JP7096143B2 - ダイヤモンド半導体基板の製造方法 - Google Patents
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Description
ダイヤモンド基板にイオン注入を行うこと、
前記イオン注入が行われたダイヤモンド基板の表面に、カーボン層を形成すること、並びに
前記カーボン層を形成したダイヤモンド基板を、式(1):
-4/5×X+1420≦Y≦-4/5×X+1512 (1)
(式中、前記Xは熱処理温度であり、前記Yは熱処理時間であり、前記X及びYの範囲は、1600℃≦X≦1880℃、及び8分間≦Y≦140分間である)
を満たす条件で熱処理することを含む、ダイヤモンド半導体基板の製造方法
を対象とする。
ダイヤモンド基板、前記ダイヤモンド基板上の5×1015~5×1017/cm3のAl濃度を有するAlイオン注入層、及び前記Alイオン注入層中の5×1015~1×1021/cm3のB濃度を有するBイオン注入層を含む、ダイヤモンド半導体基板
を対象とする。
-4/5×X+1420≦Y≦-4/5×X+1512 (1)
(式中、前記Xは熱処理温度であり、前記Yは熱処理時間であり、前記X及びYの範囲は、1600℃≦X≦1880℃、及び8分間≦Y≦140分間である)
を満たす条件で熱処理することを含む、ダイヤモンド半導体基板の製造方法を対象とする。
でフィッティングを行い、アクセプタ濃度(NA)を算出することができる。
-4/5×X+1420≦Y≦-4/5×X+1512 (1)
(式中、前記Xは熱処理温度であり、前記Yは熱処理時間であり、前記X及びYの範囲は、1600℃≦X≦1880℃、及び8分間≦Y≦140分間である)
を満たす範囲である。
Ar雰囲気の大気圧下でのCVD法にて形成した(001)面方位を有する合成ダイヤモンドの単結晶基板を、熱混酸(硫酸と硝酸の混合液、温度200℃)処理する。これにより、表面の黒鉛を除去した清浄な表面を持ったダイヤモンド基板を得た。
熱処理条件を1700℃、120分間にしたこと以外は実施例1と同じ方法で熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、χmin及び比抵抗値を測定し、黒鉛化有無を判断した。
熱処理条件を1700℃、10分間にしたこと以外は実施例1と同じ方法で熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、χmin及び比抵抗値を測定し、黒鉛化有無を判断した。
熱処理条件を1700℃、30分間にしたこと以外は実施例1と同じ方法で熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、χmin及び比抵抗値を測定し、黒鉛化有無を判断した。
熱処理条件を1700℃、60分間にしたこと以外は実施例1と同じ方法で熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、黒鉛化有無を判断した。
熱処理条件を1850℃、10分間にしたこと以外は実施例1と同じ方法で熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、比抵抗値を測定し、黒鉛化有無を判断した。
熱処理条件として、熱処理温度を1850℃とし、熱処理時間を90分間、120分間にしたこと以外は実施例1と同じ方法で熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、黒鉛化有無を判断した。
熱処理条件として、熱処理温度を2000℃とし、熱処理時間を10分間、120分間にしたこと以外は実施例1と同じ方法で熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、黒鉛化有無を判断した。
カーボンキャップを形成せず、熱処理条件を1700℃、30分間にしたこと以外は実施例1と同じ方法で熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、χmin及び比抵抗値を測定し、黒鉛化有無を判断した。
カーボンキャップを形成せず、熱処理条件を1500℃、60分間にしたこと以外は実施例1と同じ方法で熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、χmin及び比抵抗値を測定し、黒鉛化有無を判断した。
比較例7として、非特許文献1から引用した1600℃、120分間熱処理して得られたダイヤモンド単結晶基板を示す。本例のダイヤモンド単結晶基板は、カーボンキャップを形成せず、熱処理条件を1600℃、120分間にしたこと以外は実施例1と同じ方法で熱処理したダイヤモンド単結晶基板に相当する。
カーボンキャップを形成せず、熱処理条件を1450℃、30分間にしたこと以外は実施例1と同じ方法で熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、χminを測定し、黒鉛化有無を判断した。
実施例4並びに比較例7及び8で得られたダイヤモンド基板のイオン注入層におけるχminとドーピング効率NA/p(%)との関係を、表2及び図11に示す。NAはアクセプタ濃度であり、pは注入イオン濃度である。Hall測定(van der Pauw法)によりキャリア濃度の測定温度依存性を測定し、得られた結果を以下の中性方程式:
(式中、kBはボルツマン定数、NVは有効状態密度、gはドーパント(アクセプタ)の準位の縮退度、Tは絶対温度(K)、NAはアクセプタ濃度、NDはドナー濃度、pはキャリア濃度(ホール濃度)、EAはドーパント(アクセプタ)のイオン化エネルギー(活性化エネルギー)である)
でフィッティングを行い、アクセプタ濃度(NA)を算出した。
Ar雰囲気の大気圧下でのCVDで合成した(001)2°オフ単結晶ダイヤモンド基板に、CH4ガス30sccm、H2ガス500sccm、成膜温度900~1000℃、雰囲気圧力100Torrの条件のプラズマCVD法を用いて、2μm厚の、ノンドープ単結晶ダイヤモンド層を形成した。
熱処理温度を1800℃、1850℃にしたこと以外は、実施例7と同じ方法で、熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、χmin及び黒鉛化有無を判断した。
熱処理温度を500℃にしたこと以外は、実施例7と同じ方法で、熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、χmin及び黒鉛化有無を判断した。
Alイオン濃度が5×1017/cm3、1×1019/cm3、1×1020/cm3、及び5×1020/cm3のイオン注入層を形成したこと以外は、実施例7と同じ方法で、熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、χminを測定した。
ノンドープ単結晶ダイヤモンド層に、イオン注入法を用いて500℃で多段注入を行い、厚さが0.2μmでBイオン濃度が5×1015/cm3のイオン注入層を形成したこと以外は、実施例7と同じ方法で、熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、χminを測定した。
Bイオン濃度が5×1019/cm3、5×1020/cm3、及び1×1021/cm3のイオン注入層を形成したこと以外は、実施例14と同じ方法で、熱処理したダイヤモンド単結晶基板を得て、χminを測定した。
実施例7と同様に、ダイヤモンド基板上のノンドープ単結晶ダイヤモンド層11上に、厚さが2μmでAlイオン濃度が5×1017/cm3のAlイオン注入層22を形成した。
本開示の方法を用いてダイヤモンド半導体素子を作製する方法の一例を示す。
本開示の方法を用いて別の素子構造を有するダイヤモンド半導体素子を作製する方法の一例を示す。
Hall測定用素子を作製する為、実施例7と同様に、ダイヤモンド基板10上のノンドープ単結晶ダイヤモンド層11上に、厚さが2μmでAlイオン濃度が5×1017/cm3のAlイオン注入層22を形成した。
コンタクト部の形成のために,Alイオン濃度が1×1021/cm3で厚さが0.2μmのAlイオン注入層を形成したこと以外は、実施例21と同じ方法でHall測定用素子を作製した。
11 ノンドープ単結晶ダイヤモンド基板
12 イオン注入層
14 カーボン層
16 エピ層
18 SiO2マスク
20 SiO2膜
22 Alイオン注入層
24 Bイオン注入層
26 フォトレジストパターン
28 SiO2膜
29 SiO2マスク
30 Ti/Au
31 ソース電極(Ti/Au)
32 ドレイン電極(Ti/Au)
33 ゲート絶縁膜(Al2O3膜)
34 ゲート電極(Ti/Au)
36 Bイオン注入領域
Claims (4)
- ダイヤモンド基板にイオン注入を行うこと、
前記イオン注入が行われたダイヤモンド基板の表面に、カーボン層を形成すること、並びに
前記カーボン層を形成したダイヤモンド基板を、式(1):
-4/5×X+1420≦Y≦-4/5×X+1512 (1)
(式中、前記Xは熱処理温度であり、前記Yは熱処理時間であり、前記X及びYの範囲は、1600℃≦X≦1880℃、及び8分間≦Y≦140分間である)
を満たす条件で熱処理することを含む、ダイヤモンド半導体基板の製造方法。 - 前記イオン注入のイオンがAlであり、
カーボン層を形成したダイヤモンド基板を、不活性ガス中で、1730℃≦X≦1880℃の熱処理温度で、前記熱処理を行い、前記ダイヤモンド基板に、5×1015~5×1017/cm3のAl濃度を有するAlイオン注入層を形成すること、
を含む、請求項1に記載のダイヤモンド半導体基板の製造方法。 - 前記Alイオン注入層にBをさらにイオン注入して、5×1015~1×1021/cm3のB濃度を有するBイオン注入層を形成すること、を含む、請求項2に記載のダイヤモンド半導体基板の製造方法。
- ダイヤモンド基板、前記ダイヤモンド基板上の5×1015~5×1017/cm3のAl濃度を有するAlイオン注入層、及び前記Alイオン注入層中の5×1015~1×1021/cm3のB濃度を有するBイオン注入層を含む、ダイヤモンド半導体基板。
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