JPH0620982A - 不純物原子の導入方法 - Google Patents

不純物原子の導入方法

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JPH0620982A
JPH0620982A JP3256821A JP25682191A JPH0620982A JP H0620982 A JPH0620982 A JP H0620982A JP 3256821 A JP3256821 A JP 3256821A JP 25682191 A JP25682191 A JP 25682191A JP H0620982 A JPH0620982 A JP H0620982A
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昭夫 平木
Yusuke Mori
勇介 森
Takashi Hirao
孝 平尾
Makoto Kitahata
真 北畠
Masahiro Deguchi
正洋 出口
Kazuhito Nishimura
一仁 西村
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイヤモンド、BN、SiC又は有機物半導
体に不純物原子を導入する方法を提供する。 【構成】 不純物となる粒子を加速して、エネルギーを
持たせて、ダイヤモンド、BN、SiC、又は有機物半
導体材料に照射することである。また、ダイヤモンド、
BN、SiC又は有機物半導体材料に、加速した粒子を
照射後に水素ラジカル又は水素イオンを含む雰囲気に晒
すことである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子工業における半導
体や絶縁体などに用いられる電子材料に、導電性の半導
体材料を得るために、不純物元素を導入するための方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、CVD法(化学気相成長法)など
の方法によって得られるダイヤモンド、BN、SiCお
よび有機物半導体などの電子材料は、電子工業における
半導体や絶縁体などへの利用が検討され、工業的にも注
目されている。
【0003】これらの材料を広く用いるためには、結晶
性の良いものを作製する技術を確立すると共に、より機
能性を高める上でp形やn形の導電性を制御する技術が
必要不可欠である。従来行なわれてきた方法としては、
例えばp形やn形の結晶を作製する際、材料の作製時に
ドーパントとなる原子と混入させて作製する方法がある
が、作製温度が高いことや十分にドーパントが活性化し
ないなどといった問題点がある。
【0004】そこで、材料作成後不純物を導入する方法
がシリコン材料に関して知られていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダイヤ
モンド、BN、SiCおよび有機物半導体の電子材料に
ついては、材料作成後の不純物導入は出来ないとされて
いた。
【0006】そこで、本発明は、そのような従来の不純
物導入方法の課題を考慮し、ダイヤモンド、BN、Si
Cおよび有機物半導体の導電性制御を可能にするため、
座量作成後に不純物を導入できる方法を提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の本発明の不純物原
子の導入方法は、不純物となる粒子を加速して、エネル
ギーを持たせて、ダイヤモンド、BN、SiC又は有機
物半導体材料に照射することである。
【0008】また、第2の本発明の不純物原子の導入方
法は、ダイヤモンド、BN、SiC又は有機物半導体材
料に、加速した粒子を照射後に水素ラジカル又は水素イ
オンを含む雰囲気に晒すことである。
【0009】前記第1または第2の不純物原子の導入方
法の本発明の構成においては、加速された粒子の状態が
イオンであることが好ましい。
【0010】また前記第1または第2の不純物原子の導
入方法の本発明の構成においては、加速された粒子が
B、Al、Ga、InなどのIII族元素あるいはN、
P、As、SbなどのV族元素であることが好ましい。
【0011】前記第1の不純物原子の導入方法の本発明
の構成においては、加速された粒子の照射量として、単
位平方cm当り1×1016個未満であるが好ましい。
【0012】前記第2の不純物原子の導入方法の本発明
の構成においては、加速された粒子の照射量として、単
位平方cm当り1×1018個以下であるが好ましい。
【0013】また前記第1または第2の不純物原子の導
入方法の本発明の構成においては、加速された粒子を照
射するときの電子材料の温度として、−200℃から5
00℃に保つことが好ましい。
【0014】そして、前記第2の不純物原子の導入方法
の本発明の構成においては、加速された粒子を照射した
後に晒す水素ラジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気
が、プラズマ状であることが好ましい。
【0015】
【作用】不純物となる原子を加速してエネルギーを与
え、ダイヤモンド、BN、SiC又は有機物半導体材料
に照射することにより、不純物原子を導入することがで
きる。この方法はドーパントとなる元素の濃度・分布の
制御性が良い、注入領域を選択できるなどの点で有効で
ある。
【0016】また第2の本発明の如く、加速した粒子を
照射後に水素ラジカル又は水素イオンを含む雰囲気に晒
すことによって、照射時に受けた損傷を除去することが
可能になる。
【0017】第3の本発明の如く、加速された粒子の状
態がイオンであることによって、照射する粒子のエネル
ギーや位置などの制御が容易になる。
【0018】第4の本発明の如く、加速された粒子が
B,Al,Ga,InなどのIII族元素あるいはN,
P,As,SbなどのV族元素であることによって、照
射された電子材料の導電性制御を行なうことが容易にな
る。
【0019】第5の本発明の如く、加速された粒子の照
射量として単位平方cm当り1×1016個未満であることに
よって、電子材料に必要以上に損傷を与えることはな
い。
【0020】第6の本発明の如く、加速された粒子の照
射量として単位平方cm当り1×1018個以下であることに
よって、電子材料に必要以上に損傷を与えることはな
い。 第7の本発明の如く、加速された粒子を照射する
ときの電子材料の温度として、−200℃から500℃
に保つことによって、電子材料に与えられる損傷量の制
御や照射後の状態を制御が可能となる。
【0021】第8の本発明の如く、加速された粒子を照
射した後に晒す雰囲気が、プラズマ状であることによっ
て、より活性な水素量が多いため、効率的に損傷の除去
が行なえる。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0023】(実施例1)原料ガスとして窒素ガスを用
い、そのガスをプラズマ化することにより得られたNイ
オンを電子材料であるダイヤモンドに照射した。Nイオ
ンのエネルギーは100KeV、ドーズ量は 1×1015個/cm2
行なった。イオンの照射の結果、ダイヤモンド中にN原
子が導入されていることが二次イオン質量分析法などで
確認された。また、図1はNイオンを照射する前後のラ
マン測定の結果で、図中の(a)で示されたのがイオン
照射前のダイヤモンドのラマンスペクトルを、(b)で
示されたのが照射後のものである。1333cm-1に得られる
シグナルがダイヤモンド特有のピークで、その強度がダ
イヤモンドの結晶性に対応する。図1の結果より、
(a)と(b)のラマン散乱強度の変化が見られないこ
とから、この照射条件においてはダイヤモンドの結晶構
造の変化はないことがわかる。このことはX線回折法な
どの他の分析方法でも確認された。同様の結果は他のイ
オン、例えばB、Pなどでも得られることを本発明者ら
は確認した。以上より、電子材料であるダイヤモンドに
加速した粒子を照射することによって、不純物原子が導
入されることがわかった。
【0024】(実施例2)続いて(実施例1)と同様の
実験をドーズ量のみを1×1016個/cm2に変えて行なっ
た。その結果、ドーズ量を増やすことによって多くの原
子をダイヤモンド中に導入することは可能となるが、イ
オンが注入された領域に損傷をうけることがわかった。
図2にその様子を示す。図2中の(a)はイオン照射前
の、そして(b)は照射後のダイヤモンドのラマンスペ
クトルである。(b)に示される照射後のラマン散乱の
強度は(a)の強度に比べ、著しく減少したことがわか
る。すなわち、イオン照射によって結晶性の低下がみら
れ、損傷を受けたことが分かる。そこで、水素ラジカル
あるいは水素イオンを含む雰囲気にイオンを照射された
試料を晒すことによって、損傷を受けた領域の回復を試
みた。図3は用いた装置の一例の概略図である。以下に
その構成を述べる。
【0025】本装置は真空槽302の外部よりマイクロ
波を導入し、水素ラジカルあるいは水素イオンを含む雰
囲気を生成するもので、そのためマイクロ波が槽内に入
射できるよう真空槽302は円筒状の石英管を用いてい
る。また、マイクロ波発振器305より発生したマイク
ロ波が伝導する導波管306のE面の中央部を石英管3
02が貫通している。そして、真空槽302には前記真
空槽302内を真空にするための真空ポンプ303並び
にガスを導入するガス導入口304が取り付けられてい
る。試料301である損傷を有する電子材料は加熱が可
能なようにヒーターが組み込まれた基板台307の上に
設置されると共に、マイクロ波が入射する領域に配置さ
れる。
【0026】かかる装置を用いて、マイクロ波発振器3
05でマイクロ波を真空槽302内に入射すると試料3
01を設置した領域にプラズマが発生する。その際の真
空槽302内の圧力は通常 0.01〜100Torr程度が好まし
く用いられる。また、電子材料の温度は主に600〜900℃
の範囲が好ましく用いられる。真空槽302内に導入さ
れるガスは混合ガスでもよいが、一般的には純度が99%
以上の水素ガスが好ましい。
【0027】本実施例において具体的に行なった手順は
以下の通りである。
【0028】まず、イオンを照射されたダイヤモンドを
試料301として真空槽302内の所定の位置に設置し
た後、真空ポンプ303によって槽内を充分に真空排気
した。そして、ガス導入口304より純度が99.5%の水
素ガスを導入し、槽内の圧力を30Torrで一定に保った
後、マイクロ波(200W)を入射した。このようにマイク
ロ波を作用された水素ガスは活性なラジカルやイオンを
含むプラズマとなった。そして、このプラズマに試料を
晒すことによって、電子材料の温度は約800℃となっ
た。プラズマに試料を晒した時間は、20分である。その
結果、図2中(c)に示したように、このプラズマに試
料を晒すことにより、ラマン散乱の強度がイオン照射前
のダイヤモンドのラマン散乱強度にまで回復した。この
ことは、この処理によってダイヤモンドの受けた損傷が
除去されていることを表わしている。同様の結果は、電
子エネルギー損失分光法(EELS)及びカソードルミ
ネセンス測定(CL)においても本発明者らは確認し
た。
【0029】(実施例3)同様の実験を他の電子材料
(BN、SiC、有機物半導体)においても行なった結
果、不純物原子を導入するが可能であることを本発明者
らは確認した。
【0030】なお、加速する粒子は、B、Al、Ga、
Inなどの III族元素あるいはN、P、As、Sbなど
のV族元素を用いることが出来るが、他の粒子でもよ
い。
【0031】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明方法によれば、任意の原子を不純物としてダイヤ
モンド、BN、SiC又は有機物半導体の材料に導入す
ることが可能になる。このことは特に電子材料の導電性
制御を可能にする。
【0032】また、第2の本発明の如く、粒子を照射し
たダイヤモンド、BN、SiC又は有機物半導体の材料
を水素ラジカル又は水素イオンを含む雰囲気に晒すこと
によって、照射時に受けた損傷を除去することが可能に
なる。
【0033】第3の本発明の如く、加速された粒子の状
態がイオンであることによって、照射する粒子のエネル
ギーや位置などの制御が容易になる。
【0034】第4の本発明の如く、加速された粒子が
B,Al,Ga,InなどのIII族元素あるいはN,
P,As,SbなどのV族元素であることによって、照
射された電子材料の導電性制御を行なうことが容易にな
る。
【0035】第5の本発明の如く、加速された粒子の照
射量として単位平方cm当り1×1016個未満であることに
よって、電子材料に必要以上に損傷を与えることはな
い。
【0036】第6の本発明の如く、加速された粒子の照
射量として単位平方cm当り1×1018個以下であることに
よって、電子材料に必要以上に損傷を与えることはな
い。
【0037】第7の本発明の如く、加速された粒子を照
射するときの電子材料の温度として、−200℃から5
00℃に保つことによって、電子材料に与えられる損傷
量の制御や照射後の状態を制御が可能となる。
【0038】第8の本発明の如く、加速された粒子を照
射した後に晒す雰囲気が、プラズマ状であることによっ
て、より活性な水素量が多いため、効率的に損傷の除去
が行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】1×1015個/cm2のNイオンを照射する前後のラ
マン分光の結果を示すグラフである。
【図2】1×1016個/cm2のNイオンを照射する前後およ
び水素プラズマ処理を行なった後のラマン分光の結果を
示すグラフである。
【図3】本発明の一実施例で用いた水素プラズマ処理装
置の概略図である。
【符号の説明】
301 試料 302 真空槽 303 真空ポンプ 304 ガス導入口 305 マイクロ波発振器 306 導波管 307 基板台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 北畠 真 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 出口 正洋 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西村 一仁 大阪府堺市鳳北町2丁80番地 大阪ダイヤ モンド工業株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダイヤモンド、BN、SiC又は有機物
    半導体の材料に、加速された粒子を照射することによっ
    てその粒子を前記材料に導入することを特徴とする不純
    物原子の導入方法。
  2. 【請求項2】 ダイヤモンド、BN、SiC又は有機物
    半導体の材料に、加速された粒子を照射した後に、その
    材料を水素ラジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気に
    晒すことを特徴とする不純物原子の導入方法。
  3. 【請求項3】 加速された粒子の状態がイオンであるこ
    とを特徴とする請求項1あるいは2記載の不純物原子の
    導入方法。
  4. 【請求項4】 加速された粒子がB、Al、Ga、In
    などのIII族元素あるいはN、P、As、SbなどのV
    族元素であることを特徴とする請求項1あるいは2記載
    の不純物原子の導入方法。
  5. 【請求項5】 加速された粒子の照射量として、単位平
    方cm当り1×1016個未満であることを特徴とする請求
    項1記載の不純物原子の導入方法。
  6. 【請求項6】 加速された粒子の照射量として、単位平
    方cm当り1×1018個以下であることを特徴とする請求
    項2記載の不純物原子の導入方法。
  7. 【請求項7】 加速された粒子を照射するときの材料の
    温度を、−200℃から500℃に保つことを特徴とす
    る請求項1あるいは2記載の不純物原子の導入方法。
  8. 【請求項8】 加速された粒子を照射された後に晒す水
    素ラジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気が、プラズ
    マ状であることを特徴とする請求項2記載の不純物原子
    の導入方法。
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