JPH07277899A - ダイヤモンド半導体の製造方法 - Google Patents
ダイヤモンド半導体の製造方法Info
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- JPH07277899A JPH07277899A JP6619394A JP6619394A JPH07277899A JP H07277899 A JPH07277899 A JP H07277899A JP 6619394 A JP6619394 A JP 6619394A JP 6619394 A JP6619394 A JP 6619394A JP H07277899 A JPH07277899 A JP H07277899A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体ダイヤモンド層の厚さ及びドーピング
濃度を高精度で制御でき、再現性良く半導体ダイヤモン
ド層を形成することができるダイヤモンド半導体の製造
方法を提供する。 【構成】 窒化珪素基板１上にダイヤモンド薄膜２がマ
イクロ波プラズマＣＶＤ法により気相合成されており、
ダイヤモンド薄膜２の表面の両端部にマスク３が設けら
れている。そして、この窒化珪素基板１、ダイヤモンド
薄膜２及びマスク３をマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の
チャンバ内に配置し、チャンバ内にＢ2 Ｈ6 ガス及びＨ
2 ガスの混合ガスを導入する。この混合ガスをプラズマ
により分解励起すると分離されたＢ原子がマスク３で覆
われていないダイヤモンド薄膜２の表面に拡散し、ｐ型
の半導体ダイヤモンド層４が形成される。この半導体ダ
イヤモンド層４の厚さは拡散時間により制御できる。ま
た、混合ガス中のＢ2 Ｈ6 ガスの濃度を制御することに
より、ドーピング濃度を高精度で制御できる。
濃度を高精度で制御でき、再現性良く半導体ダイヤモン
ド層を形成することができるダイヤモンド半導体の製造
方法を提供する。 【構成】 窒化珪素基板１上にダイヤモンド薄膜２がマ
イクロ波プラズマＣＶＤ法により気相合成されており、
ダイヤモンド薄膜２の表面の両端部にマスク３が設けら
れている。そして、この窒化珪素基板１、ダイヤモンド
薄膜２及びマスク３をマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の
チャンバ内に配置し、チャンバ内にＢ2 Ｈ6 ガス及びＨ
2 ガスの混合ガスを導入する。この混合ガスをプラズマ
により分解励起すると分離されたＢ原子がマスク３で覆
われていないダイヤモンド薄膜２の表面に拡散し、ｐ型
の半導体ダイヤモンド層４が形成される。この半導体ダ
イヤモンド層４の厚さは拡散時間により制御できる。ま
た、混合ガス中のＢ2 Ｈ6 ガスの濃度を制御することに
より、ドーピング濃度を高精度で制御できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン及びゲルマニ
ウム等の半導体材料より高温特性が優れたダイヤモンド
膜の表面を半導体化してダイヤモンド半導体を製造する
ダイヤモンド半導体の製造方法に関する。
ウム等の半導体材料より高温特性が優れたダイヤモンド
膜の表面を半導体化してダイヤモンド半導体を製造する
ダイヤモンド半導体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは硬度が高く、耐熱性、耐
薬品性及び耐放射線性が優れており、また電気的には優
れた絶縁体である。そして、ダイヤモンドのバンドギャ
ップは約５．４ｅＶと、シリコン及びゲルマニウム等の
バンドギャップよりも大きく、またダイヤモンドはドー
ピングにより半導体化が可能である。このため、ダイヤ
モンドは高温半導体としての応用が期待されている。
薬品性及び耐放射線性が優れており、また電気的には優
れた絶縁体である。そして、ダイヤモンドのバンドギャ
ップは約５．４ｅＶと、シリコン及びゲルマニウム等の
バンドギャップよりも大きく、またダイヤモンドはドー
ピングにより半導体化が可能である。このため、ダイヤ
モンドは高温半導体としての応用が期待されている。
【０００３】また、ダイヤモンドは紫外光、可視光及び
赤外光の広い波長領域にわたり光学的に透明であるた
め、光学窓等への応用も期待されている。
赤外光の広い波長領域にわたり光学的に透明であるた
め、光学窓等への応用も期待されている。
【０００４】このように、ダイヤモンド薄膜は機能性材
料として優れた特性を有しているので、半導体ダイヤモ
ンド薄膜を使用したダイオード及びトランジスタ等の電
子デバイスの開発が進められている。
料として優れた特性を有しているので、半導体ダイヤモ
ンド薄膜を使用したダイオード及びトランジスタ等の電
子デバイスの開発が進められている。
【０００５】従来、このような優れた特性を有する半導
体ダイヤモンド薄膜の形成方法としては、プラズマ反応
を利用してダイヤモンド半導体を気相合成する際に、炭
素源ガス及び希釈用ガスに不純物源ガスを混合してこの
混合原料ガスから不純物を含むダイヤモンド薄膜を形成
する方法が公知である（特開平１−５８７７４）。
体ダイヤモンド薄膜の形成方法としては、プラズマ反応
を利用してダイヤモンド半導体を気相合成する際に、炭
素源ガス及び希釈用ガスに不純物源ガスを混合してこの
混合原料ガスから不純物を含むダイヤモンド薄膜を形成
する方法が公知である（特開平１−５８７７４）。
【０００６】また、ダイヤモンド膜に不純物元素をイオ
ン注入することによりダイヤモンド膜を半導体化する方
法が従来一般的に実施されている。
ン注入することによりダイヤモンド膜を半導体化する方
法が従来一般的に実施されている。
【０００７】更に、ダイヤモンド膜に固体であるＢＮを
接触させた状態で高温に加熱し、Ｂ原子をダイヤモンド
膜中に拡散させる固体拡散法により、ダイヤモンド膜を
形成することもできる[W.Tsai, M.Delfino, D.Hodul,
M.Riaziat, L.Y.Ching, G.Reynolds, and C.B.Cooper,
3, IEEE Electron Devices Lett., Vol.12, No.4(199
1)] 。
接触させた状態で高温に加熱し、Ｂ原子をダイヤモンド
膜中に拡散させる固体拡散法により、ダイヤモンド膜を
形成することもできる[W.Tsai, M.Delfino, D.Hodul,
M.Riaziat, L.Y.Ching, G.Reynolds, and C.B.Cooper,
3, IEEE Electron Devices Lett., Vol.12, No.4(199
1)] 。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のダイヤモンド半導体の製造方法はいずれも以下
に示す問題点がある。
た従来のダイヤモンド半導体の製造方法はいずれも以下
に示す問題点がある。
【０００９】先ず、気相合成により半導体ダイヤモンド
膜を形成する方法においては、ＣＨ4 、Ｈ2 及びＢ2 Ｈ
6 の混合ガスを原料ガスとしてマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法により半導体ダイヤモンド膜が基板上に合成され
る。この場合に、半導体ダイヤモンド膜の合成速度が
０．３μｍ／時であるとすると、膜厚が約０．１μｍの
半導体ダイヤモンド膜を形成するために必要な合成時間
は約２０分である。しかし、半導体ダイヤモンド膜の気
相合成の初期には、基板上にダイヤモンド粒子の核を発
生させる核発生過程が必要であり、この核発生過程の間
は半導体ダイヤモンド膜は成長しないと共に、この過程
に要する時間は不安定である。従って、合成時間が短い
程、合成時間に占める核発生過程の時間の割合が増大す
るため、形成しようとする半導体ダイヤモンド膜の膜厚
が薄い場合は、合成時間による膜厚の制御が困難とな
る。
膜を形成する方法においては、ＣＨ4 、Ｈ2 及びＢ2 Ｈ
6 の混合ガスを原料ガスとしてマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法により半導体ダイヤモンド膜が基板上に合成され
る。この場合に、半導体ダイヤモンド膜の合成速度が
０．３μｍ／時であるとすると、膜厚が約０．１μｍの
半導体ダイヤモンド膜を形成するために必要な合成時間
は約２０分である。しかし、半導体ダイヤモンド膜の気
相合成の初期には、基板上にダイヤモンド粒子の核を発
生させる核発生過程が必要であり、この核発生過程の間
は半導体ダイヤモンド膜は成長しないと共に、この過程
に要する時間は不安定である。従って、合成時間が短い
程、合成時間に占める核発生過程の時間の割合が増大す
るため、形成しようとする半導体ダイヤモンド膜の膜厚
が薄い場合は、合成時間による膜厚の制御が困難とな
る。
【００１０】また、ダイヤモンド膜中に不純物元素をイ
オン注入することにより半導体ダイヤモンド膜を形成す
る方法においては、１０17〜１０19ｃｍ-3のドーピング
濃度の半導体層を形成するためには、ダイヤモンド膜に
不純物元素をイオン注入した後、それを１２００℃以上
の高温に加熱する熱処理工程が必要である。これによ
り、製造工程が増加すると共に、熱処理工程でダイヤモ
ンド膜の表面に生じたグラファイト層を除去する必要が
生じる。そして、グラファイト層を除去することによ
り、その分実際の注入深さが浅くなるため、半導体ダイ
ヤモンド膜の厚さを０．１μｍ以下という薄い膜厚の中
で正確に制御することが困難である。
オン注入することにより半導体ダイヤモンド膜を形成す
る方法においては、１０17〜１０19ｃｍ-3のドーピング
濃度の半導体層を形成するためには、ダイヤモンド膜に
不純物元素をイオン注入した後、それを１２００℃以上
の高温に加熱する熱処理工程が必要である。これによ
り、製造工程が増加すると共に、熱処理工程でダイヤモ
ンド膜の表面に生じたグラファイト層を除去する必要が
生じる。そして、グラファイト層を除去することによ
り、その分実際の注入深さが浅くなるため、半導体ダイ
ヤモンド膜の厚さを０．１μｍ以下という薄い膜厚の中
で正確に制御することが困難である。
【００１１】更に、固体拡散法による半導体ダイヤモン
ド膜の形成方法においては、気相拡散の場合と比較して
ドーピング用不純物元素以外の好ましくない不純物が半
導体ダイヤモンド膜中に多く取り込まれるため、半導体
ダイヤモンド膜中のドーピング濃度の制御が困難であ
る。
ド膜の形成方法においては、気相拡散の場合と比較して
ドーピング用不純物元素以外の好ましくない不純物が半
導体ダイヤモンド膜中に多く取り込まれるため、半導体
ダイヤモンド膜中のドーピング濃度の制御が困難であ
る。
【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、半導体ダイヤモンド層の厚さを高精度で制
御でき、再現性が高いと共に、半導体ダイヤモンド層中
のドーピング濃度も高精度で制御できるダイヤモンド半
導体の製造方法を提供することを目的とする。
のであって、半導体ダイヤモンド層の厚さを高精度で制
御でき、再現性が高いと共に、半導体ダイヤモンド層中
のドーピング濃度も高精度で制御できるダイヤモンド半
導体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係るダイヤモン
ド半導体の製造方法は、ダイヤモンドをドーピングガス
中又はそのドーピングガスと希釈ガスとの混合ガス中に
配置し、前記ドーピングガスをプラズマにより分解励起
して分離された不純物元素を前記ダイヤモンド中に拡散
させることにより前記ダイヤモンドの表面に半導体ダイ
ヤモンド層を形成することを特徴とする。
ド半導体の製造方法は、ダイヤモンドをドーピングガス
中又はそのドーピングガスと希釈ガスとの混合ガス中に
配置し、前記ドーピングガスをプラズマにより分解励起
して分離された不純物元素を前記ダイヤモンド中に拡散
させることにより前記ダイヤモンドの表面に半導体ダイ
ヤモンド層を形成することを特徴とする。
【００１４】また、前記半導体ダイヤモンド層を形成し
た後、これを熱処理することにより、前記ダイヤモンド
の内部に前記不純物元素を拡散させることができる。
た後、これを熱処理することにより、前記ダイヤモンド
の内部に前記不純物元素を拡散させることができる。
【００１５】更に、前記半導体ダイヤモンド層の形成
後、その熱処理前に前記半導体ダイヤモンド層の表面を
酸化珪素又は窒化珪素等の絶縁膜で被覆してもよい。
後、その熱処理前に前記半導体ダイヤモンド層の表面を
酸化珪素又は窒化珪素等の絶縁膜で被覆してもよい。
【００１６】更にまた、前記ドーピングガスは、Ｂ、Ａ
ｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択された少なくとも
１種又はＮ、Ｐ、Ａｓ及びＳｂからなる群から選択され
た少なくとも１種の不純物元素を含むガスとすることが
できる。
ｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択された少なくとも
１種又はＮ、Ｐ、Ａｓ及びＳｂからなる群から選択され
た少なくとも１種の不純物元素を含むガスとすることが
できる。
【００１７】更にまた、前記ドーピングガスは、Ｂ2 Ｈ
6 及びホウ酸水溶液の蒸気から選択された少なくとも１
種又はＮ2 ガス、アンモニアガス、ホスフィン、酸化リ
ン、リン酸及びアルシンからなる群から選択された少な
くとも１種を含むガスとすることができる。なお、酸化
リン及びリン酸はその水溶液を蒸発させて使用する。
6 及びホウ酸水溶液の蒸気から選択された少なくとも１
種又はＮ2 ガス、アンモニアガス、ホスフィン、酸化リ
ン、リン酸及びアルシンからなる群から選択された少な
くとも１種を含むガスとすることができる。なお、酸化
リン及びリン酸はその水溶液を蒸発させて使用する。
【００１８】更にまた、希釈ガスは、Ｈ2 若しくはＮ
ｅ、Ａｒ及びＸｅからなる群から選択された不活性ガ
ス、又はこれらの混合ガスを用いることができる。
ｅ、Ａｒ及びＸｅからなる群から選択された不活性ガ
ス、又はこれらの混合ガスを用いることができる。
【００１９】
【作用】本発明に係るダイヤモンド半導体の製造方法に
おいては、気相合成により形成されたダイヤモンド薄
膜、ダイヤモンド膜上にホモエピタキシャル成長させた
ダイヤモンド薄膜又は天然ダイヤモンド膜等のダイヤモ
ンド膜を、ドーピングガス又はドーピングガスと希釈ガ
スとの混合ガス中に配置する。そして、このドーピング
ガスをプラズマにより分解励起して分離された不純物元
素をダイヤモンド膜に拡散させる。これにより、前記ダ
イヤモンド膜の表面に半導体ダイヤモンド層が形成され
る。即ち、本発明は半導体ダイヤモンド層を合成するの
ではなく、気相からの拡散によってドーピング元素をダ
イヤモンド膜に導入して半導体化する。
おいては、気相合成により形成されたダイヤモンド薄
膜、ダイヤモンド膜上にホモエピタキシャル成長させた
ダイヤモンド薄膜又は天然ダイヤモンド膜等のダイヤモ
ンド膜を、ドーピングガス又はドーピングガスと希釈ガ
スとの混合ガス中に配置する。そして、このドーピング
ガスをプラズマにより分解励起して分離された不純物元
素をダイヤモンド膜に拡散させる。これにより、前記ダ
イヤモンド膜の表面に半導体ダイヤモンド層が形成され
る。即ち、本発明は半導体ダイヤモンド層を合成するの
ではなく、気相からの拡散によってドーピング元素をダ
イヤモンド膜に導入して半導体化する。
【００２０】この半導体ダイヤモンド層は極めて薄いた
め、半導体ダイヤモンド層を形成した後、熱処理するこ
とにより、ダイヤモンド膜の表面の半導体ダイヤモンド
層に拡散及び吸着した不純物元素を更に内部に拡散さ
せ、半導体ダイヤモンド層の厚さを増大させることがで
きる。この熱処理温度は５００乃至１５００℃にするこ
とが好ましい。
め、半導体ダイヤモンド層を形成した後、熱処理するこ
とにより、ダイヤモンド膜の表面の半導体ダイヤモンド
層に拡散及び吸着した不純物元素を更に内部に拡散さ
せ、半導体ダイヤモンド層の厚さを増大させることがで
きる。この熱処理温度は５００乃至１５００℃にするこ
とが好ましい。
【００２１】また、半導体ダイヤモンド層を熱処理する
前に半導体ダイヤモンド層の表面を酸化珪素又は窒化珪
素等の絶縁膜で被覆することにより、熱処理時に半導体
ダイヤモンド層の表面から不純物元素が脱離することを
防止することができる。
前に半導体ダイヤモンド層の表面を酸化珪素又は窒化珪
素等の絶縁膜で被覆することにより、熱処理時に半導体
ダイヤモンド層の表面から不純物元素が脱離することを
防止することができる。
【００２２】ドーピングガスとしてはダイヤモンド中に
拡散すると電子又は正孔を発生して半導体ダイヤモンド
を形成する元素を含んだガスであればよい。例えば、周
期律表の３族の元素であるＢ、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎはダ
イヤモンド中に拡散して置換型原子として固溶すること
により電子を取り込み正孔を生成する。このため、ダイ
ヤモンドはｐ型の半導体となる。これと同様に、周期律
表の５族の元素であるＮ、Ｐ、Ａｓ及びＳｂは、ダイヤ
モンド中を拡散して置換型原子として固溶することによ
り電子を放出してｎ型のダイヤモンドを形成する。そこ
で、これらの元素を１種類以上含んだガスをドーピング
ガスとして使用することにより、ｐ型又はｎ型の半導体
ダイヤモンド層を形成することができる。例えば、Ｂ原
子の場合、天然ダイヤモンド中のＢ原子の拡散定数は８
００℃で約１０-19 ｃｍ2 ・ｓ-1であり、結晶内の原子
空孔の移動によって拡散が進み、その活性化エネルギー
は約４ｅＶとされている（前掲のW.Tsai等）。従って、
８００℃におけるＢ原子の拡散速度は１時間あたり１０
〜２０Åに過ぎず、Ｓｉデバイスの場合とは異なり、こ
のような拡散によるドーピング方法は、非実用的であっ
た。
拡散すると電子又は正孔を発生して半導体ダイヤモンド
を形成する元素を含んだガスであればよい。例えば、周
期律表の３族の元素であるＢ、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎはダ
イヤモンド中に拡散して置換型原子として固溶すること
により電子を取り込み正孔を生成する。このため、ダイ
ヤモンドはｐ型の半導体となる。これと同様に、周期律
表の５族の元素であるＮ、Ｐ、Ａｓ及びＳｂは、ダイヤ
モンド中を拡散して置換型原子として固溶することによ
り電子を放出してｎ型のダイヤモンドを形成する。そこ
で、これらの元素を１種類以上含んだガスをドーピング
ガスとして使用することにより、ｐ型又はｎ型の半導体
ダイヤモンド層を形成することができる。例えば、Ｂ原
子の場合、天然ダイヤモンド中のＢ原子の拡散定数は８
００℃で約１０-19 ｃｍ2 ・ｓ-1であり、結晶内の原子
空孔の移動によって拡散が進み、その活性化エネルギー
は約４ｅＶとされている（前掲のW.Tsai等）。従って、
８００℃におけるＢ原子の拡散速度は１時間あたり１０
〜２０Åに過ぎず、Ｓｉデバイスの場合とは異なり、こ
のような拡散によるドーピング方法は、非実用的であっ
た。
【００２３】しかしながら、本発明によるドーピング方
法ではＢ原子はプラズマ内で分解励起されて高いエネル
ギーを持っており、従ってＢはダイヤモンド表面に格子
間原子として取り込まれやすい。このため、実用上十分
な速度で半導体ダイヤモンド層を形成することができ
る。
法ではＢ原子はプラズマ内で分解励起されて高いエネル
ギーを持っており、従ってＢはダイヤモンド表面に格子
間原子として取り込まれやすい。このため、実用上十分
な速度で半導体ダイヤモンド層を形成することができ
る。
【００２４】特に、気相合成により形成したダイヤモン
ド膜においては、結晶内に格子間原子による欠陥が多
く、Ｂ原子が格子間原子の移動によって進むために、活
性化エネルギーは小さくなると考えられる。従って、気
相合成により形成したダイヤモンド膜中においては、天
然ダイヤモンド中のＢ原子に比べて大きな拡散速度が得
られる。このため、半導体ダイヤモンド層の形成後の熱
処理により、容易にその半導体ダイヤモンド層を厚くす
ることができる。
ド膜においては、結晶内に格子間原子による欠陥が多
く、Ｂ原子が格子間原子の移動によって進むために、活
性化エネルギーは小さくなると考えられる。従って、気
相合成により形成したダイヤモンド膜中においては、天
然ダイヤモンド中のＢ原子に比べて大きな拡散速度が得
られる。このため、半導体ダイヤモンド層の形成後の熱
処理により、容易にその半導体ダイヤモンド層を厚くす
ることができる。
【００２５】このようなドーピング用不純物元素を含む
ガスとしては、請求項４に記載のものがある。
ガスとしては、請求項４に記載のものがある。
【００２６】本発明においては、不純物元素をダイヤモ
ンド膜に拡散させる時間を制御することにより、半導体
ダイヤモンド層の厚さを高精度で制御することができ
る。
ンド膜に拡散させる時間を制御することにより、半導体
ダイヤモンド層の厚さを高精度で制御することができ
る。
【００２７】また、ドーピングガス中の不純物元素の濃
度を制御することにより、半導体ダイヤモンド層中のド
ーピング濃度を高精度で制御することができる。
度を制御することにより、半導体ダイヤモンド層中のド
ーピング濃度を高精度で制御することができる。
【００２８】なお、前述のドーピングガスにＨ2 ガス又
は不活性ガス等の希釈ガスを混合した混合ガスを使用す
ることにより、安定したプラズマが得られるため、一定
の拡散速度を維持することができる。特に、希釈ガスと
してＨ2 ガスを使用した場合には、プラズマ照射等で表
面に生じる非ダイヤモンド成分を除去しながらドーピン
グを行うことができる。
は不活性ガス等の希釈ガスを混合した混合ガスを使用す
ることにより、安定したプラズマが得られるため、一定
の拡散速度を維持することができる。特に、希釈ガスと
してＨ2 ガスを使用した場合には、プラズマ照射等で表
面に生じる非ダイヤモンド成分を除去しながらドーピン
グを行うことができる。
【００２９】また、Ｂ2 Ｈ6 ガスによってｐ型半導体層
を形成した後、Ｎ2 、アンモニア、ホスフィン、酸化リ
ン、リン酸又はアルシンを導入し、分解励起することで
ｎ型半導体層を形成し、ｐｎ接合を形成することができ
る。このとき、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層の拡散時
間を変化させることにより、各層の膜厚を容易に制御で
きる。
を形成した後、Ｎ2 、アンモニア、ホスフィン、酸化リ
ン、リン酸又はアルシンを導入し、分解励起することで
ｎ型半導体層を形成し、ｐｎ接合を形成することができ
る。このとき、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層の拡散時
間を変化させることにより、各層の膜厚を容易に制御で
きる。
【００３０】更に、本発明のドーピング方法はイオン注
入に比べてダイヤモンドの損傷が少ないために、その表
面の結晶性を維持でき、ドーピングした半導体ダイヤモ
ンド層の表面上に容易に絶縁性のダイヤモンド層又は半
導体ダイヤモンド層を積層することができる。
入に比べてダイヤモンドの損傷が少ないために、その表
面の結晶性を維持でき、ドーピングした半導体ダイヤモ
ンド層の表面上に容易に絶縁性のダイヤモンド層又は半
導体ダイヤモンド層を積層することができる。
【００３１】更にまた、例えば、周期律表の３族の元素
を含むガスを使用してドーピングすることによりｐ型の
半導体ダイヤモンド層を形成した後、同じく５族の元素
を含むガスを使用してドーピングすることによりｎ型の
半導体ダイヤモンド層を形成することによって、ｐｎ接
合を形成することができる。
を含むガスを使用してドーピングすることによりｐ型の
半導体ダイヤモンド層を形成した後、同じく５族の元素
を含むガスを使用してドーピングすることによりｎ型の
半導体ダイヤモンド層を形成することによって、ｐｎ接
合を形成することができる。
【００３２】
【実施例】次に、本発明の実施例方法について詳細に説
明する。先ず、第１の実施例においては、焼結した窒化
珪素基板上にマイクロ波ＣＶＤ法により厚さが５μｍの
アンドープのダイヤモンド薄膜を合成した。次に、この
基板を合成装置内にセットしたまま、Ｂ2 Ｈ6 ガスを
０．５ｐｐｍだけ混合した水素ガスを流量１００ｓｃｃ
ｍ、ガス圧３５Ｔｏｒｒでチャンバー内に流し、４００
Ｗのマイクロ波によりプラズマを発生させた。この状態
を２０分間保持した。これにより、ダイヤモンド薄膜の
表面が半導体化した。
明する。先ず、第１の実施例においては、焼結した窒化
珪素基板上にマイクロ波ＣＶＤ法により厚さが５μｍの
アンドープのダイヤモンド薄膜を合成した。次に、この
基板を合成装置内にセットしたまま、Ｂ2 Ｈ6 ガスを
０．５ｐｐｍだけ混合した水素ガスを流量１００ｓｃｃ
ｍ、ガス圧３５Ｔｏｒｒでチャンバー内に流し、４００
Ｗのマイクロ波によりプラズマを発生させた。この状態
を２０分間保持した。これにより、ダイヤモンド薄膜の
表面が半導体化した。
【００３３】この試料のＳＩＭＳによる深さ方向分析の
結果を図１に示す。この図１から明らかなように、５×
１０18ｃｍ-3の濃度のＢ原子が約０．０５μｍの深さま
でダイヤモンド薄膜中に添加されていることが分かる。
更に、ホール効果測定の結果、このダイヤモンド薄膜は
ｐ型を示し、キャリア密度は５×１０16ｃｍ-3であっ
た。
結果を図１に示す。この図１から明らかなように、５×
１０18ｃｍ-3の濃度のＢ原子が約０．０５μｍの深さま
でダイヤモンド薄膜中に添加されていることが分かる。
更に、ホール効果測定の結果、このダイヤモンド薄膜は
ｐ型を示し、キャリア密度は５×１０16ｃｍ-3であっ
た。
【００３４】次に、この試料を真空中で１０００℃、６
０分間の熱処理を行った。これにより、半導体領域が深
さ方向に拡大した。熱処理後のＳＩＭＳによる深さ方向
分析から３×１０18ｃｍ-3の濃度のＢ原子が約０．０８
μｍの深さまで存在することが分かった。
０分間の熱処理を行った。これにより、半導体領域が深
さ方向に拡大した。熱処理後のＳＩＭＳによる深さ方向
分析から３×１０18ｃｍ-3の濃度のＢ原子が約０．０８
μｍの深さまで存在することが分かった。
【００３５】次に、第２の実施例について説明する。図
２乃至図５はこの第２の実施例における半導体装置の製
造方法を工程順に示す断面図である。図２に示すよう
に、窒化珪素基板１上にマイクロ波プラズマＣＶＤ法に
より電気絶縁性のダイヤモンド薄膜２を合成した。
２乃至図５はこの第２の実施例における半導体装置の製
造方法を工程順に示す断面図である。図２に示すよう
に、窒化珪素基板１上にマイクロ波プラズマＣＶＤ法に
より電気絶縁性のダイヤモンド薄膜２を合成した。
【００３６】次に、図３に示すように、酸化珪素からな
るマスク３をフォトリソグラフィーによりダイヤモンド
薄膜２上にパターン形成した。この試料をチャンバー内
にセットし、本発明のドーピング方法により、Ｂ2 Ｈ6
ガスを０．５ｐｐｍ混合した水素ガスを流量１００ｓｃ
ｃｍ、ガス圧０．５Ｔｏｒｒでチャンバー内に流し、３
００Ｗのマイクロ波によりプラズマを発生させ、この状
態を２０分間保持した。
るマスク３をフォトリソグラフィーによりダイヤモンド
薄膜２上にパターン形成した。この試料をチャンバー内
にセットし、本発明のドーピング方法により、Ｂ2 Ｈ6
ガスを０．５ｐｐｍ混合した水素ガスを流量１００ｓｃ
ｃｍ、ガス圧０．５Ｔｏｒｒでチャンバー内に流し、３
００Ｗのマイクロ波によりプラズマを発生させ、この状
態を２０分間保持した。
【００３７】これにより、図４に示すように、マスク３
に被覆されていないダイヤモンド薄膜２の表面に半導体
ダイヤモンド層４が形成された。その後、図５に示すよ
うに、マスク３を除去した後、ＳＩＭＳによる面分析を
行った結果、所定の領域にｐ型半導体ダイヤモンド層４
が形成されていることが分かった。
に被覆されていないダイヤモンド薄膜２の表面に半導体
ダイヤモンド層４が形成された。その後、図５に示すよ
うに、マスク３を除去した後、ＳＩＭＳによる面分析を
行った結果、所定の領域にｐ型半導体ダイヤモンド層４
が形成されていることが分かった。
【００３８】このように、基板となるダイヤモンド薄膜
２上に予め酸化珪素又は窒化珪素などでマスクパターン
を形成した後、本発明のドーピング方法でドーピング元
素をダイヤモンド薄膜２の表面に導入することにより、
任意の領域を半導体化できる。また、本発明のドーピン
グ方法で半導体層を形成した後、この半導体層上の任意
の部分を遮蔽し、エッチングを行うことにより、必要と
する領域にのみ半導体層を形成することもできる。
２上に予め酸化珪素又は窒化珪素などでマスクパターン
を形成した後、本発明のドーピング方法でドーピング元
素をダイヤモンド薄膜２の表面に導入することにより、
任意の領域を半導体化できる。また、本発明のドーピン
グ方法で半導体層を形成した後、この半導体層上の任意
の部分を遮蔽し、エッチングを行うことにより、必要と
する領域にのみ半導体層を形成することもできる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマにより分解励
起して分離された不純物元素をダイヤモンド膜中に拡散
させて半導体ダイヤモンド層を形成するから、半導体ダ
イヤモンド層を合成することなく気相からの拡散のみに
よってドーピングして半導体ダイヤモンド層を形成する
ので、半導体ダイヤモンド層の厚さは不純物の拡散係数
と拡散時間のみによって決まる。従って、従来の半導体
ダイヤモンド自体を合成する場合のように核発生過程の
時間のばらつきによる膜厚への影響がない。このため、
ｐ型半導体層及びｎ型半導体層の膜厚及びドーピング濃
度を高精度で制御でき、再現性よく半導体ダイヤモンド
層を形成することができる。また、本発明においては、
ドーピング原子以外の不純物の混入も少ない。従って、
種々の電子デバイスにおいて、設計通りのものを歩留ま
り良く製造できる。更に、従来困難であったような０．
１μｍ以下の極薄の半導体層を形成できるため、本発明
はより特性が高いデバイスの製作を可能とする。
起して分離された不純物元素をダイヤモンド膜中に拡散
させて半導体ダイヤモンド層を形成するから、半導体ダ
イヤモンド層を合成することなく気相からの拡散のみに
よってドーピングして半導体ダイヤモンド層を形成する
ので、半導体ダイヤモンド層の厚さは不純物の拡散係数
と拡散時間のみによって決まる。従って、従来の半導体
ダイヤモンド自体を合成する場合のように核発生過程の
時間のばらつきによる膜厚への影響がない。このため、
ｐ型半導体層及びｎ型半導体層の膜厚及びドーピング濃
度を高精度で制御でき、再現性よく半導体ダイヤモンド
層を形成することができる。また、本発明においては、
ドーピング原子以外の不純物の混入も少ない。従って、
種々の電子デバイスにおいて、設計通りのものを歩留ま
り良く製造できる。更に、従来困難であったような０．
１μｍ以下の極薄の半導体層を形成できるため、本発明
はより特性が高いデバイスの製作を可能とする。
【図１】ダイヤモンド膜中の深さに対するＢ原子の濃度
の関係を示すグラフ図である。
の関係を示すグラフ図である。
【図２】本発明の第２の実施例の製造工程を示す断面図
である。
である。
【図３】同じく、図２の次の工程を示す断面図である。
【図４】同じく、図３の次の工程を示す断面図である。
【図５】同じく、図４の次の工程を示す断面図である。
１；窒化珪素基板 ２；ダイヤモンド薄膜 ３；マスク ４；半導体ダイヤモンド層
Claims (5)
- 【請求項１】 ダイヤモンドをドーピングガス中又はそ
のドーピングガスと希釈ガスとの混合ガス中に配置し、
前記ドーピングガスをプラズマにより分解励起して分離
された不純物元素を前記ダイヤモンド中に拡散させるこ
とにより前記ダイヤモンドの表面に半導体ダイヤモンド
層を形成することを特徴とするダイヤモンド半導体の製
造方法。 - 【請求項２】 前記半導体ダイヤモンド層を形成した
後、これを熱処理することにより、前記ダイヤモンドの
内部に前記不純物元素を拡散させることを特徴とする請
求項１に記載のダイヤモンド半導体の製造方法。 - 【請求項３】 前記半導体ダイヤモンド層の形成後、そ
の熱処理前に前記半導体ダイヤモンド層の表面を絶縁膜
で被覆することを特徴とする請求項２に記載のダイヤモ
ンド半導体の製造方法。 - 【請求項４】 前記ドーピングガスは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ
及びＩｎからなる群から選択された少なくとも１種又は
Ｎ、Ｐ、Ａｓ及びＳｂからなる群から選択された少なく
とも１種の不純物元素を含むガスであることを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれか１項に記載のダイヤモンド
半導体の製造方法。 - 【請求項５】 前記ドーピングガスは、Ｂ2 Ｈ6 及びホ
ウ酸水溶液の蒸気から選択された少なくとも１種又はＮ
2 ガス、アンモニアガス、ホスフィン、酸化リン、リン
酸及びアルシンからなる群から選択された少なくとも１
種であり、希釈ガスはＨ2 若しくはＮｅ、Ａｒ及びＸｅ
からなる群から選択された不活性ガス、又はこれらの混
合ガスを用いることを特徴とする請求項４に記載のダイ
ヤモンド半導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6619394A JPH07277899A (ja) | 1994-04-04 | 1994-04-04 | ダイヤモンド半導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6619394A JPH07277899A (ja) | 1994-04-04 | 1994-04-04 | ダイヤモンド半導体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07277899A true JPH07277899A (ja) | 1995-10-24 |
Family
ID=13308774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6619394A Pending JPH07277899A (ja) | 1994-04-04 | 1994-04-04 | ダイヤモンド半導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07277899A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000079021A1 (fr) * | 1999-06-18 | 2000-12-28 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Procede de traitement d'un revetement a base de carbone, revetement a base de carbone, et pieces presentant un revetement a base de carbone |
| JP2008108925A (ja) * | 2006-10-26 | 2008-05-08 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 不純物イオン注入層の電気的活性化方法 |
| JP2011529018A (ja) * | 2008-07-23 | 2011-12-01 | エレメント シックス リミテッド | ダイヤモンド材料 |
-
1994
- 1994-04-04 JP JP6619394A patent/JPH07277899A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000079021A1 (fr) * | 1999-06-18 | 2000-12-28 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Procede de traitement d'un revetement a base de carbone, revetement a base de carbone, et pieces presentant un revetement a base de carbone |
| US6534131B1 (en) | 1999-06-18 | 2003-03-18 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Method for treating carbon film, carbon film and component with carbon film |
| JP2008108925A (ja) * | 2006-10-26 | 2008-05-08 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 不純物イオン注入層の電気的活性化方法 |
| JP2011529018A (ja) * | 2008-07-23 | 2011-12-01 | エレメント シックス リミテッド | ダイヤモンド材料 |
| US9317811B2 (en) | 2008-07-23 | 2016-04-19 | Element Six Technologies Limited | Diamond material |
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