JPH01246867A - ショットキー接合 - Google Patents
ショットキー接合Info
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- JPH01246867A JPH01246867A JP63075177A JP7517788A JPH01246867A JP H01246867 A JPH01246867 A JP H01246867A JP 63075177 A JP63075177 A JP 63075177A JP 7517788 A JP7517788 A JP 7517788A JP H01246867 A JPH01246867 A JP H01246867A
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- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、ダイヤモンドエピタキシャル層を使用したシ
ョットキー接合に関する。
ョットキー接合に関する。
［従来の技術］
現在、半導体材料として用いられているのは主としてＳ
ｉである。半導体市場の主流である論理回路や半導体メ
モリーなどの集積回路を構成している半導体デバイスに
はＳｉが用いられている。
ｉである。半導体市場の主流である論理回路や半導体メ
モリーなどの集積回路を構成している半導体デバイスに
はＳｉが用いられている。
半導体デバイスの中で半導体メモリーには、集積化の容
易なＭＯＳ型電界効果トランジスタが用いられ、高速性
を要求される論理演算子にはバイポーラ型トランジスタ
が用いられている。
易なＭＯＳ型電界効果トランジスタが用いられ、高速性
を要求される論理演算子にはバイポーラ型トランジスタ
が用いられている。
これら以外にもアナログＩＣなど多くの電子部品におい
てＳｉが用いられている。また、ＧａＡｓやＴｎＰなど
の化、合物半導体は光学デバイス、超高速ＩＣのような
限定された用途に向けて開発が進んでいる。
てＳｉが用いられている。また、ＧａＡｓやＴｎＰなど
の化、合物半導体は光学デバイス、超高速ＩＣのような
限定された用途に向けて開発が進んでいる。
しかし、Ｓｉは２００℃以上、ＧａＡｓは３００℃以上
の高温では使用できないという問題が゛ある。
の高温では使用できないという問題が゛ある。
これは、バンドギャップがＳｉで１．ＩｅＶ、ＧａＡｓ
で１．５ｅＶと小さいために、Ｓｉは２００℃以上、Ｇ
ａＡｓは３００℃以上で真性領域に入り、キャリア密度
が増大してしまうためである。
で１．５ｅＶと小さいために、Ｓｉは２００℃以上、Ｇ
ａＡｓは３００℃以上で真性領域に入り、キャリア密度
が増大してしまうためである。
ところで、集積回路の集積度は近年ますます高まる傾向
にあるが、それに伴って、素子の熱発生の割合も高まり
、これは回路の誤動作の原因となるため、放熱の手段も
問題になってきている。
にあるが、それに伴って、素子の熱発生の割合も高まり
、これは回路の誤動作の原因となるため、放熱の手段も
問題になってきている。
以上のことを解決するため、ダイヤモンドを用いて耐熱
性、放熱性に優れた半導体素子を製造することが提案さ
れている（特開昭５９−２１３１２６号公報及び特開昭
５９−２０８８２１号公報参照）。ダイヤモンドは、バ
ンドギャップが５．５ｅＶと大きいため、真性領域に相
当する温度領域は、ダイヤモンドが熱的に安定な１４０
０℃以下には存在しない。また化学的にも非常に安定で
ある。よって、ダイヤモンドで作製したデバイスは高温
での動作が可能となり、耐環境性の優れたものとなる。
性、放熱性に優れた半導体素子を製造することが提案さ
れている（特開昭５９−２１３１２６号公報及び特開昭
５９−２０８８２１号公報参照）。ダイヤモンドは、バ
ンドギャップが５．５ｅＶと大きいため、真性領域に相
当する温度領域は、ダイヤモンドが熱的に安定な１４０
０℃以下には存在しない。また化学的にも非常に安定で
ある。よって、ダイヤモンドで作製したデバイスは高温
での動作が可能となり、耐環境性の優れたものとなる。
また、ダイヤモンドの熱伝導率は２０［Ｗ／ｃ１１・Ｋ
］とＳｉめ１０倍以上であり、放熱性にも優れている。
］とＳｉめ１０倍以上であり、放熱性にも優れている。
さらに、ダイヤモンドはキャリアの移動度が大きい（電
子移動度：２０００ ［ＣＪＩ’／■・秒］、ホール移
動度：２１００ ［ｃｚ”／Ｖ・秒］ａｔ３００Ｋ）。
子移動度：２０００ ［ＣＪＩ’／■・秒］、ホール移
動度：２１００ ［ｃｚ”／Ｖ・秒］ａｔ３００Ｋ）。
誘電率が小さい（Ｋ＝５．５）、破壊電界が大きい（Ｅ
ｅ＝ ５ Ｘ Ｉ Ｏ＠Ｖ ／ｃｘ）などの特徴を有し
ており、高周波で大電力用のデバイスを作製することが
できる可能性がある。
ｅ＝ ５ Ｘ Ｉ Ｏ＠Ｖ ／ｃｘ）などの特徴を有し
ており、高周波で大電力用のデバイスを作製することが
できる可能性がある。
半導体素子の動作層として働くダイヤモンド薄膜単結晶
層は、気相合成法によってダイヤモンド単結晶基板の上
にエピタキシャル成長させることができる。この際に、
適当な不純物をドーピングすることによってＰ型半導体
又はＮ型半導体のいずれかを形成することが可能である
。さらに、半導体の素子化の手段の１つであるショット
キー接合もＰ型ダイヤモンドとＡｕ又はＷなどの金属の
接合により可能である。
層は、気相合成法によってダイヤモンド単結晶基板の上
にエピタキシャル成長させることができる。この際に、
適当な不純物をドーピングすることによってＰ型半導体
又はＮ型半導体のいずれかを形成することが可能である
。さらに、半導体の素子化の手段の１つであるショット
キー接合もＰ型ダイヤモンドとＡｕ又はＷなどの金属の
接合により可能である。
しかし、半導体材料一般がそうであるように、ダイヤモ
ンドエピタキシャル層の電気的特性は、その結晶性に大
きく左右される。欠陥などが存在し、結晶性の悪い場合
には、キャリアの移動度は小さくなり、欠陥により半導
体素子の動作が阻害される。
ンドエピタキシャル層の電気的特性は、その結晶性に大
きく左右される。欠陥などが存在し、結晶性の悪い場合
には、キャリアの移動度は小さくなり、欠陥により半導
体素子の動作が阻害される。
また、ダイヤモンド層の表面モフォロジーも電気的特性
に影響を与える。ショットキー接合を形成する際に、ダ
イヤモンド層表面の凹凸が激しいと、その上に形成され
たショットキー金属電極とダイヤモンド層との間に多く
の界面準位が形成され、ショットキー特性において逆方
向漏れ電流が大きくなる原因となったり、全く整流性が
得られない原因となったりする。
に影響を与える。ショットキー接合を形成する際に、ダ
イヤモンド層表面の凹凸が激しいと、その上に形成され
たショットキー金属電極とダイヤモンド層との間に多く
の界面準位が形成され、ショットキー特性において逆方
向漏れ電流が大きくなる原因となったり、全く整流性が
得られない原因となったりする。
［発明が解決しようとする問題点］
本発明の目的は、表面平担性、結晶性の優れたダイヤモ
ンドエピタキシャル層を用いて良好なショットキー接合
を形成することにある。
ンドエピタキシャル層を用いて良好なショットキー接合
を形成することにある。
［問題点を解決するための手段］
本発明においては、ダイヤモンド単結晶層をエピタキシ
ャル成長させるに際して、ダイヤモンド単結晶の（１０
０）面に対して！０°を越えない角度を持つ研磨された
而を用い、この上にショットキー電極を形成゛する。
ャル成長させるに際して、ダイヤモンド単結晶の（１０
０）面に対して！０°を越えない角度を持つ研磨された
而を用い、この上にショットキー電極を形成゛する。
発明者らは、ダイヤモンドエピタキシャル層を成長さ仕
る際に、基板として、ダイヤモンド単結晶の（１００）
面を用いた時の方が、（１１０）面又は（Ｉ Ｉ １）
而などを用いた時よりも成長層の結晶性が優れており、
キャリアの移動度が大きいことを見出した。また、成長
層表面のモフォロジーも平坦性に優れていることを見出
した。これらのことは、デバイスを良好に動作さける上
で重要なことである。
る際に、基板として、ダイヤモンド単結晶の（１００）
面を用いた時の方が、（１１０）面又は（Ｉ Ｉ １）
而などを用いた時よりも成長層の結晶性が優れており、
キャリアの移動度が大きいことを見出した。また、成長
層表面のモフォロジーも平坦性に優れていることを見出
した。これらのことは、デバイスを良好に動作さける上
で重要なことである。
（ｌ Ｉ １）面を用いた場合には（１００）面の場合
に結晶性はほぼ匹敵しているが平坦性は（１００）面の
場合よりは劣る。また（１１１）面は、面の研磨が困難
であるという点でも（’１００）面より好ましくない。
に結晶性はほぼ匹敵しているが平坦性は（１００）面の
場合よりは劣る。また（１１１）面は、面の研磨が困難
であるという点でも（’１００）面より好ましくない。
平坦で結晶欠陥の少ないダイヤモンドエピタキシャル層
を成長させる面が、研磨精度等から（１００）面に対し
て傾きを持たないか又は１０’を越えない角度に傾いて
いる。更に好ましくは０．１〜５°の範囲の角度で傾い
ている面において、最も良好なショットキー接合が得ら
れる。
を成長させる面が、研磨精度等から（１００）面に対し
て傾きを持たないか又は１０’を越えない角度に傾いて
いる。更に好ましくは０．１〜５°の範囲の角度で傾い
ている面において、最も良好なショットキー接合が得ら
れる。
ダイヤモンド単結晶基板は、天然ダイヤモンド、あるい
は超高圧下又は気相中で合成されたダイヤモンド単結晶
である。あるいは、ダイヤモンド単結晶基板は、Ｓｉ又
はＧａＡｓ基板上にＳｉＣ層をバッファ層としてヘテロ
エピタキシャル成長させたダイヤモンド単結晶膜であっ
てもよい。
は超高圧下又は気相中で合成されたダイヤモンド単結晶
である。あるいは、ダイヤモンド単結晶基板は、Ｓｉ又
はＧａＡｓ基板上にＳｉＣ層をバッファ層としてヘテロ
エピタキシャル成長させたダイヤモンド単結晶膜であっ
てもよい。
ダイヤモンドエピタキシャル層は、通常、Ｐ型半導体で
あり、ホウ素、アルミニウムなどがドープされている。
あり、ホウ素、アルミニウムなどがドープされている。
ダイヤモンドエピタキシャル層の厚さは通常０．０５〜
２０μｍである。
２０μｍである。
ダイヤモンドエピタキシャル層を成長させる気相合成法
としては、ｌ）熱電子放射材を加熱して原料ガスを活性
化する方法、２）直流、高周波又はマイクロ波電界によ
る放電を利用する方法、３）イオン衝撃を利用する方法
、４）光によりガス分子を分解せしめる方法があるが、
いずれを用いても良好なダイヤモンドエピタキシャル層
が得られる。
としては、ｌ）熱電子放射材を加熱して原料ガスを活性
化する方法、２）直流、高周波又はマイクロ波電界によ
る放電を利用する方法、３）イオン衝撃を利用する方法
、４）光によりガス分子を分解せしめる方法があるが、
いずれを用いても良好なダイヤモンドエピタキシャル層
が得られる。
ショットキー電極層の材料は、耐熱性のあるタングステ
ン、モリブデン、ニオブ、タンタル、多結晶シリコン、
ニッケル、金、白金、及び炭化タングステン、炭化モリ
ブデン、炭化タンタル、炭化ニオブ、ケイ化タングステ
ン、ケイ化モリブデンなどであることが好ましい。ショ
ットキー電極は、蒸着法、イオンブレーティング法、ス
パッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法などによって形
成することができる。
ン、モリブデン、ニオブ、タンタル、多結晶シリコン、
ニッケル、金、白金、及び炭化タングステン、炭化モリ
ブデン、炭化タンタル、炭化ニオブ、ケイ化タングステ
ン、ケイ化モリブデンなどであることが好ましい。ショ
ットキー電極は、蒸着法、イオンブレーティング法、ス
パッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法などによって形
成することができる。
［発明の効果］
本発明のショットキー接合を有する半導体素子は耐熱性
及び耐環境性に優れており、自動車のエンジンルーム、
原子炉及び人工衛星などの過酷な環境下で使用できる。
及び耐環境性に優れており、自動車のエンジンルーム、
原子炉及び人工衛星などの過酷な環境下で使用できる。
本発明のショットキー接合を有する半導体素子は、例え
ば、ダイヤモンドの熱伝導率の良好さから高集積化が容
易であるので、耐熱性高速論理素子及び高周波大出力素
子などとして有用である。
ば、ダイヤモンドの熱伝導率の良好さから高集積化が容
易であるので、耐熱性高速論理素子及び高周波大出力素
子などとして有用である。
［実施例コ
以下に本発明の実施例を示す。
実施例１
公知マイクロプラズマＣＶＤ法により、超高圧人工合成
ダイヤモンド単結晶基板（寸法：２１ｘ１．５ｍｇ＋
Ｘ Ｏ，３ＩＩｕａ）の（１００）面に対して傾きが５
°以内である面の上にＢドープＰ型半導体ダイヤモンド
エピタキシャル薄膜（厚さ２１μｍ）を成長させた（成
長条件二マイクロ波パワー；４００Ｗ、反応圧力；４０
Ｔｏｒｒ、原料ガス；ＣＨ，／Ｈｔ＝ｒ／２００、ド
ーピングガス；Ｂ、Ｈ，／ＣＨ，＝ Ｉ ＯＯｐｐｍ）
。
ダイヤモンド単結晶基板（寸法：２１ｘ１．５ｍｇ＋
Ｘ Ｏ，３ＩＩｕａ）の（１００）面に対して傾きが５
°以内である面の上にＢドープＰ型半導体ダイヤモンド
エピタキシャル薄膜（厚さ２１μｍ）を成長させた（成
長条件二マイクロ波パワー；４００Ｗ、反応圧力；４０
Ｔｏｒｒ、原料ガス；ＣＨ，／Ｈｔ＝ｒ／２００、ド
ーピングガス；Ｂ、Ｈ，／ＣＨ，＝ Ｉ ＯＯｐｐｍ）
。
このダイヤモンドエピタキシャル膜の上に、まずオーミ
ック電極として、’ｒｉＳＭｏ及びＡｕの積層膜（厚さ
：各０．３μｍ）をこの順序で電子ビーム蒸着により形
成した。、次にスパッタリング（条件：Ａｒ圧圧力力０
．０１ Ｔｏｒｒ、 Ｒ，Ｆ、パワー、２００Ｗ）に
より直径０．５開のＷ膜（厚さ＝０．３μｍ）を形成し
た。得られた積層膜■及びＷ膜２を有する素子の平面図
を第１図に示す。
ック電極として、’ｒｉＳＭｏ及びＡｕの積層膜（厚さ
：各０．３μｍ）をこの順序で電子ビーム蒸着により形
成した。、次にスパッタリング（条件：Ａｒ圧圧力力０
．０１ Ｔｏｒｒ、 Ｒ，Ｆ、パワー、２００Ｗ）に
より直径０．５開のＷ膜（厚さ＝０．３μｍ）を形成し
た。得られた積層膜■及びＷ膜２を有する素子の平面図
を第１図に示す。
積層膜電極を零電位に保ち、Ｗ膜電極を変化させて、流
れる電流を測定したところ、第２図に示すようなショッ
トキー特性が得られた。さらにこれを３００℃まで昇温
しで同様の測定を行ったところ、やはり第２°図に示す
ようなショットキー特性が得られた。
れる電流を測定したところ、第２図に示すようなショッ
トキー特性が得られた。さらにこれを３００℃まで昇温
しで同様の測定を行ったところ、やはり第２°図に示す
ようなショットキー特性が得られた。
実施例２
実施例１と同様に、ＢドープＰ型半導体ダイヤモンドエ
ピタキシャル薄膜の上にオーミック電極として積層膜を
形成した後、電子ビーム蒸着によりＷ膜を形成した。同
様の測定を行ったところ、やはり第３図に示すようなシ
ョットキー特性が得られた。
ピタキシャル薄膜の上にオーミック電極として積層膜を
形成した後、電子ビーム蒸着によりＷ膜を形成した。同
様の測定を行ったところ、やはり第３図に示すようなシ
ョットキー特性が得られた。
実施例３
実施例１と同様に、ＢドープＰ型半導体ダイヤモンドエ
ピタキシャル薄膜の上にオーミック電極として積層膜を
形成した後、電子ビーム蒸着によりＡｕ膜を形成した。
ピタキシャル薄膜の上にオーミック電極として積層膜を
形成した後、電子ビーム蒸着によりＡｕ膜を形成した。
同様の測定を行ったところ、やはり第４図に示すような
ショットキー特性が得られた。
ショットキー特性が得られた。
実施例４
天然１１ａダイヤモンド（寸法：２ｍ＋＋ｅ ｘ １．
５ｍｍ ｘｏ 、 ３ ｍａ＋）基板の（１００）面に
、実施例１と同様にしてＢドープＰ型半導体ダイヤモン
ドエピタキシャル薄膜を成長させ、積層膜及びＷ膜を形
成した。
５ｍｍ ｘｏ 、 ３ ｍａ＋）基板の（１００）面に
、実施例１と同様にしてＢドープＰ型半導体ダイヤモン
ドエピタキシャル薄膜を成長させ、積層膜及びＷ膜を形
成した。
同様の測定を行ったところ、第５図に示すようなショッ
トキー特性が得られた。
トキー特性が得られた。
第１図は、本発明のショットキー接合を有する素子の一
例を示す平面図、及び 第２〜５図は、電圧と電流の関係を示すグラフである。 第１図 製 榴２ １へ 。 手続補正書（自発） ２、発明の名称 住所 大阪府大阪市東区北浜５丁目１５番地名称 （２
１３）住友電気工業株式会社代表者 川 上 哲
部 ４、代理人 ６、補正の対象 ： 明細書の「発明の詳細な説明」の
欄８ｏ２ 鳳ヘ ス 太 手続補正書坊式） ％式％ ２、発明の名称 ノヨットキー接合 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 大阪府夫阪市東区北浜５丁目１５番地名称 （２
１３）住友電気工業株式会社代表者 川 上 哲
部 ４、代理人 ６、補正の対象 ； 図 面
例を示す平面図、及び 第２〜５図は、電圧と電流の関係を示すグラフである。 第１図 製 榴２ １へ 。 手続補正書（自発） ２、発明の名称 住所 大阪府大阪市東区北浜５丁目１５番地名称 （２
１３）住友電気工業株式会社代表者 川 上 哲
部 ４、代理人 ６、補正の対象 ： 明細書の「発明の詳細な説明」の
欄８ｏ２ 鳳ヘ ス 太 手続補正書坊式） ％式％ ２、発明の名称 ノヨットキー接合 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 大阪府夫阪市東区北浜５丁目１５番地名称 （２
１３）住友電気工業株式会社代表者 川 上 哲
部 ４、代理人 ６、補正の対象 ； 図 面
Claims (1)
- １、天然又は合成されたダイヤモンド単結晶の（１００
）面に対して１０°を越えない角度を持つ研磨された少
なくとも１つの面を有するダイヤモンド単結晶を基板と
して該面上に気相成長法により成長させたダイヤモンド
エピタキシャル層とショットキー電極層との接合により
形成されたショットキー接合。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63075177A JP2671259B2 (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | ショットキー接合半導体装置 |
| US07/329,825 US4982243A (en) | 1988-03-28 | 1989-03-28 | Schottky contact |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63075177A JP2671259B2 (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | ショットキー接合半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01246867A true JPH01246867A (ja) | 1989-10-02 |
| JP2671259B2 JP2671259B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=13568662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63075177A Expired - Lifetime JP2671259B2 (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | ショットキー接合半導体装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4982243A (ja) |
| JP (1) | JP2671259B2 (ja) |
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| JP2007066976A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | National Institute For Materials Science | ダイヤモンド紫外線センサー |
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| WO2013161478A1 (ja) * | 2012-04-25 | 2013-10-31 | 次世代パワーデバイス技術研究組合 | 窒化物系半導体素子 |
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- 1988-03-28 JP JP63075177A patent/JP2671259B2/ja not_active Expired - Lifetime
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1989
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