JPH0639694B2 - イオン注入方法 - Google Patents
イオン注入方法Info
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- JPH0639694B2 JPH0639694B2 JP61141191A JP14119186A JPH0639694B2 JP H0639694 B2 JPH0639694 B2 JP H0639694B2 JP 61141191 A JP61141191 A JP 61141191A JP 14119186 A JP14119186 A JP 14119186A JP H0639694 B2 JPH0639694 B2 JP H0639694B2
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Classifications
-
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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- H01L21/046—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion using ion implantation
-
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はイオン注入に関するものである。
従来の技術 イオン注入は、強力なイオン、好ましくは正のイオン、
で基板に衝撃を加える公知の方法である。イオンは基板
に侵入し、そしてまた基板の表面上におよび表面内に薄
膜を形成する。イオン注入を行なう装置には、イオンビ
ーム発生源、イオンを加速するための加速器および不必
要なイオンをビームから篩い分けるフィルターを含む。
装置にはまた、基板を通り抜けるビームを取り払う装置
を含めてもよい。
で基板に衝撃を加える公知の方法である。イオンは基板
に侵入し、そしてまた基板の表面上におよび表面内に薄
膜を形成する。イオン注入を行なう装置には、イオンビ
ーム発生源、イオンを加速するための加速器および不必
要なイオンをビームから篩い分けるフィルターを含む。
装置にはまた、基板を通り抜けるビームを取り払う装置
を含めてもよい。
数ｅＶからＭｅＶまでの広範囲なイオンエネルギーを用
いうる。エネルギーが大きくなるほど、イオンの基板へ
の侵入度も大きくなる。損傷度は注入したイオン量によ
って決まる。
いうる。エネルギーが大きくなるほど、イオンの基板へ
の侵入度も大きくなる。損傷度は注入したイオン量によ
って決まる。
注入プロセスの間に、イオンは結晶格子へ侵入すると、
ほとんど材料との電子相互作用によってまずエネルギー
を失う。このプロセスでイオンの速度が落ちる。イオン
の速度がさらにあるところまで落ちると、イオンは格子
原子の核と相互に作用し始め、その結果これらの原子と
衝突置換を行なう。順番に、置換された原子は他の原子
と衝突して、衝突相互作用のカスケードが生じる。その
結果、カスケードが生じた部分には、格子位置からの置
換された原子（割込み体）および原子があったはずであ
る空の格子部位（空位）がある。これらの二つの結晶欠
陥は、適当な温度で、結晶中を移動することができ、そ
して出合って互いに全滅することもある。すなわち、割
込体が空位に飛び込むと、前に置換された原子は再び格
子位置に入り、そして前に空の部位であったところが再
び満たされる。置換された原子全てを空位へ移動させた
り飛び込ませることが可能ならば、イオン注入中に生じ
た照射損傷はなくなる。
ほとんど材料との電子相互作用によってまずエネルギー
を失う。このプロセスでイオンの速度が落ちる。イオン
の速度がさらにあるところまで落ちると、イオンは格子
原子の核と相互に作用し始め、その結果これらの原子と
衝突置換を行なう。順番に、置換された原子は他の原子
と衝突して、衝突相互作用のカスケードが生じる。その
結果、カスケードが生じた部分には、格子位置からの置
換された原子（割込み体）および原子があったはずであ
る空の格子部位（空位）がある。これらの二つの結晶欠
陥は、適当な温度で、結晶中を移動することができ、そ
して出合って互いに全滅することもある。すなわち、割
込体が空位に飛び込むと、前に置換された原子は再び格
子位置に入り、そして前に空の部位であったところが再
び満たされる。置換された原子全てを空位へ移動させた
り飛び込ませることが可能ならば、イオン注入中に生じ
た照射損傷はなくなる。
割り込み原子および空位の拡散度は温度によって変わ
る。多くの固体では、割込み体は空位よりも低い温度で
移動しやすくなる。たとえば、ダイヤモンドでは、割込
み体は約５０〜１００℃の温度で移動しやすくなるよう
である。他方、空位は約６００℃より上の温度で拡散し
始める。
る。多くの固体では、割込み体は空位よりも低い温度で
移動しやすくなる。たとえば、ダイヤモンドでは、割込
み体は約５０〜１００℃の温度で移動しやすくなるよう
である。他方、空位は約６００℃より上の温度で拡散し
始める。
割込み体のような点欠陥が拡散によって移動するとき、
これが空位と出会いそしてそれと再び結びつくチャンス
は存在する空位の密度による。存在する空位の数が多い
ほど、割込み体がイオン損傷層から拡散し去る前に空位
との再結合を終える確率はより高くなる。
これが空位と出会いそしてそれと再び結びつくチャンス
は存在する空位の密度による。存在する空位の数が多い
ほど、割込み体がイオン損傷層から拡散し去る前に空位
との再結合を終える確率はより高くなる。
様々な種類の基板にイオン注入を行ないうる。たとえ
ば、ダイヤモンドに炭素、硼素または窒素のような種々
のイオンを注入することが知られている。この方法を電
子工業用の半導体の製造に広く用いる場合、基板はシリ
コンまたはゲルマニウムでもよい。
ば、ダイヤモンドに炭素、硼素または窒素のような種々
のイオンを注入することが知られている。この方法を電
子工業用の半導体の製造に広く用いる場合、基板はシリ
コンまたはゲルマニウムでもよい。
発明の目的 本発明は、基板に結晶格子内に空位および割込み体の形
の点欠陥の損傷層をつくるのに適したエネルギーのイオ
ンで衝撃を与える工程、この衝撃は点欠陥が拡散するの
を抑制するのに十分に低い温度で行ない、次いで損傷基
板をアニールする工程を含む、イオンを結晶基板へ注入
する方法を提供するものである。
の点欠陥の損傷層をつくるのに適したエネルギーのイオ
ンで衝撃を与える工程、この衝撃は点欠陥が拡散するの
を抑制するのに十分に低い温度で行ない、次いで損傷基
板をアニールする工程を含む、イオンを結晶基板へ注入
する方法を提供するものである。
手段及び作用 本発明の方法は、イオン注入によるドーパント原子の基
板への導入に特に適用される。基板は上記のように損傷
を受け、そしてまたドーパント原子による衝撃も受け
る。基板は両方の衝撃の間、低温に保持される。衝撃は
どのような順序でもあるいは同時に行なってもよい。
板への導入に特に適用される。基板は上記のように損傷
を受け、そしてまたドーパント原子による衝撃も受け
る。基板は両方の衝撃の間、低温に保持される。衝撃は
どのような順序でもあるいは同時に行なってもよい。
採用する低温は基板によって異なる。しかしながら、基
板内に生じる実質的に全ての点欠陥は移動しにくくして
あるいは凍結させてあって拡がらないように一般になっ
ている。例として、ダイヤモンドの場合、温度は通例０
℃より下であり、一般的に液体窒素の温度またはそれよ
り低い。
板内に生じる実質的に全ての点欠陥は移動しにくくして
あるいは凍結させてあって拡がらないように一般になっ
ている。例として、ダイヤモンドの場合、温度は通例０
℃より下であり、一般的に液体窒素の温度またはそれよ
り低い。
点欠陥を凍結するのに十分な低温で、ある材料をイオン
注入すると、興味のある効果が生じる。いったん照射損
傷が生じたら、衝突カスケードに加わる原子は、格子位
置からたたき出される原子だけではなく、前の衝突カス
ケード中に格子位置からすでに置換された原子も加わ
る。従って、カスケード当たり生じる空位は、割込み原
子が存在しない場合よりも少ない。さらに、衝突カスケ
ードに加わる原子のいくつかは、存在する空の格子位置
で停止し、空位および割込み体の数はさらに減少する。
すでに存在する空位および割込み原子が増すほど、衝突
するイオン当りの空位および割込み体の増加が低下する
ことは明らかである。イオン注入した部分が非晶質にな
らなければ、衝突カスケードで生じるのと同じくらいの
空位および割込み体が再結合する段階に達することは理
論的に可能であり、従って、注入されたイオン当りの照
射損傷の正味の増加はない。
注入すると、興味のある効果が生じる。いったん照射損
傷が生じたら、衝突カスケードに加わる原子は、格子位
置からたたき出される原子だけではなく、前の衝突カス
ケード中に格子位置からすでに置換された原子も加わ
る。従って、カスケード当たり生じる空位は、割込み原
子が存在しない場合よりも少ない。さらに、衝突カスケ
ードに加わる原子のいくつかは、存在する空の格子位置
で停止し、空位および割込み体の数はさらに減少する。
すでに存在する空位および割込み原子が増すほど、衝突
するイオン当りの空位および割込み体の増加が低下する
ことは明らかである。イオン注入した部分が非晶質にな
らなければ、衝突カスケードで生じるのと同じくらいの
空位および割込み体が再結合する段階に達することは理
論的に可能であり、従って、注入されたイオン当りの照
射損傷の正味の増加はない。
衝突イオン当り生じる空位および割込み体の正味の数
は、照射損傷の増加と共に減少するが、衝突イオンによ
って生じる各カスケードは原子を混合する：すなわち、
格子位置にあった原子は割込み位置で停止し、一方割込
み位置にあった原子は順番に格子位置で停止する。さら
に、多数の空位が存在することはまた、注入されたイオ
ンが格子位置で終る可能性が増す。
は、照射損傷の増加と共に減少するが、衝突イオンによ
って生じる各カスケードは原子を混合する：すなわち、
格子位置にあった原子は割込み位置で停止し、一方割込
み位置にあった原子は順番に格子位置で停止する。さら
に、多数の空位が存在することはまた、注入されたイオ
ンが格子位置で終る可能性が増す。
本発明は、硼素、燐、砒素等のような標準的なドーパン
トをダイヤモンド基板の格子位置へ導入するのに特に適
用される。このことに関して本発明を実施する好ましい
方法は以下のとておりである： ダイヤモンドをまず、要求される損傷範囲の必要な幅お
よび深さに基づいて、結晶格子内に空位および割込み体
の形の点欠陥の損傷層をつくるのに適したエネルギーま
たはエネルギー範囲で、炭素イオン注入により損傷を加
える。使用イオン量は、空位および割込み体が高密度で
生じるように十分に多くなければならないが、ダイヤモ
ンドを非晶質化したりあるいは導入されるドーパントの
電気活性を妨げうる他の安定な欠陥群を形成させること
なく、確実に損傷がその後アニールされるように十分に
少なくなければならない。アニールの後、いくらかの欠
陥が残っても、それらの密度は、ドープした試験体の必
要な電気的および／または光学的特性を大きく妨害しな
いように十分に小さくなければならない。
トをダイヤモンド基板の格子位置へ導入するのに特に適
用される。このことに関して本発明を実施する好ましい
方法は以下のとておりである： ダイヤモンドをまず、要求される損傷範囲の必要な幅お
よび深さに基づいて、結晶格子内に空位および割込み体
の形の点欠陥の損傷層をつくるのに適したエネルギーま
たはエネルギー範囲で、炭素イオン注入により損傷を加
える。使用イオン量は、空位および割込み体が高密度で
生じるように十分に多くなければならないが、ダイヤモ
ンドを非晶質化したりあるいは導入されるドーパントの
電気活性を妨げうる他の安定な欠陥群を形成させること
なく、確実に損傷がその後アニールされるように十分に
少なくなければならない。アニールの後、いくらかの欠
陥が残っても、それらの密度は、ドープした試験体の必
要な電気的および／または光学的特性を大きく妨害しな
いように十分に小さくなければならない。
他のイオンも、結局必要な特性を妨害しない限り、予備
損傷を加えるのに使用しうる。たとえば、イオンをダイ
ヤモンド結晶中に置いたとき、バンドギャップに特別の
エネルギーレベルをもたらさないイオンであればどのよ
うなイオンも適している。しかしながら、炭素イオンが
好ましい。
損傷を加えるのに使用しうる。たとえば、イオンをダイ
ヤモンド結晶中に置いたとき、バンドギャップに特別の
エネルギーレベルをもたらさないイオンであればどのよ
うなイオンも適している。しかしながら、炭素イオンが
好ましい。
損傷を作り出すイオン注入に続いて直ちに結晶格子内に
空位および割込み体の形の点欠陥の損傷層をつくるのに
適したエネルギーまたはエネルギー範囲でドーパントイ
オンの注入を行なって、ドーパントイオンが予じめ損傷
を作っておいた領域に確実に落着くようにする。すでに
存在する多数の空位および割込み体は従って、衝突ドー
パントイオンが格子位置に停止する可能性を高める。そ
れ故、その後のドーパントイオンの損傷層への衝突によ
って生じる各カスケードで受ける混合作用は、層中に存
在するがまだ格子位置に入っていないドーパント原子が
空の格子部位にたたき込まれる可能性をさらに高める。
ドーパントイオンを初めにイオン注入し、そしてこの次
に損傷を加えるイオン（炭素イオン）を注入することも
可能であり、これはその後必要な空位を順次作り出し、
そしてドーパントイオンをこれらの空位へ衝突カスケー
ドで受ける混合作用によってたたき込む。あるいは、損
傷を加えるイオンおよびドーパントイオンの注入を交互
に、あるいは同時に行なってもよい。
空位および割込み体の形の点欠陥の損傷層をつくるのに
適したエネルギーまたはエネルギー範囲でドーパントイ
オンの注入を行なって、ドーパントイオンが予じめ損傷
を作っておいた領域に確実に落着くようにする。すでに
存在する多数の空位および割込み体は従って、衝突ドー
パントイオンが格子位置に停止する可能性を高める。そ
れ故、その後のドーパントイオンの損傷層への衝突によ
って生じる各カスケードで受ける混合作用は、層中に存
在するがまだ格子位置に入っていないドーパント原子が
空の格子部位にたたき込まれる可能性をさらに高める。
ドーパントイオンを初めにイオン注入し、そしてこの次
に損傷を加えるイオン（炭素イオン）を注入することも
可能であり、これはその後必要な空位を順次作り出し、
そしてドーパントイオンをこれらの空位へ衝突カスケー
ドで受ける混合作用によってたたき込む。あるいは、損
傷を加えるイオンおよびドーパントイオンの注入を交互
に、あるいは同時に行なってもよい。
両イオン衝撃は共に、点欠陥が凍結されそして拡散しな
いことが確実なほど低い温度で行なう。ダイヤモンドに
適した温度は液体窒素温度またはそれより下である。拡
散が限定される限り、これより高い温度も可能である。
いことが確実なほど低い温度で行なう。ダイヤモンドに
適した温度は液体窒素温度またはそれより下である。拡
散が限定される限り、これより高い温度も可能である。
イオン注入の完了後、結晶格子は高密度の空位および自
己割込み体（炭素割込み体）およびドーパント原子を含
み、これらのうちのいくつかはすでに格子部位に入って
いる。さらに多くのドーパント原子が今や格子位置に入
り、照射損傷は適当に選択したアニールサイクルによっ
て低レベルに減少する（あるいはなくなる）。ダイヤモ
ンドを加熱することによって、割込み原子（炭素のよう
な自己割込み体およびドーパント割込み体）および／ま
たは空位は拡散を開始する。割込み体および空位の密度
が高いため、これらの多くは出合って、全てなくなる。
炭素割込み体と空位が結びつくと、照射損傷はさらに少
なくなる。他方、ドーパント割込み体と空位が出会う
と、ドーパント原子は格子位置で停止する。
己割込み体（炭素割込み体）およびドーパント原子を含
み、これらのうちのいくつかはすでに格子部位に入って
いる。さらに多くのドーパント原子が今や格子位置に入
り、照射損傷は適当に選択したアニールサイクルによっ
て低レベルに減少する（あるいはなくなる）。ダイヤモ
ンドを加熱することによって、割込み原子（炭素のよう
な自己割込み体およびドーパント割込み体）および／ま
たは空位は拡散を開始する。割込み体および空位の密度
が高いため、これらの多くは出合って、全てなくなる。
炭素割込み体と空位が結びつくと、照射損傷はさらに少
なくなる。他方、ドーパント割込み体と空位が出会う
と、ドーパント原子は格子位置で停止する。
自己割込み体（炭素割込体）および空位の移動度は一般
に、アニール温度によって異なる。たとえば、大きなド
ーパント原子（たとえば砒素）は妥当なアニール温度で
の割込みメカニズムによって拡散することができない。
この場合、大きな割込みドーパント原子は、これと結び
つけるために空位（単数または複数の）をこれに向って
拡散させても、格子位置に止まるだけである。従って、
アニールのすぐれた結果は、選んだアニール温度および
温度サイクルによることは明らかである。アニールサイ
クルは割込み体（自己およびドーパント）−空孔の再結
合が確実に最高となるように選択すべきである。予じめ
損傷を与えるイオンの量およびドーパントの量によっ
て、ダイヤモンドをドーパントする場合、種々のアニー
ル法を用いうる。それらの例を以下に示す： (a)約１５００℃の温度までの通常の真空アニール：１
００℃より上、６００℃までは、自己割込み体が拡散
し、そして６００℃より上では、空位および割込み体が
共に移動する。温度の上昇速度は明らかにドーパントの
活性化量および残りの照射損傷量に影響を及ぼす。
に、アニール温度によって異なる。たとえば、大きなド
ーパント原子（たとえば砒素）は妥当なアニール温度で
の割込みメカニズムによって拡散することができない。
この場合、大きな割込みドーパント原子は、これと結び
つけるために空位（単数または複数の）をこれに向って
拡散させても、格子位置に止まるだけである。従って、
アニールのすぐれた結果は、選んだアニール温度および
温度サイクルによることは明らかである。アニールサイ
クルは割込み体（自己およびドーパント）−空孔の再結
合が確実に最高となるように選択すべきである。予じめ
損傷を与えるイオンの量およびドーパントの量によっ
て、ダイヤモンドをドーパントする場合、種々のアニー
ル法を用いうる。それらの例を以下に示す： (a)約１５００℃の温度までの通常の真空アニール：１
００℃より上、６００℃までは、自己割込み体が拡散
し、そして６００℃より上では、空位および割込み体が
共に移動する。温度の上昇速度は明らかにドーパントの
活性化量および残りの照射損傷量に影響を及ぼす。
(b)超高真空アニール：この場合、温度は、ダイヤモン
ドをグラファイト化することなく、短時間で２０００℃
近くまで安全に高めうる。注意して、さらに高い温度も
用いうる。温度が高くなるにつれて、点欠陥はさらに移
動しやすくなる。さらにまた、温度の上昇速度は結果に
影響を及ぼすはずである。短時間フラッシュアニールは
一層有利である。
ドをグラファイト化することなく、短時間で２０００℃
近くまで安全に高めうる。注意して、さらに高い温度も
用いうる。温度が高くなるにつれて、点欠陥はさらに移
動しやすくなる。さらにまた、温度の上昇速度は結果に
影響を及ぼすはずである。短時間フラッシュアニールは
一層有利である。
(c)損傷層へ力の場をかけながらの熱アニール：ダイヤ
モンド内の点欠陥をチャージし、電場または他の力の場
をかけることによってそれらの動きに影響を及ぼす。従
って、ダイヤモンドを、イオン注入後、力の場をかけな
がら（不変または交互に）加熱する場合、移動中の点欠
陥のジャンプ数および移動方向をコントロールしうる。
モンド内の点欠陥をチャージし、電場または他の力の場
をかけることによってそれらの動きに影響を及ぼす。従
って、ダイヤモンドを、イオン注入後、力の場をかけな
がら（不変または交互に）加熱する場合、移動中の点欠
陥のジャンプ数および移動方向をコントロールしうる。
(d)超高圧アニール：ダイヤモンドが安定な範囲の高圧
下でのダイヤモンドのアニールは、空位と割込み体との
間の再結合プロセスをコントロールする別の処理法であ
る。十分に高い圧力（１２０キロバール）の下では、ダ
イヤモンドを、グラファイト化することなく、短時間に
2500℃まで加熱することが可能である。もっと低い温度
でも、圧力はまた点欠陥の移動性およびそれらの互いの
引力に影響を及ぼす。
下でのダイヤモンドのアニールは、空位と割込み体との
間の再結合プロセスをコントロールする別の処理法であ
る。十分に高い圧力（１２０キロバール）の下では、ダ
イヤモンドを、グラファイト化することなく、短時間に
2500℃まで加熱することが可能である。もっと低い温度
でも、圧力はまた点欠陥の移動性およびそれらの互いの
引力に影響を及ぼす。
(e)レーザーアニール、たとえば南アフリカ特許第８２
／１１７７号に記載されているようなもの。
／１１７７号に記載されているようなもの。
本発明の方法は、構造がランダム化あるいは非晶質化さ
れていると見なされるような点欠陥が集中している基板
内に損傷層を作り出すのに使用でき、衝撃は、損傷層が
より低密度の領域へ拡散するのを抑制するのに十分に低
い温度で行う。損傷層は、たとえイオン注入後空孔と割
込み体との区別が難しくとも、エピタキシャル成長また
は再結晶化するのに適した条件下でその後またアニール
することができる。
れていると見なされるような点欠陥が集中している基板
内に損傷層を作り出すのに使用でき、衝撃は、損傷層が
より低密度の領域へ拡散するのを抑制するのに十分に低
い温度で行う。損傷層は、たとえイオン注入後空孔と割
込み体との区別が難しくとも、エピタキシャル成長また
は再結晶化するのに適した条件下でその後またアニール
することができる。
特に基板がダイヤモンドの場合、エピタキシャルの成長
または再結晶化するのに適した条件の例は、以下の通り
である： １．基板が結晶学的に安定である高温および高圧の条
件。このような条件は当業界で公知である。
または再結晶化するのに適した条件の例は、以下の通り
である： １．基板が結晶学的に安定である高温および高圧の条
件。このような条件は当業界で公知である。
２．レーザーアニールの使用。
３．損傷基板の高真空下、２０００℃までの温度での加
熱。一般的には温度は５００℃〜２０００℃であり、一
般的には圧力は１０-6〜１０-1トルである。
熱。一般的には温度は５００℃〜２０００℃であり、一
般的には圧力は１０-6〜１０-1トルである。
実施例 本発明の方法の有効性を試験するために、タイプIIaダ
イヤモンドを窒素でドープする試みの実験を行なった。
大部分のダイヤモンドは窒素を単一の形でまたは別の形
で含んでいる。存在する窒素の量およびタイプは光学吸
収スペクトルに影響を及ぼす。タイプIIaダイヤモンド
の窒素含有量は極めて少なく、それらの吸収スペクトル
は、窒素による吸収バンドを含んでいない。非常にまれ
なタイプIbダイヤモンドは、多量の窒素（〜１×１０19
原子／ｃｍ３）を分散した形、すなわち単一窒素原子を
格子位置に分散した形で含有し、従って、窒素原子で効
果的に“ドープ”されている。窒素が分散して存在する
とダイヤモンドは光を吸収して青色となり、紫外スペク
トルでは黄金色となる。ダイヤモンドに照射損傷（空位
および割込み体）があると、これはまた光学スペクトル
に特定の吸収特性を示す。優勢な照射損傷バンドは、約
２ｅＶの光子エネルギー付近を中心とした、空位によ
る、ＧＲ１−バンドおよび、スペクトルの紫外領域の大
きな照射損傷バンドである。
イヤモンドを窒素でドープする試みの実験を行なった。
大部分のダイヤモンドは窒素を単一の形でまたは別の形
で含んでいる。存在する窒素の量およびタイプは光学吸
収スペクトルに影響を及ぼす。タイプIIaダイヤモンド
の窒素含有量は極めて少なく、それらの吸収スペクトル
は、窒素による吸収バンドを含んでいない。非常にまれ
なタイプIbダイヤモンドは、多量の窒素（〜１×１０19
原子／ｃｍ３）を分散した形、すなわち単一窒素原子を
格子位置に分散した形で含有し、従って、窒素原子で効
果的に“ドープ”されている。窒素が分散して存在する
とダイヤモンドは光を吸収して青色となり、紫外スペク
トルでは黄金色となる。ダイヤモンドに照射損傷（空位
および割込み体）があると、これはまた光学スペクトル
に特定の吸収特性を示す。優勢な照射損傷バンドは、約
２ｅＶの光子エネルギー付近を中心とした、空位によ
る、ＧＲ１−バンドおよび、スペクトルの紫外領域の大
きな照射損傷バンドである。
今、窒素原子を十分にIIaダイヤモンドへ導入すること
ができたならば、その光学吸収スペクトルは一般的なII
aスペクトルからIb特性を含むものに変化するはずであ
る。三つのIIaダイヤモンドを選び、以下の条件の下で
液体窒素温度においてイオン注入を行った： (i)ダイヤモンド１：このダイヤモンドに、１００Ｋｅ
Ｖのエネルギーで４×１０14イオン／cm2の量まで炭素
イオンを注入して、予備損傷を加えた。これを直ちに１
１０ＫｅＶのエネルギーで、１×１０14イオン／cm2ま
で窒素イオンを注入した。後者のエネルギーによって、
炭素注入を行なった部分と窒素注入を行なった部分が確
実にオーバーラップし、イオン量は、前の注入層を注入
した後は、〜２×１０19原／cm2の平均窒素原子密度た
なった。
ができたならば、その光学吸収スペクトルは一般的なII
aスペクトルからIb特性を含むものに変化するはずであ
る。三つのIIaダイヤモンドを選び、以下の条件の下で
液体窒素温度においてイオン注入を行った： (i)ダイヤモンド１：このダイヤモンドに、１００Ｋｅ
Ｖのエネルギーで４×１０14イオン／cm2の量まで炭素
イオンを注入して、予備損傷を加えた。これを直ちに１
１０ＫｅＶのエネルギーで、１×１０14イオン／cm2ま
で窒素イオンを注入した。後者のエネルギーによって、
炭素注入を行なった部分と窒素注入を行なった部分が確
実にオーバーラップし、イオン量は、前の注入層を注入
した後は、〜２×１０19原／cm2の平均窒素原子密度た
なった。
(ii)ダイヤモンド２：このダイヤモンドは、５×１０14
イオン／cm2のイオン量までの炭素イオンのみを注入し
た。従って、窒素が入っていない他は、ダイヤモンド１
とほぼ同量の照射損傷となっている。
イオン／cm2のイオン量までの炭素イオンのみを注入し
た。従って、窒素が入っていない他は、ダイヤモンド１
とほぼ同量の照射損傷となっている。
(iii)ダイヤモンド３：このダイヤモンドでは、ダイヤ
モンドに予備損傷を加えることなく、窒素イオンのみを
１×１０14イオン／cm2の量まで注入した。従って、イ
オン注入後、ダイヤモンドは注入部分に注入された窒素
原子の密度がダイヤモンド１と同じ値、すなわち、〜２
×１０19原子／cm3であった。
モンドに予備損傷を加えることなく、窒素イオンのみを
１×１０14イオン／cm2の量まで注入した。従って、イ
オン注入後、ダイヤモンドは注入部分に注入された窒素
原子の密度がダイヤモンド１と同じ値、すなわち、〜２
×１０19原子／cm3であった。
次に、約８００℃までの様々な等時性のアニール段階の
後、これらのダイヤモンドの光学スペクトルを調べた。
結果から以下の本発明の方法の有効性を確認した： (i)ダイヤモンド１：このダイヤモンドはイオン注入の
後、タイプIbの光学吸収特性およびＧ．Ｒ．１−および
ＵＶ−照射損傷バンドを示した。後者はアニールの後消
え、一方Ib特性はより強くなった；従って、多くの窒素
原子が、注入およびアニールプロセスの間に、相当取込
まれたことを示している。
後、これらのダイヤモンドの光学スペクトルを調べた。
結果から以下の本発明の方法の有効性を確認した： (i)ダイヤモンド１：このダイヤモンドはイオン注入の
後、タイプIbの光学吸収特性およびＧ．Ｒ．１−および
ＵＶ−照射損傷バンドを示した。後者はアニールの後消
え、一方Ib特性はより強くなった；従って、多くの窒素
原子が、注入およびアニールプロセスの間に、相当取込
まれたことを示している。
(ii)ダイヤモンド２：このダイヤモンドは、Ｇ．Ｒ．１
−およびＵＶ−照射バンドが重なったIIa光学吸収特性
のみを示した。アニールの後、これらの照射損傷バンド
は消えて、初めのタイプIIａ吸収スペクトルのみが残っ
た。すなわち、残りの照射損傷は光学的に観察されない
程少なかった。この結果はさらにまた、窒素原子が相当
ダイヤモンド１中に取込まれたことを証明している。
−およびＵＶ−照射バンドが重なったIIa光学吸収特性
のみを示した。アニールの後、これらの照射損傷バンド
は消えて、初めのタイプIIａ吸収スペクトルのみが残っ
た。すなわち、残りの照射損傷は光学的に観察されない
程少なかった。この結果はさらにまた、窒素原子が相当
ダイヤモンド１中に取込まれたことを証明している。
(iii)ダイヤモンド３：イオン注入の後、このダイヤモ
ンドは照射損傷バンドが弱く、窒素吸収ピークであるは
ずのところの効果が非常に小さかった。アニールの後、
照射バンドは消えたが、Ib吸収特性は現われなかった。
ンドは照射損傷バンドが弱く、窒素吸収ピークであるは
ずのところの効果が非常に小さかった。アニールの後、
照射バンドは消えたが、Ib吸収特性は現われなかった。
低温でイオン注入した後適当なアニールを行う別の利点
は、以下の実験で証明された： IIaダイヤモンドを、エネルギー１００ＫｅＶの炭素イ
オン２×１０16イオン／cm2のイオン量まで注入を行っ
た。二つの異なる部分を同じイオン量に注入した。第一
の注入の間、ダイヤモンドは約１００℃であり、一方第
二の注入は液体窒素温度で行った。イオン注入の後、両
方の注入部分とも黒く、照射損傷が大きいことを示して
いた。次にダイヤモンドを３０分間、１５００℃より上
の温度でアニールし、同時にダイヤモンドが安定な圧力
範囲に保持した。アニールの後、高温（〜１００℃）で
注入した部分は、まだピッチのように黒かった。液体窒
素温度で注入した部分は薄ねずみ色で非常に透明であ
り、照射損傷が大いに減じたことを示していた。
は、以下の実験で証明された： IIaダイヤモンドを、エネルギー１００ＫｅＶの炭素イ
オン２×１０16イオン／cm2のイオン量まで注入を行っ
た。二つの異なる部分を同じイオン量に注入した。第一
の注入の間、ダイヤモンドは約１００℃であり、一方第
二の注入は液体窒素温度で行った。イオン注入の後、両
方の注入部分とも黒く、照射損傷が大きいことを示して
いた。次にダイヤモンドを３０分間、１５００℃より上
の温度でアニールし、同時にダイヤモンドが安定な圧力
範囲に保持した。アニールの後、高温（〜１００℃）で
注入した部分は、まだピッチのように黒かった。液体窒
素温度で注入した部分は薄ねずみ色で非常に透明であ
り、照射損傷が大いに減じたことを示していた。
Claims (26)
- 【請求項１】結晶性基板をイオン注入する方法におい
て、基板に結晶格子内に空位および割込み体の形の点欠
陥の損傷層をつくるのに適したエネルギーのイオンで衝
撃を与える工程、この衝撃は点欠陥が移動するのを抑制
するのに十分低い温度で行ない、次いで損傷基板をアニ
ールする工程を含む、上記の方法。 - 【請求項２】ドーパント原子は損傷を作り出す衝撃の
際、前又は後にイオン注入によって導入されて損傷層に
存在するものであり、ドーパント原子の注入は損傷層内
で点欠陥が移動するのを抑制するのに十分な低い温度で
行う、特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項３】ドーパント原子が硼素、燐または砒素であ
る特許請求の範囲第２項記載の方法。 - 【請求項４】損傷を作り出す衝撃イオンが炭素イオンで
ある、特許請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項５】基板がダイヤモンドである、特許請求の範
囲第１〜４項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項６】上記の低い温度が０℃より下である特許請
求の範囲第５項記載の方法。 - 【請求項７】上記の低い温度が液体窒素の温度またはそ
れより下である、特許請求の範囲第６項記載の方法。 - 【請求項８】アニールが１５００℃の温度までの真空ア
ニールである、特許請求の範囲第５〜７項のいずれかに
記載の方法。 - 【請求項９】アニールが２０００℃までの温度での超高
真空アニールである、特許請求の範囲第５〜７項のいず
れかに記載の方法。 - 【請求項１０】アニールが、力の場を損傷層にかけなが
ら行なう熱アニールである、特許請求の範囲第５〜７項
のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１１】アニールが超高圧アニールである、特許
請求の範囲第５〜７項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１２】アニールをレーザーアニールによって行
なう、特許請求の範囲第５〜７項のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項１３】損傷を作り出す衝撃によって、基板の構
造がランダム化するような点欠陥濃度の損傷層を、基板
につくりだし、この衝撃は、損傷層のより低い濃度領域
への拡散を抑制するのに十分に低い濃度で行なう、特許
請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項１４】アニールを、ランダム化した層のエピタ
キシャル成長または再結晶を引起すのに適した条件下で
行なう、特許請求の範囲第１３項記載の方法。 - 【請求項１５】ドーパント原子は損傷を作り出す衝撃の
際、前又は後にイオン注入によって導入されて損傷層に
存在するものであり、ドーパント原子の注入は損傷層内
で点欠陥が移動するのを抑制するのに十分な低い温度で
行う、特許請求の範囲第１３または１４項記載の方法。 - 【請求項１６】ドーパント原子が硼素、燐または砒素で
ある特許請求の範囲第１５項記載の方法。 - 【請求項１７】衝撃を与えて損傷を作り出すイオンが炭
素原子である、特許請求の範囲第１３〜１６項のいずれ
かに記載の方法。 - 【請求項１８】基板がダイヤモンドである、特許請求の
範囲第１３〜１７項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１９】上記の低温が０℃より下である、特許請
求の範囲第１８項に記載の方法。 - 【請求項２０】上記の低温が液体窒素の温度またはそれ
より下である、特許請求の範囲第１９項記載の方法。 - 【請求項２１】アニールを、基板が結晶学的に安定であ
る高温および高圧の条件下で行なう、特許請求の範囲第
１８〜２０項記載の方法。 - 【請求項２２】アニールが１５００℃の温度までの真空
アニールである、特許請求の範囲第１８〜２０項のいず
れかに記載の方法。 - 【請求項２３】アニールが２０００℃までの温度での超
高真空アニールである、特許請求の範囲第１８〜２０項
のいずれかに記載の方法。 - 【請求項２４】アニールが、力の場を損傷層にかけなが
ら行なう熱アニールである、特許請求の範囲第１８〜２
０項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項２５】アニーールが超高圧アニールである、特
許請求の範囲第１８〜２０項に記載の方法。 - 【請求項２６】アニールをレーザーアニールによって行
なう、特許請求の範囲第１８〜２０項のいずれかに記載
の方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ZA854552 | 1985-06-17 | ||
| ZA855239 | 1985-07-11 | ||
| ZA85/5239 | 1985-07-11 | ||
| ZA85/4552 | 1985-07-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61291973A JPS61291973A (ja) | 1986-12-22 |
| JPH0639694B2 true JPH0639694B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=27136312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61141191A Expired - Lifetime JPH0639694B2 (ja) | 1985-06-17 | 1986-06-17 | イオン注入方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0209257B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0639694B2 (ja) |
| DE (1) | DE3685374D1 (ja) |
| IL (1) | IL79107A (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2836790B2 (ja) * | 1991-01-08 | 1998-12-14 | 株式会社神戸製鋼所 | ダイヤモンド薄膜へのオーミック電極形成方法 |
| JPH05102068A (ja) * | 1991-10-11 | 1993-04-23 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンドを用いた電子デバイスの電極形成方法 |
| ZA933939B (en) * | 1992-06-05 | 1993-12-30 | De Beers Ind Diamond | Diamond doping |
| JP3296052B2 (ja) * | 1993-10-12 | 2002-06-24 | 株式会社デンソー | 不純物の活性化方法 |
| US5609926A (en) * | 1994-03-21 | 1997-03-11 | Prins; Johan F. | Diamond doping |
| JPH09106958A (ja) * | 1995-06-23 | 1997-04-22 | De Beers Ind Diamond Div Ltd | 結晶基体のドーピング |
| AU4941900A (en) * | 1999-05-31 | 2000-12-18 | De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited | Doping of crystalline substrates |
| EP1895579B1 (en) * | 2005-06-20 | 2016-06-15 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Diamond semiconductor element and process for producing the same |
| JP5155536B2 (ja) | 2006-07-28 | 2013-03-06 | 一般財団法人電力中央研究所 | ＳｉＣ結晶の質を向上させる方法およびＳｉＣ半導体素子の製造方法 |
| GB0819001D0 (en) | 2008-10-16 | 2008-11-26 | Diamond Detectors Ltd | Contacts on diamond |
| US20130026492A1 (en) * | 2011-07-30 | 2013-01-31 | Akhan Technologies Inc. | Diamond Semiconductor System and Method |
| RU2719611C1 (ru) * | 2019-04-23 | 2020-04-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Микролазер" (ООО "Микролазер") | Оптически проницаемая метка для маркировки драгоценных камней |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3317354A (en) * | 1964-05-28 | 1967-05-02 | Gen Electric | Process for doping a diamond in a gaseous electrical discharge |
| DE3003285A1 (de) * | 1980-01-30 | 1981-08-06 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum herstellen niederohmiger, einkristalliner metall- oder legierungsschichten auf substraten |
-
1986
- 1986-06-12 IL IL79107A patent/IL79107A/xx not_active IP Right Cessation
- 1986-06-17 JP JP61141191A patent/JPH0639694B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1986-06-17 DE DE8686304646T patent/DE3685374D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-06-17 EP EP86304646A patent/EP0209257B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3685374D1 (de) | 1992-06-25 |
| JPS61291973A (ja) | 1986-12-22 |
| EP0209257A1 (en) | 1987-01-21 |
| EP0209257B1 (en) | 1992-05-20 |
| IL79107A (en) | 1989-03-31 |
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