DE4313042A1 - Diamantschichten mit hitzebeständigen Ohmschen Elektroden und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

Diamantschichten mit hitzebeständigen Ohmschen Elektroden und Herstellungsverfahren dafür

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf halbleitende Diamantschichten mit hitzebeständigen ohmschen Elektroden, die für elektronische Vorrichtungen geeignet sind, die bei hoher Temperatur verwendet werden können, und auf das Herstellungsverfahren dafür.
Diamant besitzt eine hohe Härte und eine hohe thermische Leitfähigkeit, einen ausgezeichneten Hitzewiderstand und eine hohe Stabilität gegenüber Strahlung und Chemikalien. Kürzlich wurde es möglich Diamantschichten mittels Ab­ scheiden von Materialschichten aus der Gasphase (im wei­ teren als CVD-Verfahren bezeichnet) zu synthetisieren. Derart gebildete Diamantschichten werden als Beschich­ tungsmaterial für Lautsprechermembran-Beschichtungen und als Kühlkörper für integrierte Schaltungen und ähnliches verwendet.
Diamant ist im undotierten Zustand isolierend. Jedoch ist er ein p-Typ Halbleiter, wenn er mit Bor (B) dotiert ist. Der halbleitende Diamant besitzt einen großen Bandabstand (ca. 5,4 eV), so daß sich seine halbleitenden Eigenschaf­ ten auch bei hohen Temperaturen von einigen hundert °C nicht verschlechtern. Daher erwartet man, daß halbleitende Diamantschichten als Material für elektronische Vorrich­ tungen verwendet werden können, die bei hohen Temperaturen betrieben werden können, was bei Vorrichtungen, die unter Verwendung von herkömmlichen Halbleitermaterialien, wie Si, SiC, GaAs oder ähnlichem, hergestellt wurden nicht möglich ist.
Um halbleitende Diamantschichten für elektronische Vor­ richtungen bei hohen Temperaturen geeignet zu machen, ist es nötig eine Technologie zur Bildung ohmscher Elektroden mit guter Haftung und einer ausgezeichneten Temperatur­ beständigkeit auf den Oberflächen von halbleitenden Dia­ mantschichten zu schaffen. Herkömmlich wurden ohmsche Elektroden für halbleitende Diamantschichten aus metalli­ schen Schichten hergestellt.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die eine elektronische Vorrichtung (Thermistor) mit ohmschen Elektroden nach dem Stand der Technik (Abstract of the Fifth Diamond Sympo­ sium, S. 114, 1991) zeigt. Hierbei wurde eine Diamant­ schicht 12 ohne Verunreinigungsdotierung (im weiteren als undotierte Diamantschicht bezeichnet) ausgewählt auf einem Substrat 11 gebildet. Dann wurde eine Bor-dotierte Dia­ mantschicht 13 (im weiteren als B-dotierte Diamantschicht bezeichnet) ausgewählt auf der undotierten Diamantschicht 12 gebildete. Ein Paar Elektroden 14, aus einem zweischich­ tigen Belag aus einer Ti-Schicht 14a und einer Au-Schicht 14b, wurden auf der dotierten Diamantschicht 13 derart gebildet, daß sie von einander beabstandet waren. Hierbei wurden die Ti-Schicht 14a und die Au-Schicht 14b hinterei­ nander auf die B-dotierte Diamantschicht 13 aufgebracht, gefolgt von einem Ausheilen. Es wurde festgestellt, daß eine TiC-Schicht, die am Übergang zwischen der B-dotierten Diamantschicht 13 und den Elektroden 14 gebildet ist, dafür verantwortlich ist, ohmsche Elektroden mit guter Haftung zu erhalten.
Es sollte berücksichtigt werden, daß Ti eine starke Affi­ nität gegenüber Sauerstoff besitzt und an der Luft leicht oxidiert werden kann. Um die Oxidation der Ti-Schicht 14a zu verhindern wird die Au-Schicht 14b auf der Ti-Schicht 14a als Schutzschicht gebildet.
Fig. 6a ist eine Schnittansicht, die eine elektronische Vorrichtung (Thermistor) mit anderen herkömmlichen ohm­ schen Elektroden zeigt. Fig. 6b ist eine Teilvergröße­ rung, die einen Teil der ohmschen Elektroden aus Fig. 6a zeigt (NEW DIAMOND Vol. 5, No. 2, S. 32, 1989). Hierbei wurde eine B-dotierte Diamantschicht 22 auf einem Si3N4-Substrat 21 gebildet. Ein Paar Elektroden 23, die nacheinander durch Aufbringen einer Ti-Schicht 23a, einer Mo-Schicht 23b und einer Au-Schicht 23c derart auf der B-dotierten Diamantschicht 22 gebildet wurden, daß sie voneinander beabstandet sind. Weiterhin wird eine Schutz­ schicht 24 aus SiO2 zwischen den Elektroden 23 auf der B-dotierten Diamantschicht 22 gebildet, daß sie sich ein bißchen auf die Elektroden 23 erstreckt. Zuführungsdrähte 25 aus Ni werden mit den Elektroden 23 an Stellen verbun­ den, die nicht mit der Schutzschicht 24 bedeckt sind.
Die vorstehend erwähnten Halbleitervorrichtungen, die die Diamantschichten nach dem Stand der Technik verwenden, besitzen den Nachteil, daß sie bei hohen Temperaturen nicht verwendet werden können. Vor allem, wie in Fig. 5 gezeigt, bei der zweischichtigen Ti-Au-Belag-Elektroden 14 diffundiert Ti bei einer Temperatur von 500°C schnell in das Au, was eine Oxidation des Ti an der Oberfläche der Au-Schicht 14a zur Folge hat. Demzufolge neigen die ohm­ schen Elektroden mit einer Struktur, wie in Fig. 5 ge­ zeigt, dazu zu oxidieren und daher bei hohen Temperaturen schlechter zu werden.
Wenn eine No-Schicht 23b zwischen der Ti-Schicht 23a und der Au-Schicht 23b, wie in Fig. en 6a und 6b gezeigt, ge­ bildet wird, scheint es möglich zu sein, die wechselsei­ tige Diffusion zwischen Ti und Au zu verhindern, und daher das vorstehende Problem zu verhindern. Jedoch sind die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Ti, No und Au wesentlich größer als der von Diamant. Daher, wenn die Ti/No/Au-Elektroden in einer Umgebung verwendet werden, in der sich Temperaturanstieg und -abfall häufig wiederholt, tritt das Problem auf, daß die Elektroden brechen oder sich teilweise ablösen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung hit­ zebeständige ohmsche Elektroden auf Diamantschichten zu schaffen, die für bei hohen Temperaturen verwendete elek­ tronische Vorrichtungen geeignet sind. Die ohmschen Elek­ troden der vorliegenden Erfindung zeigen ausgezeichnete ohmsche Charakteristiken ohne Entstehung von Ablösung und Brechen der Elektroden.
Bezüglich des ersten Gesichtspunkts der Erfindung, wird eine hitzebeständige ohmsche Elektrode auf einer Diamant­ schicht gebildet mit: einer p-Typ halbleitenden Diamant­ schicht; einem auf der halbleitenden Diamantschicht gebil­ deten Bor-dotierten Belag; und einer ausgewählt auf dem Bor-dotierten Belag gebildeten Elektrode aus p-Typ Si; wobei die Borkonzentration in dem Bor-dotierten Belag zwischen 1,0*1019 cm-3 und 1,8*1023 cm-3 liegt und die Elektrode zumindestens mit einem Element aus einer Gruppe, die aus B. Al und Ga besteht, mit einer Konzentration von 1,0*1020 cm-3 bis 5,0*1022 cm-3 dotiert ist.
Desweiteren, bezüglich des zweiten Gesichtspunkts der Er­ findung, wird ein Verfahren geschaffen zur Herstellung einer hitzebeständigen Elektrode auf einer Diamantschicht mit folgenden Schritten: Dotieren von Bor auf der Oberfläche einer p-Typ halbleitenden Diamantschicht mit einer Konzentration von 1,0*1019 cm-3 bis 1,8*1023 cm-3, um einen Bor-dotierten Diamantbelag zu bilden; und aus­ gewähltem Bilden einer Elektrode aus p-Typ Si auf dem Bor­ dotierten Diamantbelag In der vorliegenden Erfindung besteht die Elektrode aus p-Typ Si. Wie in Tabelle 1 gezeigt, besitzt Si einen nie­ drigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als No, Ti and Au. Sein Wert weicht nur geringfügig von dem von Dia­ mant ab. Desweiteren ist Si ebenso wie Diamant ein kova­ lentes Bindungsmaterial, so daß die aus Si hergestellte Elektrode eine ausgezeichnete Haftung auf der Diamant­ schicht besitzt. Daher kann, auch bei sich wiederholenden Temperaturzyklen, das Ablösen und Brechen der Elektroden verhindert werden.
Weiterhin, während der Oxidation, die Si an der Luft bei hoher Temperatur entwickelt, ist die Dicke des oxidierten Si-Belags sehr gering. Daher besteht bei der Elektrode aus Si keine Gefahr der Verschlechterung durch Oxidation.
Tabelle 1
Für die Elektrode aus p-Typ Si, wenn die Konzentration der Verunreinigungen (zumindest eines der Elemente, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus B, Al und Ga besteht) weniger als 1,0*1020 cm-3 beträgt, ist der spezifische Widerstand höher als 1,0*10-3 Ωcm. Dadurch ist es unmöglich einen ohmschen Kontakt zu erhalten. Aus diesem Grund muß die Verunreinigungskonzentration in der Elektrode aus p-Typ Si größer als 1,0*1020 cm-3 sein und kleiner als 5,0*1022 cm-3, was der Atomdichte von Si in reinem Silizium ent­ spricht. Mit dieser Anordnung ist es möglich Elektroden mit ausgezeichneten ohmschen Charakteristiken und niedri­ gem Widerstand zu erhalten, die bei hohen Temperaturen stabil sind. Möglichst sollte die Verunreinigungskon­ zentration der Elektrode aus p-Typ Si innerhalb des vors­ tehend erwähnten Rahmens so hoch wie möglich sein.
Der Bor-dotierte Diamantbelag (p⁺-Belag), der eine akti­ vierte Borkonzentration von mehr als 1,0*1019 cm-3 enthält, ist stark entartet. Daher ist ein Verarmungsbelag an dem Übergang zwischen der Elektrode und dem Bor­ dotierten gebildeter Diamantbelag so dünn, daß La­ dungsträger leicht zwischen der Elektrode und dem Bor­ dotierten Diamantbelag mittels Tunneleffekt hinüberwech­ seln können. Dies ermöglicht es, ohmsche Charakteristiken mit einem geringen Kontaktwiderstand zu erhalten. Demzu­ folge muß die Borkonzentration im Bor-dotierten Diamantbe­ lag im Rahmen von 1,0*1019 cm-3 bis 1,8*1023 cm-3 liegen.
Möglichst sollte die Borkonzentration innerhalb des vor­ stehenden Rahmens so hoch wie möglich sein.
Erfindungsgemäß kann der p⁺-Belag auf der Oberfläche der halbleitenden Diamantschicht mittels Gasphasen-Synthese gebildet werden. Ein Diamantbelag mit hoher Borkonzentra­ tion kann auf die Oberflächenbereiche einer p-Typ halblei­ tenden Diamantschicht aufgebracht werden, in denen die Elektroden mittels Gasphasen-Synthese gebildet werden sol­ len. Alternativ können B-Ionen in die Oberflächenbereiche der halbleitenden Diamantschicht implantiert werden, in denen Elektroden gebildet werden sollen. In diesen Berei­ chen nimmt die Borkonzentration an der Oberfläche zu und zugleich werden beschränkt Übergangsflächen geschaffen sowie Gitterdefekte erzeugt. Die Übergangsflächen ermögli­ chen es den Ladungsträgern, sich ohne irgendeine Barriere zwischen der halbleitenden Diamantschicht und der Elek­ trode zu bewegen.
Mittels Gasphasen-Synthese gebildete B-dotierte Diamant­ schichten besitzen bessere Reproduzierbarkeit bei elektri­ schen Charakteristiken in den Temperaturzyklen (R. E. Harper, C. Johneton, N. G. Blamires, P. R. Chalker und I. M. Buckley-Golder, Surface and Coatings Technology, Vol. 47, S. 344 (1991)). Mittels Hitzebehandlung der Oberflächenbereiche der p-Typ halbleitenden Diamant­ schicht, in die Bor-Ionen mit hohen Konzentrationen im­ plantiert wurden, werden die durch die Ionenimplantation erzeugten Gitterdefekte ausgeheilt, um eine bessere Kri­ stallinität wiederherzustellen und die implantierten Bor­ atome als Akzeptoren zu aktivieren. Daher wird das Probe­ exemplar bevorzugterweise bei einer Temperatur von 300°C bis 1200°C hitzebehandelt, nachdem der Bor-dotierte Belag auf der Oberfläche der Diamantschicht mittels Gasphasen- Synthese oder Ionenimplantation gebildet wurde.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht, die eine Diamantschicht mit einer hitzebeständigen ohmschen Elektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 einen Graphen, der die I-V-Charakteristiken der Musterbeispiele im Arbeitsbeispiel 1 und den Vergleichs­ beispielen 1 und 2 bei Zimmertemperatur zeigt,
Fig. 3 einen Graphen, der die I-V-Charakteristiken der Musterbeispiele im Arbeitsbeispiel und der Vergleichsbei­ spiele 1 und 2 bei 600°C zeigt,
Fig. 4 einen Graphen, der die I-V-Charakteristiken der Musterbeispiele im Arbeitsbeispiel 1 und den Vergleichs­ beispielen 1 und 2 bei Zimmertemperatur zeigt, wobei die Musterbeispiele für 3 Stunden bei einer Temperatur von 600°C in Luft aufbewahrt wurden,
Fig. 5 eine Schnittansicht, die eine elektronische Vor­ richtung (Thermistor) mit herkömmlichen ohmschen Elektro­ den zeigt,
Fig. 6a eine Schnittansicht, die eine elektronische Vor­ richtung (Thermistor) mit anderen ohmschen Elektroden zeigt, und
Fig. 6b eine Teilvergrößerung, die die Elektrodenteile aus Fig. 6a zeigt.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Diamantschicht mit einer hitzebeständigen ohmschen Elektrode gemäß eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. In Fig. 1 wird eine B-dotierte Diamantschicht 2 auf einem p-Typ Si- Substrat 1 gebildet. Ein hochkonzentriert B-dotierter Be­ lag 3 wird auf der Oberfläche der B-dotierten Diamant­ schicht 2 gebildet. Der hochkonzentriert B-dotierte Belag 3 wurde mit Bor in einer Konzentration von 1,0*1019 cm-3 bis 1,8*1023 cm-3 dotiert. Ebenso wird eine Elektrode 4 aus p-Typ polykristallinem Si auf dem hochkonzentriert B-dotierten Belag 3 gebildet. Die Elektrode 4 wird mit mindestens einem ausgewählten Element aus einer Gruppe, die aus B, Al und Ga besteht, mit einer Konzentration von 1,0*1020 cm-3 bis 1,8*1023 cm-3 dotiert. Zusätzlich wird eine Kupferplatte als ohmsche Elektrode 5 mit der Rückseite des p-Typ Si-Substrats 1 verbunden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist, da die Elektrode 4 ein p-Typ Si umfaßt, der Unterschied im thermischen Ausdeh­ nungskoeffizienten zwischen der Elektrode 4 und der Dia­ mantschicht 2 sehr gering. Daher kann das Ablösen und Brechen der Elektrode 4 aufgrund von Temperaturzyklen ver­ mieden werden.
Da der hochkonzentriert Bor-dotierte Belag 3 auf der Oberfläche der Diamantschicht 2 mit Bor in einer Kon­ zentration von 1,0*1019 cm-3 bis 1,8*1023 cm-3 und die Elektrode 4 mit Verunreinigungen wie B, Al und Ga in einer Konzentration von 1,0*1020 cm-3 bis 5,0*1022 cm-3 dotiert ist, wird ein ohmscher Kontakt erreicht.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren für eine Dia­ mantschicht mit einer hitzebeständigen ohmschen Elektrode gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zuerst wird eine Bor-dotierte Diamantschicht 2 auf einem p-Typ Si-Substrat 1 mittels CVD-Verfahrens oder ähnlichem gebildet. Anschließend werden B-Ionen an der Oberfläche der B-dotierten Diamantschicht 2 mittels Ionenimplantation implantiert, um einen hochkonzentriert B-dotierten Belag 3 zu bilden. Die B-Konzentration im B-dotierten Belag 3 be­ wegt sich im Rahmen von 1,0*1019 cm-3 bis 1,8*1023 cm-3. Die in den B-dotierten Belag 3 implantierten Boratome wer­ den mittels Hitzebehandlung bei einer Temperatur zwischen 300°C und 1200°C aktiviert und die Kristalldefekte darin reduziert, um auf diesem Wege die Kristallinität an der Oberfläche des B-dotierten Belags 3 wiederherzustellen.
Als nächstes wird eine polykristalline Si-Schicht auf dem hochkonzentriert B-dotierten Belag 3 gebildet. Die Si- Schicht wird dann mit B-Ionen oder ähnlichem implantiert und einer Hitzebehandlung unterzogen, um so eine leitfähige Si-Schicht zu bilden, die mit B in einer Kon­ zentration von 1,0*1020 cm-3 bis 5,0*1022 cm-3 dotiert ist. Nachfolgend wird die leitfähige Si-Schicht in einem festgelegten Muster unter Verwendung von Photolithographie geätzt, um auf diese Weise die Elektrode 4 zu bilden.
Schließlich wird eine Kupferplatte als ohmsche Elektrode 5 mit der Rückseite des Si-Substrats 1 verbunden. So wird die Diamantschicht mit einer hitzebeständigen ohmschen Elektrode, wie in Fig. 1 gezeigt, vervollständigt.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Bei­ spiele genauer verstanden werden.
Arbeitsbeispiel 1
Zuerst wurde eine Niedrig-Widerstands-Si-Substrat 1 (Größe 20 mm * 10 mm) mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 0,01 Ωcm für eine Stunde mit einer Dia­ mantpaste poliert.
Eine B-dotierte Diamantschicht 2 wurde auf dem p-Typ Si- Substrat 1 bis zu einer Dicke von ca. 4 im mittels Mikrowellen-CVD aufgebracht. Als Quellengas wurde 0,5% Methan in Wasserstoff und 1,0 ppm Diboran (B2H6) verwen­ det. Beim Aufwachsen der Schicht betrug die Substrattem­ peratur 800°C, der Gasdruck 35 Torr und die Aufbringungszeit 14 Stunden.
Dann wurden B-Ionen an der Oberfläche der B-dotierten Dia­ mantschicht 2 mittels Ionenimplantation unter den folgen­ den Bedingungen implantiert: Die Beschleunigungsspannung betrug 50 kV und die Implantationsdichte 1,0*1014 cm-2. So nahm die B-Dotierungskonzentration im hochkonzentrierten B-dotierten Belag 3 den Wert 1,0*1019 cm-3 an.
Der hochkonzentrierte B-dotierte Belag 3 wurde einer Hit­ zebehandlung bei 950°C für 30 Minuten im Vakuum unterzo­ gen, um den darin enthaltenen Dotierungsstoff zu aktivieren. Ein auf der Oberfläche des Diamanten mittels der Hitzebehandlung erzeugter Graphitbelag wurde durch Reinigung mit einer Mischung aus Chromsäure und konzen­ trierter Schwefelsäure entfernt und die Verunreinigungen auf der Oberfläche durch Reinigung mit Königswasser und RCA-Reinigung.
Als nächstes werden eine amorphe Si-Schicht von 1 µm Dicke und eine SiO₂-Schicht von 0,2 µm Dicke nacheinander auf den hochkonzentrierten B-dotierten Belag 3 mittels Katho­ denzerstäubung aufgebracht.
Durch eine Hitzebehandlung bei 950°C für 60 Minuten im Vakuum wurde die vorstehende amorphe Si-Schicht polykri­ stallin. Die polykristalline Si-Schicht wurde dann mit B mittels Ionenimplantation unter folgenden Bedingungen Dotiert: Die Beschleunigungsspannung betrug 200 kV und die Implantationsdichte 1,0*1016 cm-2. So nahm die B- Konzentration im hochkonzentrierten B-dotierten Belag 3 den Wert 1,0*1020 cm-3 an.
Nach eine Hitzebehandlung bei 950°C für 60 Minuten im Va­ kuum wurde die vorstehende SiO2-Schicht mittels HF ent­ fernt. Dann wurde die vorstehende polykristalline Si-Schicht ausgewählt mittels Lithographie geätzt, um eine polykristalline Si-Elektrode mit 1 µm Dicke und 100 µm Durchmesser zu bilden.
Nachfolgend wurde eine Kupferplatte mit der Rückseite des p-Typ Si-Substrats 1 verbunden, um eine ohmsche Elektrode 5 zu bilden. So wurde ein Musterbeispiel (Diamant mit ein­ er Elektrode) im Beispiel 1 vervollständigt.
Vergleichsbeispiel 1
Das Musterbeispiel in diesem Vergleichsbeispiel 1 wurde auf dieselbe Weise hergestellt wie im Beispiel 1, davon abgesehen, daß die Ionenimplantationsdichte des B bei der Bildung des B-dotierten Belags 9,0*1013 cm-2 betrug. Die B-Konzentration im hochkonzentriert B-dotierten Belag 3 des Musterbeispiels betrug 9,0*1018 cm-3.
Vergleichsbeispiel 2
Das Musterbeispiel in diesem Vergleichsbeispiel 2 wurde auf dieselbe Weise hergestellt wie im Beispiel 1, davon abgesehen, daß die Ionenimplantationsdichte des B bei der Bildung des B-dotierten Belags 9,0*1015 cm-2 betrug. Die B-Konzentration in der Si-Elektrode dieses Musterbeispiels betrug 9,0*1019 cm-3.
Die Musterbeispiele im Arbeitsbeispiel 1 und in den Ver­ gleichsbeispielen 1 und 2 wurden unter Verwendung der Strom-Spannungs-Charakteristik-Messungen Charakteristiken) untersucht.
Fig. 2 ist ein Graph, der die I-V-Charakteristiken der Musterbeispiele Arbeitsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 bei Zimmertemperatur zeigt. In dieser Figur zeigt die Abszisse die angelegte Spannung und die Ordinate den Stromwert an. Fig. 3 ist ein Graph, der die I-V- Charakteristiken der Musterbeispiele im Arbeitsbeispiel 1 und den Vergleichsbeispielen bei 600°C in Luft zeigt. Fi­ gur 4 ist ein Graph, der die I-V-Charakteristiken der Mu­ sterbeispiele im Arbeitsbeispiel 1 und den Vergleichsbeis­ pielen 1 und 2 bei Zimmertemperatur zeigt, die für 3 Stun­ den bei 600°C in Luft aufbewahrt wurden.
Wie in diesen Figuren gezeigt, besitzt das Musterbeispiel im Arbeitsbeispiel I unter jeder der vorstehenden Bedin­ gungen eine lineare I-V-Charakteristik, die ausgezeichnete ohmsche Charakteristiken zeigt. Im Arbeitsbeispiel 1 tritt auch bei sich wiederholenden Temperaturzyklen zwischen Zimmertemperatur und 600°C für 10 Minuten keine Ablösung und kein Brechen der Elektrode 4 auf. Im Gegensatz dazu werden die I-V-Charakteristiken in den Vergleichsbeispie­ len 1 und 2 S-förmig und zeigen damit nicht-ohmsche Charakteristiken.
Arbeitsbeispiel 3
Zuerst wurde eine B-dotierte Diamantschicht auf ein p-Typ Si-Substrat auf dieselbe Weise aufgebracht wie im Arbeits­ beispiel 1.
Als nächstes wurde ein hochkonzentrierter B-dotierter Be­ lag mit 0,2 µm Dicke auf der Oberfläche der B-dotierten Schicht mittels Mikrowellen-CVD-Verfahrens gebildet. Als Quellengas wurden 0,5% Methan in Wasserstoff und 5,0 ppm B2H6 verwendet. Beim Aufbringen der Schicht betrug die Substratemperatur 800°C, der Gasdruck 35 Torr und die Aufbringungszeit 1 Stunde. Die B-Dotierungskonzentration des sich ergebenden B-dotierten Belags betrug 1,0*1019 cm-3.
Nahe dem Ausheilen bei 500°C für eine Stunde im Vakuum wurden der durch die Hitzebehandlung an der Oberfläche des Diamanten erzeugte Graphitbelag durch Reinigung mit einer Mischung aus Chromsäure und konzentrierter Schwefelsäure und die Verunreinigungen auf der Oberfläche durch Rein­ igung mit Königswasser und RCA-Reinigung entfernt.
Nachfolgend wurde eine B-dotierte amorphe halbleitende Si-Schicht mit 1 µm Dicke auf dem hochkonzentriert B- dotierten Belag mittels Radiofrequenz-Plasma-CVD Verfahrens gebildet. Ein gemischtes Gas aus 1% SiH4 und H2 wurde als Reaktionsgas verwendet. Als Dotierungsgas wurde 0,5% B2H5 verwendet. Beim Aufbringen des Schicht betrug die Substrattemperatur 80°C, der Gasdruck 0,25 Torr und die Aufbringungszeit 4 Stunden. So betrug die B- Dotierungskonzentration in der sich ergebenden Si-Schicht 1,0*1020 cm-3.
Dann wurde eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 0,2 µm mittels Kathodenzerstäubung auf der vorstehenden amorphen Si-Schicht gebildet.
Die vorstehende amorphe S-Schicht wurde mittels Ausheilens bei 950°C für eine Stunde im Vakuum in eine polykristal­ line Schicht umgewandelt. Die vorstehende SiO2-Schicht wurde dann mittels HF entfernt und die vorstehende poly­ kristalline Si-Schicht mittels Lithographie geätzt, um eine polykristalline p-Typ Elektrode mit einer Dicke von 1 µm und 100 µm Durchmesser zu bilden.
Nachfolgend wurde eine Kupferplatte mit der Rückseite des p-Typ Si-Substrats 1 verbunden, um eine ohmsche Elektrode 5 zu bilden. So wurde ein Musterbeispiel im Arbeitsbei­ spiel 2 vervollständigt.
Die I-V-Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 zeigt ebenso wie das Arbeitsbeispiel 1 eine ausgezeichnete ohmsche Charakteristik. Durch Temperaturzyklen verursachtes Ablösen und Brechen der Elektrode trat nicht auf.
Wie vorstehend beschrieben wird bei einer Diamantschicht mit einer hitzebeständigen ohmschen Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung ein Bor-dotierter Belag mit einer festgelegten Konzentration auf der Oberfläche der p-Typ halbleitenden Diamantschicht und eine Elektrode aus p-Typ Si auf dem Bor-dotierten Belag gebildet.
Demgemäß ist es möglich, ausgezeichnete ohmsche Charakter­ istiken zu erhalten und Ablösen und Brechen der Elektrode auch bei sich wiederholenden Temperaturzyklen zu verhin­ dern. Demzufolge ist die vorliegende Erfindung besonders nützlich für elektronische Diamantvorrichtungen, die bei hohen Temperaturen verwendet werden.
Ebenso wird im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren Bor in die Oberfläche der p-Typ halbleitenden Diamantschicht in einer festgelegten Menge eindotiert, um einen Bor­ dotierten Belag zu bilden, und die Elektrode aus p-Typ Si wird ausgewählt auf dem Bor-dotierten Belag gebildet. Dem­ gemäß ist es möglich, hitzebeständige Elektroden auf Dia­ mantschichten zu erhalten, die die vorstehende Struktur besitzen.
Offenbart ist eine hitzebeständige ohmsche Elektrode auf einer Diamantschicht mit: einer p-Typ halbleitenden Dia­ mantschicht; einem Bor-dotierten Diamantbelag, der auf der halbleitenden Diamantschicht gebildet ist; und einer Elek­ trode aus p-Typ Si, die ausgewählt auf dem Bor-dotierten Belag gebildet ist; wobei die Borkonzentration im Bor­ dotierten Diamantbelag zwischen 1,0*1019 cm-3 und 1,8*1023 cm-3 liegt und zumindest ein aus einer Gruppe von B, Al und Ga ausgewähltes Element in die Elektrode mit einer Konzentration von 1,0*1020 cm-3 bis 5,0*1022 cm-3 eindo­ tiert ist. Die ohmsche Elektrode auf einer Diamantschicht ist für elektronische Vorrichtungen geeignet, die bei ho­ hen Temperaturen betrieben werden.

Claims (4)

1. Hitzebeständige ohmsche Elektrode auf einer Diamant­ schicht mit:
einer p-Typ halbleitenden Diamantschicht (2);
einem auf der halbleitenden Diamantschicht (2) gebildeten Bor-dotierten Diamantbelag (3); und
einer ausgewählt auf dem Bor-dotierten Diamantbelag (3) gebildeten Elektrode (4) aus p-Typ Si;
wobei Bor in den Bor-dotierten Diamantbelag (3) mit einer Konzentration von 1,0*1019 cm-3 bis 1,8*1023 cm-3 und zu­ mindest ein aus einer Gruppe von B, Al und Ga ausgesuchtes Element in die Elektrode (4) mit einer Konzentration von 1,0*1020 cm-3 bis 5,0*1022 cm-3 eindotiert ist.
2. Verfahren zur Herstellung hitzebeständiger ohmscher Elektroden auf einer Diamantschicht mit folgenden Schritten:
Dotieren von Bor in eine Oberfläche einer p-Typ halblei­ tenden Diamantschicht (2) mit einer Konzentration von 1,0*1019 cm-3 bis 1,8*1023 cm-3 zur Bildung eines Bor­ dotierten Belags (3); und
ausgewähltes Bilden von Elektroden (4) aus p-Typ Si auf dem Bor-dotierten Belag (3).
3. Verfahren zur Herstellung hitzebeständiger ohmscher Elektroden auf einer Diamantschicht gemäß Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Bor-dotierte Belag (3) mit­ tels eines Gasphasen-Syntheseverfahrens oder eines Ionenimplantationsverfahrens gebildet wird.
4. Verfahren zur Herstellung von hitzebeständigen Elektro­ den auf einer Diamantschicht gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hitzebehandlung bei einer Tempe­ ratur zwischen 300°C und 1200°C zwischen den Arbeitsgängen zur Bildung des Bor-dotierten Belags (3) und zur Bildung der Elektroden (4) aus p-Typ Si durchgeführt wird.
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