JPH08139109A - 素子分離された水素終端ダイヤモンド半導体素子および該半導体素子の製造方法 - Google Patents
素子分離された水素終端ダイヤモンド半導体素子および該半導体素子の製造方法Info
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- H01L29/812—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a Schottky gate
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 水素終端ダイヤモンド半導体の素子間絶縁分
離を提供する。 【構成】 表面を水素原子で終端した水素終端ホモエピ
タキシャルダイヤモンド１の表面に金からなるドレイン
オーミックコンタクト３と、ソースオーミックコンタク
ト４と、アルミニウムからなるゲート電極５を形成する
とともに、素子形成領域以外の表面を酸素終端などの非
水素終端させた絶縁領域１１とからなる水素終端ホモエ
ピタキシャルダイヤモンドを用いたＭＥＳＦＥＴ。
離を提供する。 【構成】 表面を水素原子で終端した水素終端ホモエピ
タキシャルダイヤモンド１の表面に金からなるドレイン
オーミックコンタクト３と、ソースオーミックコンタク
ト４と、アルミニウムからなるゲート電極５を形成する
とともに、素子形成領域以外の表面を酸素終端などの非
水素終端させた絶縁領域１１とからなる水素終端ホモエ
ピタキシャルダイヤモンドを用いたＭＥＳＦＥＴ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、素子間を絶縁分離した
水素終端ダイヤモンドを用いた半導体素子、および、素
子間を絶縁分離した水素終端ダイヤモンドを用いた半導
体素子を製造する方法に関する。
水素終端ダイヤモンドを用いた半導体素子、および、素
子間を絶縁分離した水素終端ダイヤモンドを用いた半導
体素子を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のダイヤモンドを用いたＦＥＴは、
ダイヤモンド層に硼素（Ｂ）を注入して得たｐ型半導体
層を用いて形成されていた（K.Kobashi,K.Nishimura,K.
Miyata,R.Nakamura,H.Koyama,K.Saito and D.L.Dreifu
s:Proc.2nd int,Conf Appl.of Daiamond Films and Rel
ated Materials ., ed.M.Yoshikawa,M.Murakawa,Y.Tzen
gand W.A,Yarbrough,p35〜42(Saitama.1993）。
ダイヤモンド層に硼素（Ｂ）を注入して得たｐ型半導体
層を用いて形成されていた（K.Kobashi,K.Nishimura,K.
Miyata,R.Nakamura,H.Koyama,K.Saito and D.L.Dreifu
s:Proc.2nd int,Conf Appl.of Daiamond Films and Rel
ated Materials ., ed.M.Yoshikawa,M.Murakawa,Y.Tzen
gand W.A,Yarbrough,p35〜42(Saitama.1993）。
【０００３】図７は、上述した従来のＦＥＴの構造の概
念を示す平面図であり、図８は、図７でＢ−Ｂ線で示さ
れる断面を示す一部断面図である。このＦＥＴ８０は、
基板８１の上に、不純物が注入されていないダイヤモン
ド層８２を形成し、その上に硼素Ｂを注入した層８３を
設けた後、環状のｐ＋領域８４と、この環状領域と同心
円状に配置された円状のｐ＋領域８５を形成するととも
に、前記環状領域８４と円状領域８５との間に環状の非
注入領域８６を形成し、各領域の上にそれぞれソースオ
ーミックコンタクト８７またはドレインオーミックコン
タクト８８またはゲート電極８９を形成して構成され
る。すなわち、上述のＦＥＴは、外への電流リークを防
ぐために図７に示すように素子形状を円形に形成する必
要があり、素子を微細化したり高密度に集積するには適
していなかった。
念を示す平面図であり、図８は、図７でＢ−Ｂ線で示さ
れる断面を示す一部断面図である。このＦＥＴ８０は、
基板８１の上に、不純物が注入されていないダイヤモン
ド層８２を形成し、その上に硼素Ｂを注入した層８３を
設けた後、環状のｐ＋領域８４と、この環状領域と同心
円状に配置された円状のｐ＋領域８５を形成するととも
に、前記環状領域８４と円状領域８５との間に環状の非
注入領域８６を形成し、各領域の上にそれぞれソースオ
ーミックコンタクト８７またはドレインオーミックコン
タクト８８またはゲート電極８９を形成して構成され
る。すなわち、上述のＦＥＴは、外への電流リークを防
ぐために図７に示すように素子形状を円形に形成する必
要があり、素子を微細化したり高密度に集積するには適
していなかった。
【０００４】一方、Ｓｉ半導体デバイスでは、例えば、
特公昭４９−４５６２９号公報に示されるような酸化層
を設けることによって素子間を絶縁分離するＬＯＣＯＳ
技術が素子分離技術として用いられている。しかしなが
ら、ダイヤモンドを用いた半導体素子では、ダイヤモン
ド自体を厚く酸化することが困難であるので、ダイヤモ
ンド表面に酸化膜を形成することができず、シリコンの
ようにＬＯＣＯＳ技術を用いることはできない。このよ
うなことから、ダイヤモンド半導体素子を分離するため
に、例えば、“ Diamond Thin-Film Recessed Gate Fie
ld-Effect Transistors Fabricated by Electron Cyclo
tron Resonance Plasma Etching : S.A.Grot,G.Sh.Gild
enblat,and A.R.Badzian : IEEE ELECTRON DEVICE LETT
ERS : VOL.13,NO.9,SEPTEMBER 1992 : p462-463 ”に示
されるように、エッチング等によって半導体領域を取り
除き各素子間を分離することが考えられるが、この方法
は、エッチングなどの複雑なプロセスが必要となる。こ
のようなことから、複数個のダイヤモンド半導体素子を
同一のダイヤモンド基板上に作成する場合に必要とな
る、各素子を絶縁分離する技術は未だ確立されていない
といえる。
特公昭４９−４５６２９号公報に示されるような酸化層
を設けることによって素子間を絶縁分離するＬＯＣＯＳ
技術が素子分離技術として用いられている。しかしなが
ら、ダイヤモンドを用いた半導体素子では、ダイヤモン
ド自体を厚く酸化することが困難であるので、ダイヤモ
ンド表面に酸化膜を形成することができず、シリコンの
ようにＬＯＣＯＳ技術を用いることはできない。このよ
うなことから、ダイヤモンド半導体素子を分離するため
に、例えば、“ Diamond Thin-Film Recessed Gate Fie
ld-Effect Transistors Fabricated by Electron Cyclo
tron Resonance Plasma Etching : S.A.Grot,G.Sh.Gild
enblat,and A.R.Badzian : IEEE ELECTRON DEVICE LETT
ERS : VOL.13,NO.9,SEPTEMBER 1992 : p462-463 ”に示
されるように、エッチング等によって半導体領域を取り
除き各素子間を分離することが考えられるが、この方法
は、エッチングなどの複雑なプロセスが必要となる。こ
のようなことから、複数個のダイヤモンド半導体素子を
同一のダイヤモンド基板上に作成する場合に必要とな
る、各素子を絶縁分離する技術は未だ確立されていない
といえる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】発明者等は、先の応用
物理学会において、ｐ型半導体の特性を有する水素終端
ダイヤモンドの表面に金を蒸着して得たソースオーミッ
クコンタクトとドレインオーミックコンタクトとアルミ
ニウムを蒸着して得たゲート電極を用いたＭＥＳＦＥＴ
の製作について提案した（青木、伊藤、川原田ら：第４
０回応用物理学関連連合講演会予稿集３０ｐ−ＭＫ１
１、１２）。この方法によれば、簡単な構成でエンハン
スメントモードで動作するＭＥＳＦＥＴを得ることがで
きた。しかしながら、表面を水素終端したホモエピタキ
シャルダイヤモンドのすぐ下には表面導電層が形成され
ることから、各素子間を絶縁分離することができず、複
数の半導体素子を同一の基板上に形成することはできな
かった。
物理学会において、ｐ型半導体の特性を有する水素終端
ダイヤモンドの表面に金を蒸着して得たソースオーミッ
クコンタクトとドレインオーミックコンタクトとアルミ
ニウムを蒸着して得たゲート電極を用いたＭＥＳＦＥＴ
の製作について提案した（青木、伊藤、川原田ら：第４
０回応用物理学関連連合講演会予稿集３０ｐ−ＭＫ１
１、１２）。この方法によれば、簡単な構成でエンハン
スメントモードで動作するＭＥＳＦＥＴを得ることがで
きた。しかしながら、表面を水素終端したホモエピタキ
シャルダイヤモンドのすぐ下には表面導電層が形成され
ることから、各素子間を絶縁分離することができず、複
数の半導体素子を同一の基板上に形成することはできな
かった。
【０００６】本発明は、同一の水素終端ホモエピタキシ
ャルダイヤモンド基板の表面に形成した複数の半導体素
子の各素子間を簡単な方法によって絶縁分離することを
目的とする。
ャルダイヤモンド基板の表面に形成した複数の半導体素
子の各素子間を簡単な方法によって絶縁分離することを
目的とする。
【０００７】さらに、本発明は、同一の水素終端ホモエ
ピタキシャルダイヤモンド基板の表面に形成された各素
子間が絶縁分離された半導体素子のマスクの数を削減し
た簡単な製造方法を提供することを目的とする。
ピタキシャルダイヤモンド基板の表面に形成された各素
子間が絶縁分離された半導体素子のマスクの数を削減し
た簡単な製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この出願の第１の発明
は、ダイヤモンド半導体素子を形成する領域のダイヤモ
ンドの表面を水素終端して半導体領域としここに半導体
素子を形成し、その周囲を非水素終端した絶縁領域とし
て素子間絶縁した水素終端ダイヤモンド半導体とする。
は、ダイヤモンド半導体素子を形成する領域のダイヤモ
ンドの表面を水素終端して半導体領域としここに半導体
素子を形成し、その周囲を非水素終端した絶縁領域とし
て素子間絶縁した水素終端ダイヤモンド半導体とする。
【０００９】この出願の第２の発明は、ダイヤモンドの
表面を酸素終端することによって絶縁体とし、この絶縁
体化されたダイヤモンドの半導体素子を形成する領域の
表面を選択的に水素終端することによって半導体化し、
この半導体領域に水素終端ダイヤモンド半導体を形成し
て素子間分離された水素終端ダイヤモンド半導体を製造
する。
表面を酸素終端することによって絶縁体とし、この絶縁
体化されたダイヤモンドの半導体素子を形成する領域の
表面を選択的に水素終端することによって半導体化し、
この半導体領域に水素終端ダイヤモンド半導体を形成し
て素子間分離された水素終端ダイヤモンド半導体を製造
する。
【００１０】さらに、この出願の第３の発明は、ダイヤ
モンドの表面を水素終端することによって半導体化し、
次いで、水素終端ダイヤモンド半導体素子を形成する領
域以外のダイヤモンド表面を酸素処理することによって
酸素終端して絶縁領域とし、半導体領域に水素終端ダイ
ヤモンド半導体素子を形成して素子間分離された水素終
端ダイヤモンド半導体を製造する。
モンドの表面を水素終端することによって半導体化し、
次いで、水素終端ダイヤモンド半導体素子を形成する領
域以外のダイヤモンド表面を酸素処理することによって
酸素終端して絶縁領域とし、半導体領域に水素終端ダイ
ヤモンド半導体素子を形成して素子間分離された水素終
端ダイヤモンド半導体を製造する。
【００１１】この出願の第４の発明は、ダイヤモンドの
表面を水素終端することによって半導体化し、次いで、
水素終端ダイヤモンド半導体素子を形成する領域に半導
体素子の電極となる金属膜を形成し、この金属膜をマス
クとして用いて水素終端ダイヤモンド半導体素子を形成
する領域以外を絶縁化する処理して絶縁領域として素子
間分離された水素終端ダイヤモンド半導体を製造する。
表面を水素終端することによって半導体化し、次いで、
水素終端ダイヤモンド半導体素子を形成する領域に半導
体素子の電極となる金属膜を形成し、この金属膜をマス
クとして用いて水素終端ダイヤモンド半導体素子を形成
する領域以外を絶縁化する処理して絶縁領域として素子
間分離された水素終端ダイヤモンド半導体を製造する。
【００１２】
【作用】ダイヤモンドは一般に常温では絶縁体である
が、ダイヤモンドの表面を水素終端させるとｐ型半導体
領域を形成することができる。水素終端させる方法とし
て、ダイヤモンド表面を水素プラズマ（Ｈ２プラズマ）
で処理して表面を水素終端する方法、ＣＶＤ法等による
ダイヤモンド合成終了後の反応器内の雰囲気を水素ガス
とすることによって表面を水素終端する方法などがあ
る。他方、ダイヤモンドの表面を酸素プラズマ（Ｏ２プ
ラズマ）処理すること、または、合成後のダイヤモンド
基板を空気（酸素）に曝すこと、もしくは、ダイヤモン
ドの表面にアルゴンイオン照射することなどによって非
水素終端（酸素終端）させるとダイヤモンド表面に絶縁
領域を形成することができる。これら半導体領域と絶縁
領域の２種類の領域を作り分けることによって、複数の
水素終端ダイヤモンド半導体素子を同一基板上に素子間
を絶縁分離して形成することができる。
が、ダイヤモンドの表面を水素終端させるとｐ型半導体
領域を形成することができる。水素終端させる方法とし
て、ダイヤモンド表面を水素プラズマ（Ｈ２プラズマ）
で処理して表面を水素終端する方法、ＣＶＤ法等による
ダイヤモンド合成終了後の反応器内の雰囲気を水素ガス
とすることによって表面を水素終端する方法などがあ
る。他方、ダイヤモンドの表面を酸素プラズマ（Ｏ２プ
ラズマ）処理すること、または、合成後のダイヤモンド
基板を空気（酸素）に曝すこと、もしくは、ダイヤモン
ドの表面にアルゴンイオン照射することなどによって非
水素終端（酸素終端）させるとダイヤモンド表面に絶縁
領域を形成することができる。これら半導体領域と絶縁
領域の２種類の領域を作り分けることによって、複数の
水素終端ダイヤモンド半導体素子を同一基板上に素子間
を絶縁分離して形成することができる。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明の一実施例を示し、ホモエピ
タキシャルダイヤモンドの表面に複数のＭＥＳＦＥＴを
設けた半導体素子の概念図であり、図２は、図１のＡ−
Ａ線の断面を示す概念図である。
タキシャルダイヤモンドの表面に複数のＭＥＳＦＥＴを
設けた半導体素子の概念図であり、図２は、図１のＡ−
Ａ線の断面を示す概念図である。
【００１４】図１に示されるように、本発明の半導体素
子は、ダイヤモンドからなる基板上にマイクロプラズマ
法によってダイヤモンドの単結晶をエピタキシャル成長
させて得た水素終端ホモエピタキシャルダイヤモンド１
の表面に、その表面が水素終端された領域２と非水素終
端された領域１１とを設け、水素終端された領域２上
に、オーミックコンタクトが得られる金を蒸着して得た
ドレイン電極コンタクト３およびソース電極コンタクト
４と、良好なショットキーバリアを形成する金属である
アルミニウムを蒸着して得たゲート電極５を設けて構成
される。
子は、ダイヤモンドからなる基板上にマイクロプラズマ
法によってダイヤモンドの単結晶をエピタキシャル成長
させて得た水素終端ホモエピタキシャルダイヤモンド１
の表面に、その表面が水素終端された領域２と非水素終
端された領域１１とを設け、水素終端された領域２上
に、オーミックコンタクトが得られる金を蒸着して得た
ドレイン電極コンタクト３およびソース電極コンタクト
４と、良好なショットキーバリアを形成する金属である
アルミニウムを蒸着して得たゲート電極５を設けて構成
される。
【００１５】水素終端された領域２の下面には、図２に
示すように、ｐ型半導体層２１が形成される。この領域
にアルミニウムを接触させると、アルミニウムと接する
部分にはショットキーバリアが形成され、アルミニウム
の下に位置する半導体層２１に空乏層２２が形成され
る。ゲート電圧を印加しないときには、電流の流れが阻
止され、ゲート−ソース間に順方向の電圧を印加するこ
とによって空乏層は消滅して電流の流れを許可してゲー
トとして動作する。このｐ型半導体層２１からなる表面
導電層が１００〜数１００Åと極めて薄いことから、こ
のＭＥＳＦＥＴは、エンハンスメント動作が可能とな
る。したがって、ドレインとソース間にゲートが配置さ
れたＦＥＴが形成される。一方、非水素終端された領域
１１の下面には、絶縁が得られており、この絶縁領域に
よって素子間の分離が行われる。
示すように、ｐ型半導体層２１が形成される。この領域
にアルミニウムを接触させると、アルミニウムと接する
部分にはショットキーバリアが形成され、アルミニウム
の下に位置する半導体層２１に空乏層２２が形成され
る。ゲート電圧を印加しないときには、電流の流れが阻
止され、ゲート−ソース間に順方向の電圧を印加するこ
とによって空乏層は消滅して電流の流れを許可してゲー
トとして動作する。このｐ型半導体層２１からなる表面
導電層が１００〜数１００Åと極めて薄いことから、こ
のＭＥＳＦＥＴは、エンハンスメント動作が可能とな
る。したがって、ドレインとソース間にゲートが配置さ
れたＦＥＴが形成される。一方、非水素終端された領域
１１の下面には、絶縁が得られており、この絶縁領域に
よって素子間の分離が行われる。
【００１６】本発明において、水素終端とは、成長させ
たダイヤモンド結晶の表面の炭素原子のダングリングボ
ンドすなわち余った結合手に水素原子が結合して終端し
た状態をいう。例えば、水素の存在下にダイヤモンド膜
を成膜することによって、水素終端ホモエピタキシャル
ダイヤモンド膜を得ることができる。非水素終端とは、
ダイヤモンドの表面が水素以外の原子で終端された状態
をいい、例えば、水素終端されたダイヤモンドの表面を
酸素プラズマで処理することによって、酸素終端された
領域を得ることができる。図３に、水素終端された領域
と酸素終端された領域の各領域の終端の概念を示す。炭
素からなる結晶の終端は、水素終端領域では、水素原子
で終端されており、非水素終端領域では酸素で終端され
ている。
たダイヤモンド結晶の表面の炭素原子のダングリングボ
ンドすなわち余った結合手に水素原子が結合して終端し
た状態をいう。例えば、水素の存在下にダイヤモンド膜
を成膜することによって、水素終端ホモエピタキシャル
ダイヤモンド膜を得ることができる。非水素終端とは、
ダイヤモンドの表面が水素以外の原子で終端された状態
をいい、例えば、水素終端されたダイヤモンドの表面を
酸素プラズマで処理することによって、酸素終端された
領域を得ることができる。図３に、水素終端された領域
と酸素終端された領域の各領域の終端の概念を示す。炭
素からなる結晶の終端は、水素終端領域では、水素原子
で終端されており、非水素終端領域では酸素で終端され
ている。
【００１７】本発明に用いた水素終端ホモエピタキシャ
ルダイヤモンドの製造条件の一例を示す。ダイヤモンド
基板の温度を８５０℃とし、原料ガスとして１０％の一
酸化炭素ガス（ＣＯ）と残り水素ガス（Ｈ2）の混合気
体を用い、３５Torrの圧力の下でダイヤモンド単結晶を
エピタキシャル成長させた。原料ガスは、この例の他
に、例えばメタン、エタン、ブタン、エチレン等の各種
の炭化水素を用いることができる。
ルダイヤモンドの製造条件の一例を示す。ダイヤモンド
基板の温度を８５０℃とし、原料ガスとして１０％の一
酸化炭素ガス（ＣＯ）と残り水素ガス（Ｈ2）の混合気
体を用い、３５Torrの圧力の下でダイヤモンド単結晶を
エピタキシャル成長させた。原料ガスは、この例の他
に、例えばメタン、エタン、ブタン、エチレン等の各種
の炭化水素を用いることができる。
【００１８】図４および図５を用いて、ダイヤモンドの
表面に水素終端された領域と非水素終端された領域を形
成する方法を説明する。図４は、酸素終端されたダイヤ
モンドを用いて酸素終端領域と水素終端領域の二つの領
域を形成する方法であり、図５は、水素終端されたダイ
ヤモンドを用いて水素終端領域と酸素終端領域の二つの
領域を形成する方法である。
表面に水素終端された領域と非水素終端された領域を形
成する方法を説明する。図４は、酸素終端されたダイヤ
モンドを用いて酸素終端領域と水素終端領域の二つの領
域を形成する方法であり、図５は、水素終端されたダイ
ヤモンドを用いて水素終端領域と酸素終端領域の二つの
領域を形成する方法である。
【００１９】図４において、ダイヤモンド基板をマイク
ロ波を励起源としたＭＰＣＶＤ装置の中に挿入し、メタ
ン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、
エチレン（Ｃ2Ｈ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素
（ＣＯ2）などの炭素源となるガスと水素（Ｈ2）との混
合ガスを前記ＭＰＣＶＤ装置内に供給しマイクロ波で励
起してプラズマ化し、ダイヤモンド基板の表面にダイヤ
モンド結晶をエピタキシー成長させて、ホモエピタキシ
ャルダイヤモンド膜６０を得る。成膜後この基板を空気
中で急速に冷却することによって、ダイヤモンド結晶の
表面の炭素原子の未結合手に酸素原子を結合させて、酸
素終端６１させ、酸素終端ホモエピタキシャルダイヤモ
ンド基板を得る（Ａ）。この酸素終端ホモエピタキシャ
ルダイヤモンドの表面に、ＲＦスパッタリングによっ
て、酸化珪素（ＳｉＯ2）膜を部分的に形成して開口６
３を有するマスク６２を形成する（Ｂ）。マスクを形成
した酸素終端エピタキシャルダイヤモンドを、ＭＰＣＶ
Ｄ装置において、水素ガス（Ｈ2）２００（ｓｃｃ
ｍ）、３５（Ｔｏｒｒ）、８４０℃の条件下で２分間水
素処理し、開口部６３にある酸素終端を水素に置換して
水素終端６４領域を選択的に得た。この水素終端６４の
下にはｐ型半導体領域６５が形成される（Ｃ）。次い
で、表面にＨＦ処理を施してマスク６２を除去して、半
導体領域と絶縁領域を持つ基板を形成する（Ｄ）。この
後、通常の方法を用いてそれぞれのＰ型半導体領域６５
上にゲート電極およびドレインオーミックコンタクトな
らびにソースオーミックコンタクトを形成して、各素子
が絶縁分離された複数箇の半導体素子を同一基板上に形
成することができる。
ロ波を励起源としたＭＰＣＶＤ装置の中に挿入し、メタ
ン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、
エチレン（Ｃ2Ｈ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素
（ＣＯ2）などの炭素源となるガスと水素（Ｈ2）との混
合ガスを前記ＭＰＣＶＤ装置内に供給しマイクロ波で励
起してプラズマ化し、ダイヤモンド基板の表面にダイヤ
モンド結晶をエピタキシー成長させて、ホモエピタキシ
ャルダイヤモンド膜６０を得る。成膜後この基板を空気
中で急速に冷却することによって、ダイヤモンド結晶の
表面の炭素原子の未結合手に酸素原子を結合させて、酸
素終端６１させ、酸素終端ホモエピタキシャルダイヤモ
ンド基板を得る（Ａ）。この酸素終端ホモエピタキシャ
ルダイヤモンドの表面に、ＲＦスパッタリングによっ
て、酸化珪素（ＳｉＯ2）膜を部分的に形成して開口６
３を有するマスク６２を形成する（Ｂ）。マスクを形成
した酸素終端エピタキシャルダイヤモンドを、ＭＰＣＶ
Ｄ装置において、水素ガス（Ｈ2）２００（ｓｃｃ
ｍ）、３５（Ｔｏｒｒ）、８４０℃の条件下で２分間水
素処理し、開口部６３にある酸素終端を水素に置換して
水素終端６４領域を選択的に得た。この水素終端６４の
下にはｐ型半導体領域６５が形成される（Ｃ）。次い
で、表面にＨＦ処理を施してマスク６２を除去して、半
導体領域と絶縁領域を持つ基板を形成する（Ｄ）。この
後、通常の方法を用いてそれぞれのＰ型半導体領域６５
上にゲート電極およびドレインオーミックコンタクトな
らびにソースオーミックコンタクトを形成して、各素子
が絶縁分離された複数箇の半導体素子を同一基板上に形
成することができる。
【００２０】次に、図５を用いて第２の実施例である水
素終端表面を用いて二つの領域を形成する方法を説明す
る。ダイヤモンド基板をマイクロ波を励起源としたプラ
ズマＣＶＤ装置の中に挿入し、メタン（ＣＨ4）、エタ
ン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、エチレン（Ｃ
2Ｈ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）な
どの炭素源となるガスと水素（Ｈ2）との混合ガスを前
記プラズマＣＶＤ装置内に供給しマイクロ波で励起して
プラズマ化し、ダイヤモンド基板の表面にダイヤモンド
結晶をエピタキシー成長させて、ホモエピタキシャルダ
イヤモンド膜６０を得る。成膜後この基板を水素ガスの
存在下に急速に冷却することによって、ダイヤモンド結
晶の表面の炭素原子の未結合手に水素原子を結合させ
て、水素終端６４させ、表面導電層６５を有する水素終
端ホモエピタキシャルダイヤモンド基板を得る（Ａ）。
この水素終端ホモエピタキシャルダイヤモンドの表面
に、スパッタリングによって、酸化珪素（ＳｉＯ2）膜
を形成し、通常の方法によってｐ型半導体領域として残
すべき部分を覆うマスク６６を形成する（Ｂ）。この
後、ＭＰＣＶＤ装置において、酸素プラズマ処理し、マ
スク６６で覆われた個所以外の表面にある水素終端の水
素原子を酸素原子に置換して酸素終端６１を得る。この
酸素終端６１の下は絶縁性を有する（Ｃ）。次いで、表
面にＨＦ処理を施してマスク６６を除去して、半導体領
域と絶縁領域を持つ基板を形成する（Ｄ）。この後、そ
れぞれのｐ型半導体領域６５上にゲート電極およびドレ
インオーミックコンタクトならびにソースオーミックコ
ンタクトを形成して、各素子が絶縁分離された複数箇の
半導体素子を同一基板上に形成することができる。
素終端表面を用いて二つの領域を形成する方法を説明す
る。ダイヤモンド基板をマイクロ波を励起源としたプラ
ズマＣＶＤ装置の中に挿入し、メタン（ＣＨ4）、エタ
ン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、エチレン（Ｃ
2Ｈ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）な
どの炭素源となるガスと水素（Ｈ2）との混合ガスを前
記プラズマＣＶＤ装置内に供給しマイクロ波で励起して
プラズマ化し、ダイヤモンド基板の表面にダイヤモンド
結晶をエピタキシー成長させて、ホモエピタキシャルダ
イヤモンド膜６０を得る。成膜後この基板を水素ガスの
存在下に急速に冷却することによって、ダイヤモンド結
晶の表面の炭素原子の未結合手に水素原子を結合させ
て、水素終端６４させ、表面導電層６５を有する水素終
端ホモエピタキシャルダイヤモンド基板を得る（Ａ）。
この水素終端ホモエピタキシャルダイヤモンドの表面
に、スパッタリングによって、酸化珪素（ＳｉＯ2）膜
を形成し、通常の方法によってｐ型半導体領域として残
すべき部分を覆うマスク６６を形成する（Ｂ）。この
後、ＭＰＣＶＤ装置において、酸素プラズマ処理し、マ
スク６６で覆われた個所以外の表面にある水素終端の水
素原子を酸素原子に置換して酸素終端６１を得る。この
酸素終端６１の下は絶縁性を有する（Ｃ）。次いで、表
面にＨＦ処理を施してマスク６６を除去して、半導体領
域と絶縁領域を持つ基板を形成する（Ｄ）。この後、そ
れぞれのｐ型半導体領域６５上にゲート電極およびドレ
インオーミックコンタクトならびにソースオーミックコ
ンタクトを形成して、各素子が絶縁分離された複数箇の
半導体素子を同一基板上に形成することができる。
【００２１】図６は、横軸にドレイン−ソース電圧Ｖds
（V）を、縦軸にドレイン−ソース電流Ｉds（μA）をと
っており、ゲート−ソース電圧Ｖgs（V）をパラメータ
にしている。このＶds−Ｉds特性曲線に示されるよう
に、ゲート−ソース電圧Ｖgsが低い領域（０〜−１V）
では、ドレイン−ソース電流Ｉdsはほとんど流れず、エ
ンハンスメントモードで動作しており、明確な飽和特性
を持っていることが解る。ゲート−ソース電圧Ｖgs変化
させることによって、ドレイン−ソース電流Ｉdsを自由
に制御することができる。
（V）を、縦軸にドレイン−ソース電流Ｉds（μA）をと
っており、ゲート−ソース電圧Ｖgs（V）をパラメータ
にしている。このＶds−Ｉds特性曲線に示されるよう
に、ゲート−ソース電圧Ｖgsが低い領域（０〜−１V）
では、ドレイン−ソース電流Ｉdsはほとんど流れず、エ
ンハンスメントモードで動作しており、明確な飽和特性
を持っていることが解る。ゲート−ソース電圧Ｖgs変化
させることによって、ドレイン−ソース電流Ｉdsを自由
に制御することができる。
【００２２】本発明によれば、ダイヤモンド膜の表面を
水素終端することによって、その下面に極めて薄いｐ型
半導体層を形成することができ、さらにゲート領域上に
アルミニウムを蒸着してゲートとすることによってショ
ットキーバリアを形成できるので、ゲートを極めて簡単
な構造で容易に形成することができ、エンハンスメント
モードで動作するＭＥＳＦＥＴを、極めて簡単な工程で
製造することができる。さらに、素子間のダイヤモンド
の表面を非水素終端とすることによってｐ型半導体層は
形成されず、各素子間を確実に絶縁分離することができ
る。
水素終端することによって、その下面に極めて薄いｐ型
半導体層を形成することができ、さらにゲート領域上に
アルミニウムを蒸着してゲートとすることによってショ
ットキーバリアを形成できるので、ゲートを極めて簡単
な構造で容易に形成することができ、エンハンスメント
モードで動作するＭＥＳＦＥＴを、極めて簡単な工程で
製造することができる。さらに、素子間のダイヤモンド
の表面を非水素終端とすることによってｐ型半導体層は
形成されず、各素子間を確実に絶縁分離することができ
る。
【００２３】上述の実施例では、オーミック電極材料と
して金を、ショットキーバリア電極としてアルミニウム
を用いて説明したが、オーミック電極材料としては電気
陰性度の高いものであれば良く、金の他に白金（Ｐt）
を用いることができ、また、ショットキーバリアを形成
する電極材料としては、アルミニウムの他に鉛（Ｐ
b）、タンタル（Ｔa）、亜鉛（Ｚn）、インジウム（Ｉ
n）などがある。
して金を、ショットキーバリア電極としてアルミニウム
を用いて説明したが、オーミック電極材料としては電気
陰性度の高いものであれば良く、金の他に白金（Ｐt）
を用いることができ、また、ショットキーバリアを形成
する電極材料としては、アルミニウムの他に鉛（Ｐ
b）、タンタル（Ｔa）、亜鉛（Ｚn）、インジウム（Ｉ
n）などがある。
【００２４】さらに、上記の実施例では、マイクロ波プ
ラズマＣＶＤによって得た水素終端ホモエピタキシャル
ダイヤモンドを例にとって説明したが、成長法として
は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法による他、熱フィラメ
ント法、高周波熱プラズマＣＶＤ、直流アークプラズマ
ＣＶＤ、燃焼炎法などを用いることもできる。さらに、
ダイヤモンドはホモエピタキシャル成長させたダイヤモ
ンドに限らず、他の気相合成ダイヤモンドであるヘテロ
エピタキシャルダイヤモンド、天然ダイヤモンド単結
晶、高圧法によって合成されたダイヤモンド単結晶を水
素プラズマ雰囲気で処理した水素終端ダイヤモンドのい
ずれにも適用できることは、ダイヤモンドの表面を水素
終端することによってｐ型半導体導電層が得られる原理
からして明らかである。
ラズマＣＶＤによって得た水素終端ホモエピタキシャル
ダイヤモンドを例にとって説明したが、成長法として
は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法による他、熱フィラメ
ント法、高周波熱プラズマＣＶＤ、直流アークプラズマ
ＣＶＤ、燃焼炎法などを用いることもできる。さらに、
ダイヤモンドはホモエピタキシャル成長させたダイヤモ
ンドに限らず、他の気相合成ダイヤモンドであるヘテロ
エピタキシャルダイヤモンド、天然ダイヤモンド単結
晶、高圧法によって合成されたダイヤモンド単結晶を水
素プラズマ雰囲気で処理した水素終端ダイヤモンドのい
ずれにも適用できることは、ダイヤモンドの表面を水素
終端することによってｐ型半導体導電層が得られる原理
からして明らかである。
【００２５】図９に、本発明の第３の実施例を示す。本
実施例においては、水素終端ダイヤモンドを用いた半導
体素子の絶縁分離をアルゴン（Ａr＋）イオン照射によ
って行なうことを特徴とする。さらに、この実施例は、
アルゴンイオン照射時に水素終端ダイヤモンド半導体素
子領域を選択的に保護するマスクとして、該半導体素子
ソースオーミックコンタクトおよびドレインオーミック
コンタクトとなる金などの金属膜を使用することを特徴
とする。
実施例においては、水素終端ダイヤモンドを用いた半導
体素子の絶縁分離をアルゴン（Ａr＋）イオン照射によ
って行なうことを特徴とする。さらに、この実施例は、
アルゴンイオン照射時に水素終端ダイヤモンド半導体素
子領域を選択的に保護するマスクとして、該半導体素子
ソースオーミックコンタクトおよびドレインオーミック
コンタクトとなる金などの金属膜を使用することを特徴
とする。
【００２６】以下、図９を用いてこの実施例を説明す
る。ダイヤモンド基板をマイクロ波を励起源としたプラ
ズマＣＶＤ装置の中に挿入し、メタン（ＣＨ4）、エタ
ン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、エチレン（Ｃ
2Ｈ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）な
どの炭素源となるガスと水素（Ｈ2）との混合ガスを前
記プラズマＣＶＤ装置内に供給しマイクロ波で励起して
プラズマ化し、ダイヤモンド基板の表面にダイヤモンド
結晶をエピタキシー成長させて、ホモエピタキシャルダ
イヤモンド膜６０を得る。成膜後この基板を水素ガスの
存在下に急速に冷却することによって、ダイヤモンド結
晶の表面の炭素原子の未結合手に水素原子を結合させ
て、水素終端６４させ、表面導電層６５を有する水素終
端ホモエピタキシャルダイヤモンド基板を得る。この水
素終端されたホモエピタキシャルダイヤモンド基板上
に、ポジ形レジストを塗布した後、電子ビーム描画装置
を用いて水素終端ダイヤモンド半導体を形成する領域の
パターンの描画を行なう。次いで、この基板を現像液に
浸して電子ビーム照射部分のみ溶解させ、ここに抵抗加
熱法によって金Ａｕを真空蒸着させて、ソースコンタク
トおよびドレインコンタクトとなる金薄膜３１を形成す
る（Ａ）。
る。ダイヤモンド基板をマイクロ波を励起源としたプラ
ズマＣＶＤ装置の中に挿入し、メタン（ＣＨ4）、エタ
ン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、エチレン（Ｃ
2Ｈ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）な
どの炭素源となるガスと水素（Ｈ2）との混合ガスを前
記プラズマＣＶＤ装置内に供給しマイクロ波で励起して
プラズマ化し、ダイヤモンド基板の表面にダイヤモンド
結晶をエピタキシー成長させて、ホモエピタキシャルダ
イヤモンド膜６０を得る。成膜後この基板を水素ガスの
存在下に急速に冷却することによって、ダイヤモンド結
晶の表面の炭素原子の未結合手に水素原子を結合させ
て、水素終端６４させ、表面導電層６５を有する水素終
端ホモエピタキシャルダイヤモンド基板を得る。この水
素終端されたホモエピタキシャルダイヤモンド基板上
に、ポジ形レジストを塗布した後、電子ビーム描画装置
を用いて水素終端ダイヤモンド半導体を形成する領域の
パターンの描画を行なう。次いで、この基板を現像液に
浸して電子ビーム照射部分のみ溶解させ、ここに抵抗加
熱法によって金Ａｕを真空蒸着させて、ソースコンタク
トおよびドレインコンタクトとなる金薄膜３１を形成す
る（Ａ）。
【００２７】次いで、形成された金薄膜３１をマスクと
して使用しアルゴンイオン（Ａｒ＋）を照射する。アル
ゴンイオンが照射されることによってダメージを受けた
水素終端領域はアルゴンイオンダメージ層６７を形成し
絶縁化されるとともに、水素終端面６４の下に生成した
表面導電層６５は消滅する。したがって、金薄膜３１に
よってマスクされた部分のみの電気導電性が保持されそ
の他の領域が絶縁化されることで素子分離された半導体
部が形成される（Ｂ）。
して使用しアルゴンイオン（Ａｒ＋）を照射する。アル
ゴンイオンが照射されることによってダメージを受けた
水素終端領域はアルゴンイオンダメージ層６７を形成し
絶縁化されるとともに、水素終端面６４の下に生成した
表面導電層６５は消滅する。したがって、金薄膜３１に
よってマスクされた部分のみの電気導電性が保持されそ
の他の領域が絶縁化されることで素子分離された半導体
部が形成される（Ｂ）。
【００２８】この後、金薄膜３１のマスクの中央部分を
除去してソース電極部３およびドレイン電極部４ならび
にチャネル部６が形成される（Ｃ）。金薄膜の除去方法
は、２通りあり、一つは機械的に中央部を除去する方法
であり、他の一つは、ソースおよびドレインとなる部分
にマスクをし、マスクされない中央部分だけに王水を用
いて選択的に除去する方法である。
除去してソース電極部３およびドレイン電極部４ならび
にチャネル部６が形成される（Ｃ）。金薄膜の除去方法
は、２通りあり、一つは機械的に中央部を除去する方法
であり、他の一つは、ソースおよびドレインとなる部分
にマスクをし、マスクされない中央部分だけに王水を用
いて選択的に除去する方法である。
【００２９】次に、選択的にソース電極３およびドレイ
ン電極４が形成されたホモエピタキシャルダイヤモンド
基板上に、ポジ形レジストを塗布した後、電子ビーム描
画装置を用いてゲート電極５パターンの描画を行なう。
次いで、この基板を現像液に浸して電子ビーム照射部分
のみ溶解させ、ここに抵抗加熱法などによって鉛Ｐbを
真空蒸着させてゲート部５を形成して、素子分離された
複数のＭＥＳＦＥＴを同一のダイヤモンド基板上に形成
する。
ン電極４が形成されたホモエピタキシャルダイヤモンド
基板上に、ポジ形レジストを塗布した後、電子ビーム描
画装置を用いてゲート電極５パターンの描画を行なう。
次いで、この基板を現像液に浸して電子ビーム照射部分
のみ溶解させ、ここに抵抗加熱法などによって鉛Ｐbを
真空蒸着させてゲート部５を形成して、素子分離された
複数のＭＥＳＦＥＴを同一のダイヤモンド基板上に形成
する。
【００３０】アルゴンイオンのドーズ量によってダイヤ
モンドのシート抵抗値が変化することは、J.F.Prins,Ma
terials Science Reports 7(1992)271-364に記載されて
いるように既に知られている。本実施例においては、ア
ルゴンイオンのドーズによってダイヤモンドのイオンダ
メージ層のシート抵抗値が高くなるよう、つまりダイヤ
モンドの表面がグラファイト化しないようにドーズ量を
１．7×1014ions/cm2とし、加速電圧を３０KeVとした。
モンドのシート抵抗値が変化することは、J.F.Prins,Ma
terials Science Reports 7(1992)271-364に記載されて
いるように既に知られている。本実施例においては、ア
ルゴンイオンのドーズによってダイヤモンドのイオンダ
メージ層のシート抵抗値が高くなるよう、つまりダイヤ
モンドの表面がグラファイト化しないようにドーズ量を
１．7×1014ions/cm2とし、加速電圧を３０KeVとした。
【００３１】本実施例によって得たＭＥＳＦＥＴの特性
を図１０に示す。図１０は、横軸にドレイン−ソース電
圧Ｖds（V）を、縦軸にドレイン−ソース電流Ｉds（m
A）をとっており、ゲート−ソース電圧Ｖgs（V）をパラ
メータにしている。このＭＥＳＦＥＴは、ゲート長が７
μｍであり、ゲート幅が１２０μｍであった。このＶds
−Ｉds特性曲線に示されるように、ゲート−ソース電圧
Ｖgsが低い領域（０〜−０.５V）では、ドレイン−ソー
ス電流Ｉdsはほとんど流れず、エンハンスメントモード
で動作しており、明確な飽和特性を持っていることが解
る。ゲート−ソース電圧Ｖgs変化させることによって、
ドレイン−ソース電流Ｉdsを自由に制御することができ
る。ここで、相互コンダクタンスを計算すると、ドレイ
ン−ソース電圧Ｖdsが−１６Vの点では、ゲート−ソー
ス電圧Ｖgsが０.５V変化した時ドレイン−ソース電流Ｉ
dsの変化が０.２４mAでありゲート幅が０.１２mmである
ので、相互コンダクタンスは、４mＳ／mmと高い値にな
る。
を図１０に示す。図１０は、横軸にドレイン−ソース電
圧Ｖds（V）を、縦軸にドレイン−ソース電流Ｉds（m
A）をとっており、ゲート−ソース電圧Ｖgs（V）をパラ
メータにしている。このＭＥＳＦＥＴは、ゲート長が７
μｍであり、ゲート幅が１２０μｍであった。このＶds
−Ｉds特性曲線に示されるように、ゲート−ソース電圧
Ｖgsが低い領域（０〜−０.５V）では、ドレイン−ソー
ス電流Ｉdsはほとんど流れず、エンハンスメントモード
で動作しており、明確な飽和特性を持っていることが解
る。ゲート−ソース電圧Ｖgs変化させることによって、
ドレイン−ソース電流Ｉdsを自由に制御することができ
る。ここで、相互コンダクタンスを計算すると、ドレイ
ン−ソース電圧Ｖdsが−１６Vの点では、ゲート−ソー
ス電圧Ｖgsが０.５V変化した時ドレイン−ソース電流Ｉ
dsの変化が０.２４mAでありゲート幅が０.１２mmである
ので、相互コンダクタンスは、４mＳ／mmと高い値にな
る。
【００３２】本実施例によれば、水素終端ダイヤモンド
半導体素子の周りに形成する非水素終端からなる絶縁部
を形成するときに用いるマスクとしてソース電極とドレ
イン電極となる金薄膜を使用するので、絶縁領域作成用
マスク形成時にアライメントをとる必要がなくなり、製
造工程を極めて簡略なものとすることができる。
半導体素子の周りに形成する非水素終端からなる絶縁部
を形成するときに用いるマスクとしてソース電極とドレ
イン電極となる金薄膜を使用するので、絶縁領域作成用
マスク形成時にアライメントをとる必要がなくなり、製
造工程を極めて簡略なものとすることができる。
【００３３】次に、図１１を用いて第４の実施例につい
て説明する。この実施例は、水素終端ダイヤモンド基板
上にソース電極およびドレイン電極ならびにゲート電極
を作成して水素終端ダイヤモンド半導体素子を形成した
後、これら電極を絶縁領域形成のマスクとするとともに
チャネル部分を覆うレジストマスクを形成し、このマス
クを用いてアルゴンイオン照射して素子の周りに絶縁領
域を作成して素子分離することを特徴とする。
て説明する。この実施例は、水素終端ダイヤモンド基板
上にソース電極およびドレイン電極ならびにゲート電極
を作成して水素終端ダイヤモンド半導体素子を形成した
後、これら電極を絶縁領域形成のマスクとするとともに
チャネル部分を覆うレジストマスクを形成し、このマス
クを用いてアルゴンイオン照射して素子の周りに絶縁領
域を作成して素子分離することを特徴とする。
【００３４】図９に示した第３の実施例と同様の方法に
よって得たホモエピタキシャルダイヤモンド基板を水素
ガスの存在下に急速に冷却することによって、ダイヤモ
ンド結晶の表面の炭素原子の未結合手に水素原子を結合
させて、水素終端６４させ、表面導電層６５を有する水
素終端ホモエピタキシャルダイヤモンド基板を得る。こ
の水素終端されたホモエピタキシャルダイヤモンド基板
上に、ポジ形レジストを塗布した後、電子ビーム描画装
置を用いて水素終端ダイヤモンド半導体のソース電極お
よびドレイン電極を形成する領域のパターンの描画を行
なう。次いで、この基板を現像液に浸して電子ビーム照
射部分のみ溶解させ、ここに抵抗加熱法によって金Ａｕ
を真空蒸着させて、ソース電極４およびドレイン電極３
を形成する（Ａ）。
よって得たホモエピタキシャルダイヤモンド基板を水素
ガスの存在下に急速に冷却することによって、ダイヤモ
ンド結晶の表面の炭素原子の未結合手に水素原子を結合
させて、水素終端６４させ、表面導電層６５を有する水
素終端ホモエピタキシャルダイヤモンド基板を得る。こ
の水素終端されたホモエピタキシャルダイヤモンド基板
上に、ポジ形レジストを塗布した後、電子ビーム描画装
置を用いて水素終端ダイヤモンド半導体のソース電極お
よびドレイン電極を形成する領域のパターンの描画を行
なう。次いで、この基板を現像液に浸して電子ビーム照
射部分のみ溶解させ、ここに抵抗加熱法によって金Ａｕ
を真空蒸着させて、ソース電極４およびドレイン電極３
を形成する（Ａ）。
【００３５】次いで、同様の方法を用いてソース電極４
とドレイン電極３の間に鉛Ｐｂからなるゲート電極５を
形成する（Ｂ）。次に、アルゴンイオン照射時にチャネ
ル部６が絶縁化されないようにチャネル部上にフォトレ
ジストを用い通常の方法によってマスク７を形成する
（Ｃ）。この場合も、電子ビーム描画装置を用いた。
とドレイン電極３の間に鉛Ｐｂからなるゲート電極５を
形成する（Ｂ）。次に、アルゴンイオン照射時にチャネ
ル部６が絶縁化されないようにチャネル部上にフォトレ
ジストを用い通常の方法によってマスク７を形成する
（Ｃ）。この場合も、電子ビーム描画装置を用いた。
【００３６】次に、常法を用いて基板全体にアルゴンイ
オン（Ａｒ＋）を照射し、水素終端ダイヤモンド半導体
素子以外の部分の水素終端層をアルゴンイオンダメージ
層６７として絶縁化し、ソース電極４およびドレイン電
極３ならびにレジスト７の下の部分のみが水素終端され
たまま残り電気伝導性を保持して半導体素子を素子分離
する（Ｄ）。次いで、マスク７を除去することによっ
て、素子分離された複数のＭＥＳＦＥＴを同一のダイヤ
モンド基板上に形成することができた。この実施例にお
けるドーズ量は１．０×１０14ions/cm2とし、加速電圧
を２５KeVとした。
オン（Ａｒ＋）を照射し、水素終端ダイヤモンド半導体
素子以外の部分の水素終端層をアルゴンイオンダメージ
層６７として絶縁化し、ソース電極４およびドレイン電
極３ならびにレジスト７の下の部分のみが水素終端され
たまま残り電気伝導性を保持して半導体素子を素子分離
する（Ｄ）。次いで、マスク７を除去することによっ
て、素子分離された複数のＭＥＳＦＥＴを同一のダイヤ
モンド基板上に形成することができた。この実施例にお
けるドーズ量は１．０×１０14ions/cm2とし、加速電圧
を２５KeVとした。
【００３７】ＭＥＳＦＥＴを用いて構成したＮＡＮＤ回
路を本発明の方法によって作成したところ、利得３程度
で明確な動作特性を示し、ＮＯＲ回路を同様な方法によ
って構成したところ、利得５程度で明確な動作特性を示
した。
路を本発明の方法によって作成したところ、利得３程度
で明確な動作特性を示し、ＮＯＲ回路を同様な方法によ
って構成したところ、利得５程度で明確な動作特性を示
した。
【００３８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、水素終
端したホモエピタキシャルダイヤモンドの表面に、ショ
ットキーバリアを形成するアルミニウムや鉛等の金属を
用いた蒸着によってゲート電極を形成し、電気陰性度の
高い金や白金等の金属の蒸着によってソース電極および
ドレイン電極を形成することによって、エンハンスメン
トモードで動作し、相互コンダクタンスが大きなＭＥＳ
ＦＥＴを得ることができ、各素子間のダイヤモンドの表
面を非水素終端とすることによって、簡単な製造工程と
手段によって各素子間を絶縁分離することができ、複数
の半導体素子が集積されたダイヤモンド半導体デバイス
を形成することができる。
端したホモエピタキシャルダイヤモンドの表面に、ショ
ットキーバリアを形成するアルミニウムや鉛等の金属を
用いた蒸着によってゲート電極を形成し、電気陰性度の
高い金や白金等の金属の蒸着によってソース電極および
ドレイン電極を形成することによって、エンハンスメン
トモードで動作し、相互コンダクタンスが大きなＭＥＳ
ＦＥＴを得ることができ、各素子間のダイヤモンドの表
面を非水素終端とすることによって、簡単な製造工程と
手段によって各素子間を絶縁分離することができ、複数
の半導体素子が集積されたダイヤモンド半導体デバイス
を形成することができる。
【００３９】複数のダイヤモンド半導体素子を同一基板
上に簡単なプロセスで作成することができるとともに、
例えば、ＦＥＴでは、素子を円形にすることがなく単純
な形状とすることができるので、微細化および高い集積
化が可能となる。
上に簡単なプロセスで作成することができるとともに、
例えば、ＦＥＴでは、素子を円形にすることがなく単純
な形状とすることができるので、微細化および高い集積
化が可能となる。
【００４０】さらに、本発明によれば、半導体層を製造
するに当たって、不純物を導入する必要がないことか
ら、有毒なＢ2Ｈ6などのガスを必要とせず、安全に製造
することができるばかりでなく、有毒ガスに対処する必
要がなくなり製造装置を簡易なものとすることができ
る。
するに当たって、不純物を導入する必要がないことか
ら、有毒なＢ2Ｈ6などのガスを必要とせず、安全に製造
することができるばかりでなく、有毒ガスに対処する必
要がなくなり製造装置を簡易なものとすることができ
る。
【００４１】本発明によれば、ゲート電極およびソース
オーミックコンタクトならびにドレインオーミックコン
タクトの形成は蒸着によって形成することができ、製造
工程を簡略化することができる。
オーミックコンタクトならびにドレインオーミックコン
タクトの形成は蒸着によって形成することができ、製造
工程を簡略化することができる。
【００４２】さらに、本発明に係るＦＥＴは、バンドギ
ャップの大きなダイヤモンドを用いているので、高温下
で使用することができるとともに、強い放射線の下でも
安定して動作させることができる。
ャップの大きなダイヤモンドを用いているので、高温下
で使用することができるとともに、強い放射線の下でも
安定して動作させることができる。
【００４３】また、本発明によれば、ＦＥＴの電極とな
る金属膜を水素終端ダイヤモンドを非水素化処理するた
めのマスクとして用いるので、マスクの数を減らすこと
ができるとともに、非水素化処理に当ってアライメント
をとる必要がなくなり処理工程を極めて簡素化すること
ができ、さらに、相互コンダクタンスが向上し、４mＳ
／mmという高い値を得ることができる。
る金属膜を水素終端ダイヤモンドを非水素化処理するた
めのマスクとして用いるので、マスクの数を減らすこと
ができるとともに、非水素化処理に当ってアライメント
をとる必要がなくなり処理工程を極めて簡素化すること
ができ、さらに、相互コンダクタンスが向上し、４mＳ
／mmという高い値を得ることができる。
【図１】本発明に係る水素終端ダイヤモンド半導体の構
造を示す平面図。
造を示す平面図。
【図２】本発明に係る水素終端ダイヤモンド半導体の構
造を示す断面図。
造を示す断面図。
【図３】ダイヤモンドの終端の構造を示す概念図。
【図４】本発明に係る水素終端ダイヤモンド半導体の絶
縁分離を形成する工程の一例を示す図。
縁分離を形成する工程の一例を示す図。
【図５】本発明に係る水素終端ダイヤモンド半導体の絶
縁分離を形成する工程の他の例を示す図。
縁分離を形成する工程の他の例を示す図。
【図６】本発明に係る水素終端ダイヤモンド半導体の特
性を示す図。
性を示す図。
【図７】従来のダイヤモンド半導体の構造を示す平面
図。
図。
【図８】従来のダイヤモンド半導体の構造を示す断面
図。
図。
【図９】本発明に係る水素終端ダイヤモンド半導体の絶
縁分離を形成する工程の第３の例を示す図。
縁分離を形成する工程の第３の例を示す図。
【図１０】図９に示す工程で得た水素終端ダイヤモンド
半導体の特性を示す図。
半導体の特性を示す図。
【図１１】本発明に係る水素終端ダイヤモンド半導体の
絶縁分離を形成する工程の第４の例を示す図。
絶縁分離を形成する工程の第４の例を示す図。
１ ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜 ２ 水素終端面 ３ ドレインオーミックコンタクト（ドレイン電極） ４ ソースオーミックコンタクト（ソース電極） ５ ゲート電極 ６ チャネル部 ７ マスク １１ 酸素終端面 ２１ 表面導電層（ｐ型半導体） ２２ 空乏層 ６０ ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜 ６１ 酸素終端面 ６２、６６ 酸化珪素膜（マスク） ６３ 開口 ６４ 水素終端面 ６５ 表面導電層（ｐ型半導体） ６７ アルゴンダメージ層
Claims (12)
- 【請求項１】 ダイヤモンドの表面を水素終端した領域
とダイヤモンド表面を非水素終端させた絶縁領域とを有
し、水素終端した領域に半導体素子を設けたことを特徴
とする素子分離された水素終端ダイヤモンド半導体素
子。 - 【請求項２】 非水素終端させた領域が、水素終端ダイ
ヤモンドの表面を酸素プラズマ処理によって酸素置換し
て得られた酸素終端ダイヤモンドで構成される請求項１
に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンド半導体素
子。 - 【請求項３】 非水素終端させた領域が、水素終端ダイ
ヤモンドの表面をアルゴンイオン照射することによって
非水素終端した非水素終端ダイヤモンドで構成される請
求項１に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンド半
導体素子。 - 【請求項４】 半導体素子がＭＥＳＦＥＴである請求項
１ないし請求項３のいずれかに記載の素子分離された水
素終端ダイヤモンド半導体素子。 - 【請求項５】 ＭＥＳＦＥＴが、金もしくは白金からな
るオーミックコンタクトを形成したドレインおよびソー
スと、ショットキーバリアを形成する金属から形成され
たゲート電極から構成される請求項４に記載の素子分離
された水素終端ダイヤモンド半導体素子。 - 【請求項６】 ダイヤモンドの表面を酸素終端し、次い
で、半導体素子を形成する領域のダイヤモンド表面を水
素処理することによって水素終端し、該水素終端領域に
半導体素子を形成することを特徴とする素子分離された
水素終端ダイヤモンド半導体の製造方法。 - 【請求項７】 半導体素子がＭＥＳＦＥＴである請求項
６に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンド半導体
の製造方法。 - 【請求項８】 ＭＥＳＦＥＴは、水素終端領域上にソー
ス電極あるいはドレイン電極となる金属を蒸着してオー
ミックコンタクトを形成し、両コンタクトの間の位置に
ショットキーバリアを形成する金属を蒸着してゲート電
極を形成する工程からなる請求項７に記載の素子分離さ
れた水素終端ダイヤモンド半導体の製造方法。 - 【請求項９】 ダイヤモンドの表面を水素終端し、半導
体素子を形成する領域にマスクを形成し、次いで、この
マスクを用いて半導体素子を形成する領域以外のダイヤ
モンド表面を絶縁領域とし、前記マスクをソース電極お
よびドレイン電極とすることを特徴とする素子分離され
た水素終端ダイヤモンド半導体の製造方法。 - 【請求項１０】 絶縁領域の形成が、半導体素子形成領
域に設けたソース電極およびドレイン電極として用いら
れる金属をマスクとして用いて半導体素子を形成する領
域以外のダイヤモンド表面を酸素処理またはアルゴンイ
オン照射して絶縁領域とする請求項９に記載の素子分離
された水素終端ダイヤモンド半導体の製造方法。 - 【請求項１１】 半導体素子がＭＥＳＦＥＴである請求
項８ないし請求項１０のいずれかに記載の素子分離され
た水素終端ダイヤモンド半導体の製造方法。 - 【請求項１２】 ソース電極およびドレイン電極となる
金属が金または白金であり、ゲート電極となる金属がシ
ョットキーバリアを形成する金属である請求項９ないし
請求項１１のいずれかに記載の素子分離された水素終端
ダイヤモンド半導体の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06403595A JP3308755B2 (ja) | 1994-09-16 | 1995-03-23 | 素子分離された水素終端ダイヤモンド半導体素子の製造方法 |
| EP95114310A EP0702403B1 (en) | 1994-09-16 | 1995-09-12 | Element-isolated hydrogen-terminated diamond semiconductor device and its manufacturing method |
| DE69531528T DE69531528T2 (de) | 1994-09-16 | 1995-09-12 | Halbleiteranordnung mit Isolation zwischen Komponenten, hergestellt in einer Diamantschicht mit Wasserstoff-Terminierung |
| US08/527,809 US5786604A (en) | 1994-09-16 | 1995-09-13 | Element-isolated hydrogen-terminated diamond semiconductor device and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-221276 | 1994-09-16 | ||
| JP22127694 | 1994-09-16 | ||
| JP06403595A JP3308755B2 (ja) | 1994-09-16 | 1995-03-23 | 素子分離された水素終端ダイヤモンド半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08139109A true JPH08139109A (ja) | 1996-05-31 |
| JP3308755B2 JP3308755B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=26405167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06403595A Expired - Fee Related JP3308755B2 (ja) | 1994-09-16 | 1995-03-23 | 素子分離された水素終端ダイヤモンド半導体素子の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5786604A (ja) |
| EP (1) | EP0702403B1 (ja) |
| JP (1) | JP3308755B2 (ja) |
| DE (1) | DE69531528T2 (ja) |
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| 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 |
| WO2009005134A1 (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-08 | National Institute For Materials Science | ダイヤモンド半導体デバイス |
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| JP2011029372A (ja) * | 2009-07-24 | 2011-02-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ダイヤモンド薄膜およびダイヤモンド電界効果トランジスター |
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| JP2020161587A (ja) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 半導体装置、パワーデバイスおよび制御用電子装置 |
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| US20070234761A1 (en) * | 2006-04-11 | 2007-10-11 | Basf Corporation | Electrocoat manufacturing process |
| US8197650B2 (en) | 2007-06-07 | 2012-06-12 | Sensor Innovations, Inc. | Silicon electrochemical sensors |
| DE102007039706A1 (de) * | 2007-08-22 | 2009-02-26 | Erhard Prof. Dr.-Ing. Kohn | Chemischer Sensor auf Diamantschichten |
| CZ301547B6 (cs) * | 2008-08-29 | 2010-04-14 | Fyzikální ústav AV CR, v.v.i. | Zpusob dopování diamantu prenosem náboje z organických barviv |
| US8758584B2 (en) | 2010-12-16 | 2014-06-24 | Sensor Innovations, Inc. | Electrochemical sensors |
| FR2984595B1 (fr) * | 2011-12-20 | 2014-02-14 | Centre Nat Rech Scient | Procede de fabrication d'un empilement mos sur un substrat en diamant |
| CN102903756A (zh) * | 2012-09-07 | 2013-01-30 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 金刚石金属-绝缘体-半导体结构场效应晶体管及制备法 |
| CN107104141B (zh) * | 2017-05-11 | 2020-06-19 | 西安交通大学 | 金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管及其制备方法 |
| CN112133752B (zh) * | 2020-08-27 | 2021-11-19 | 西安电子科技大学 | 一种复合终端表面金刚石高压场效应晶体管及其制作方法 |
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| US4605566A (en) * | 1983-08-22 | 1986-08-12 | Nec Corporation | Method for forming thin films by absorption |
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| JPH0799318A (ja) * | 1993-09-28 | 1995-04-11 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド薄膜電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
-
1995
- 1995-03-23 JP JP06403595A patent/JP3308755B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1995-09-12 EP EP95114310A patent/EP0702403B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-09-12 DE DE69531528T patent/DE69531528T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-09-13 US US08/527,809 patent/US5786604A/en not_active Expired - Fee Related
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