JP2836790B2 - ダイヤモンド薄膜へのオーミック電極形成方法 - Google Patents
ダイヤモンド薄膜へのオーミック電極形成方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/0405—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon
- H01L21/0425—Making electrodes
- H01L21/043—Ohmic electrodes
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、接触抵抗の小さいオ
ーミックな電極・ダイヤモンド薄膜接触が得られるよう
にした、ダイヤモンド薄膜へのオーミック電極形成方法
に関する。
ーミックな電極・ダイヤモンド薄膜接触が得られるよう
にした、ダイヤモンド薄膜へのオーミック電極形成方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは、硬度が高く、高熱伝導
率と耐熱性とを持つとともに耐放射線性、耐化学薬品性
などに優れている。そして、近年の気相合成技術の開発
により、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法によ
って薄膜ダイヤモンドが比較的容易に得られるようにな
り、ダイヤモンドコーティングされたスピーカ用振動板
や半導体デバイス用ヒートシンクなどが一部使用されて
いる。一方、ダイヤモンドは、電気的な絶縁体でありな
がら、Ｂ（ホウ素）などをドーピングすることにより半
導体としての性質を示し、Si（シリコン）、SiＣ（炭化
ケイ素）等に比較してバンドギャップが大きいことか
ら、これらによる半導体に比べ高温域での利用が可能に
なるものとして期待されている。このようなダイヤモン
ドの半導体デバイス用ヒートシンクや高温用半導体デバ
イスなどへの応用にあたり、アンドープのダイヤモンド
薄膜、半導体ダイヤモンド薄膜にオーミック電極を形成
する（オーミックなダイヤモンド・電極接触を得る）技
術の確立が技術的課題のひとつになっている。
率と耐熱性とを持つとともに耐放射線性、耐化学薬品性
などに優れている。そして、近年の気相合成技術の開発
により、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法によ
って薄膜ダイヤモンドが比較的容易に得られるようにな
り、ダイヤモンドコーティングされたスピーカ用振動板
や半導体デバイス用ヒートシンクなどが一部使用されて
いる。一方、ダイヤモンドは、電気的な絶縁体でありな
がら、Ｂ（ホウ素）などをドーピングすることにより半
導体としての性質を示し、Si（シリコン）、SiＣ（炭化
ケイ素）等に比較してバンドギャップが大きいことか
ら、これらによる半導体に比べ高温域での利用が可能に
なるものとして期待されている。このようなダイヤモン
ドの半導体デバイス用ヒートシンクや高温用半導体デバ
イスなどへの応用にあたり、アンドープのダイヤモンド
薄膜、半導体ダイヤモンド薄膜にオーミック電極を形成
する（オーミックなダイヤモンド・電極接触を得る）技
術の確立が技術的課題のひとつになっている。
【０００３】従来、ダイヤモンドへのオーミック電極形
成方法としては、次の２つの方法が知られている。第１
の従来方法は、バルク半導体ダイヤモンドの表面に、炭
化物を形成し易いTa（タンタル）等の金属からなる電極
を真空蒸着法などよって形成し、この電極に真空中で電
子ビームを照射してこれを加熱処理することにより、オ
ーミック電極を形成する方法である（A.T.Collins ほ
か，Diamond Research，p.19，1970）。さらに、上記の
電子ビームによる電極の加熱処理に代えて、その表面に
電極が形成された半導体ダイヤモンド、つまり試料全体
を真空容器内にて加熱処理することによりオーミック電
極を形成する方法である（Metallizationof Semiconduc
ting Diamond ，K.L.Moazedほか，Material Research S
ociety ，Boston，1989）。この第１の従来方法によれ
ば、オーミック電極形成メカニズムそのものは必ずしも
明確ではないが、半導体ダイヤモンド表面と炭化物を形
成し易い金属からなる電極との境界面に加熱処理によっ
て炭化物が形成されることにより、接触抵抗が小さくな
るものとされている。
成方法としては、次の２つの方法が知られている。第１
の従来方法は、バルク半導体ダイヤモンドの表面に、炭
化物を形成し易いTa（タンタル）等の金属からなる電極
を真空蒸着法などよって形成し、この電極に真空中で電
子ビームを照射してこれを加熱処理することにより、オ
ーミック電極を形成する方法である（A.T.Collins ほ
か，Diamond Research，p.19，1970）。さらに、上記の
電子ビームによる電極の加熱処理に代えて、その表面に
電極が形成された半導体ダイヤモンド、つまり試料全体
を真空容器内にて加熱処理することによりオーミック電
極を形成する方法である（Metallizationof Semiconduc
ting Diamond ，K.L.Moazedほか，Material Research S
ociety ，Boston，1989）。この第１の従来方法によれ
ば、オーミック電極形成メカニズムそのものは必ずしも
明確ではないが、半導体ダイヤモンド表面と炭化物を形
成し易い金属からなる電極との境界面に加熱処理によっ
て炭化物が形成されることにより、接触抵抗が小さくな
るものとされている。
【０００４】第２の従来方法は、半導体ダイヤモンド表
面の電極を形成すべき部分にAr（アルゴン）イオンを数
keＶ程度の電圧で加速して照射し、次いでこのArイオン
が照射された電極形成部分にAu（金）からなる電極を形
成してオーミック電極を形成するようにした方法である
（C.B.Child ほか，Fourth Annual SDIO/IST-ONR，Diam
ond Technology Initiative Symposium ，講演番号ThP
2，Crystal City，Virginia，1989）。この第２の従来
方法によれば、半導体ダイヤモンド表面の電極を形成す
べき部分がグラファイト化されることにより、オーミッ
ク電極が形成されるものとされている。
面の電極を形成すべき部分にAr（アルゴン）イオンを数
keＶ程度の電圧で加速して照射し、次いでこのArイオン
が照射された電極形成部分にAu（金）からなる電極を形
成してオーミック電極を形成するようにした方法である
（C.B.Child ほか，Fourth Annual SDIO/IST-ONR，Diam
ond Technology Initiative Symposium ，講演番号ThP
2，Crystal City，Virginia，1989）。この第２の従来
方法によれば、半導体ダイヤモンド表面の電極を形成す
べき部分がグラファイト化されることにより、オーミッ
ク電極が形成されるものとされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の従来方法では、ダイヤモンドとこの表面上に形成し
た炭化物を形成し易い金属からなる電極との境界面に加
熱処理によって炭化物を形成するようにした方法である
から、電極材料の種類が炭化物を形成し易い金属に限定
される。また、第２の従来方法では、ダイヤモンド表面
の電極を形成すべき部分を単にグラファイト化するよう
にした方法であるから、接触抵抗を小さくすることに限
界がある。この出願の発明は、上記の点に鑑みてなされ
たものであって、接触抵抗の小さいオーミックな電極・
ダイヤモンド薄膜接触を得ることができる、ダイヤモン
ド薄膜へのオーミック電極形成方法の提供を目的とす
る。
１の従来方法では、ダイヤモンドとこの表面上に形成し
た炭化物を形成し易い金属からなる電極との境界面に加
熱処理によって炭化物を形成するようにした方法である
から、電極材料の種類が炭化物を形成し易い金属に限定
される。また、第２の従来方法では、ダイヤモンド表面
の電極を形成すべき部分を単にグラファイト化するよう
にした方法であるから、接触抵抗を小さくすることに限
界がある。この出願の発明は、上記の点に鑑みてなされ
たものであって、接触抵抗の小さいオーミックな電極・
ダイヤモンド薄膜接触を得ることができる、ダイヤモン
ド薄膜へのオーミック電極形成方法の提供を目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願の請求項１の発明によるダイヤモンド薄膜へ
のオーミック電極形成方法は、ダイヤモンド薄膜表面の
電極を形成すべき部分に、イオン注入法によりＢイオン
をその注入量が10 13 〜10 16 ／cm 2 の範囲にて注入し、こ
れによって前記電極形成部分の表面付近に界面準位を形
成し、しかる後、このイオン注入された電極形成部分に
電極を形成することを特徴とする。
めに、本願の請求項１の発明によるダイヤモンド薄膜へ
のオーミック電極形成方法は、ダイヤモンド薄膜表面の
電極を形成すべき部分に、イオン注入法によりＢイオン
をその注入量が10 13 〜10 16 ／cm 2 の範囲にて注入し、こ
れによって前記電極形成部分の表面付近に界面準位を形
成し、しかる後、このイオン注入された電極形成部分に
電極を形成することを特徴とする。
【０００７】また、本願の請求項２の発明によるダイヤ
モンド薄膜へのオーミック電極形成方法は、ダイヤモン
ド薄膜表面の電極を形成すべき部分に、イオン注入法に
よりＢイオンをその注入量が10 13 〜10 16 ／cm 2 の範囲に
て注入し、これによって前記電極形成部分の表面付近に
界面準位を形成し、しかる後、このイオン注入された電
極形成部分に電極を形成し、次いでこのものを 400℃以
上の温度で加熱処理することを特徴とする。
モンド薄膜へのオーミック電極形成方法は、ダイヤモン
ド薄膜表面の電極を形成すべき部分に、イオン注入法に
よりＢイオンをその注入量が10 13 〜10 16 ／cm 2 の範囲に
て注入し、これによって前記電極形成部分の表面付近に
界面準位を形成し、しかる後、このイオン注入された電
極形成部分に電極を形成し、次いでこのものを 400℃以
上の温度で加熱処理することを特徴とする。
【０００８】
【作用】本願の請求項１及び２の発明による方法におい
ては、アンドープ、あるいはドーピングされたダイヤモ
ンド薄膜の表面の電極を形成すべき部分に、イオン注入
法（イオン打ち込み法）によりＢイオンがその注入量が
10 13 〜10 16 ／cm 2 の範囲にて注入され、これによって前
記電極形成部分の表面付近に格子欠陥が生じて界 面準位
が形成される。この場合、ダイヤモンド薄膜のSP3 結合
を構成するＣ−Ｃ共有結合は大きく、スパッタ法では所
望の界面準位が得られにくいため、スパッタ法に比べ大
きなエネルギーをＢイオンに与えられるイオン注入法を
採用している。
ては、アンドープ、あるいはドーピングされたダイヤモ
ンド薄膜の表面の電極を形成すべき部分に、イオン注入
法（イオン打ち込み法）によりＢイオンがその注入量が
10 13 〜10 16 ／cm 2 の範囲にて注入され、これによって前
記電極形成部分の表面付近に格子欠陥が生じて界 面準位
が形成される。この場合、ダイヤモンド薄膜のSP3 結合
を構成するＣ−Ｃ共有結合は大きく、スパッタ法では所
望の界面準位が得られにくいため、スパッタ法に比べ大
きなエネルギーをＢイオンに与えられるイオン注入法を
採用している。
【０００９】このイオン注入された電極形成部分に例え
ば金属電極を形成すると、上記の界面準位を介してダイ
ヤモンド薄膜から金属電極へ、金属電極からダイヤモン
ド薄膜へのキャリアの移動が可能になり、オーミックな
（オーム性を有する）電極・ダイヤモンド薄膜接触を得
ることができる。また、イオン注入により形成された上
記界面準位によってダイヤモンド薄膜表面におけるキャ
リアの表面再結合速度が増加することにより、電極とダ
イヤモンド薄膜間の接触抵抗が減少する。その結果、小
さい接触抵抗を有するオーミックな電極・ダイヤモンド
薄膜接触を実現することができる。
ば金属電極を形成すると、上記の界面準位を介してダイ
ヤモンド薄膜から金属電極へ、金属電極からダイヤモン
ド薄膜へのキャリアの移動が可能になり、オーミックな
（オーム性を有する）電極・ダイヤモンド薄膜接触を得
ることができる。また、イオン注入により形成された上
記界面準位によってダイヤモンド薄膜表面におけるキャ
リアの表面再結合速度が増加することにより、電極とダ
イヤモンド薄膜間の接触抵抗が減少する。その結果、小
さい接触抵抗を有するオーミックな電極・ダイヤモンド
薄膜接触を実現することができる。
【００１０】本願の請求項１及び２の発明による方法に
おいてイオンとして注入される好適な元素は、Ｂ（ホウ
素）が挙げられる。そして、このＢイオンの注入量（ド
ーズ量）は10 13 〜10 16 ／cm 2 の範囲がよい。Ｂイオンの
注入量がこの範囲よりも低い場合には接触抵抗値が十分
に低下せず、Ｂイオンの注入量がこの範囲を超える場合
には、ダイヤモンド表面のグラファイト化がより進行す
るために、接触抵抗値が高くなり、オーミック特性が劣
化する。
おいてイオンとして注入される好適な元素は、Ｂ（ホウ
素）が挙げられる。そして、このＢイオンの注入量（ド
ーズ量）は10 13 〜10 16 ／cm 2 の範囲がよい。Ｂイオンの
注入量がこの範囲よりも低い場合には接触抵抗値が十分
に低下せず、Ｂイオンの注入量がこの範囲を超える場合
には、ダイヤモンド表面のグラファイト化がより進行す
るために、接触抵抗値が高くなり、オーミック特性が劣
化する。
【００１１】また、請求項２の発明による方法において
は、電極とダイヤモンド薄膜間の接触抵抗をより小さく
するために、ダイヤモンド薄膜表面の電極を形成すべき
部分に、イオン注入法によりＢイオンをその注入量が10
13 〜10 16 ／cm 2 の範囲にて注入し、これによって前記電
極形成部分の表面付近に界面準位を形成し、しかる後、
このイオン注入された電極形成部分に電極を形成し、次
いでこのものを 400℃以上の温度で加熱処理するように
している。
は、電極とダイヤモンド薄膜間の接触抵抗をより小さく
するために、ダイヤモンド薄膜表面の電極を形成すべき
部分に、イオン注入法によりＢイオンをその注入量が10
13 〜10 16 ／cm 2 の範囲にて注入し、これによって前記電
極形成部分の表面付近に界面準位を形成し、しかる後、
このイオン注入された電極形成部分に電極を形成し、次
いでこのものを 400℃以上の温度で加熱処理するように
している。
【００１２】この場合、ダイヤモンド薄膜にＢイオンを
注入してから例えば金属電極を形成し、このダイヤモン
ド薄膜に金属電極が形成されたものを加熱処理すると、
イオン注入したＢが活性化される。活性化されたＢの数
が1020／cm3 程度になると、ダイヤモンド薄膜における
その表面付近にｐ+ 層が形成される。このｐ+ 層は強く
縮退しているため、金属電極とｐ+ 層との間に形成され
る空乏層の幅が狭くなり、キャリアが金属電極からｐ+
層へ、ｐ+ 層から金属電極へトンネリングで通過できる
ようになり、電極・ダイヤモンド薄膜間の接触抵抗がよ
り小さくなる。なお、加熱処理温度としてはイオン注入
されたＢが活性化されて接触抵抗減少効果を得るために
400℃以上が適当であり、上限値としては1000℃程度が
望ましい。
注入してから例えば金属電極を形成し、このダイヤモン
ド薄膜に金属電極が形成されたものを加熱処理すると、
イオン注入したＢが活性化される。活性化されたＢの数
が1020／cm3 程度になると、ダイヤモンド薄膜における
その表面付近にｐ+ 層が形成される。このｐ+ 層は強く
縮退しているため、金属電極とｐ+ 層との間に形成され
る空乏層の幅が狭くなり、キャリアが金属電極からｐ+
層へ、ｐ+ 層から金属電極へトンネリングで通過できる
ようになり、電極・ダイヤモンド薄膜間の接触抵抗がよ
り小さくなる。なお、加熱処理温度としてはイオン注入
されたＢが活性化されて接触抵抗減少効果を得るために
400℃以上が適当であり、上限値としては1000℃程度が
望ましい。
【００１３】
以下の手順により、ｐ型半導体ダイヤモンド薄膜へのオ
ーミック電極の形成を行った。図１は本願発明に係るオ
ーミック電極形成プロセスの説明図である。 （１） 基板には多結晶Al2O3 基板（純度99.3％，厚み
0.5mm，寸法20×10mm）を用い、その表面を平均粒径0.
25μｍのダイヤモンド・ペーストで約１時間バフ研磨し
た。このAl2O3 基板１上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ
装置を用いて、膜厚 1.5〜３μｍの、Ｂドープの多結晶
のｐ型半導体ダイヤモンド薄膜２を合成した。反応ガス
は、CH4 とH2との混合ガス（CH4 濃度： 0.5％）に、Ｂ
のドーピングガスとしてのジボランB2H6ガス（H2希釈）
を総ガス流量 100cc／分(sccm)に対してその濃度が0.1p
pmとなるように添加したものを用いた。また、成膜時間
は７〜14時間とした。
ーミック電極の形成を行った。図１は本願発明に係るオ
ーミック電極形成プロセスの説明図である。 （１） 基板には多結晶Al2O3 基板（純度99.3％，厚み
0.5mm，寸法20×10mm）を用い、その表面を平均粒径0.
25μｍのダイヤモンド・ペーストで約１時間バフ研磨し
た。このAl2O3 基板１上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ
装置を用いて、膜厚 1.5〜３μｍの、Ｂドープの多結晶
のｐ型半導体ダイヤモンド薄膜２を合成した。反応ガス
は、CH4 とH2との混合ガス（CH4 濃度： 0.5％）に、Ｂ
のドーピングガスとしてのジボランB2H6ガス（H2希釈）
を総ガス流量 100cc／分(sccm)に対してその濃度が0.1p
pmとなるように添加したものを用いた。また、成膜時間
は７〜14時間とした。
【００１４】（２） Al2O3 基板１上にｐ型半導体ダイ
ヤモンド薄膜２が合成されたものをダイシングソーで寸
法５×５mmに切断した後、これを80℃の硫酸中で約５分
間加熱して有機物を除去してから純水で洗浄した。その
後、ＲＣＡ洗浄（洗浄液：H2O2＋NH3OH ＋H2O ，H2O2＋
HCl ＋H2O ）を各５分間ずつ行って重金属，アルカリ成
分を除去し、このＲＣＡ洗浄されたものを純水で洗浄し
てからオーブンを用いて120℃で５分間加熱して乾燥さ
せた。 （３） 上記の洗浄処理後、ｐ型半導体ダイヤモンド薄
膜２の表面にフォトレジスト３を塗布した（図１の
（ａ））。次いで、後述する電極パターン図の図４に示
すような電極パターンの像をフォトレジスト３に転写し
て現像を行い、電極を形成すべき部分、つまり電極形成
部分のフォトレジストを除去してコンタクト窓を開けた
（図１の（ｂ））。なお、理解を容易にするため、図１
の（ｂ）には、図４に示す電極パターンのうちのひとつ
の電極形成部分を示している。
ヤモンド薄膜２が合成されたものをダイシングソーで寸
法５×５mmに切断した後、これを80℃の硫酸中で約５分
間加熱して有機物を除去してから純水で洗浄した。その
後、ＲＣＡ洗浄（洗浄液：H2O2＋NH3OH ＋H2O ，H2O2＋
HCl ＋H2O ）を各５分間ずつ行って重金属，アルカリ成
分を除去し、このＲＣＡ洗浄されたものを純水で洗浄し
てからオーブンを用いて120℃で５分間加熱して乾燥さ
せた。 （３） 上記の洗浄処理後、ｐ型半導体ダイヤモンド薄
膜２の表面にフォトレジスト３を塗布した（図１の
（ａ））。次いで、後述する電極パターン図の図４に示
すような電極パターンの像をフォトレジスト３に転写し
て現像を行い、電極を形成すべき部分、つまり電極形成
部分のフォトレジストを除去してコンタクト窓を開けた
（図１の（ｂ））。なお、理解を容易にするため、図１
の（ｂ）には、図４に示す電極パターンのうちのひとつ
の電極形成部分を示している。
【００１５】（４） フォトレジスト３が除去された電
極形成部分に、Ｂイオンをイオン注入装置を用いてｐ型
半導体ダイヤモンド薄膜２の表面付近に界面準位が形成
されるように注入した（図１の（ｃ））。Ｂイオンのド
ーズ量は1013〜1016／cm2 （ions／cm2 ）、加速電圧は
60keＶ、注入温度は常温とした。 （５） Ｂイオン注入後、全面にPt（白金）膜をＲＦス
パッタ装置を用いて蒸着した（図１の（ｄ））後、フォ
トエッチング（リフトオフ）によって不要部分のフォト
レジスト及びPt膜を除去して、図１の（ｅ）においては
符号OCで示されるPt電極を形成した（図１の（ｅ））。
ＲＦスパッタ装置による条件は、入力パワー： 100Ｗ，
Arガス圧：10-2Torr，ガス流量：10cc／分(sccm)，成膜
時間：30分であり、Pt電極の厚みは約2000Åである。
極形成部分に、Ｂイオンをイオン注入装置を用いてｐ型
半導体ダイヤモンド薄膜２の表面付近に界面準位が形成
されるように注入した（図１の（ｃ））。Ｂイオンのド
ーズ量は1013〜1016／cm2 （ions／cm2 ）、加速電圧は
60keＶ、注入温度は常温とした。 （５） Ｂイオン注入後、全面にPt（白金）膜をＲＦス
パッタ装置を用いて蒸着した（図１の（ｄ））後、フォ
トエッチング（リフトオフ）によって不要部分のフォト
レジスト及びPt膜を除去して、図１の（ｅ）においては
符号OCで示されるPt電極を形成した（図１の（ｅ））。
ＲＦスパッタ装置による条件は、入力パワー： 100Ｗ，
Arガス圧：10-2Torr，ガス流量：10cc／分(sccm)，成膜
時間：30分であり、Pt電極の厚みは約2000Åである。
【００１６】このようにしてAl2O3 基板１に合成された
ｐ型半導体ダイヤモンド薄膜２の表面にPt電極を形成し
た後、Pt電極・ｐ型半導体ダイヤモンド薄膜間の接触抵
抗Rc及び電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を測定した。測
定結果の説明に先立ち、以後の実施例にも共通する、接
触抵抗Rcの測定手順について、図４及び接触抵抗Rcの測
定手順の説明図の図５に基づいて以下に説明する。
ｐ型半導体ダイヤモンド薄膜２の表面にPt電極を形成し
た後、Pt電極・ｐ型半導体ダイヤモンド薄膜間の接触抵
抗Rc及び電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を測定した。測
定結果の説明に先立ち、以後の実施例にも共通する、接
触抵抗Rcの測定手順について、図４及び接触抵抗Rcの測
定手順の説明図の図５に基づいて以下に説明する。
【００１７】図４において、符号M1〜M5はそれぞれ電極
（この実施例では上記のPt電極）であり、各電極M1〜M5
は、 300μｍの幅寸法Ｗと 120μｍの長さとを有してお
り、図に示すような間隔寸法を設けた電極パターンに
て、ダイヤモンド薄膜Ｄ（この実施例では上記のｐ型半
導体ダイヤモンド薄膜）表面に形成されている。この電
極パターンは、電極・ダイヤモンド薄膜間の接触抵抗Rc
の測定に広く用いられるＴＬＭ（Transmission Line Mo
del ）パターンと呼ばれている。
（この実施例では上記のPt電極）であり、各電極M1〜M5
は、 300μｍの幅寸法Ｗと 120μｍの長さとを有してお
り、図に示すような間隔寸法を設けた電極パターンに
て、ダイヤモンド薄膜Ｄ（この実施例では上記のｐ型半
導体ダイヤモンド薄膜）表面に形成されている。この電
極パターンは、電極・ダイヤモンド薄膜間の接触抵抗Rc
の測定に広く用いられるＴＬＭ（Transmission Line Mo
del ）パターンと呼ばれている。
【００１８】まず、電極M1と電極M2とに探針を点接触し
てこの間の抵抗（Ω）を測定し、この抵抗値Ｒ10を、横
軸を長さＬ（μｍ）、縦軸を抵抗Ｒ（Ω）とする図５に
示すように、Ｌ＝10μｍに対応させてプロットする。次
に、電極M2と電極M3とに探針を点接触して測定されたこ
の間の抵抗値Ｒ20を、Ｌ＝20μｍに対応させてプロット
する。以下、同様にして、電極M3・電極M4間における抵
抗値Ｒ30、電極M4・電極M5間における抵抗値Ｒ50を測定
してプロットする。そして、図５に示すように、プロッ
トされた上記各抵抗値を結ぶ直線を延長して、抵抗Ｒ＝
０における長さ寸法Lt（μｍ）を求めるともに、長さＬ
＝０における抵抗値Rt（Ω）を求める。この抵抗値Rt
（Ω），長さ寸法Lt（μｍ）および電極の幅寸法Ｗ（ 3
00μｍ）から、接触抵抗Rc（Ωcm2 ）をRc＝Rt・Lt・Ｗ
／４にて求めるようにしている。なお、測定は室温（24
℃程度）にて行った。
てこの間の抵抗（Ω）を測定し、この抵抗値Ｒ10を、横
軸を長さＬ（μｍ）、縦軸を抵抗Ｒ（Ω）とする図５に
示すように、Ｌ＝10μｍに対応させてプロットする。次
に、電極M2と電極M3とに探針を点接触して測定されたこ
の間の抵抗値Ｒ20を、Ｌ＝20μｍに対応させてプロット
する。以下、同様にして、電極M3・電極M4間における抵
抗値Ｒ30、電極M4・電極M5間における抵抗値Ｒ50を測定
してプロットする。そして、図５に示すように、プロッ
トされた上記各抵抗値を結ぶ直線を延長して、抵抗Ｒ＝
０における長さ寸法Lt（μｍ）を求めるともに、長さＬ
＝０における抵抗値Rt（Ω）を求める。この抵抗値Rt
（Ω），長さ寸法Lt（μｍ）および電極の幅寸法Ｗ（ 3
00μｍ）から、接触抵抗Rc（Ωcm2 ）をRc＝Rt・Lt・Ｗ
／４にて求めるようにしている。なお、測定は室温（24
℃程度）にて行った。
【００１９】上記測定手順に従ってPt電極・ｐ型半導体
ダイヤモンド薄膜間の接触抵抗Rcを測定した。その結果
を、請求項１の発明に係る接触抵抗測定結果の一例を示
す図の図２に示す。なお、比較のためＢイオンを注入す
ることなくPt電極を形成したものについてもその接触抵
抗Rcを測定した。この場合の接触抵抗Rcは 500Ωcm2 程
度であった。これに対して、この実施例によれば、図２
から判るように、接触抵抗Rcを大幅に減少させることが
できた。特にＢイオンのドーズ量が1014／cm2 以上の範
囲では、Ｂイオンを注入しない場合と比較して接触抵抗
Rcは一桁以上小さくなっている。電流−電圧特性はいず
れも直線となり、オーミックなPt電極・ｐ型半導体ダイ
ヤモンド薄膜接触を得ることができた。なお、Ｂイオン
ドーズ量が1016／cm2の場合には、作製中の観察から、
ｐ型半導体ダイヤモンド薄膜の表面が黒化しグラファイ
ト化されることが見出された。
ダイヤモンド薄膜間の接触抵抗Rcを測定した。その結果
を、請求項１の発明に係る接触抵抗測定結果の一例を示
す図の図２に示す。なお、比較のためＢイオンを注入す
ることなくPt電極を形成したものについてもその接触抵
抗Rcを測定した。この場合の接触抵抗Rcは 500Ωcm2 程
度であった。これに対して、この実施例によれば、図２
から判るように、接触抵抗Rcを大幅に減少させることが
できた。特にＢイオンのドーズ量が1014／cm2 以上の範
囲では、Ｂイオンを注入しない場合と比較して接触抵抗
Rcは一桁以上小さくなっている。電流−電圧特性はいず
れも直線となり、オーミックなPt電極・ｐ型半導体ダイ
ヤモンド薄膜接触を得ることができた。なお、Ｂイオン
ドーズ量が1016／cm2の場合には、作製中の観察から、
ｐ型半導体ダイヤモンド薄膜の表面が黒化しグラファイ
ト化されることが見出された。
【００２０】〔第２実施例〕 第１実施例と同じ条件、同じ手順にてAl2O3 基板に合成
されたｐ型半導体ダイヤモンド薄膜の表面にPt電極を形
成した後、この試料を真空容器内にて真空加熱処理し
た。真空度は１×10-5Torr以下とし、 800℃で30分間
（ 800℃×30分）加熱して加熱処理を施した。加熱処理
後、上述した測定手順に従って、Pt電極・ｐ型半導体ダ
イヤモンド薄膜間の接触抵抗Rcを測定した。その結果
を、請求項２の発明に係る接触抵抗測定結果の一例を示
す図の図３に黒丸印●にて示す。なお、比較のため加熱
処理を行わない場合における接触抵抗Rcをも測定し、こ
れを白丸印○にて図３に示している。
されたｐ型半導体ダイヤモンド薄膜の表面にPt電極を形
成した後、この試料を真空容器内にて真空加熱処理し
た。真空度は１×10-5Torr以下とし、 800℃で30分間
（ 800℃×30分）加熱して加熱処理を施した。加熱処理
後、上述した測定手順に従って、Pt電極・ｐ型半導体ダ
イヤモンド薄膜間の接触抵抗Rcを測定した。その結果
を、請求項２の発明に係る接触抵抗測定結果の一例を示
す図の図３に黒丸印●にて示す。なお、比較のため加熱
処理を行わない場合における接触抵抗Rcをも測定し、こ
れを白丸印○にて図３に示している。
【００２１】この実施例によれば、図３から判るよう
に、Ｂイオンのドーズ量の全範囲において、加熱処理を
行わない場合と比較して、接触抵抗Rcをさらに大幅に減
少させることができた。これは加熱処理することによ
り、注入されたＢイオンが活性化されてｐ型半導体ダイ
ヤモンド薄膜におけるその表面付近にｐ+ 層が形成され
たためと考えられる。また、電極・ｐ型半導体ダイヤモ
ンド薄膜間の電流−電圧特性はいずれも直線となり、接
触抵抗Rcがより小さいオーミックなPt電極・ｐ型半導体
ダイヤモンド薄膜接触を得ることができた。
に、Ｂイオンのドーズ量の全範囲において、加熱処理を
行わない場合と比較して、接触抵抗Rcをさらに大幅に減
少させることができた。これは加熱処理することによ
り、注入されたＢイオンが活性化されてｐ型半導体ダイ
ヤモンド薄膜におけるその表面付近にｐ+ 層が形成され
たためと考えられる。また、電極・ｐ型半導体ダイヤモ
ンド薄膜間の電流−電圧特性はいずれも直線となり、接
触抵抗Rcがより小さいオーミックなPt電極・ｐ型半導体
ダイヤモンド薄膜接触を得ることができた。
【００２２】なお、電極材料としては、上記各実施例で
はPtを使用したがこれに限定されるものではなく、Au，
TaSi 2 などの導電性金属材料、ポリ（Poly）Siなどの導
電性非金属材料でもよい。また、加熱処理に際しては、
Ar，N 2 雰囲気などの非酸化性雰囲気で行えばよい。
はPtを使用したがこれに限定されるものではなく、Au，
TaSi 2 などの導電性金属材料、ポリ（Poly）Siなどの導
電性非金属材料でもよい。また、加熱処理に際しては、
Ar，N 2 雰囲気などの非酸化性雰囲気で行えばよい。
【００２３】
【発明の効果】請求項１の発明によるダイヤモンド薄膜
へのオーミック電極形成方法によると、ダイヤモンド薄
膜表面の電極を形成すべき部分に、イオン注入法により
Ｂイオンをその注入量が10 13 〜10 16 ／cm 2 の範囲にて注
入し、これによって前記電極形成部分の表面付近に界面
準位を形成し、しかる後、このイオン注入された電極形
成部分に電極を形成するようにしたので、イオン注入に
よって形成された界面準位を介して電極・ダイヤモンド
薄膜間のキャリアの移動が可能になり、オーミックな電
極・ダイヤモンド薄膜接触を得ることができる。また、
この界面準位によってダイヤモンド薄膜表面におけるキ
ャリアの表面再結合速度が増加することにより電極・ダ
イヤモンド薄膜間の接触抵抗が減少する。これにより、
接触抵抗の小さいオーミックな電極・ダイヤモンド薄膜
接触を得ることができる。
へのオーミック電極形成方法によると、ダイヤモンド薄
膜表面の電極を形成すべき部分に、イオン注入法により
Ｂイオンをその注入量が10 13 〜10 16 ／cm 2 の範囲にて注
入し、これによって前記電極形成部分の表面付近に界面
準位を形成し、しかる後、このイオン注入された電極形
成部分に電極を形成するようにしたので、イオン注入に
よって形成された界面準位を介して電極・ダイヤモンド
薄膜間のキャリアの移動が可能になり、オーミックな電
極・ダイヤモンド薄膜接触を得ることができる。また、
この界面準位によってダイヤモンド薄膜表面におけるキ
ャリアの表面再結合速度が増加することにより電極・ダ
イヤモンド薄膜間の接触抵抗が減少する。これにより、
接触抵抗の小さいオーミックな電極・ダイヤモンド薄膜
接触を得ることができる。
【００２４】請求項２の発明によるダイヤモンド薄膜へ
のオーミック電極形成方法によると、ダイヤモンド薄膜
表面の電極を形成すべき部分に、イオン注入法によりＢ
イオンをその注入量が10 13 〜10 16 ／cm 2 の範囲にて注入
し、これによって前記電極形成部分の表面付近に界面準
位を形成し、しかる後、このイオン注入された電極形成
部分に電極を形成し、次いでこのものを 400℃以上の温
度で加熱処理するようにしたので、イオン注入されたＢ
が活性化されてダイヤモンド薄膜におけるその表面付近
にｐ + 層が形成され、キャリアが電極・ｐ + 層間をトン
ネリングで通過でき、これによって電極・ダイヤモンド
薄膜間の接触抵抗がより小さくなり、接触抵抗のより小
さいオーミックな電極・ダイヤモンド薄膜接触を得るこ
とができる。
のオーミック電極形成方法によると、ダイヤモンド薄膜
表面の電極を形成すべき部分に、イオン注入法によりＢ
イオンをその注入量が10 13 〜10 16 ／cm 2 の範囲にて注入
し、これによって前記電極形成部分の表面付近に界面準
位を形成し、しかる後、このイオン注入された電極形成
部分に電極を形成し、次いでこのものを 400℃以上の温
度で加熱処理するようにしたので、イオン注入されたＢ
が活性化されてダイヤモンド薄膜におけるその表面付近
にｐ + 層が形成され、キャリアが電極・ｐ + 層間をトン
ネリングで通過でき、これによって電極・ダイヤモンド
薄膜間の接触抵抗がより小さくなり、接触抵抗のより小
さいオーミックな電極・ダイヤモンド薄膜接触を得るこ
とができる。
【図１】本願発明に係るオーミック電極形成プロセスの
説明図である。
説明図である。
【図２】請求項１の発明に係る接触抵抗測定結果の一例
を示す図である。
を示す図である。
【図３】請求項２の発明に係る接触抵抗測定結果の一例
を示す図である。
を示す図である。
【図４】本願発明の実施例における電極パターン図であ
る。
る。
【図５】本願発明の実施例における接触抵抗の測定手順
の説明図である。
の説明図である。
１…Al2O3 基板 ２…ｐ型半導体ダイヤモンド薄膜 ３
…フォトレジスト OC…Pt電極 M1〜M5…電極 Ｄ…ダイヤモンド薄膜
…フォトレジスト OC…Pt電極 M1〜M5…電極 Ｄ…ダイヤモンド薄膜
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−211917（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−208821（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−12945（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−123271（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−305445（ＪＰ，Ａ) 「半導体ハンドブック」第２版（昭 52．11．30）オーム社，ｐ．268〜269
Claims (2)
- 【請求項１】 ダイヤモンド薄膜表面の電極を形成すべ
き部分に、イオン注入法によりＢイオンをその注入量が
10 13 〜10 16 ／cm 2 の範囲にて注入し、これによって前記
電極形成部分の表面付近に界面準位を形成し、しかる
後、このイオン注入された電極形成部分に電極を形成す
ることを特徴とするダイヤモンド薄膜へのオーミック電
極形成方法。 - 【請求項２】 ダイヤモンド薄膜表面の電極を形成すべ
き部分に、イオン注入法によりＢイオンをその注入量が
10 13 〜10 16 ／cm 2 の範囲にて注入し、これによって前記
電極形成部分の表面付近に界面準位を形成し、しかる
後、このイオン注入された電極形成部分に電極を形成
し、次いでこのものを 400℃以上の温度で加熱処理する
ことを特徴とするダイヤモンド薄膜へのオーミック電極
形成方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3000716A JP2836790B2 (ja) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | ダイヤモンド薄膜へのオーミック電極形成方法 |
| US07/816,722 US5306529A (en) | 1991-01-08 | 1992-01-03 | Process for forming an ohmic electrode on a diamond film involving heating in a vacuum atmosphere |
| GB9200326A GB2252670B (en) | 1991-01-08 | 1992-01-08 | Formation of ohmic electrode to diamond film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3000716A JP2836790B2 (ja) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | ダイヤモンド薄膜へのオーミック電極形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04242922A JPH04242922A (ja) | 1992-08-31 |
| JP2836790B2 true JP2836790B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=11481484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3000716A Expired - Fee Related JP2836790B2 (ja) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | ダイヤモンド薄膜へのオーミック電極形成方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5306529A (ja) |
| JP (1) | JP2836790B2 (ja) |
| GB (1) | GB2252670B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05102068A (ja) * | 1991-10-11 | 1993-04-23 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンドを用いた電子デバイスの電極形成方法 |
| JPH05299635A (ja) * | 1992-04-23 | 1993-11-12 | Kobe Steel Ltd | 耐熱性オーミック電極を備えたダイヤモンド薄膜及びその製造方法 |
| US5382809A (en) * | 1992-09-14 | 1995-01-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor device including semiconductor diamond |
| US5463271A (en) * | 1993-07-09 | 1995-10-31 | Silicon Video Corp. | Structure for enhancing electron emission from carbon-containing cathode |
| JP3334286B2 (ja) * | 1993-09-30 | 2002-10-15 | ソニー株式会社 | ダイアモンド半導体の製造方法 |
| US5713775A (en) * | 1995-05-02 | 1998-02-03 | Massachusetts Institute Of Technology | Field emitters of wide-bandgap materials and methods for their fabrication |
| US5855967A (en) * | 1995-11-29 | 1999-01-05 | Epion Corporation | Method of protecting surfaces on diamond, diamondlike carbon or carbon |
| JP2000508110A (ja) * | 1996-04-01 | 2000-06-27 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニヴァーシティー オブ カリフォルニア | イオン注入を用いた仕事関数の変更方法 |
| US6013980A (en) * | 1997-05-09 | 2000-01-11 | Advanced Refractory Technologies, Inc. | Electrically tunable low secondary electron emission diamond-like coatings and process for depositing coatings |
| US6323046B1 (en) | 1998-08-25 | 2001-11-27 | Micron Technology, Inc. | Method and apparatus for endpointing a chemical-mechanical planarization process |
| US6452338B1 (en) | 1999-12-13 | 2002-09-17 | Semequip, Inc. | Electron beam ion source with integral low-temperature vaporizer |
| KR100644929B1 (ko) * | 2004-03-04 | 2006-11-13 | 한국원자력연구소 | 이온주입과 열처리에 의한 발색된 다이아몬드의 제조방법 |
| US7165830B2 (en) * | 2004-05-14 | 2007-01-23 | Lexmark International, Inc. | Resistor protective layer for micro-fluid ejection devices |
| JP2006041498A (ja) * | 2004-06-24 | 2006-02-09 | Showa Denko Kk | 反射性正極およびそれを用いた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| DE102005019418B4 (de) * | 2005-04-25 | 2007-03-15 | Krohne Messtechnik Gmbh & Co. Kg | Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät und Verfahren zur Herstellung eines magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts |
| DE102006023916A1 (de) * | 2006-05-19 | 2007-11-22 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät |
| WO2011010654A1 (ja) * | 2009-07-22 | 2011-01-27 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 半導体ダイヤモンドデバイス用オーミック電極 |
| JP6257459B2 (ja) * | 2014-06-23 | 2018-01-10 | 株式会社東芝 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP6466197B2 (ja) * | 2015-02-19 | 2019-02-06 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 半導体−金属複合材料及びその製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4296144A (en) * | 1980-04-23 | 1981-10-20 | Rca Corporation | Ion implanted stylus |
| JPS59188860A (ja) * | 1983-04-08 | 1984-10-26 | Victor Co Of Japan Ltd | 静電容量値の変化検出型再生針 |
| JPS59208821A (ja) * | 1983-05-13 | 1984-11-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 気相合成によるダイヤモンド半導体およびその製造方法 |
| IL79107A (en) * | 1985-06-17 | 1989-03-31 | De Beers Ind Diamond | Ion implantation in crystalline substrate |
| ZA874362B (en) * | 1986-06-20 | 1988-02-24 | De Beers Ind Diamond | Forming contacts on diamonds |
| JP2664056B2 (ja) * | 1987-08-10 | 1997-10-15 | 住友電気工業株式会社 | 薄膜単結晶基板 |
| US5006914A (en) * | 1988-12-02 | 1991-04-09 | Advanced Technology Materials, Inc. | Single crystal semiconductor substrate articles and semiconductor devices comprising same |
| JP2814503B2 (ja) * | 1988-12-05 | 1998-10-22 | 松下電器産業株式会社 | 単結晶ダイアモンド膜複合体の製造方法 |
| US5075764A (en) * | 1989-06-22 | 1991-12-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Diamond electric device and manufacturing method for the same |
| US5068020A (en) * | 1989-07-10 | 1991-11-26 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Coated substrates and process |
| CA2021020A1 (en) * | 1989-07-13 | 1991-01-14 | Johan Frans Prins | Diamond diode structure |
| US5087322A (en) * | 1990-10-24 | 1992-02-11 | Cornell Research Foundation, Inc. | Selective metallization for high temperature semiconductors |
-
1991
- 1991-01-08 JP JP3000716A patent/JP2836790B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-01-03 US US07/816,722 patent/US5306529A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-01-08 GB GB9200326A patent/GB2252670B/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「半導体ハンドブック」第２版（昭５２．１１．３０）オーム社，ｐ．２６８〜２６９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2252670A (en) | 1992-08-12 |
| GB9200326D0 (en) | 1992-02-26 |
| JPH04242922A (ja) | 1992-08-31 |
| GB2252670B (en) | 1995-01-11 |
| US5306529A (en) | 1994-04-26 |
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