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公開番号2024176869
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2023095712
出願日2023-06-09
発明の名称集積回路及びその製造方法
出願人国立大学法人東北大学,国立研究開発法人情報通信研究機構,信越化学工業株式会社
代理人個人
主分類H01L 29/16 20060101AFI20241212BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】1THz以上の信号周波数帯域での使用に適した集積回路を提供する。
【解決手段】短ゲート長トランジスタ形成領域、アンテナエレメント形成領域及び窒化ガリウムデバイス形成領域を有する集積回路は、最上面21が炭化珪素の単結晶であり、最上面と交わり最上面より下方に延びる垂直面22と、最上面と略平行であり垂直面と交わる下段面23とを有する基板2及び基板の最上面に接して設けられた単結晶のグラフェン層3を備える短ゲート長トランジスタ100と、アンテナエレメントとが一体的に形成される。短ゲート長トランジスタは、グラフェン層が垂直面と交わる端部をゲート電極とし、少なくとも、垂直面、グラフェン層の端部を覆う絶縁膜6と、最上面、垂直面及び下段面を覆うように形成され、グラフェン層及び/又は絶縁膜が存在する箇所についてはグラフェン層及び/又は絶縁膜をも覆うように重ねて形成される二次元半導体層7を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも最上面が炭化珪素の単結晶であり、前記最上面と交わり前記最上面より下方に延びる垂直面と、前記最上面と略平行であり前記垂直面と交わる下段面とを有する基板と、
前記基板の最上面に接して設けられた単結晶のグラフェン層と、
を備え、
短ゲート長トランジスタとアンテナエレメントとが一体的に形成された集積回路であって、
前記短ゲート長トランジスタは、
前記グラフェン層が前記垂直面と交わる端部をゲート電極とし、
少なくとも、前記垂直面、前記グラフェン層の前記端部を覆うように形成される絶縁膜と、
前記最上面、前記垂直面、および前記下段面を覆うように形成される二次元半導体層であって、前記グラフェン層および／または前記絶縁膜が存在する箇所については前記グラフェン層および／または前記絶縁膜をも覆うように重ねて形成される、二次元半導体層と、
前記二次元半導体層における前記最上面を覆う箇所に設けられるソース電極と、
前記二次元半導体層における前記下段面を覆う箇所に設けられるドレイン電極とを備え、
前記アンテナエレメントは、前記グラフェン層をパターニングにして形成される、
集積回路。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記グラフェン層において、前記短ゲート長トランジスタにおけるゲート電極を成す部分と前記アンテナエレメントを成す部分とは連続したグラフェンの膜として形成されることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
【請求項３】
前記基板上における、前記短ゲート長トランジスタおよび前記アンテナエレメントが設けられていない領域に、窒化ガリウム層をさらに備え、
前記窒化ガリウム層にアクティブ素子が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
【請求項４】
少なくとも最上面が炭化珪素の単結晶であり、前記最上面と交わり前記最上面より下方に延びる垂直面と、前記最上面と略平行であり前記垂直面と交わる下段面とを有する基板と、
前記基板の最上面に接して設けられた単結晶のグラフェン層と、
前記基板上に設けられた窒化ガリウム層と、
を備え、
前記窒化ガリウム層に形成されたアクティブ素子部と、前記グラフェン層をゲートとして用いる短ゲート長トランジスタとが一体的に形成された集積回路であって、
前記短ゲート長トランジスタは、
前記グラフェン層が前記垂直面と交わる端部をゲート電極とし、
少なくとも、前記垂直面、前記グラフェン層の前記端部を覆うように形成される絶縁膜と、
前記最上面、前記垂直面、および前記下段面を覆うように形成される二次元半導体層であって、前記グラフェン層および／または前記絶縁膜が存在する箇所については前記グラフェン層および／または前記絶縁膜をも覆うように重ねて形成される、二次元半導体層と、
前記二次元半導体層における前記最上面を覆う箇所に設けられるソース電極と、
前記二次元半導体層における前記下段面を覆う箇所に設けられるドレイン電極とを備える、集積回路。
【請求項５】
前記短ゲート長トランジスタは、
ゲートを成す前記グラフェン層の上に、導体の遮蔽層をさらに備え、
前記遮蔽層の表裏両面に絶縁層が設けられる
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の集積回路。
【請求項６】
前記グラフェン層は、少なくとも、前記端部が単原子層のグラフェンであることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の集積回路。
【請求項７】
前記基板は、前記最上面と前記垂直面とが接する縁から離れた位置に前記最上面と非平行である斜面を備え、
前記グラフェン層は前記最上面から前記斜面に渡って形成され、
前記斜面の上における前記グラフェン層は多層のグラフェンである
ことを特徴とする請求項６に記載の集積回路。
【請求項８】
前記基板は、絶縁体のベース基板上に炭化珪素の単結晶層を作製したハイブリッド基板であることを特徴とする、請求項１から４の何れか１項に記載の集積回路。
【請求項９】
前記窒化ガリウム層は、前記グラフェン層の一部を覆うように設けられることを特徴とする請求項３または４に記載の集積回路。
【請求項１０】
前記窒化ガリウム層は、前記グラフェン層をバッファ層としてエピタキシャル成長された層であることを特徴とする請求項９に記載の集積回路。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素基板上に形成されたグラフェンを配線や電極として用いた集積回路及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
次世代の移動通信システム（いわゆる６Ｇ、Ｂｅｙｏｎｄ５Ｇ）を実現するにあたり、１００ＧＨｚ以上といった高周波での送受信に適した、高性能のアンテナが求められている。このようなアンテナの候補として、従来アンテナエレメントにおける導体として用いられた銅、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等と比較して優れた特性（高導電率、高キャリア移動度、高熱伝導率）を有するグラフェンをアンテナエレメントに用いたアンテナが提案されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されているマイクロ波帯アンテナは、銅箔上にＣＶＤ法により形成したグラフェン膜を基板に転写し、転写したグラフェン膜上に適宜Ａｕ膜を設けつつ、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術、ＵＶ－オゾン処理等によりパターニングすることでアンテナエレメントを形成する。これにより、基板上に所望の形状のアンテナエレメントを作製することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１９－７５６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、移動通信システムに用いるアンテナは、アンテナエレメントで送受信する信号を増幅する増幅器とともに用いられる。数１０ＧＨｚから１００ＧＨｚ以上の信号周波数帯域では、増幅器とアンテナエレメントとの間の伝送距離は、（例えば１００μｍ未満となるように）極短くする必要がある。また、周波数帯域が１ＴＨｚを超えるさらに次の世代の移動通信システムを見据えると、窒化ガリウム（ＧａＮ）のアクティブデバイスとは異なる、１ＴＨｚ以上の信号周波数帯域での使用に適したアクティブデバイスが求められる。そして、数１０ＧＨｚから１００ＧＨｚ以上の信号周波数帯域から１ＴＨｚ以上の信号周波数帯域に遷移する際には、（例えば複数種類のアクティブデバイスを併用して）両方の帯域をカバーするデバイスが求められる。
【０００６】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、１ＴＨｚ以上の信号周波数帯域での使用に適した集積回路及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態に係る集積回路は、少なくとも最上面が炭化珪素（ＳｉＣ）の単結晶であり、最上面と交わり最上面より下方に延びる垂直面と、最上面と略平行であり垂直面と交わる下段面とを有する基板と、基板の最上面に接して設けられた単結晶のグラフェン層と、を備え、短ゲート長トランジスタとアンテナエレメントとが一体的に形成されたものである。短ゲート長トランジスタは、グラフェン層が垂直面と交わる端部をゲート電極とし、少なくとも、垂直面、グラフェン層の端部を覆うように形成される絶縁膜と、最上面、垂直面、および下段面を覆うように形成される二次元半導体層であって、グラフェン層および／または絶縁膜が存在する箇所についてはグラフェン層および／または絶縁膜をも覆うように重ねて形成される、二次元半導体層と、二次元半導体層における最上面を覆う箇所に設けられるソース電極と、二次元半導体層における下段面を覆う箇所に設けられるドレイン電極とを備える。アンテナエレメントは、グラフェン層をパターニングにして形成される。
【０００８】
本発明では、グラフェン層において、短ゲート長トランジスタにおけるゲート電極を成す部分とアンテナエレメントを成す部分とは連続したグラフェンの膜として形成されるとよい。
【０００９】
本発明では、集積回路は、基板上における、短ゲート長トランジスタおよびアンテナエレメントが設けられていない領域に、窒化ガリウム層をさらに備えるとよく、当該窒化ガリウム層にアクティブ素子が形成されるとよい。
【００１０】
本発明の実施形態に係る集積回路の他の例は、少なくとも最上面が炭化珪素の単結晶であり、最上面と交わり最上面より下方に延びる垂直面と、最上面と略平行であり垂直面と交わる下段面とを有する基板と、基板の最上面に接して設けられた単結晶のグラフェン層と、基板上に設けられた窒化ガリウム層と、を備え、窒化ガリウム層に形成されたアクティブ素子部と、グラフェン層をゲートとして用いる短ゲート長トランジスタとが一体的に形成された集積回路である。当該集積回路において、短ゲート長トランジスタは、グラフェン層が垂直面と交わる端部をゲート電極とし、少なくとも、垂直面、グラフェン層の端部を覆うように形成される絶縁膜と、最上面、垂直面、および下段面を覆うように形成される二次元半導体層であって、グラフェン層および／または絶縁膜が存在する箇所についてはグラフェン層および／または絶縁膜をも覆うように重ねて形成される、二次元半導体層と、二次元半導体層における最上面を覆う箇所に設けられるソース電極と、二次元半導体層における下段面を覆う箇所に設けられるドレイン電極とを備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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