words, it makes it easier to peel off only the GaN layer 33.

<実施例5>
次に、実施例5に係る半導体の製造方法について図6(a)から図6(f)、及び図7(a)から図7(c)を参照しつつ説明する。実施例5に係る半導体の製造方法は、マスク層432として複数のグラフェンが積層された多層グラフェン層435を用いる点が実施例1から実施例4と異なる。上記実施例と同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。
Example 5
Next, a semiconductor manufacturing method according to Example 5 will be described with reference to Figures 6(a) to 6(f) and Figures 7(a) to 7(c). The semiconductor manufacturing method according to Example 5 differs from Examples 1 to 4 in that a multi-layer graphene layer 435 in which a plurality of graphenes are stacked is used as a mask layer 432. The same components as those in the above examples are denoted by the same reference numerals, and descriptions of the structures, functions, and effects will be omitted.

実施例4では、マスク層32の表面にグラフェン層331が存在しても基板230の結晶情報(結晶格子の周期、転位、及び欠陥等)がGaN層33Bに伝達しないことが分かった。このことから、グラフェン層331自体をマスク層32として使用し得ることが考えらえる。そこで、マスク層として、複数のグラフェンが積層された多層グラフェン層を利用し得ることが予想される。 In Example 4, it was found that even if the graphene layer 331 is present on the surface of the mask layer 32, the crystal information of the substrate 230 (such as the period, dislocations, and defects of the crystal lattice) is not transmitted to the GaN layer 33B. This suggests that the graphene layer 331 itself can be used as the mask layer 32. It is therefore expected that a multi-layer graphene layer in which multiple graphene layers are stacked can be used as the mask layer.

図6(a)に示すように、開口部432A(チャンネル部)においては単層のグラフェンからなるグラフェン層431を用い、マスク層432においてはグラフェンが複数積層された多層グラフェン層435を使用すれば良い。つまり、マスク層432は、複数積層されたグラフェンである。ここで、開口部432Aにおけるグラフェン層431は単層に限らず、リモートエピタキシーを行う結晶の材料に応じて二層や三層のグラフェン層としてもよい。これにより、開口部432Aでは、主としてGaN層30Bの結晶格子の周期などの結晶情報がグラフェン層431を通してGaN層33Aに伝達されてリモートエピタキシーを行うことができる。 As shown in FIG. 6A, a graphene layer 431 made of a single layer of graphene is used in the opening 432A (channel portion), and a multi-layer graphene layer 435 in which multiple layers of graphene are stacked is used in the mask layer 432. In other words, the mask layer 432 is a multi-layer of graphene. Here, the graphene layer 431 in the opening 432A is not limited to a single layer, and may be a two-layer or three-layer graphene layer depending on the material of the crystal to be subjected to remote epitaxy. As a result, in the opening 432A, crystal information such as the period of the crystal lattice of the GaN layer 30B is mainly transmitted to the GaN layer 33A through the graphene layer 431, and remote epitaxy can be performed.

一方、多層グラフェン層435によって形成されたマスク層432においては、GaN層30Bの結晶情報がGaN層33Bへ伝達されることなく、GaN層30Bの結晶情報が伝播することを抑制する層として機能する。このサンプルは、マスク層432を形成する多層グラフェン層435、及び開口部432Aにおける単層のグラフェン層431(もしくは二層や三層のグラフェン層)の2つの異なる層数のグラフェン層によってGaN層30Bの表面を覆う層を構成している。以下、このような構造を有する層をダブルグラフェンマスクと呼ぶことにする。ダブルグラフェンマスクを作製するための方法は、以下に示すように複数種類存在する。 On the other hand, the mask layer 432 formed by the multi-layer graphene layer 435 functions as a layer that suppresses the propagation of the crystal information of the GaN layer 30B without transmitting the crystal information of the GaN layer 30B to the GaN layer 33B. In this sample, a layer covering the surface of the GaN layer 30B is formed by two different numbers of graphene layers: the multi-layer graphene layer 435 that forms the mask layer 432, and a single graphene layer 431 (or two or three graphene layers) in the opening 432A. Hereinafter, a layer having such a structure will be referred to as a double graphene mask. There are several methods for producing a double graphene mask, as shown below.

[1つ目の方法]
先ず、転写や析出成長等の手法を用い、多層グラフェン層439をGaN層30Bの表面に形成して、パターニングする(図6(b)参照。)。具体的には、GaN層30Bの表面に多層グラフェン層439を積層して形成する。次に、多層グラフェン層439の表面にレジストパターンを形成した後、露出した多層グラフェン層439を酸素プラズマ処理によってエッチングして除去する。これによって多層グラフェン層439に開口437が形成される。そして、CVDや転写等の手法を用い、単層のグラフェン層436によって、多層グラフェン層439、及び開口437を覆う。こうして、1つ目の方法を用いてダブルグラフェンマスクM1を形成することができる(図6(c)参照。)。ダブルグラフェンマスクM1は、多層グラフェン層439にグラフェン層436が積層された部分がマスク層432であり、GaN層30Bの表面を覆うグラフェン層436がグラフェン層431である。グラフェン層436によって覆われた開口437が開口部432Aである。
[First method]
First, a multi-layer graphene layer 439 is formed on the surface of the GaN layer 30B by using a method such as transfer or precipitation growth, and then patterned (see FIG. 6B). Specifically, the multi-layer graphene layer 439 is laminated on the surface of the GaN layer 30B. Next, a resist pattern is formed on the surface of the multi-layer graphene layer 439, and the exposed multi-layer graphene layer 439 is etched and removed by oxygen plasma treatment. This forms an opening 437 in the multi-layer graphene layer 439. Then, the multi-layer graphene layer 439 and the opening 437 are covered with a single graphene layer 436 by using a method such as CVD or transfer. In this way, a double graphene mask M1 can be formed by using the first method (see FIG. 6C). In the double graphene mask M1, the portion where the graphene layer 436 is laminated on the multi-layer graphene layer 439 is the mask layer 432, and the graphene layer 436 covering the surface of the GaN layer 30B is the graphene layer 431. The opening 437 covered by the graphene layer 436 is the opening 432A.

[2つ目の方法]
先ず、転写及び直接成長(析出成長)のいずれかの手法を用い、GaN層30Bの表面に単層のグラフェン層231を積層して形成する(図6(d)参照。)。次に、析出成長等の手法を用い、グラフェン層231の表面に開口437が形成された多層グラフェン層439を積層する。析出成長では、グラフェン層231の表面に電子ビーム蒸着装置を用いて、アモルファスカーボン層、Ni(ニッケル)触媒層、W(タングステン)キャップ層の順に蒸着して積層構造を形成する。このように作製したサンプルを、例えば、900℃で30分間、赤外線ランプアニール装置を用いて熱処理する。これによって、グラフェン層231の表面に多層グラフェン層439が生じる。その後、希王水を用いてNi(ニッケル)触媒層をエッチング除去するとグラフェン層231上に多層グラフェン層439が残留する。
[Second method]
First, a single graphene layer 231 is laminated on the surface of the GaN layer 30B using either a transfer method or a direct growth method (precipitation growth) (see FIG. 6(d)). Next, a multi-layer graphene layer 439 having an opening 437 formed on the surface of the graphene layer 231 is laminated using a method such as precipitation growth. In the precipitation growth, an amorphous carbon layer, a Ni (nickel) catalyst layer, and a W (tungsten) cap layer are vapor-deposited in this order on the surface of the graphene layer 231 using an electron beam vapor deposition device to form a laminated structure. The sample thus produced is heat-treated, for example, at 900° C. for 30 minutes using an infrared lamp annealing device. As a result, a multi-layer graphene layer 439 is generated on the surface of the graphene layer 231. Thereafter, the Ni (nickel) catalyst layer is etched away using dilute aqua regia, leaving the multi-layer graphene layer 439 on the graphene layer 231.

開口437を形成するには、以上の過程において、W(タングステン)キャップ層の蒸着前に、Ni(ニッケル)触媒層上の開口437を形成する領域にレジストでパターンを形成する。その後、電子ビーム蒸着装置を用い、Ni(ニッケル)触媒層とレジストパターンとの表面にW(タングステン)キャップ層を蒸着する。これにより、リフトオフを行うことが可能となる。リフトオフでは、レジストパターンがアセトン等によって溶解除去される際に、レジストパターンとともにレジストパターン上に蒸着されたW(タングステン)キャップ層も除去される。その結果、レジストパターンを形成しなかった部分のW(タングステン)キャップ層(すなわち、Ni(ニッケル)触媒層の上に直接的に蒸着されたW(タングステン)キャップ層)だけが残留する。この場合、リフトオフを用いることによって、マスク層432を形成する領域のみにW(タングステン)キャップ層を残す。こうしてW(タングステン)キャップ層のパターンを形成したサンプルに対して赤外線ランプアニール装置を用いた熱処理を行うと、W(タングステン)キャップ層がある領域において、Ni(ニッケル)触媒層とグラフェン層231との界面に多層グラフェン層439が生じる。その後、Ni(ニッケル)触媒層等を希王水によりエッチング除去すると、開口437に単層のグラフェン層231が存在し、マスク層432に多層グラフェン層439が存在するダブルグラフェンマスクM2を形成することができる。 To form the opening 437, in the above process, before the deposition of the W (tungsten) cap layer, a pattern is formed with resist in the area where the opening 437 is to be formed on the Ni (nickel) catalyst layer. Then, using an electron beam deposition device, the W (tungsten) cap layer is deposited on the surface of the Ni (nickel) catalyst layer and the resist pattern. This makes it possible to perform lift-off. In lift-off, when the resist pattern is dissolved and removed with acetone or the like, the W (tungsten) cap layer deposited on the resist pattern is also removed together with the resist pattern. As a result, only the W (tungsten) cap layer (i.e., the W (tungsten) cap layer deposited directly on the Ni (nickel) catalyst layer) remains in the area where the resist pattern was not formed. In this case, by using lift-off, the W (tungsten) cap layer is left only in the area where the mask layer 432 is to be formed. When a heat treatment is performed using an infrared lamp annealing device on the sample on which the W (tungsten) cap layer pattern is thus formed, a multi-layer graphene layer 439 is generated at the interface between the Ni (nickel) catalyst layer and the graphene layer 231 in the region where the W (tungsten) cap layer is present. After that, when the Ni (nickel) catalyst layer and the like are etched away using dilute aqua regia, a double graphene mask M2 can be formed in which the single graphene layer 231 is present in the opening 437 and the multi-layer graphene layer 439 is present in the mask layer 432.

こうして、2つ目の方法を用いてダブルグラフェンマスクM2を形成することができる(図6(e)参照。)。ダブルグラフェンマスクM2は、グラフェン層231に多層グラフェン層439が積層された部分がマスク層432であり、表面が露出したグラフェン層231がグラフェン層431である。開口437は開口部432Aである。このように基板30の表面にダブルグラフェンマスクM1,M2を形成することによって、図6(f)に示すように、開口部432Aのリモートエピタキシー、及び開口部432Aに結晶成長したGaN層33Aから横方向にGaN層33Bが結晶成長することができる。 In this way, the double graphene mask M2 can be formed using the second method (see FIG. 6(e)). In the double graphene mask M2, the portion in which the multi-layer graphene layer 439 is laminated on the graphene layer 231 is the mask layer 432, and the graphene layer 231 with the exposed surface is the graphene layer 431. The opening 437 is the opening 432A. By forming the double graphene masks M1 and M2 on the surface of the substrate 30 in this way, as shown in FIG. 6(f), remote epitaxy of the opening 432A and lateral crystal growth of the GaN layer 33B from the GaN layer 33A crystal-grown in the opening 432A can be achieved.

[3つ目の方法]
図7(a)に示すように、Ni(ニッケル)箔90の表面に、開口部に相当する領域(すなわち、紙面の手前奥方向に延びる直線状の領域)のみにAu(金)及びCu(銅)のいずれかの薄膜91を蒸着した構造を持つ基板92の表面にCVDの手法を用いてグラフェン層531を成長させる。すると、Ni(ニッケル)箔90の表面には多層のグラフェン層が成長する条件であっても、薄膜91の表面では、炭素原料の溶解度が低くなる。このため、薄膜91の表面には、単層のグラフェン層(もしくは二層や三層のグラフェン層)が成長する。よって、このような構造を持つ基板92を用いれば、図7(b)に示すように、一回のCVD成長によってダブルグラフェンマスクM3を作製することができる。そして、このように作製したダブルグラフェンマスクM3を基板30の表面に転写する(図7(c)参照。)。ダブルグラフェンマスクM3は、Ni(ニッケル)箔90の表面に形成された多層のグラフェン層がマスク層432であり、薄膜91の表面に形成された単層のグラフェン層がグラフェン層431である。開口部432Aは、Ni(ニッケル)箔90の表面に形成された多層のグラフェン層同士の間の部分である。これにより、リモートエピタキシー、及びLAIMCEに使用可能なウエファを作製することができる。
[Third method]
As shown in FIG. 7A, a graphene layer 531 is grown by CVD on the surface of a substrate 92 having a structure in which a thin film 91 of either Au (gold) or Cu (copper) is deposited only on the surface of a Ni (nickel) foil 90 in an area corresponding to an opening (i.e., a linear area extending in the front-rear direction of the paper). Then, even under conditions in which a multi-layer graphene layer grows on the surface of the Ni (nickel) foil 90, the solubility of the carbon raw material is low on the surface of the thin film 91. For this reason, a single graphene layer (or two or three graphene layers) grows on the surface of the thin film 91. Therefore, by using a substrate 92 having such a structure, a double graphene mask M3 can be produced by one CVD growth, as shown in FIG. 7B. Then, the double graphene mask M3 thus produced is transferred to the surface of the substrate 30 (see FIG. 7C). In the double graphene mask M3, multiple graphene layers formed on the surface of the Ni (nickel) foil 90 are the mask layer 432, and a single graphene layer formed on the surface of the thin film 91 is the graphene layer 431. The opening 432A is a portion between the multiple graphene layers formed on the surface of the Ni (nickel) foil 90. This makes it possible to manufacture a wafer that can be used for remote epitaxy and LAIMCE.

上記のように構成された実施例5によれば、以下の効果を奏する。 The fifth embodiment configured as described above provides the following advantages:

実施例5の半導体の製造方法において、マスク層432は、複数のマスク層432の間のグラフェン層431よりも層数が多いグラフェンである。この構成によれば、マスク層432とグラフェン層431とが同じ材質であるため、基板30にマスク層432とグラフェン層431とを形成する手順を簡単なものにし易い。 In the semiconductor manufacturing method of Example 5, the mask layer 432 is made of graphene having a greater number of layers than the graphene layers 431 between the multiple mask layers 432. With this configuration, the mask layer 432 and the graphene layer 431 are made of the same material, which makes it easier to simplify the procedure for forming the mask layer 432 and the graphene layer 431 on the substrate 30.

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例1から5に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)実施例1から5では、基板本体に(0001)面を表面にしたサファイアを用いているが、これに限らず、他の面を表面にしたサファイア基板、SiC(炭化ケイ素)、ZnO(酸化亜鉛)、Si(ケイ素)、及びGaN等を用いても良い。
(2)マスク層としてSiO2(2酸化ケイ素)を積層する代わりにAlO(酸化アルミニウム)やSiN(窒化ケイ素)等リモートエピタキシーを妨げる材料を積層しても良い。
(3)実施例1から5では、グラフェン層は単層のグラフェンである。これに限らず、結晶成長する材質に応じてグラフェン層のグラフェンの層数を適宜変更してもよい。つまり、グラフェン層は少なくとも単層であればよい。
The present invention is not limited to the first to fifth embodiments described above with reference to the drawings, and the following embodiments are also included within the technical scope of the present invention.
(1) In Examples 1 to 5, sapphire with the (0001) surface is used for the substrate body. However, the present invention is not limited to this. A sapphire substrate with another surface, SiC (silicon carbide), ZnO (zinc oxide), Si (silicon), GaN, etc. may also be used.
(2) Instead of laminating SiO 2 (silicon dioxide) as a mask layer, a material that prevents remote epitaxy, such as AlO (aluminum oxide) or SiN (silicon nitride), may be laminated.
(3) In Examples 1 to 5, the graphene layer is a single layer of graphene. However, the number of graphene layers in the graphene layer may be changed as appropriate depending on the material from which the crystal is grown. In other words, the graphene layer may be at least a single layer.

30,230…基板
31,131,231,331,431…グラフェン層
32,232,432…マスク層
33A…GaN層(半導体結晶)
30, 230... Substrate 31, 131, 231, 331, 431... Graphene layer 32, 232, 432... Mask layer 33A... GaN layer (semiconductor crystal)

Claims (5)

基板を覆う複数のマスク層の各々を前記基板上の異なる位置に形成するマスク層形成工程と、
少なくとも前記基板の表面にグラフェン層を積層するグラフェン層積層工程と、
前記基板の表面に積層された前記グラフェン層の表面に半導体結晶を結晶成長させる結晶成長工程と、
を備え、
隣合う前記マスク層の間には、直線状の開口部が形成されている半導体の製造方法。
a mask layer forming step of forming a plurality of mask layers covering a substrate at different positions on the substrate;
a graphene layer lamination step of laminating a graphene layer on at least a surface of the substrate;
a crystal growth step of growing a semiconductor crystal on the surface of the graphene layer laminated on the surface of the substrate;
Equipped with
A method for manufacturing a semiconductor device , wherein a linear opening is formed between adjacent mask layers .
基板を覆う複数のマスク層の各々を前記基板上の異なる位置に形成するマスク層形成工程と、
少なくとも前記基板の表面にグラフェン層を積層するグラフェン層積層工程と、
前記基板の表面に積層された前記グラフェン層の表面に半導体結晶を結晶成長させる結晶成長工程と、
を備え、
前記グラフェン層積層工程は、前記マスク層形成工程の後に実行され、前記グラフェン層が、前記マスク層の表面、及び前記基板の表面に積層される半導体の製造方法。
a mask layer forming step of forming a plurality of mask layers covering a substrate at different positions on the substrate;
a graphene layer lamination step of laminating a graphene layer on at least a surface of the substrate;
a crystal growth step of growing a semiconductor crystal on the surface of the graphene layer laminated on the surface of the substrate;
Equipped with
The graphene layer laminating step is performed after the mask layer forming step, and the graphene layer is laminated on a surface of the mask layer and a surface of the substrate.
基板を覆う複数のマスク層の各々を前記基板上の異なる位置に形成するマスク層形成工程と、
少なくとも前記基板の表面にグラフェン層を積層するグラフェン層積層工程と、
前記基板の表面に積層された前記グラフェン層の表面に半導体結晶を結晶成長させる結晶成長工程と、
を備え、
前記グラフェン層は、複数の前記マスク層の間の前記基板の表面を覆うように積層され、
前記マスク層は、複数の前記マスク層の間の前記グラフェン層よりも層数が多いグラフェンである半導体の製造方法。
a mask layer forming step of forming a plurality of mask layers covering a substrate at different positions on the substrate;
a graphene layer lamination step of laminating a graphene layer on at least a surface of the substrate;
a crystal growth step of growing a semiconductor crystal on the surface of the graphene layer laminated on the surface of the substrate;
Equipped with
The graphene layer is laminated so as to cover a surface of the substrate between a plurality of the mask layers;
The mask layer is a layer of graphene having a greater number of layers than the graphene layers between the multiple mask layers.
前記グラフェン層は、少なくとも単層のグラフェンである請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の半導体の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor according to any one of claims 1 to 3, wherein the graphene layer is at least a single layer of graphene. 前記グラフェン層積層工程は、前記マスク層形成工程の前に実行され、前記マスク層が前記グラフェン層の表面に形成され、
前記マスク層は、前記グラフェン層の表面に前記半導体結晶を結晶成長させる際、自身の表面に前記半導体結晶が結晶成長することを抑制する請求項1又は請求項1を引用する請求項4に記載の半導体の製造方法。
The graphene layer lamination step is performed before the mask layer formation step, and the mask layer is formed on a surface of the graphene layer;
The method for producing a semiconductor according to claim 1 or claim 4 , wherein the mask layer suppresses crystal growth of the semiconductor crystal on a surface of the mask layer when the semiconductor crystal is grown on a surface of the graphene layer.
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