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彦根藩二代当主である井伊直孝公をお寺の門前で手招き雷雨から救ったと伝えら
れる"招き猫"と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備え。（戦国時代の軍団編成
の一種で、あらゆる武具を朱塗りにした部隊編のこと）の兜（かぶと）を合体さ
せて生まれたキャラクタ。
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黒の革命
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［関連特許］
５．特開2023-179710 ＭＩＳ型半導体装置の製造方法
【0077】
水素終端処理後からｈ－ＢＮ貼り合わせを行う前の工程を下記に示す。 最初に、
前工程として、ゲートバルブ１０１２，１０２４、１０２６およびバルブ１０１
４を開き、ターボポンプ１０１３およびスクロールポンプ１０１６を用いて、水
素終端処理チャンバー１０１１および搬送中間室１０２７および試料搬送・一時
保管室１０２５を真空状態にする。このときの真空は真空計１０６３の読みで３
×１０-5Ｐａ以下とした。 その後、ゲートバルブ１０１２、１０２４、１０２６
およびバルブ１０１４を閉じ、バルブ１０２２，１０１９，１０６１を開け、上
述の水素終端処理を行った。また、この処理の間、バルブ１０７２と１０２６を
開け、ターボ排気セット１０７５を用いて試料搬送・一時保管室１０２５と搬送
中間室１０２７の真空を引いておいた。
【0078】 水素終端処理が終了したら、バルブ１０２２と１０１９を閉じ、ゲート
バルブ１０１２およびバルブ１０１４を開いてターボポンプ１０１３およびスク
ロールポンプ１０１６を用いて水素終端処理チャンバー１０１１を真空にした。
その後、バルブ１０７２を閉じ、ターボ排気セット１０７５をシャットダウンし
た。またべローズ配管１０７４を外した。ゲートバルブ１０２４および１０２６
を開き、試料搬送ロッド１０２９を使用して試料を試料搬送・一時保管室１０２
５に移動させた。そして、移動が完了したら、ゲートバルブ１０２６を閉じた。
しかる後、ゲートバルブ１０１２を閉じ、バルブ１０２２を開いてＡｒガスを導
入して水素終端処理チャンバー１０１１と搬送中間室１０２７を大気圧にしてか
ら、１０２４を閉じた。
【0079】その後、ゲートバルブ１０２４と搬送中間室１０２７の接続部で試料搬
送部Ｅ２を水素終端処理部Ｅ１から切り離し、ゲートバルブ１０４３のところで
試料搬送部Ｅ２と貼り合わせ処理部Ｅ３を接続した。また、真空排気系Ｅ４をフ
ランジ１０２８のところで試料搬送部Ｅ２に接続し、搬送中間室１０２７をター
ボポンプ１１０３およびスクロールポンプ１１０５により真空排気した。真空が
１×１０-3Ｐａ以下まで下がったら、ゲートバルブ１０２６を開けた。アングル
バルブ１１０２を閉じたあと、ベローズ配管１１１１、バルブ１１０８、１１１０、
チャンバー１１０１、およびベローズ配管１１０９を介して、搬送中間室１０２
７と試料搬送・一時保管室１０２５にＡｒガスを導入した。ここで、ベローズ配
管１１１１の接続先である貼り合わせ処理室（グローブボックス）１０３１は、
Ａｒガスシリンダー１０５２および不活性ガス循環精製機（Ａｒガス循環精製機）
１０４０により、大気圧で精製された状態のＡｒガスが満たされている。
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図９．実施例１のＭＩＳ型半導体装置の製造工程を断面図にて示した製造工程図
【0080】 しかる後、ゲートバルブ１０４３を開いて試料搬送ロッド１０２９を
操作して試料を貼り合わせ処理室１０３１に搬送した。そしてゲートバルブ１０
４３を閉じた。 この後、以下に示すｈ－ＢＮの貼り付けを行った。グローブボ
ックス１０３１中でスコッチテープ法により、単結晶ｈ－ＢＮ（物質・材料研究
機構内にて合成）の劈開を行った。
劈開したｈ－ＢＮは、アクリル基板に貼ってあるＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌ
ｓｉｌｏｘａｎｅ）上に転写した。光学顕微鏡を用いてＰＤＭＳ膜上のｈ－ＢＮ
とダイヤモンドのチャネル領域との位置合わせを行い、その後ｈ－ＢＮとダイヤ
モンドを貼り合わせて、絶縁膜３３ａを形成した（図９（ａ）、図１２（ａ））。
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図１２．実施例１のＭＩＳ型半導体装置の製造工程を断面図にて示した製造工程図
【0081】 ５．ｈ－ＢＮ（六方晶窒化ホウ素）の貼り付け
上記のように水素終端処理チャンバー１０１１でダイヤモンド基板３１の露出し
た第１主表面が水素終端処理された試料は、真空に保持された試料搬送・一時保
管室１０２５を経由して、Ａｒガスで満たされたグローブボックス１０３１に搬
送された。この状態でのグローブボックス１０３１内の酸素濃度は０．６ｐｐｍ
以下であり、露点は－７９℃以下であった。
【0082】 グローブボックス１０３１中でスコッチテープ法により、単結晶ｈ－
ＢＮ（物質・材料研究機構内にて合成）の劈開を行った。劈開したｈ－ＢＮは、
アクリル基板に貼ってあるＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎ
ｅ）上に転写した。光学顕微鏡を用いてＰＤＭＳ膜上のｈ－ＢＮとダイヤモンド
のチャネル領域との位置合わせを行い、その後ｈ－ＢＮとダイヤモンドを貼り合
わせて、絶縁膜３３ａを形成した（図９（ａ）、図１２（ａ））。ここで、試料
がグローブボックス１０３１に搬送され、ｈ－ＢＮの貼り合わせが終了するまで
の時間は約２時間であった。しかる後、グローブボックス中でアニールを行った。
この際、２０℃から１００℃まで１６分で昇温し１００℃で３０分保持、２００
℃まで２０分で昇温し２００℃で３０分保持、および３００℃まで２０分で昇温
し３００℃で３時間保持するシーケンスを用いた。
【0083】
６．グラファイトの貼り付け
グローブボックス１０３１内でスコッチテープ法により、グラファイト（キッシュ
グラファイト、クアーズテック製）の劈開を行った。劈開したグラファイトは、
アクリル基板に貼ってあるＰＤＭＳ上に転写した。光学顕微鏡を用いてＰＤＭＳ
膜上のグラファイトとダイヤモンドのチャネル領域との位置合わせを行い、グラ
ファイトをｈ－ＢＮ／ダイヤモンド上に貼りあわせた。その後、グローブボック
ス１０３１中でアニールを行った。この際、２０℃から１００℃まで１６分で昇
温し１００℃で３０分保持、２００℃まで２０分で昇温し２００℃で３０分保持、
および３００℃まで２０分で昇温し３００℃で１時間保持するシーケンスを用い
た。
【0084】
７．ゲート電極の形成
試料をグローブボックス１０３１から取り出した後、前述の電子線リソグラフィ
法により、ホールバーのパターンを描画した。ここで、レジストはＰＭＭＡ－Ａ
６（Ｍicrochem製）を、描画には１２５ｋＶ電子線描画装置（エリオニクス製、
ＥＬＳ－Ｆ１２５）を、現像液にはＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）：ＩＰ
Ａ＝１：３の混合液を用いた。 その後、ＣＣＰ－ＲＩＥ装置により、ゲート電
極となる領域以外のグラファイトのドライエッチングを３分間行った。プラズマ
の条件はＮ2流量９６ｓｃｃｍ、ＣＨＦ3流量２ｓｃｃｍ、Ｏ2流量２ｓｃｃｍ、
圧力１０Ｐａ、ＲＦ出力３５Ｗである。なお、このエッチングの際、ｈ－ＢＮは
膜厚方向に途中までエッチングされる。しかる後、アセトン中に試料を入れ、エ
ッチングマスクとして用いたレジストを除去した。ＩＰＡで洗浄した後、窒素ブ
ローを行って、グラファイトからなるゲート電極３４Gを形成した。なお、この
エッチングの際に、ダイヤモンド基板３１の第１主表面の露出した領域は、酸化
されて酸素終端層４３ａが形成される（図９（ｂ）、図１２（ｂ））。
【0085】
８．ｈ－ＢＮの整形
ゲート電極３４Gを形成後、前述のレーザーリソグラフィにより、レジストパター
ン５２を形成した（図９（ｃ）、図１２（ｃ））。レジストはＡＺ－５２１４Ｅ
の単層である。 その後、ＣＣＰ－ＲＩＥ装置により、ｈ－ＢＮのドライエッチ
ングを３分間行った。プラズマの条件は、Ｎ2流量９６ｓｃｃｍ、ＣＨＦ3流量２
ｓｃｃｍ、Ｏ2流量２ｓｃｃｍ、圧力１０ＰａそしてＲＦ出力３５Ｗである。
その後、アセトン中に試料を入れ、エッチングマスクとして用いたレジストを除
去した。なお、このエッチングの際に、酸素終端層４３ａはより酸化されて、酸
素終端層４３ａは緻密に酸化された酸素終端層４３に変わる（図９（ｄ）、図１２
（ｄ））。
【0086】
９．素子分離用のｈ－ＢＮの貼り付け
前述の貼り合わせの手法を用いて、ゲート電極３４Gからのゲート電極配線６２
Gが水素終端されたチャネル部３２と電気的に接触しないように、ゲート電極配
線６２Gを這わすためのｈ－ＢＮ（６１）を、接触を防止する酸素終端と水素終端
の領域の境界７１に貼り合わせた（図１０（ａ）、図１３（ａ））。
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図１０ 実施例１のＭＩＳ型半導体装置の製造工程を断面図にて示した製造工程
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図１３ 実施例１のＭＩＳ型半導体装置の製造工程を断面図にて示した製造工程図
【0087】
１０．配線の作製
前述のレーザーリソグラフィを用いて、ゲート電極配線（６２G）、ソース電極
配線（６２S）、ドレイン電極配線（６２D）およびそれぞれのボンディングパッ
ドを形成するためのレジストパターン５３を形成した。レジストはＡＺ－５２１４
Ｅの単層である。 その後、電子銃型蒸着装置によって、厚さ１０ｎｍのＴｉと
厚さ１００ｎｍのＡｕを順次蒸着し、ＴｉとＡｕからなる導電膜６２ａを堆積さ
せた（図１０（ｂ）、図１３（ｂ））。 しかる後、アセトン中に試料を浸して
リフトオフを行い、ＩＰＡでリンスした後、窒素ブロー乾燥を行って、ボンディ
ングパッドを有するゲート電極配線６２G、ソース電極配線６２Sおよびドレイン
電極配線６２Dが形成されたＭＩＳ型半導体装置２０１を作製した（図１０（ｃ）、
図１３（ｃ））。 作製されたＭＩＳ型半導体装置２０１を上面から撮った光学
顕微鏡写真を参考までに図１６に示す。
【0088】
＜電気特性＞
前述の方法によって作製したＭＩＳ型半導体装置２０１のＦＥＴ（電界効果トラ
ンジスタ）の電気特性を調べた。ここで、測定器としては、ソースメジャーユニ
ットＢ２９０１Ａ（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製）、ファンク
ションジェネレータ３３２２０Ａ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
製）、アンプ１２０１および１２１１（ＤＬ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製）、デ
ジタルボルトメーター３４４０１Ａ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
製）を用いた。また、超伝導マグネットを備えた無冷媒冷却装置（仁木工芸製）
と上記測定器を用いてホール効果測定を行った。
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図１７．実施例１で作製したＭＩＳ型半導体装置の電気特性を示す特性図
【0089】 ゲート電圧とホール（Ｈａｌｌ）移動度の測定データを図１７に、ま
た、ゲート電圧とホール（Ｈａｌｌ）シートキャリア密度の測定データを図１８
に示す。ここで、ｈ—ＢＮからなるゲート絶縁膜の膜厚は２３ｎｍで、測定温度
は３００Ｋである。 図１７から、６００ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1を超える高いホール（
Ｈａｌｌ）移動度が得られることが確認された。 また、図１８から、ゲート電
極３４Gに負電圧を印加するほど線形的にホール（Ｈａｌｌ）シートキャリア密
度が増え、ゲート電極３４Gに印加する電圧が－１０Ｖのときには６×１０12
ｃｍ-2を超える高いホール（Ｈａｌｌ）シートキャリア密度が得られることが実
証された。
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図１８．実施例１で作製したＭＩＳ型半導体装置の電気特性を示す特性図
【0090】
図１７と図１８のデータを基に、ホール（Ｈａｌｌ）密度に対するホール（Ｈａ
ｌｌ）移動度の関係をプロットした結果を図１９に示す。同図には、ダイヤモン
ド基板３１の露出表面の水素終端処理後、絶縁膜３３ａ（ｈ－ＢＮ）を貼り合わ
せるまでの環境を大気とした場合と、非特許文献５に開示されたデータ（必ずし
もホール効果測定から得られたデータではない）も併せて載せている。さらに、
同図には、音響フォノン、表面ラフネス、表面電荷不純物、およびそれらの総和
の影響による、ホール移動度のホール密度依存性の理論曲線も併せて載せている。
ここで、以下に理論曲線の計算方法の詳細を記す。
【0091】
下記式（Ａ１）－（Ａ３）から、表面の負電荷による散乱、音響フォノン散乱、
および表面ラフネス散乱による緩和時間τimp、τac、τrをそれぞれ計算し、下
記式（Ａ４）によってこれらの散乱全体による緩和時間τを計算した。 ここで、
式（Ａ１）－（Ａ４）は、それぞれ非特許文献６の式（１），（２），（４）お
よび（５）に基づくものであるが、非特許文献とは異なり、重い正孔バンド、軽
い正孔バンド、スピン軌道スプリットオフバンドそれぞれについて計算した。ま
た、有効質量も、表面平行と垂直を区別した。作製した試料と同様に、ダイヤモ
ンドの表面は（１１１）を考えている。そして、それぞれの移動度は、μHH＝ｅ
τHH／ｍcHH*、μLH＝ｅτLH／ｍcLH*、μSO＝ｅτSO／ｍcSO*より計算した。
【0092】
------------------------------------------------------------------------
【符号の説明】 １１：炭素 １２：水素 １３：ホウ素 １４：窒素 ２１：ダイ
ヤモンド基板 ２２：ダイヤモンド半導体層 ２３：ゲート絶縁体層（ゲート絶縁
膜） ２３ａ：絶縁膜 ２４：導電体層（ゲート電極） ２５：絶縁膜 ２５ａ：絶
縁膜 ２６：低抵抗化層 ２７：ゲート電極配線 ２８：ソース電極およびその電
極配線 ２９：ドレイン電極及びその電極配線 ３１：ダイヤモンド基板 ３２：
水素終端層 ３３：ゲート絶縁膜（ゲート絶縁体ｈ－ＢＮ） ３３ａ：絶縁膜 ３
４G：ゲート電極（グラファイト） ３５：導電膜 ３５ａ：導電膜 ３６：導電膜
３６ａ：導電膜 ３７S：ソース電極 ３７D：ドレイン電極 ４２：低抵抗化層４３：
酸素終端層 ４３ａ：酸素終端層 ５１，５２，５３：レジストパターン ６１：
絶縁膜（素子分離用ｈ－ＢＮ） ６２：導電膜（電極配線） ６２ａ：導電膜６２G：
ゲート電極配線（ボンディングパッド配線） ６２S：ソース電極配線（ボンディ
ングパッド配線） ６２D：ドレイン電極配線（ボンディングパッド配線） ７１：
酸素終端と水素終端の領域の境界 １０１：ＭＩＳ型半導体装置 ２０１：ＭＩＳ
型半導体装置 １００１：処理装置 １００２：処理装置 １０１１：水素終端処
理チャンバー １０１２：ゲートバルブ １０１３：ターボポンプ １０１４：バ
ルブ １０１５：配管 １０１６：スクロールポンプ １０１７：バルブ １０１８：
配管 １０１９：バルブ １０２０：バラトロン真空計 １０２２：バルブ １０２
３：プロセスガス １０２４：ゲートバルブ １０２５：試料搬送・一時保管室
１０２６：ゲートバルブ １０２７：搬送中間室 １０２８：フランジ １０２９：
試料搬送ロッド １０３１：貼り合わせ処理室（グローブボックス）:１０３２：
仕切り扉 １０３４：パスボックス １０３５：バルブ １０３６：配管 １０３７
：スクロールポンプ １０３８：バルブ １０３９：圧力計 １０４０：不活性ガ
ス循環精製機（Ａｒガス循環精製機） １０４１：バルブ １０４２：配管 １０
４３：ゲートバルブ １０４４：バルブ １０４５：配管 １０５２：Ａｒガスシ
リンダー １０５３：配管 １０５４：バルブ １０５５：バルブ １０６１：排気
量調整バルブ １０６２：配管 １０６３：真空計 １０７１：配管 １０７２：バ
ルブ １０７３：フランジ １０７４：ベローズ配管 １０７５：ターボ排気セッ
ト １１０１：チャンバー １１０２：アングルバルブ １１０３：ターボポンプ
１１０４：バルブ １１０５：スクロールポンプ １１０６：バルブ １１０７：
配管 １１０８：バルブ １１０９：ベローズ配管 １１１０：バルブ １１１１：
ベローズ配管 １１１２：真空計 Ｅ１：水素終端処理部 Ｅ２：試料搬送部 Ｅ３：
貼り合わせ処理部 Ｅ４：真空排気系
この項つづく