JPH06334171A - ダイヤモンド薄膜素子の製造方法 - Google Patents
ダイヤモンド薄膜素子の製造方法Info
- Publication number
- JPH06334171A JPH06334171A JP5118847A JP11884793A JPH06334171A JP H06334171 A JPH06334171 A JP H06334171A JP 5118847 A JP5118847 A JP 5118847A JP 11884793 A JP11884793 A JP 11884793A JP H06334171 A JPH06334171 A JP H06334171A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- diamond thin
- diamond
- film element
- heat treatment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ダイヤモンド薄膜を成膜後、酸素中で高温処理
すると、その上に電極を設けたときのショットキー接合
特性が改善されるが、危険性があること、装置が高価で
あるという問題を解決する。 【構成】大気中で400 〜700 ℃の温度で熱処理すること
により、大気中の酸素が反応して膜中のグラファイト等
の炭素成分を選択的に除去する効果が得られ、ショット
キー接合特性が改善される。
すると、その上に電極を設けたときのショットキー接合
特性が改善されるが、危険性があること、装置が高価で
あるという問題を解決する。 【構成】大気中で400 〜700 ℃の温度で熱処理すること
により、大気中の酸素が反応して膜中のグラファイト等
の炭素成分を選択的に除去する効果が得られ、ショット
キー接合特性が改善される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＶＤ法により合成し
たダイヤモンド膜を用いてショットキー接合を形成する
ダイヤモンド薄膜素子の製造方法に関する。
たダイヤモンド膜を用いてショットキー接合を形成する
ダイヤモンド薄膜素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】代表的な宝石であるダイヤモンドが最も
硬い物質であることはよく知られ、切削工具や研磨材な
どとして工業的にも重要な材料の一つとなっている。こ
の他にも、ダイヤモンドはSiやGeと同じＩＶ族に属し、
半導体としての性質も有する。Siと比較するとエネルギ
ー・ギャップが大きいばかりでなく、キャリア移動度、
飽和ドリフト速度、絶縁破壊電界や熱伝導率なども大き
いことなどは以前より報告されていた。このダイヤモン
ドの優れた性質を利用することにより、高温動作デバイ
ス、高パワーデバイス、青色発光素子等の材料として応
用が期待されていたが、良質で大面積のダイヤモンド膜
が合成できなかった。近年、このダイヤモンド膜を気相
合成 (ＣＶＤ) 法で作る技術が開発され、半導体素子と
しての応用が注目されている。実際に、サーミスタ、シ
ョットキーダイオード、ＦＥＴ、発光素子などの試作が
盛んに行われている。
硬い物質であることはよく知られ、切削工具や研磨材な
どとして工業的にも重要な材料の一つとなっている。こ
の他にも、ダイヤモンドはSiやGeと同じＩＶ族に属し、
半導体としての性質も有する。Siと比較するとエネルギ
ー・ギャップが大きいばかりでなく、キャリア移動度、
飽和ドリフト速度、絶縁破壊電界や熱伝導率なども大き
いことなどは以前より報告されていた。このダイヤモン
ドの優れた性質を利用することにより、高温動作デバイ
ス、高パワーデバイス、青色発光素子等の材料として応
用が期待されていたが、良質で大面積のダイヤモンド膜
が合成できなかった。近年、このダイヤモンド膜を気相
合成 (ＣＶＤ) 法で作る技術が開発され、半導体素子と
しての応用が注目されている。実際に、サーミスタ、シ
ョットキーダイオード、ＦＥＴ、発光素子などの試作が
盛んに行われている。
【０００３】ダイヤモンドは炭素原子からなる結晶であ
るが、通常の環境下において安定相でない。準安定相で
あるダイヤモンドを合成する手法がＣＶＤ法である。Ｃ
Ｈ4などの炭素から構成されるガスと多量のＨ2 ガスを
活性化し、600 〜1200℃の高温にしたSiなどの基板上に
ダイヤモンドを成膜する方法である。Ｈ2 ガスは活性化
されると反応性の高い原子状水素となり、ダイヤモンド
と同時に析出する安定相であるグラファイト成分を再蒸
発させる。これらのガスを活性化するやり方が種々考案
され、熱フィラメントＣＶＤ法、μ波プラズマＣＶＤ
法、直流プラズマ・ジェットＣＶＤ法などと名付けられ
ている。合成されたダイヤモンドは、基板がダイヤモン
ドやｃ−ＢＮからなる場合を除いて多結晶となる。
るが、通常の環境下において安定相でない。準安定相で
あるダイヤモンドを合成する手法がＣＶＤ法である。Ｃ
Ｈ4などの炭素から構成されるガスと多量のＨ2 ガスを
活性化し、600 〜1200℃の高温にしたSiなどの基板上に
ダイヤモンドを成膜する方法である。Ｈ2 ガスは活性化
されると反応性の高い原子状水素となり、ダイヤモンド
と同時に析出する安定相であるグラファイト成分を再蒸
発させる。これらのガスを活性化するやり方が種々考案
され、熱フィラメントＣＶＤ法、μ波プラズマＣＶＤ
法、直流プラズマ・ジェットＣＶＤ法などと名付けられ
ている。合成されたダイヤモンドは、基板がダイヤモン
ドやｃ−ＢＮからなる場合を除いて多結晶となる。
【０００４】半導体であるダイヤモンドにとって不純物
元素の制御は重要な技術である。ダイヤモンドの場合、
Ｂを不純物元素として添加すると、価電帯の上から0.34
eVにアクセプタ準位ができ、ｐ形半導体となることが知
られている。一方、良質のｎ形半導体は得られていな
い。Ｎを不純物元素として添加しても伝導帯の下から４
eVの深い位置にドナー準位ができるため半導体特性を示
さない。また、Ｐ元素は原子半径 (0.11nm) がＣ元素の
それ (0.077nm)と比較して大きく、ダイヤモンド中への
ドーピングが難しいのが現状である。
元素の制御は重要な技術である。ダイヤモンドの場合、
Ｂを不純物元素として添加すると、価電帯の上から0.34
eVにアクセプタ準位ができ、ｐ形半導体となることが知
られている。一方、良質のｎ形半導体は得られていな
い。Ｎを不純物元素として添加しても伝導帯の下から４
eVの深い位置にドナー準位ができるため半導体特性を示
さない。また、Ｐ元素は原子半径 (0.11nm) がＣ元素の
それ (0.077nm)と比較して大きく、ダイヤモンド中への
ドーピングが難しいのが現状である。
【０００５】ｐ形半導体しか得られていないダイヤモン
ドを半導体素子に応用するあたり、金属との接触におけ
るショットキー特性が重要となる。ＣＶＤ法で合成した
ダイヤモンド膜は表面にグラファイト等の成分が残留
し、また、多結晶ダイヤモンド膜においては結晶粒界に
もこれらの成分が存在すると言われている。このため、
ショットキー特性が十分良いとは言えない。しかし、酸
素にはグラファイト等の炭素成分を選択的に除去する作
用があり、例えばMori. Kawarada and Hiraki 、Applie
d Physics Letters 、vol.58 (1991) p.540 に記載され
ているように、CrＯ3 のＨ2 ＳＯ4 溶液中で煮沸する
か、酸素プラズマ中でさらすことがショットキー接合の
形成に有効であるとされている。
ドを半導体素子に応用するあたり、金属との接触におけ
るショットキー特性が重要となる。ＣＶＤ法で合成した
ダイヤモンド膜は表面にグラファイト等の成分が残留
し、また、多結晶ダイヤモンド膜においては結晶粒界に
もこれらの成分が存在すると言われている。このため、
ショットキー特性が十分良いとは言えない。しかし、酸
素にはグラファイト等の炭素成分を選択的に除去する作
用があり、例えばMori. Kawarada and Hiraki 、Applie
d Physics Letters 、vol.58 (1991) p.540 に記載され
ているように、CrＯ3 のＨ2 ＳＯ4 溶液中で煮沸する
か、酸素プラズマ中でさらすことがショットキー接合の
形成に有効であるとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ガス中での処理により
ショットキー接合特性を改善することは、反応の均一性
の点ですぐれているが、高温酸素による処理は危険が伴
い、設備が大掛りとなる欠点がある。本発明の目的は、
このような欠点を除き、危険性のないガス中の処理によ
りショットキー接合特性を改善するダイヤモンド薄膜素
子の製造方法を提供することにある。
ショットキー接合特性を改善することは、反応の均一性
の点ですぐれているが、高温酸素による処理は危険が伴
い、設備が大掛りとなる欠点がある。本発明の目的は、
このような欠点を除き、危険性のないガス中の処理によ
りショットキー接合特性を改善するダイヤモンド薄膜素
子の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【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、本発明のダイヤモンド薄膜素子の製造方法は、Ｃ
ＶＤ法によって基板上に成膜したｐ形ダイヤモンド薄膜
を大気中で熱処理したのち、その表面にショットキー接
合を形成する電極を被着するものとする。そして、熱処
理温度が400 ℃から700 ℃の範囲にあること、ＣＶＤ法
がメタンと水素とジボランの混合ガスを原料とするμ波
プラズマＣＶＤ法であること、電極がAlからなることが
有効である。
めに、本発明のダイヤモンド薄膜素子の製造方法は、Ｃ
ＶＤ法によって基板上に成膜したｐ形ダイヤモンド薄膜
を大気中で熱処理したのち、その表面にショットキー接
合を形成する電極を被着するものとする。そして、熱処
理温度が400 ℃から700 ℃の範囲にあること、ＣＶＤ法
がメタンと水素とジボランの混合ガスを原料とするμ波
プラズマＣＶＤ法であること、電極がAlからなることが
有効である。
【０００８】
【作用】空気中に約20％の酸素が含まれるので、大気中
の熱処理は、酸素ガスによる処理と同様の効果があり、
空気の加熱による危険性はなく、熱処理装置も簡単な装
置ですむ。
の熱処理は、酸素ガスによる処理と同様の効果があり、
空気の加熱による危険性はなく、熱処理装置も簡単な装
置ですむ。
【０００９】
【実施例】基板として、ダイヤモンド粉で超音波により
傷付け処理をしたシリコン板を用い、μ波プラズマＣＶ
Ｄ装置により次の条件でｐ形ダイヤモンド膜を合成し
た。 原料ガス：ＣＨ4 ＋Ｈ2 ＋Ｂ2 Ｈ6 ＣＨ4 流量 0. ５sccm Ｈ2 流量 99. ５sccm 反応圧力：３０Torr μ波出力：約２００Ｗ 基板温度：約８００℃ 合成時間：６時間 得られたｐ形ダイヤモンド膜のほう素濃度は約1018cm-3
であった。このあと、次の条件で熱処理を行った。
傷付け処理をしたシリコン板を用い、μ波プラズマＣＶ
Ｄ装置により次の条件でｐ形ダイヤモンド膜を合成し
た。 原料ガス：ＣＨ4 ＋Ｈ2 ＋Ｂ2 Ｈ6 ＣＨ4 流量 0. ５sccm Ｈ2 流量 99. ５sccm 反応圧力：３０Torr μ波出力：約２００Ｗ 基板温度：約８００℃ 合成時間：６時間 得られたｐ形ダイヤモンド膜のほう素濃度は約1018cm-3
であった。このあと、次の条件で熱処理を行った。
【００１０】 雰 囲 気：大気中 熱処理温度：３００〜８００℃ 熱処理時間：３０分 そしてショットキー接合特性を、熱処理を終えたダイヤ
モンド膜をAlとの点接触における電流・電圧特性により
評価した。図１は、順方向と逆方向に４Ｖの電圧を加え
た時の電流値を各熱処理温度に対して図示したものであ
る。図中、線11は順方向、線12は逆方向の電流値であ
る。図より熱処理温度400 ℃以上で整流特性が明らかに
改善している。
モンド膜をAlとの点接触における電流・電圧特性により
評価した。図１は、順方向と逆方向に４Ｖの電圧を加え
た時の電流値を各熱処理温度に対して図示したものであ
る。図中、線11は順方向、線12は逆方向の電流値であ
る。図より熱処理温度400 ℃以上で整流特性が明らかに
改善している。
【００１１】さらに、走査型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、熱処理温度700 ℃を超えるとダイヤモンド膜の結晶
粒子の自形が崩れている。これは、ダイヤモンドが酸化
したことによると思われる。また、熱処理温度800 ℃で
は電流−電圧特性の測定が不可能であった。これも、酸
化の影響によると思われる。従って熱処理温度は400〜7
00 ℃が適当である。
ろ、熱処理温度700 ℃を超えるとダイヤモンド膜の結晶
粒子の自形が崩れている。これは、ダイヤモンドが酸化
したことによると思われる。また、熱処理温度800 ℃で
は電流−電圧特性の測定が不可能であった。これも、酸
化の影響によると思われる。従って熱処理温度は400〜7
00 ℃が適当である。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、ダイヤモンド薄膜をＣ
ＶＤ法で合成後、大気中で熱処理することにより、酸素
処理と同一の効果を生じ、ショットキー接合特性を改善
することができた。これにより、熱処理の際の危険性が
減少し、簡単な熱処理装置で特性良好なダイヤモンド薄
膜素子の製造が可能となった。
ＶＤ法で合成後、大気中で熱処理することにより、酸素
処理と同一の効果を生じ、ショットキー接合特性を改善
することができた。これにより、熱処理の際の危険性が
減少し、簡単な熱処理装置で特性良好なダイヤモンド薄
膜素子の製造が可能となった。
【図１】本発明の根拠となるダイヤモンド薄膜の熱処理
温度とAlとの点接触における電流・電圧特性との関係線
図
温度とAlとの点接触における電流・電圧特性との関係線
図
１１ 順方向電流 １２ 逆方向電流
Claims (4)
- 【請求項１】気相合成法によって基板上に成膜したｐ形
ダイヤモンド薄膜を大気中で熱処理したのち、その表面
にショットキー接合を形成する電極を被着することを特
徴とするダイヤモンド薄膜素子の製造方法。 - 【請求項２】熱処理温度が400 ℃から700 ℃の範囲にあ
る請求項１記載のダイヤモンド薄膜素子の製造方法。 - 【請求項３】気相合成法がメタンと水素とジボランの混
合ガスを原料とするマイクロ波プラズマＣＶＤ法である
請求項１あるいは２記載のダイヤモンド薄膜素子の製造
方法。 - 【請求項４】電極がアルミニウムからなる請求項１、２
あるいは３記載のダイヤモンド薄膜素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5118847A JPH06334171A (ja) | 1993-05-21 | 1993-05-21 | ダイヤモンド薄膜素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5118847A JPH06334171A (ja) | 1993-05-21 | 1993-05-21 | ダイヤモンド薄膜素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06334171A true JPH06334171A (ja) | 1994-12-02 |
Family
ID=14746625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5118847A Pending JPH06334171A (ja) | 1993-05-21 | 1993-05-21 | ダイヤモンド薄膜素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06334171A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0446045A2 (en) * | 1990-03-09 | 1991-09-11 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | A method of and a device for driving a wire-dot print head |
| JP2007095834A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ダイヤモンド素子及びその製造方法 |
| JP2007095794A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ダイヤモンド素子及びその製造方法 |
| WO2007129610A1 (ja) * | 2006-05-10 | 2007-11-15 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | ダイヤモンド表面処理方法及びそのダイヤモンド薄膜を用いたデバイス |
-
1993
- 1993-05-21 JP JP5118847A patent/JPH06334171A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0446045A2 (en) * | 1990-03-09 | 1991-09-11 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | A method of and a device for driving a wire-dot print head |
| JP2007095834A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ダイヤモンド素子及びその製造方法 |
| JP2007095794A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ダイヤモンド素子及びその製造方法 |
| JP4734668B2 (ja) * | 2005-09-27 | 2011-07-27 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ダイヤモンド素子及びその製造方法 |
| JP4734667B2 (ja) * | 2005-09-27 | 2011-07-27 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ダイヤモンド素子及びその製造方法 |
| WO2007129610A1 (ja) * | 2006-05-10 | 2007-11-15 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | ダイヤモンド表面処理方法及びそのダイヤモンド薄膜を用いたデバイス |
| GB2452873A (en) * | 2006-05-10 | 2009-03-18 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | Method for diamond surface treatment, and device using thin film of diamond |
| GB2452873B (en) * | 2006-05-10 | 2011-12-28 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | Method for diamond surface treatment and device using thin fi lm of diamond |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4855254A (en) | Method of growing a single crystalline β-SiC layer on a silicon substrate | |
| EP0445754B1 (en) | Method for growing a diamond or c-BN thin film | |
| JP3380313B2 (ja) | ダイヤモンド電界効果トランジスタ | |
| US5420443A (en) | Microelectronic structure having an array of diamond structures on a nondiamond substrate and associated fabrication methods | |
| JP4114709B2 (ja) | ダイヤモンド膜の形成方法 | |
| JP3557457B2 (ja) | ＳｉＣ膜の製造方法、及びＳｉＣ多層膜構造の製造方法 | |
| JPH0952796A (ja) | ＳｉＣ結晶成長方法およびＳｉＣ半導体装置 | |
| Tokuda | Homoepitaxial diamond growth by plasma-enhanced chemical vapor deposition | |
| JP3728467B2 (ja) | 単結晶ダイヤモンド膜の形成方法 | |
| WO2000058534A1 (fr) | Diamant semi-conducteur de type n et son procede de fabrication | |
| JP2000001398A (ja) | 炭化けい素半導体基板の製造方法 | |
| Yasui et al. | Growth of high quality silicon carbide films on Si by triode plasma CVD using monomethylsilane | |
| JPH08151295A (ja) | 単結晶ダイヤモンド膜気相合成用基板の製造方法 | |
| JPH06334171A (ja) | ダイヤモンド薄膜素子の製造方法 | |
| JPH11157988A (ja) | 結晶成長装置および結晶成長法 | |
| EP0622472A1 (en) | Method for growing a diamond or c-BN thin film on a diamond or c-BN substrate | |
| JPH07183231A (ja) | 半導体基板およびその製造方法 | |
| JPS62171993A (ja) | 半導体ダイヤモンドの製造方法 | |
| JPH04266020A (ja) | 半導体ダイヤモンド | |
| Yasui et al. | Epitaxial growth of 3C-SiC films on Si substrates by triode plasma CVD using dimethylsilane | |
| JP3123127B2 (ja) | 電界効果型トランジスタ | |
| Mandracci et al. | Heteroepitaxy of 3C–SiC by electron cyclotron resonance-CVD technique | |
| KR20010062215A (ko) | 단결정 실리콘층, 그 에피택셜 성장 방법 및 반도체 장치 | |
| KR102401334B1 (ko) | 그래핀과 하이브리드화에 의한 다이아몬드의 밴드갭 제어방법 | |
| JP2004193522A (ja) | 不純物ドープダイヤモンド |