JPH01243511A - Diamond semiconductor device and manufacture of the same - Google Patents
Diamond semiconductor device and manufacture of the sameInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明はダイヤモンド半導体ディバイスおよびその製造
方法に関し、さらに詳しく言うと、高温動作の可悌なダ
イヤモンド半導体ディバイスおよび前記ダイヤモンド半
導体ディバイスの簡略化された製造方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a diamond semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more specifically, to a flexible diamond semiconductor device that operates at high temperatures and a simplified version of the diamond semiconductor device. Regarding the manufacturing method.
[従来の技術と発明が解決しようとする課題]従来、シ
リコン、ガリウムーヒ素などが半導体ディバイスの材料
として用いられている。[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] Conventionally, silicon, gallium-arsenide, and the like have been used as materials for semiconductor devices.
しかしながら、前記半導体ディバイスは、高温において
動作が不能となることから、半導体ディバイスを使用す
ることができる上限温度(使用上限温度)は低い値に制
限されている。However, since the semiconductor device cannot operate at high temperatures, the upper limit temperature at which the semiconductor device can be used (upper limit temperature for use) is limited to a low value.
たとえば、シリコンを材料とする半導体ディバイスの使
用上限温度は150℃であり、ガリウムーヒ素を材料と
する半導体ディバイスの使用上限温度は250℃である
。このように、いずれの半導体ディバイスもその使用上
限温度は低いものであるから、これらは過酷な温度条件
下での使用には適さない。For example, the upper limit temperature for use of a semiconductor device made of silicon is 150°C, and the upper limit temperature for use of a semiconductor device made of gallium-arsenide is 250°C. As described above, since all semiconductor devices have a low upper limit temperature, they are not suitable for use under severe temperature conditions.
一方、ダイヤモンドを半導体ディバイスの材料として用
いることにより、半導体ディバイスの使用上限温度は高
くなり、高温における動作か可能になることが知られて
いる。On the other hand, it is known that by using diamond as a material for semiconductor devices, the upper limit temperature for use of the semiconductor devices becomes higher and operation at high temperatures becomes possible.
このダイヤモンドを材料として用いる半導体ディバイス
の製造方法として、イオン注入法により製造する製造方
法が提案されている。As a method for manufacturing semiconductor devices using diamond as a material, a manufacturing method using ion implantation has been proposed.
その製造方法としては、たとえば、P型の半導体である
IIb型ダイヤモンドの表面上に、その−部をタングス
テンワイヤーなとてマスキングしておきなから、炭素イ
オンビームを打ち込むことによって、N型のアモルファ
ス層を形成させ、その結果、P型の半導体であるIIb
型ダイヤモンドにN型のアモルファス層を重畳し、NP
N接合を形成してなるダイヤモンド半導体ディバイスを
得ようとする製造方法かある。The manufacturing method is, for example, by masking the surface of IIb type diamond, which is a P type semiconductor, with a tungsten wire, and then implanting a carbon ion beam into an N type amorphous diamond. IIb, which is a P-type semiconductor,
An N-type amorphous layer is superimposed on a type diamond to form an NP
There is a manufacturing method that attempts to obtain a diamond semiconductor device formed by forming an N junction.
しかしながら、前記アモルファス層には、炭素のタング
リングボンドによる欠陥が多数存在するため、前記製造
方法により得られるダイヤモンド半導体ディバイスは、
半導体ディバイスとしての性能か悪いので、タイオード
、トランジスタなどとして使用できる充分な性能な有す
るものてはない。However, since the amorphous layer has many defects due to carbon tangling bonds, the diamond semiconductor device obtained by the manufacturing method is
Since their performance as semiconductor devices is poor, there are no devices that have sufficient performance to be used as diodes, transistors, etc.
また、−船釣に、前記イオン注入法によるダイヤモンド
半導体ディバイスの製造方法は複雑なものであり、この
イオン注入法に用いられるダイヤモンド半導体ディバイ
スの製造装置は、高価て大がかりなものであるという問
題点を有している。In addition, the method for manufacturing diamond semiconductor devices using the ion implantation method is complicated, and the manufacturing equipment for diamond semiconductor devices used in this ion implantation method is expensive and large-scale. have.
したかって、実際には、高温時でもタイオート、トラン
ジスタなどとして充分に使用することがてきる半導体デ
ィバイスはないという問題点かある。In reality, however, there is a problem in that there are no semiconductor devices that can be satisfactorily used as tie-outs, transistors, etc. even at high temperatures.
本発明は前記従来技術の欠点を克服するために、高温動
作か可能なダイヤモンド半導体ディバイスおよび前記ダ
イヤモンド半導体ディバイスの簡略化された製造方法を
提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to overcome the drawbacks of the prior art, it is an object of the present invention to provide a diamond semiconductor device capable of high temperature operation and a simplified method for manufacturing the diamond semiconductor device.
[前記課題を解決するための手段と作用]前記課題を解
決するための請求項1に記載の発明は、ダイヤモンド層
とダイヤモンド状炭素層とを接合してなることを特徴と
するダイヤモンド半導体ディバイスであり、
請求項2に記載の発明は、気相合成により、基板上にダ
イヤモンド層またはダイヤモンド状炭素層を形成する工
程およびダイヤモンド層にダイヤモンド状炭素層を形成
し、あるいはダイヤモンド状炭素層にダイヤモンド層を
形成する工程を含むことを特徴とするダイヤモンド半導
体ディバイスの製造方法であり、
請求項3に記載の発明は、気相合成によりIIb型天然
ダイヤモンド層にダイヤモンド状炭素層を形成する工程
を含むことを特徴とするダイヤモンド半導体ディバイス
の製造方法である。[Means and effects for solving the above problem] The invention according to claim 1 for solving the above problem is a diamond semiconductor device characterized in that it is formed by bonding a diamond layer and a diamond-like carbon layer. Yes, the invention according to claim 2 provides a step of forming a diamond layer or a diamond-like carbon layer on a substrate by vapor phase synthesis, and forming a diamond-like carbon layer on the diamond layer, or forming a diamond layer on the diamond-like carbon layer. A method for manufacturing a diamond semiconductor device, comprising the step of forming a diamond-like carbon layer on a type IIb natural diamond layer by vapor phase synthesis. A method of manufacturing a diamond semiconductor device is characterized in that:
以下1本発明におけるダイヤモンド半導体ディバイスお
よびその製造方法について詳述する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A diamond semiconductor device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail below.
本発明のダイヤモンド半導体ディバイスにおいて、重要
なことは、ダイヤモンド層とダイヤモンド状炭素層(以
下、ダイヤモンド状炭素を単にDLCと略称し、ダイヤ
モンド状炭素層を単にDLC層と略称することがある。In the diamond semiconductor device of the present invention, what is important is a diamond layer and a diamond-like carbon layer (hereinafter, diamond-like carbon may be simply abbreviated as DLC, and the diamond-like carbon layer may be simply abbreviated as DLC layer).
)とか少なくとも一ケ所で接合してなることである。) or joined in at least one place.
前記ダイヤモンド層は、結晶中に不純物を含有して半導
体性を備えた天然ダイヤモンドまたは合成ダイヤモンド
である。The diamond layer is a natural diamond or a synthetic diamond that contains impurities in its crystals and has semiconducting properties.
天然ダイヤモンドを用いるダイヤモンド層は、単結晶ま
たは多結晶のIIb型天然ダイヤモンドて形成すること
ができ、合成ダイヤモンドを用いるダイヤモンド層は、
不純物がドーピングされたP型またはN型の半導体であ
る単結晶または多結晶のダイヤモンドて形成することが
できる。A diamond layer using natural diamond can be formed from single-crystal or polycrystalline type IIb natural diamond, and a diamond layer using synthetic diamond can be formed by forming a diamond layer using synthetic diamond.
It can be formed from single-crystal or polycrystalline diamond, which is a P-type or N-type semiconductor doped with impurities.
いずれにおいてもダイヤモンド層はg膜状である−0
P型半導体であるダイヤモンドを形成するための前記不
純物としては、周期律表第mb族元素を挙げることがで
き、N型半導体であるダイヤモンドを形成するための不
純物としては、周期律表第vb族元素を挙げることがで
きる。In either case, the diamond layer is in the form of a g film.-0 The impurities for forming diamond, which is a P-type semiconductor, include elements from Group MB of the periodic table, which form diamond, which is an N-type semiconductor. Examples of impurities for this purpose include elements of group Vb of the periodic table.
周期律表第mb族元素としてはホウ素、アルミニウム、
ガリウム、インジウム、タリウムなどを挙げることかで
き、周期律表第vb族元素としては窒素、リン、ヒ素、
アンチモン、ビスマスなどを挙げることができる。Group MB elements of the periodic table include boron, aluminum,
Gallium, indium, thallium, etc. can be mentioned, and group VB elements of the periodic table include nitrogen, phosphorus, arsenic,
Examples include antimony and bismuth.
前記不純物の単体および化合物のガスを原料ガスに混合
してダイヤモンド層を形成することによりダイヤモンド
層に前記不純物がドーピングされる。The diamond layer is doped with the impurity by mixing the gas of the impurity alone and the compound into the raw material gas to form a diamond layer.
前記不純物の化合物としてはハロゲン化物、水素化物、
水酸化物、酸化物、炭化物または窒化物を挙げることが
できる。The impurity compounds include halides, hydrides,
Mention may be made of hydroxides, oxides, carbides or nitrides.
前記不純物の単体および化合物の具体例としては、Bx
H6、B4HIO,CH3BCJl 2、 (CTo)
JjL C1、[(CH3) An Brzlg 、
[(Ctl+)J又】2、GaJ6、(CH:+)+
Ga、(CHj) zGaB+1a、(CHz)3In
、(CHl)41、N2、NHz 、 PH:l 、
ASH:l、N2)1.、CHzAsBrt 、 CH
zAsHz、(CI(+)3^S、(CHz)Ji、
SbH3、CI CHt S b C41z、CLSb
Hg 、 ((:F3)3Sbなどが挙げられる。Specific examples of simple substances and compounds of the impurities include Bx
H6, B4HIO, CH3BCJl 2, (CTo)
JjL C1, [(CH3) An Brzlg,
[(Ctl+)Jalso]2, GaJ6, (CH:+)+
Ga, (CHj) zGaB+1a, (CHz) 3In
, (CHl)41, N2, NHz, PH:l,
ASH:l, N2)1. , CHzAsBrt, CH
zAsHz, (CI(+)3^S, (CHz)Ji,
SbH3, CI CHt S b C41z, CLSb
Examples include Hg, ((:F3)3Sb).
本発明においては、周期律表第mb族元素の単体および
その化合物を一種単独て使用しても良いし、二種以上を
併用しても良い。同様に、周期律表第vb族元素の単体
およびその化合物を一種単独で使用しても良いし、二種
以上を併用しても良い。In the present invention, a simple substance of Group mb elements of the periodic table and compounds thereof may be used alone, or two or more types may be used in combination. Similarly, simple substances of group Vb elements of the periodic table and compounds thereof may be used alone, or two or more types may be used in combination.
前記DLC層は、不純物がドーピングされたP型もしく
はN型の半導体であるダイヤモンド状炭素Q膜、または
不純物がドーピングされないダイヤモンド状炭素薄膜で
ある。The DLC layer is a diamond-like carbon Q film that is a P-type or N-type semiconductor doped with impurities, or a diamond-like carbon thin film that is not doped with impurities.
前記DLC層にドーピングされた不純物は、前記ダイヤ
モンド層にドーピングされた不純物と同様である。The impurities doped into the DLC layer are similar to the impurities doped into the diamond layer.
本発明におけるダイヤモンド半導体ディバイスにおいて
は、前記ダイヤモンド層および前記DLC層層とが積層
されることにより接合状態が形成される。積層および接
合の態様によって、さまざまのダイヤモンド半導体ディ
バイスか得られる。In the diamond semiconductor device of the present invention, a bonded state is formed by laminating the diamond layer and the DLC layer. Various diamond semiconductor devices can be obtained depending on the stacking and bonding methods.
たとえば、(1)IIb型天然ダイヤモンド層(通常、
P型半導体である。)の全面またはその表面の一部にN
型DLC層を接合してなるダイヤモンド半導体ディバイ
ス、
(2)基板の上に設けたダイヤモンド層の全面またはそ
の表面の一部にDLC層を重畳し、基板の上にPN接合
、NPN接合、PNP接合を形成してなるダイヤモンド
半導体ディバイス。For example, (1) type IIb natural diamond layer (usually
It is a P-type semiconductor. ) on the entire surface or part of its surface
(2) A DLC layer is superimposed on the entire surface or part of the surface of a diamond layer provided on a substrate, and a PN junction, NPN junction, or PNP junction is formed on the substrate. Diamond semiconductor devices formed by forming.
(3)基板の上に設けたDLC層の全面またはその表面
の一部にダイヤモンド層を重畳し、基板の上にPN接合
、PNP接合、NPN接合を形成してなるダイヤモンド
半導体ディバイス、(4)基板の上に少なくとも一層の
ダイヤモンド層および少なくとも一層のDLC層を交互
に重畳して、PNP接合、NPN接合、PNPN接合を
形成してなるダイヤモンド半導体ディバイスなどを挙げ
ることができる。(3) A diamond semiconductor device in which a diamond layer is superimposed on the entire surface or part of the surface of a DLC layer provided on a substrate to form a PN junction, a PNP junction, or an NPN junction on the substrate, (4) Examples include diamond semiconductor devices in which at least one diamond layer and at least one DLC layer are alternately stacked on a substrate to form a PNP junction, an NPN junction, or a PNPN junction.
いずれにしても、ダイヤモンド半導体ディバイスにおけ
るダイヤモンド層の厚みは、通常、数百人〜数十JLm
の範囲内である。In any case, the thickness of the diamond layer in a diamond semiconductor device is usually from several hundred JLm to several tens of JLm.
is within the range of
ダイヤモンド半導体ディバイスにおけるDLC層の厚み
は、通常、数百人〜数gmの範囲内である。The thickness of the DLC layer in diamond semiconductor devices is typically in the range of several hundred gm to several gm.
前記のように接合されたダイヤモンド層およびDLC層
を有する本発明におけるダイヤモンド半導体は、電極を
有する。The diamond semiconductor of the present invention having the diamond layer and DLC layer bonded as described above has an electrode.
前記電極は1通常、接合されたダイヤモンド層およびD
LC層の表面の適宜の位置に設けられるのであるが、基
板の上にダイヤモンド層またはDLC層を設ける場合に
は、前記基板が導電性であるときにはその基板を電極に
することができるし、前記基板が非導電性であるときに
は前記基板に電極か設けられることになる。The electrodes typically include a bonded diamond layer and D
It is provided at an appropriate position on the surface of the LC layer, but when a diamond layer or a DLC layer is provided on a substrate, if the substrate is conductive, the substrate can be used as an electrode; When the substrate is non-conductive, the substrate will be provided with electrodes.
電極は、金属を蒸着させることなどにより設けることが
できる。たたし、基板3が金属の場合は、基板側に蒸着
する必要はない。The electrode can be provided by depositing a metal or the like. However, if the substrate 3 is made of metal, it is not necessary to deposit it on the substrate side.
蒸着される金属の厚さは、数十人〜数千人の範囲内であ
るのが好ましい。Preferably, the thickness of the deposited metal is in the range of tens to thousands.
蒸着される金属としては、アルミニウム、チタン、ニッ
ケル、クロム、タングステン等の単体、NiCr、ステ
ンレス等の合金などが挙げられる。Examples of metals to be vapor deposited include simple substances such as aluminum, titanium, nickel, chromium, and tungsten, and alloys such as NiCr and stainless steel.
積層体7に金属を蒸着させるオーミックコンタクト用金
属蒸着の蒸着法としては、たとえば真空蒸着法、イオン
ビーム蒸着法、スパッタ法などが挙げられる。Examples of the vapor deposition method for metal vapor deposition for ohmic contact in which metal is vapor-deposited on the laminate 7 include a vacuum vapor deposition method, an ion beam vapor deposition method, a sputtering method, and the like.
次にダイヤモンド半導体ディバイスの具体的態様を、図
面を参照しながら説明する。Next, specific aspects of the diamond semiconductor device will be explained with reference to the drawings.
第1図、第2図、第3図は、本発明におけるダイヤモン
ド半導体ディバイスの態様を示す説明図である。FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 3 are explanatory diagrams showing aspects of a diamond semiconductor device according to the present invention.
たとえば、第1図に示すように、基板3上に。For example, on a substrate 3 as shown in FIG.
ダイヤモンド層lが形成され、ダイヤモンド層l上に、
DLC層2が形成される。A diamond layer l is formed, on the diamond layer l,
A DLC layer 2 is formed.
このダイヤモンド半導体ディバイスにおいては、ダイヤ
モンド層lとDLC層2との接触面あるいは接触点が−
ケ所しかないので、ダイヤモンド層1とDLC層2との
接合4は一ケ所である。In this diamond semiconductor device, the contact surface or contact point between the diamond layer l and the DLC layer 2 is -
Since there are only two places, the bond 4 between the diamond layer 1 and the DLC layer 2 is only one place.
リード線(図示せず、)あるいは導電層(図示せず、)
を有する電極11が、基板3の表面に設けられる一方、
DLC層の表面にも設けられる。Lead wire (not shown) or conductive layer (not shown)
An electrode 11 having an electrode 11 is provided on the surface of the substrate 3, while
It is also provided on the surface of the DLC layer.
第1図に示すダイヤモンド半導体ディバイスはダイオー
ドとして使用することができる。The diamond semiconductor device shown in FIG. 1 can be used as a diode.
また、第2図に示すように、基板3上に、DLC層2を
形成し、DLC層2上2上互いに分離独立したダイヤモ
ンド層lを形成する。Further, as shown in FIG. 2, a DLC layer 2 is formed on the substrate 3, and diamond layers 1 are formed on the DLC layer 2 and separated from each other.
ダイヤモンド層lは互いに分離独立し、かつそれぞれの
ダイヤモンド層lはDL(4tに面接触あるいは点接触
しているので、ダイヤモンド層1とDLC層2との接合
4は二ケ所である。The diamond layers 1 are separate and independent from each other, and each diamond layer 1 is in surface or point contact with the DL (4t), so there are two junctions 4 between the diamond layer 1 and the DLC layer 2.
リード線(図示せず、)あるいは導電層(図示せず、)
を有する電極11Bが、基板3に設けられ、電極11C
,IIDがダイヤモンド層の表面に設けられる。Lead wire (not shown) or conductive layer (not shown)
An electrode 11B having a
, IID are provided on the surface of the diamond layer.
第2図に示すダイヤモンド半導体はトランジスタとして
使用することができる。The diamond semiconductor shown in FIG. 2 can be used as a transistor.
また、第3図に示すように、IIb型天然ダイヤモシト
層10上に、DLC層2が形成される。Further, as shown in FIG. 3, a DLC layer 2 is formed on the IIb type natural diamond layer 10.
第3図に示すダイヤモンド半導体ディバイスも、第1図
に示すのと同様に、ダイヤモンド層1とIIb型天然ダ
イヤモンド層10との接合4が一ケ所である。Similarly to the diamond semiconductor device shown in FIG. 1, the diamond semiconductor device shown in FIG. 3 also has a bond 4 between the diamond layer 1 and the type IIb natural diamond layer 10 at one location.
リード線(図示せず、)あるいは導電層(図示せず、)
を有する電極11は、■b型天然ダイヤモンド層10と
DLC層2とのそれぞれの表面に設けられる。Lead wire (not shown) or conductive layer (not shown)
The electrode 11 having the following characteristics is provided on each surface of the b-type natural diamond layer 10 and the DLC layer 2.
さらに、図示しないが、ダイヤモンド層1またはIIb
型天然ダイヤモンド層lOとDLC層2との接合が三ケ
所以上であってもよい。Furthermore, although not shown, diamond layer 1 or IIb
The molded natural diamond layer IO and the DLC layer 2 may be joined at three or more locations.
さらに、図示しないかダイヤモンド層10またはDLC
層2を前記積層体7に交互に積層してもよい。Furthermore, a diamond layer 10 or DLC (not shown)
The layers 2 may be stacked alternately on the laminate 7.
このように、本発明のダイヤモンド半導体ディバイスは
、ダイヤモンド層およびDLC層の接合および積層を様
々にすることによって、ダイオード、トランジスタおよ
びその他の機能を有するディバイスとして使用すること
ができる。In this way, the diamond semiconductor device of the present invention can be used as a diode, a transistor, or a device with other functions by varying the bonding and stacking of the diamond layer and the DLC layer.
本発明の半導体ディバイスは請求項2および請求項3の
方法により製造することができる。The semiconductor device of the present invention can be manufactured by the methods of claims 2 and 3.
請求項2における。前記基板の素材としては。In claim 2. As for the material of the substrate.
たとえば人工あるいは天然の焼結したダイヤモンド;シ
リコン、アルミニウム、チタン、モリブデン、タングス
テン、コバルト等の金属、これらの酸化物、窒化物およ
び炭化物、これらの合金ニステンレス; At、03−
Fe系、TiC−X1系、Tie−Co系および84C
−Fe系等のサーメットならびに各種セラミックスなど
を挙げることができる。これらの中でも導電性材料であ
る低抵抗のシリコンが好ましい。For example, artificial or natural sintered diamond; metals such as silicon, aluminum, titanium, molybdenum, tungsten, and cobalt, their oxides, nitrides, and carbides, and their alloys; stainless steel; At, 03-
Fe-based, TiC-X1-based, Tie-Co-based and 84C
Examples include -Fe-based cermets and various ceramics. Among these, silicon, which is a conductive material and has low resistance, is preferred.
前記基板の厚さとしては、特に制限されないが、数十#
Lm〜数mmの範囲内が好ましい。The thickness of the substrate is not particularly limited, but is several tens of #
It is preferably within the range of Lm to several mm.
気相合成によりダイヤモンド層あるいはDLC層を形成
するための原料ガスとして、炭素源ガスが使用される。A carbon source gas is used as a raw material gas for forming a diamond layer or a DLC layer by vapor phase synthesis.
気相合成法によりダイヤモンド層またはDLC層を形成
するのに必要な原料ガスは、少なくとも炭素源ガスを含
有する。The raw material gas necessary to form a diamond layer or a DLC layer by the vapor phase synthesis method contains at least a carbon source gas.
前記炭素源ガスは、ダイヤモンドもしくはDLCを形成
するのに必要な炭素化合物を少なくとも含有するガスで
ある。The carbon source gas is a gas containing at least a carbon compound necessary to form diamond or DLC.
前記炭素化合物としては、たとえば、メタン、エタン、
プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン等のアルカン類
、エチレン、プロピレン、ブテン等のアルケン類、アセ
チレン等のアルキン類、ベンゼン、トルエン、キシレン
、ナフタレン等の芳香族炭化水素類、シクロプロパン、
シクロヘキサン等のシクロパラフィン類、シクロペンテ
ン、シクロヘキセン等のシクロオレフィン類、−酸化炭
素、二酸化炭素、メチルアルコール、エチルアルコール
、アセトン等の含酸素炭素化合物、モノ(ジ、トリ)メ
チルアミン、モノ(ジ、トリ)エチルアミン、アニリン
等の含窒素炭素化合物などが挙げられる。Examples of the carbon compound include methane, ethane,
Alkanes such as propane, butane, pentane, hexane, alkenes such as ethylene, propylene, butene, alkynes such as acetylene, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, naphthalene, cyclopropane,
Cycloparaffins such as cyclohexane, cycloolefins such as cyclopentene and cyclohexene, carbon oxide, carbon dioxide, oxygenated carbon compounds such as methyl alcohol, ethyl alcohol, and acetone, mono(di,tri)methylamine, mono(di, Examples include nitrogen-containing carbon compounds such as tri)ethylamine and aniline.
これらは、1種単独で用いることもできるし。These can also be used alone.
2種以上を併用することもできる。Two or more types can also be used in combination.
これらの中でも、好ましいのはメタン、エタン、プロパ
ンなどのパラフィン系炭化水素、−酸化炭素、二酸化炭
素、メチルアルコール、アセトン等の含酸素炭素化合物
、およびトリメチルアミン等の含窒素炭素化合物である
。Among these, preferred are paraffinic hydrocarbons such as methane, ethane, and propane, oxygen-containing carbon compounds such as -carbon oxide, carbon dioxide, methyl alcohol, and acetone, and nitrogen-containing carbon compounds such as trimethylamine.
なお、原料ガスは前記炭素源ガスの他に水素ガスおよび
不活性ガスを含有していてもよい。Note that the raw material gas may contain hydrogen gas and inert gas in addition to the carbon source gas.
原料ガスとして炭素源ガスと水素ガスとを採用する場合
、炭素源ガス/水素ガスのモル比は1通常、0.1/1
00以上である。このモル比が0.1/100未満の場
合には、ダイヤモンドもしくはDLCの析出が遅くなっ
たり、ダイヤモンドもしくはDLCが析出しなくなった
りすることがある。When carbon source gas and hydrogen gas are used as raw material gases, the molar ratio of carbon source gas/hydrogen gas is 1, usually 0.1/1.
00 or more. If this molar ratio is less than 0.1/100, the precipitation of diamond or DLC may be slowed down or the precipitation of diamond or DLC may not occur.
不活性ガスとしては、たとえば、アルゴン、ネオン、ヘ
リウムなどを挙げることができる。好ましいのは、アル
ゴンである。Examples of the inert gas include argon, neon, helium, and the like. Preferred is argon.
不活性ガスを使用する場合、jX料ガス全体に対して、
不活性ガスは5〜95モル%、好ましくは20〜90モ
ル%である。When using an inert gas, for the entire jX material gas,
The amount of inert gas is 5 to 95 mol%, preferably 20 to 90 mol%.
ダイヤモンド層およびDLC層を所望のN型またはP型
にするために必要な不純物は、前述の通りである。The impurities necessary to make the diamond layer and the DLC layer the desired N type or P type are as described above.
不純物の量としては、目的とするダイヤモンド半導体デ
ィバイスの所望特性あるいは反応条件等により相違する
ので一概に規定することができないが、−船釣には、不
純物元素と原料ガス中の炭素原子とのモル比(不純物元
素/C)は、10−”〜1O−1であり、好ましくはl
O−?〜1O−2である。The amount of impurities cannot be specified as it varies depending on the desired characteristics of the target diamond semiconductor device, reaction conditions, etc.; The ratio (impurity element/C) is 10-" to 1O-1, preferably l
O-? ~1O-2.
請求項2および3のいずれにおいても、前記原料ガス、
または前記原料ガスと前記不純物の単体および化合物の
ガスとの混合ガスを励起して得られるガスを対象物(基
板、ダイヤモンド層、またはDLC層)に接触させる。In both claims 2 and 3, the raw material gas,
Alternatively, a gas obtained by exciting a mixed gas of the raw material gas and the impurity element and compound gas is brought into contact with the target object (substrate, diamond layer, or DLC layer).
請求項2に記載の気相合成法における励起手段としては
、熱フイラメントCVD法、直流プラズマCVD法、マ
イクロ波プラズマCVD法、高周波プラズマCVD法等
の従来より公知の方法をあげることができる。As the excitation means in the vapor phase synthesis method according to claim 2, conventionally known methods such as thermal filament CVD, direct current plasma CVD, microwave plasma CVD, and high frequency plasma CVD can be used.
請求項3に記載の気相合成法における励起手段としては
、高周波プラズマCVD法、イオンブレーティング法等
の従来より公知の方法を挙げることができる。As the excitation means in the vapor phase synthesis method according to claim 3, conventionally known methods such as high frequency plasma CVD method and ion blating method can be mentioned.
本発明においては、以下の条件下に、たとえば被着体(
基板、ダイヤモンド層、またはDLC層)にダイヤモン
ド層またはDLC層を形成することができる。In the present invention, for example, the adherend (
A diamond layer or a DLC layer can be formed on a substrate, a diamond layer, or a DLC layer.
すなわち、被着体の表面の温度は、前記気相合成法にお
ける炭素源ガスの励起手段、基板の冷却によって異なる
ので、−概に決定することはできないが、たとえばプラ
ズマCVD法を用いる場合には、通常、ダイヤモンド層
を形成するには。That is, the temperature of the surface of the adherend varies depending on the excitation means of the carbon source gas in the vapor phase synthesis method and the cooling of the substrate. , usually to form a diamond layer.
300〜1100℃であり、好ましくは400〜100
0℃であり、DLC層を形成するには1通常、室温〜5
00℃であり、好ましくは室温〜400℃である。300-1100°C, preferably 400-100°C
0°C, and to form a DLC layer, the temperature is usually room temperature to 5°C.
00°C, preferably room temperature to 400°C.
反応圧力は、ダイヤモンド層を形成する場合、通常、1
0−−103torr、好ましくは1〇−鳳〜760
’torrてあり、DLC層を形成する場合、
通常、10−’〜760 torr、好ましくは1G−
’ 〜10 torrである。The reaction pressure is usually 1 when forming a diamond layer.
0--103 torr, preferably 10-760
'torr and when forming the DLC layer,
Usually 10-' to 760 torr, preferably 1G-
'~10 torr.
反応圧力が10−’torrよりも低い場合には、ダイ
ヤモンドが析出しなくなったりすることがある。If the reaction pressure is lower than 10-'torr, diamond may no longer precipitate.
一方、103torrより高くしてもそれに相当する効
果は得られない、同様に、反応圧力がIP’torrよ
りも低い場合には、DLCが析出しなくなったりするこ
とがある。一方、760 torrより高くしてもそれ
に相当する効果は得られない。On the other hand, if the reaction pressure is higher than 103 torr, no corresponding effect can be obtained.Similarly, if the reaction pressure is lower than IP'torr, DLC may not precipitate. On the other hand, even if it is made higher than 760 torr, a corresponding effect cannot be obtained.
次に、本発明におけるダイヤモンド半導体装置ハイスお
よびその製造方法の具体的7M様について図面を参照し
ながら、詳述する。Next, a specific example 7M of the diamond semiconductor HSS device and its manufacturing method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第4図、第5図は、本発明におけるダイヤモンド半導体
ディバイスの製造方法の具体的態様を示す説明図である
。FIGS. 4 and 5 are explanatory diagrams showing specific aspects of the method for manufacturing a diamond semiconductor device according to the present invention.
たとえば、第4図に示すように、請求項2に記載の発明
におけるダイヤモンド半導体ディバイスの製造方法とし
て、
前記気相合成により、基板3にダイヤモンド層lを形成
する(工程5)、ダイヤモンド層lの表面は必要に応じ
て研磨をおこなっておいても良い。For example, as shown in FIG. 4, the method for manufacturing a diamond semiconductor device according to the invention according to claim 2 includes forming a diamond layer l on the substrate 3 by the vapor phase synthesis (step 5). The surface may be polished if necessary.
次いで、前記気相合成により、前記ダイヤモンド層1に
DLC層2を形成する(工程6)。Next, the DLC layer 2 is formed on the diamond layer 1 by the vapor phase synthesis (step 6).
このようにして、基板3の上に形成したダイヤモンド層
lとDLC層2との接合を完成し、積層体を得る。In this way, the bonding between the diamond layer 1 formed on the substrate 3 and the DLC layer 2 is completed, and a laminate is obtained.
さらに、この積層体に、オーミックコンタクト用金属蒸
着による金属の電極8を形成する(工程9)。Further, a metal electrode 8 for ohmic contact is formed on this laminate by metal vapor deposition (step 9).
また、たとえば、第5図に示すように、請求項3に記載
のダイヤモンド半導体ディバイスの製造方法として、
前記気相合成により、■b型天然ダイヤモンド層10に
、二つのDLC層2を形成する(工程12)。For example, as shown in FIG. 5, the method for manufacturing a diamond semiconductor device according to claim 3 includes forming two DLC layers 2 on the b-type natural diamond layer 10 by the vapor phase synthesis. Step 12).
さらに、この積層体に、前記オーミックコンタクト用金
属蒸着による金属の電極8を形成する(工程14)。Further, a metal electrode 8 is formed on this laminate by the ohmic contact metal vapor deposition (step 14).
[実施例]
次に本発明の具体的な実施例を図面を参照しながら詳述
する。[Examples] Next, specific examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第6図は、本発明のダイヤモンド半導体ディバイスおよ
びその製造方法の一例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the diamond semiconductor device of the present invention and its manufacturing method.
厚さ 100 JLmのIIb型天然タイヤモント層l
0(P型半導体)を用いた。Type IIb natural tire mont layer with thickness 100 JLm
0 (P-type semiconductor) was used.
IIb型天然ダイヤモンド層lOの表面上にマスク17
をかけた(工程18)。マスク17をかけることによっ
て、DLC層19を形成すべき面を露出させた。A mask 17 is placed on the surface of the type IIb natural diamond layer lO.
(Step 18). By applying the mask 17, the surface on which the DLC layer 19 was to be formed was exposed.
IIb型天然ダイヤモンド層lOの表面上にマスク17
をつけたままで、反応ガスとしてメタンガス。A mask 17 is placed on the surface of the type IIb natural diamond layer lO.
, and methane gas as the reaction gas.
水素ガスおよびPH,ガスを用いて高周波プラズマCV
D法により厚す8000人(7)D LC層19(N[
半導体)を形成した(工程20)。High frequency plasma CV using hydrogen gas and PH gas
8000 people (7) D LC layer 19 (N[
A semiconductor was formed (Step 20).
高周波プラズマCVD法の条件は次の通りである。The conditions for the high frequency plasma CVD method are as follows.
高周波電源周波数; 13.56 MHz基板温度;3
00°C
圧力; 10−”Torr
メタンガスの流量、 203CCM
水素ガスの流量; 20 SCCM
PH3濃度2,000ppmであるPH:Iガスと水素
ガスとの混合ガスの流量、 53C:CM
前記のようにして、IIb型天然ダイヤモンド層lOと
DLC層19とを接合した。High frequency power supply frequency: 13.56 MHz Substrate temperature: 3
00°C Pressure; 10-”Torr Flow rate of methane gas, 203CCM Flow rate of hydrogen gas; 20 SCCM Flow rate of mixed gas of PH:I gas and hydrogen gas with PH3 concentration of 2,000 ppm, 53C:CM As described above , the IIb type natural diamond layer lO and the DLC layer 19 were bonded.
さらに、IIb型天然ダイヤモンド層10の表面上にマ
スク17をつけたままで、DLC層19の表面上とII
b型天然ダイヤモンド層10の表面上に、イオンビーム
蒸着法により厚さ300人のタングステン層21を蒸着
した(工程22)。Further, while keeping the mask 17 on the surface of the type IIb natural diamond layer 10, the surface of the DLC layer 19 and the type II
A tungsten layer 21 with a thickness of 300 nm was deposited on the surface of the b-type natural diamond layer 10 by ion beam deposition (step 22).
このようにして、PN型ダイオードを得ることができた
。In this way, a PN type diode could be obtained.
このPN型ダイオードの300℃における電流−電圧特
性を測定したところ、第7図に示す特性曲線が得られた
。When the current-voltage characteristics of this PN type diode at 300 DEG C. were measured, the characteristic curve shown in FIG. 7 was obtained.
第7図に示すように、このPN型ダイオードは、従来の
シリコンダイオードではその特性か劣化する150°C
よりもはるかに高い温度の300℃においても高温によ
る劣化のない良好な半導体特性を有した。As shown in Figure 7, this PN type diode can withstand temperatures of 150°C, where the characteristics of conventional silicon diodes deteriorate.
Even at a much higher temperature of 300° C., it had good semiconductor properties without deterioration due to high temperatures.
[発明の効果]
請求項1に記載のダイヤモンド半導体ディバイスは、ダ
イヤモンドおよび/またはダイヤモンド状炭素をダイヤ
モンド半導体ディバイスの材料として用いているために
、従来の一般的な半導体ディバイスと比較して、より高
温ての動作を可能とすることかてきる。[Effects of the Invention] Since the diamond semiconductor device according to claim 1 uses diamond and/or diamond-like carbon as the material of the diamond semiconductor device, it can be heated at a higher temperature than a conventional general semiconductor device. It is possible to make all kinds of operations possible.
また、請求項2に記載のダイヤモンド半導体ディバイス
の製造方法により、従来の一般的な半導体ディバイスと
比較して、より高温での動作を可能とするダイヤモンド
半導体ディバイスの製造方法を提供するとともに、簡単
な装置を使用した簡略化されたダイヤモンド半導体ディ
バイスの製造方法を提供することができる。そのため、
高温動作の可能なダイヤモンド半導体ディバイスを低コ
ストて供給することができる。Furthermore, the method for manufacturing a diamond semiconductor device according to claim 2 provides a method for manufacturing a diamond semiconductor device that can operate at a higher temperature than conventional general semiconductor devices, and also provides a simple method for manufacturing a diamond semiconductor device. A simplified method for manufacturing a diamond semiconductor device using the apparatus can be provided. Therefore,
Diamond semiconductor devices capable of high temperature operation can be supplied at low cost.
また、請求項3に記載のダイヤモンド半導体ディバイス
の製造方法により、従来より知られているIIb型天然
ダイヤモンドを材料として用いる製造方法と比較して、
半導体ディバイスとして充分に使用することができる性
俺な有するダイヤモンド半導体ディバイスの製造方法を
提供するとともに、簡単な装置を使用した簡略化された
ダイヤモンド半導体ディバイスの製造方法を提供するこ
とができる。そのため、高温動作の可能なダイヤモンド
半導体ディバイスを低コストで供給することかてきる。Furthermore, according to the method for manufacturing a diamond semiconductor device according to claim 3, compared to a manufacturing method using conventionally known type IIb natural diamond as a material,
It is possible to provide a method for manufacturing a diamond semiconductor device that has properties that can be fully used as a semiconductor device, and also to provide a simplified method for manufacturing a diamond semiconductor device using a simple device. Therefore, it is possible to supply diamond semiconductor devices capable of high temperature operation at low cost.
第1図は、本発明におけるダイヤモンド半導体ディバイ
スの構成の一態様を示す説明図である。
第2図は1本発明におけるダイヤモンド半導体ディバイ
スの構成の一態様を示す説明図である。
第3図は、本発明におけるダイヤモンド半導体ディバイ
スの構成の一態様を示す説明図である。
第4図は、請求項2の発明におけるダイヤモンド半導体
ディバイスの製造方法の構成の一態様を示す説男図であ
る。第5図は、請求項3の発明におけるダイヤモンド半
導体ディバイスの製造方法の構成の一態様を示す説明図
である。第6図は、本発明のダイヤモンド半導体ディバ
イスおよびその製造方法の一例を示す説明図である。第
7図は実施例で得られたPN型ダイオードの電流−電圧
特性曲線をグラフである。
l・・・ダイヤモンド層、2・・・ダイヤモンド状炭素
層、3・・・基板、4・・・接合、5・・・基板にダイ
ヤモンド層またはダイヤモンド状炭素層を形成する工程
、6・・・ダイヤモンド層にダイヤモンド状炭素層を形
成し、あるいはダイヤモンド状炭素層にダイヤモンド層
を形成する工程、lO・・・IIb型天然ダイヤモンド
層、12・・・IIb型天然ダイヤモンド層にダイヤモ
ンド状炭素層を形成する工程。
第1図 第2図
第3図
第6図FIG. 1 is an explanatory diagram showing one aspect of the configuration of a diamond semiconductor device according to the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram showing one aspect of the configuration of a diamond semiconductor device according to the present invention. FIG. 3 is an explanatory diagram showing one aspect of the configuration of a diamond semiconductor device according to the present invention. FIG. 4 is an illustrative diagram showing one aspect of the configuration of the method for manufacturing a diamond semiconductor device according to the invention of claim 2. FIG. 5 is an explanatory diagram showing one aspect of the configuration of the method for manufacturing a diamond semiconductor device according to the invention of claim 3. FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the diamond semiconductor device of the present invention and its manufacturing method. FIG. 7 is a graph showing the current-voltage characteristic curve of the PN type diode obtained in the example. 1... Diamond layer, 2... Diamond-like carbon layer, 3... Substrate, 4... Bonding, 5... Step of forming a diamond layer or diamond-like carbon layer on the substrate, 6... Step of forming a diamond-like carbon layer on the diamond layer or forming a diamond layer on the diamond-like carbon layer, 1O...IIb type natural diamond layer, 12... forming a diamond-like carbon layer on the IIb type natural diamond layer The process of doing. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 6
Claims (3)
してなることを特徴とするダイヤモンド半導体ディバイ
ス。(1) A diamond semiconductor device characterized by being formed by bonding a diamond layer and a diamond-like carbon layer.
イヤモンド状炭素層を形成する工程およびダイヤモンド
層にダイヤモンド状炭素層を形成し、あるいはダイヤモ
ンド状炭素層にダイヤモンド層を形成する工程を含むこ
とを特徴とするダイヤモンド半導体ディバイスの製造方
法。(2) The feature includes a step of forming a diamond layer or a diamond-like carbon layer on a substrate and a step of forming a diamond-like carbon layer on the diamond layer or a diamond layer on the diamond-like carbon layer by vapor phase synthesis. A method for manufacturing a diamond semiconductor device.
イヤモンド状炭素層を形成する工程を含むことを特徴と
するダイヤモンド半導体ディバイスの製造方法。(3) A method for manufacturing a diamond semiconductor device, comprising the step of forming a diamond-like carbon layer on a type IIb natural diamond layer by vapor phase synthesis.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7113688A JPH01243511A (en) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | Diamond semiconductor device and manufacture of the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7113688A JPH01243511A (en) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | Diamond semiconductor device and manufacture of the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01243511A true JPH01243511A (en) | 1989-09-28 |
Family
ID=13451863
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7113688A Pending JPH01243511A (en) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | Diamond semiconductor device and manufacture of the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01243511A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011010654A1 (en) * | 2009-07-22 | 2011-01-27 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Ohmic electrode for diamond semiconductor device |
-
1988
- 1988-03-25 JP JP7113688A patent/JPH01243511A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011010654A1 (en) * | 2009-07-22 | 2011-01-27 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Ohmic electrode for diamond semiconductor device |
JP2014078733A (en) * | 2009-07-22 | 2014-05-01 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Ohmic electrode for semiconductor diamond device |
JP5488602B2 (en) * | 2009-07-22 | 2014-05-14 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Ohmic electrodes for semiconductor diamond devices |
US8735907B2 (en) | 2009-07-22 | 2014-05-27 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Ohmic electrode for use in a semiconductor diamond device |
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