JPH09106958A - 結晶基体のドーピング - Google Patents

結晶基体のドーピング

Info

Publication number
JPH09106958A
JPH09106958A JP8162075A JP16207596A JPH09106958A JP H09106958 A JPH09106958 A JP H09106958A JP 8162075 A JP8162075 A JP 8162075A JP 16207596 A JP16207596 A JP 16207596A JP H09106958 A JPH09106958 A JP H09106958A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
doping method
damage layer
dopant atoms
atoms
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.)
Abandoned
Application number
JP8162075A
Other languages
English (en)
Inventor
Johan Frans Prins
フランズ プリンス ヨハン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Original Assignee
De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd filed Critical De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Publication of JPH09106958A publication Critical patent/JPH09106958A/ja
Abandoned legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/20—Doping by irradiation with electromagnetic waves or by particle radiation
    • C30B31/22—Doping by irradiation with electromagnetic waves or by particle radiation by ion-implantation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えばダイヤモンド、立方晶系の窒化硼素、
または炭化硅素のような結晶性基体を例えば硼素、燐、
または砒素のようなドーパント原子でドーピングする方
法を提供する。 【解決手段】 結晶性基体の結晶格子内に空格子点と格
子間原子を含有する第１の破損層を生成し、この第１の
破損層とは別箇であって、ドーパント原子を含有する第
２の破損層を生成する条件下でドーパント原子を打込
み、生成した第２の層内のドーパント原子をこの層から
第１の層内の空格子点中に拡散させて、第１の層内の置
換位置を占有させて行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は結晶性基体のドーピ
ングに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば炭化珪素、ダイヤモンド、その他
この種の材料のような結晶性基体をドーピングして基体
に半導体的性質および／または光学的活性中心を付与す
ることは当該技術では充分確立されている。ドーパント
原子はイオン打込み技術を用いて基体中に導入できる。
【０００３】欧州特許公開番号第０２０９２５７号はド
ーピング処理したダイヤモンドの製造方法を開示し、こ
れはダイヤモンドに適切なエネルギーのイオンを衝突さ
せて結晶格子内に空格子点と格子間の形で点欠陥の破損
層を生成させ、次いで破損基体を焼きなます工程から成
り、上記衝突を充分に低い温度で行って点欠陥の拡散を
防止することから成る。ドーパント原子は上記破損を生
成させる衝突中、又はその前、又はその後でイオン打込
みにより破損層に導入する。また、ドーパント原子打込
みは充分低い温度で行い、破損層内の点欠陥拡散を防止
する。
【０００４】欧州特許公開番号第０５７３３１２号はド
ーピング処理したダイヤモンドの製造方法を開示してお
り、これは低温度で低打込み量のイオン打込みによりダ
イヤモンドの結晶格子内に空格子点と格子間の形での点
欠陥破損層を生成し、低温度での低打込み量のイオン打
込みにより破損層内にドーパント原子を導入し、生成物
を急速に焼なまして格子破損を減少させ、ドーパントの
格子間原子を格子位置中に拡散させ、処要量のドーパン
トを有するドーピング処理ダイヤモンドが生成するまで
ドーピングと急速焼なましを繰返すことから成る。
【０００５】上記の方法ではダイヤモンド基体の打込み
は充分低温度で行い、打込み工程で生成する打込まれた
原子と内部点欠陥（空格子点と格子間）を凍結させて生
成した打込み層から拡散しないようにしている。ダイヤ
モンドの処要温度は好ましくは室温以下、例えば液体窒
素温度である、打込まれた原子と、空格子点と自己格子
間との混ざり具合を良くし、打込み層の巾を大きくする
ため、イオンは通常エネルギーを変えたり、更にはこれ
らのエネルギーでの打込み量を変えたりして打込む。こ
の低温打込み工程のあと適切な温度で焼なまし（通常、
急速焼なまし）を行う。打込まれた原子は空格子点と結
合して活性ドーパント原子となり、自己格子間は同様に
空格子点と結合して打込み破損を減少させる。
【０００６】打込まれた層の巾と、この中での空格子点
密度は上記方法では重要である。すなわち、打込まれた
ドーパント原子と自己格子間の若干はこの層内の空格子
点との結合前に逃散、拡散して、これらの空格子点を残
留さるからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】残念ながらダイヤモン
ド内の空格子点は光学的、電気的に活性であり、従って
多くの場合ドーピング処理層の所要性質に悪い効果があ
る。たとえ光学的、または電気的に活性でなくても空格
子点の存在は電荷キャリヤーの散乱の原因となり、これ
は高品位のドーピング処理材料では望ましくない。更に
高温での焼なましにより通常これらの望ましくない効果
は減少するが、例えば空格子点をすべてこの層から拡散
させて、追出しても空格子点を完全に除去することはで
きなかった。これは空格子点が凝集して、より複雑な欠
陥を生成する傾向があり、これによって妨げられるから
であり、このより複雑な欠陥は通常単一空格子点と同様
に有害である。従って、格子間原子（ドーパントと自己
の両方）が空格子点と結合する前拡散追出されることを
妨ぐことが望ましい。打込まれた層はその巾が広ければ
広いほど、また空格子点が多く含有されていれば多いほ
ど、格子間（ドーパントと自己の両方）の逃散率は明ら
かに低くなる。しかし、空格子点密度を増加させるには
イオン打込み量を多くすることが必要であり、これは逆
に格子間を増加させることになり、この格子間の増加分
が空格子点と結合したとしても、格子間の全逃散量は増
加し、従ってこれは打込層内に空格子点を高密度で残留
させることが判った。もし、反対にイオン打込み量を極
めて低くして残留空格子点の全密度を減少させると、打
込したドーパント格子間の逃散率は増加し、極く僅かな
活性ドーパント原子しか残留しない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点にも
とづく結晶格子を有する結晶性基体のドーピング方法は
基体を準備し、結晶格子内に空格子点と格子間を含有す
る。第１の破損層を生成し、第１の破損層とは別箇であ
って、ドーパント原子を含んだ第２の破損層を生成する
条件下でドーパント原子を打込み、この生成した第２の
層のドーパント原子をこの層から第１の層の空格子点中
に拡散させて、この層の置換位置を占有させる工程から
成る。
【０００９】本発明の第２の観点に基づく結晶格子を有
する結晶性基体のドーピング方法は基体を準備し、ドー
パント原子のイオン打込みにより空格子点を含有するこ
とになる第１の破損層を生成し、第１の破損層とは別箇
の第２の破損層を生成する条件下で原子を打込み、この
生成した第２の層内の格子間原子をこの層から第１の層
中に拡散させて、第１の層内の空格子点と結合させて、
破損を減少させる工程から成る。
【００１０】
【発明の実施の形態】第１の観点にもとずく本発明の方
法は第１の破損層（以下空格子点層と記載することもあ
る）を生成し、ドーパント原子を比較的高濃度に含有す
る別箇の第２の破損層を生成し、この第２の層内のドー
パント原子をこの層から空格子点層の結晶格子内の置換
位置中に拡散させること含むものである。第１と第２の
層は互に別々で、全く互に分離し、または別箇のもので
あってもよく、または重複部があってもよい。
【００１１】本方法の利点はドーピング後の残留破損の
減少が大きいということである。従って、第１の、また
は空格子点層は低密度の空格子点を生成させる低打込み
量の打込で生成させることが好ましい。例えば、第１の
層の空格子点密度は５×１０ 20ｃｍ-3以下、すなわち、
０．３原子％以下である。第１の破損層生成のためのイ
オン打込みでは軽い原子、例えば硼素、炭素、またはヘ
リウムを用いることが好ましい。例えば、破損層の生成
を硼素イオンを１７０ｋｅＶ以下のエネルギーで打込ん
で行うときは、使用打込み量は５×１０12ｃｍ-2まで低
下でき、更にそれ以下でもよい。この低打込み量のイオ
ン打込みのあと急速焼なましを行なうことができるが、
行うことが好ましい。この急速焼なましは格子間を拡散
させ、空格子点を拡散させない温度で行う必要がある。
急速焼なましとは焼なまし温度に２分間以内、又は２０
秒という速さで、好ましくは５秒以内で到達することを
意味する。例えば、焼なまし温度は５０℃〜９００℃の
範囲内であるが、適用条件、例えばダイヤモンドを同時
に打込みするかどうかによって変わる。
【００１２】第２の破損層は通常必要とする高濃度でド
ーパント原子を含有する。このためには、イオン打込み
を高打込み量、例えば少くとも１×１０15ｃｍ-2の打込
み量、好ましくは１×１０16ｃｍ-2以上の打込み量で行
う。
【００１３】第２の破損層は空格子層とは分離してお
り、空格子点層よりも浅い深さで、または空格子点層よ
りも深い深さで、または空格子点層のそれぞれの反対側
上に生成してもよい。第２の破損層は第１の破損層より
も浅い深さで、またはこの破損層の側面上に生成するこ
とが好ましい。この場合には、第２の破損層はドーパン
ト原子が第１の破損層中に拡散したあと除去することが
できる。例えば、基体がダイヤモンドのときは、第２の
破損層の除去はこの層内のダイヤモンドを非晶質（アモ
ルファス）化し、次いでこの非晶質層を除去して行うこ
とができる。ダイヤモンドは例えば高イオン打込み量
で、且つ２００℃以下の温度でイオンを打込むことで非
晶質化される。非晶質層の除去は酸、例えばクローム
酸、塩酸、硫酸、硝酸、またはこれらの酸の２種、また
はそれ以上の混合物を用いたり、ダイヤモンドを空気
中、または酸素中で３５０°〜８００℃の温度で加熱し
たり、プラズマ中で反応性イオン・エッチング、または
その他のこのような技術的に公知の方法で行われる。
【００１４】第２の層内のドーパント原子はこの層から
空格子点層の結晶格子内の置換位置中に拡散させる。こ
れは各種の方法のうちのいずれかにより行われる。第１
は、焼なましをドーパント原子を拡散させるが、空格子
点は拡散しない温度で行う。例えば、６００℃以下の焼
なまし温度でこれを行う。この焼なましは打込み中、第
２の破損層の生成中、またはそのあとで行ってもよい。
第２は、ドーパント原子が帯電している場合は、電場を
付加してドーパント原子を空格子点層中に追い込んでも
よい。第３は、交流電場を用い帯電ドーパント原子を繰
り返し空格子点層中を通過させてドーパント原子が空格
子点と遭遇する機会を増やす。このあとの２方法を組合
せたり、そのそれぞれ、またはその両方を随意に焼なま
しと同時に行ってもよい。
【００１５】第２の観点に基づく本発明の方法はドーパ
ント原子が空格子点層に既に存在していて、第２の層の
生成前、又は生成後、引続く焼なましサイクルにより活
性化される。次いで、第２の層からの原子、例えばダイ
ヤモンドの場合は炭素原子を第１の層内に拡散して空格
子点と結合させて、破損を減少させることができる。基
体は例えばバンド・ギャップの大きい硬質結晶性材料、
例えばダイヤモンド、立方晶系窒化硼素、または炭化硅
素である。ドーパント原子は例えば硼素、燐、砒素、ま
たは基体に電気的、または光学的性質を付与するその他
の原子である。
【００１６】図１は本発明の一態様を図示するもので、
結晶性基体１０は外面、または表面１２があり、結晶格
子内に空格子点と格子間原子を含有する第１の破損層１
４を矢印１６の方向で表面１２を貫通するイオン打込み
により生成する。層１４が表面１２から下方の所定の距
離のところで生成できるエネルギーを用いて低打込み量
の打込みを選択する。
【００１７】このあと、矢印１６の方向から表面１２を
貫通するドーパント原子のイオン打込で第２の破損層１
８を生成する。イオン打込みエネルギーは層１８が層１
４より上に、すなわち、層１４よりも浅い深さで生成す
るように選択する。この２つの層は分かれていて、別箇
のものであり、または重複していてもよく、共通界面、
または重複面２０を有する。
【００１８】このあと、層１８からのドーパント原子を
この層から層１４内の空格子点中に拡散させて、この層
の置換位置を占有させる。層１８を除去してドーパント
原子がかなりの数の置換位置を占めている層１４を有す
る基体を残留させてもよい。基体は限定破損をこの層内
で受ける。
【００１９】
【実施例】本発明を下記の実施例にもとづき更に説明す
る。
【００２０】実施例１ IIａ型ダイヤモンド基体を液体窒素温度に維持しなが
ら、硼素イオンを打込んだ。エネルギーを変えて（７０
ｋｅＶから４０ｋｅＶまでの範囲で）、またイオン打込
み量を変えて破損層を生成した。破損層はその範囲と破
損計算から空格子点と自己格子間が約０．２μの巾で均
一分布していた。使用全イオン打込み量は１×１０11ｃ
ｍ-2であった。このあと、５００℃までの急速焼なまし
を３０分間行った。この処理では低抵抗伝導を与えるほ
どの充分な硼素が活性化されなかった。事実残留空格子
点の数ははるかに活性化硼素原子を越えていて何らかの
電気的活性を示すことから活性化硼素を補償している。
空格子点密度が約５×１０17ヶの空格子点／ｃｍ2 の空
格子点層が生成した。
【００２１】次いで、ダイヤモンドをきれいにしてか
ら、更に打込みのために取付け、打込みをダイヤモンド
基体を４００℃に維持しながら行った。３０ｋｅＶの硼
素イオンをイオン打込み量５×１０16ｃｍ-2となるまで
打込んだ。この温度で、打込んだ硼素原子は拡散され、
その若干量は前記のより深い位置にある空格子点層中に
拡散した。使用した高打込み量で多くの硼素格子間が生
成し、下層である空格子点層が硼素格子間で充たされる
確率が向上させた。
【００２２】次いで、この打込みの後、炭素イオン打込
みを４５ｋｅＶで打合み量６×１０ 16ｃｍ-2まで行い、
前記の３０ｋｅＶ硼素打込みで生成した層よりも深い所
に展開している破損層が生成し、室温で表面（この表面
を経てイオン打込みを行った）から第２の破損層の深さ
までのダイヤモンドが非晶質化した。このあと、焼なま
しと、適切な酸溶液中でのエッチングを行って非晶質化
ダイヤモンドを除去した。下層である処理した空格子点
層が残留した。この表面にオーム接点（接触）を設け
て、この層の抵抗を検討した。この層は抵抗が低く（約
５×１０8 Ω／平方）、ホッピング電導であり、これは
硼素が高度に過剰ドーピングしていることを示した。
【００２３】実施例２ ダイヤモンドの燐ドーピングはこれまで何回も企てられ
てきた。前回の研究では、もしイオン打込み量を極めて
低く維持できるときは燐は低温打込み／急速焼なまし
（ＣＩＲＡ）で活性化できることを見出した。打込み量
が多いと、恐らく層は燐と空格子点を結合させるひずみ
を多く含みすぎることになり、残留空格子点は多すぎる
欠陥を形成し、この欠陥が活性化された燐の電気的挙動
を妨害することになる。
【００２４】２種のIIａ型のダイヤモンド基体を用い、
この両方とも下記と同じＣＩＲＡドーピング工程に付し
て処理した。燐をエネルギーと打込み量を変えて打込ん
で空格子点−格子間層をそれぞれのダイヤモンドに生成
した。これらの層は実施例１の低打込み量の硼素打込み
層とその巾と欠陥分布とが同じであった。このあと、こ
の２種のダイヤモンドは６００℃まで急速焼なましを行
った。このダイヤモンドのうちの１つを次いで本発明の
方法で処理した。この場合、ダイヤモンドを再度きれい
にしてから打込みのために取付け、ダイヤモンド表面を
４００℃に維持しながら打込みを行った。次いで、アル
ゴンイオンを３０ｋｅＶでイオン打込み量が５×１０16
ｃｍ-2になるまで打込んだ。アルゴンイオンは極めて大
きいのでこの温度では有意的には拡散しないが、アルゴ
ンイオンはダイヤモンド表面近くに多くの自己格子間を
含有するひずみのある層を生成し、この自己格子間が下
層である空格子点層中に拡散、移動する。この自己格子
間が空格子点と結合するとき、残留破損が減少する。こ
の打込みのあとで、更にこのダイヤモンドに室温で５０
ｋｅＶのアルゴンイオンを衝突させて、前記の浅い打込
み処理層を非晶質化した。両方のダイヤモンドに再度６
００℃で焼なましを行い、次いで適切な酸溶液中でエッ
チングした。このエッチングで２番目のダイヤモンド上
の非晶質化層を除去した。これらのダイヤモンドに同一
の高温焼なましを行い、電気的特性を比較した。両者と
も、燐にもとづく電導は測定できたが、本発明にもとづ
く完全処理のダイヤモンドの場合には、その抵抗は１桁
小さかった。
【００２５】実施例３ （ｉ）再研磨した高純度IIａ型ダイヤモンドをイオン打
込みのため取付け、液体窒素温度まで冷却し、下記のエ
ネルギーとイオン打込み量を順次用いてボロン・イオン
を打込んだ。
【００２６】
【表１】 表１ エネルギー（keV) 打込み量 (cm-2) エネルギー（keV) 打込み量 (cm-2) １３０ 3.75×109 ７０ 6.3 ×108 １１０ 1.25×109 ６０ 6.2 ×108 １００ 6.2 ×108 ５０ 6.3 ×108 ９０ 6.3 ×108 ４０ 6.2 ×108 ８０ 6.2 ×108 ３０ 6.3 ×108 ─────────────────────────────────── 全イオン打込み量：１×１０10ｃｍ-2 ───────────────────────────────────
【００２７】このあと５００℃まで急速熱焼なましを行
い、この温度でダイヤモンドを３０分間維持して、空格
子点を低密度、すなわち密度の約５×１０16ｃｍ-3で含
有する約０．２μｍの破損層を生成した。空格子点分布
は妥当なもので層巾一杯に均一に分布していた。この使
用イオン打込み量はイオン打込みによる材料のドーピン
グを行うときに通常用いるものよりも凡そ３〜４桁低い
ものである。
【００２８】この第１工程のあと、ダイヤモンドをきれ
いにしてから、ボロン・ドーパント格子間の追い込み
（drive-in）式打込みのため再取付して、次いで以下の
打込みを行った。
【００２９】
【表２】 表２ 温度（℃） イオンの種類 エネルギー（keV) 打込み量 (cm-2） ４００ Ｂ+ ３０ ５×１０16 ４００ Ｃ+ ４７ ５×１０16 １００ Ｃ+ ４７ ３×１０16
【００３０】最初の打込み中、ボロンイオンは約０．０
５μｍの浅い深さに打込まれた。この深さは下層である
空格子点破損層の深さよりも極めて浅い。イオン打込み
量が高いと、打込まれた硼素格子間の少くとも若干量
（これは４００℃で拡散できる）は空格子点破損層中に
強制的に移動させられることになる。つぎの炭素イオン
打込み（同じく４００℃で）を硼素打込みよりやや深く
して、浅い層内の硼素原子の若干量を離脱させる。従っ
て更に多くの硼素イオンが空格子点破損層に導入され
る。更に、若干量の炭素格子間もこの層に導入されてい
て、空格子点と結合していると考えることができ、従っ
て更に残留破損は減少する。１００℃での炭素イオン打
込みにより前記のＣ+ 打込み層は非晶質化した。このあ
と、６００℃で焼なましを行い、非晶質化した上層を黒
鉛化させる。次いで、この黒鉛化層は適当な酸溶液例え
ば塩酸、硫酸、または硝酸のような無機酸、またはその
混合物でエッチング除去でき、これらの追い込み式打込
みでは破損しなかった下層の空格子点破損層だけが残留
した。
【００３１】オーム接点（接触）をダイヤモンド表面に
設け、抵抗を温度８００、９５０、１１００、１２５
０、１４００、１５５０℃で等時焼なまし（それぞれ３
０分間継続）の関数として観察した。ダイヤモンドの焼
なまし温度が高ければ高いほど、残留空格子点による深
い位置での供与体の形成はますます少くなり、これによ
り活性化硼素受容体が補償されることは公知である。１
５５０℃の最終焼なまし後の温度関数としてのダイヤモ
ンドの抵抗挙動を図２に曲線１として示す。これは硼素
受容体の高度補償が行われていない硼素ドーピング処理
ダイヤモンドと一致するものである。
【００３２】（ii）次いで、同じダイヤモンドを再研磨
し、きれいにしてから、イオン打込みのため取付けた。
正確に言うと、上記と同じ打込み計画を用いた。但し、
６００℃の焼なまし後はダイヤモンドは等時的には（is
ochronally) 焼なましせずに直接１５５０℃に加熱し
た。この場合の抵抗挙動を図２に曲線２として示す。こ
の曲線２と曲線１との差ははっきりしている。この場
合、この挙動はより深い位置にある供与体中心の高度補
償されている硼素ドーピング処理ダイヤモンドの典形例
である。従って、１５５０℃への直接焼なましにより残
留空格子点は一連の等時焼なまし工程よりも更に多くの
補償供与体を形成させた。これは意外なことではない。
すなわち、空格子点が凝集してより複雑な欠陥を形成す
る仕方はこれらの焼なまし履歴の関数であるからであ
る。
【００３３】実施例４ （ｉ）より軽いイオン（これは打込み中にイオン１個当
りの生成空格子点の数はより小さく、重いイオンと同じ
打込みエネルギーで基体中により深く浸入する）を用い
て破損の少い最初の空格子点領域を生成した。不活性ヘ
リウムイオンを選んで、１７０ｋｅＶから３０ｋｅＶの
エネルギー範囲で打込み、約０．２μｍのところから下
方へ約０．５μｍまでの深さで均一の破損層を生成させ
た。この層の空格子点密度は約５×１０16／ｃｍ3 であ
った。このダイヤモンドは液体窒素温度に維持した。使
用全イオン打込み量は５×１０10ｃｍ-2であり、次いで
６００℃への急速熱焼なましを３０分間行った。その
後、ダイヤモンドを再度清浄化してから、表３に示す一
連の条件下での追い込み式打込みのため再取付けした。
【００３４】
【表３】 表３ 温度（℃） イオンの種類 エネルギー（keV) 打込み量 (cm-2） ４００ Ｂ+ ３０ ５×１０16 ４００ Ｂ+ ３８ ５×１０16 ４００ Ｂ+ ４５ ５×１０16 ４００ Ｂ+ ５３ ５×１０16 ４００ Ｂ+ ６０ ５×１０16 １００ Ｃ+ １１０ ７×１０16
【００３５】従って、２．５×１０17ｃｍ-2の全Ｂ+ イ
オン打込み量でイオンエネルギーを変えながら打込まれ
た硼素格子間をより多く強制的に下層のＨｅ+ 破損層中
に導入した。１００℃での最終Ｃ+ 打込みで硼素イオン
が打込まれている表面領域を非晶質化した。この一連の
打込みのあと、６００℃で更に焼なまして非晶質化表面
領域を黒鉛化し、次いでこの黒鉛化層を上記のようにエ
ッチング除去して、下層のドーピング処理層を残留させ
た。次いで、ダイヤモンドに８００、９５０、１１０
０、１２５０、１４００及び１５５０℃で等時焼なまし
を行った。その結果である抵抗挙動を図３の曲線１で示
す。温度が低いと勾配は予想よりも小さいことを図示し
ており、ポッピング電導を示すものである。このような
電導は半導体が過剰ドーピングのときに生ずる。ダイヤ
モンドでは低温度でボロンを高打込み量で打込んでダイ
ヤモンド表面を非晶質化し、次いで黒鉛化表面を焼なま
し、エッチングを行って達成されることは公知である。
これは最終Ｃ+ 打込みが完全に硼素打込み層を除去する
ほど充分深く浸入していないことを示すものと考えられ
る。次いでダイヤモンドを液体窒素温度に維持しながら
５０ｋｅＶのエネルギーで打込み量が１×１０16ｃｍ-2
になるまでアルゴンイオン（Ａｒ+ ）を打込んで表面か
ら更に１層を除去した。このあとに１２００℃に急速熱
焼なましを行い（これによりＡｒ+ 打込み層を黒鉛化し
た）、エッチングした。残留ドーピング処理層の電導度
を図３の曲線２で示す。これは明らかに低供与体補償の
硼素ドーピング処理ダイヤモンド層について予想したも
のである。
【００３６】（ii）上記の実験を繰り返した。但し、表
３に示すＣ+ 打込み工程はより深い層を除去するために
１４０ｋｅＶで行った。更に、非晶質化層は２番目の６
００℃焼なまし直後ではなく、等時焼なまし全工程が完
了してからエッチング除去した。その結果である抵抗特
性を図３の曲線３で示す。抵抗は更に高くなり、活性化
硼素受容体の補償が極めて高いことを示す。１４０ｋｅ
ＶのＣ+ 炭素除去と一連の等時焼なまし工程を行う前に
この層をエッチング除去し、この実験を繰返すことによ
り、充分なドーピング処理した層を得ることができた。
従って等時焼なまし中に非晶質化層が存在すると、空格
子点が凝集してより複雑な欠陥を形成するときには、空
格子点に相互作用を与える。これは上層が下位のダイヤ
モンド基体中にかなりのひずみを起こすと考えられるか
らで、別に驚くべきことではない。
【００３７】実施例５ （ｉ）炭素イオン打込みにより空格子点を低密度で含有
する最初の破損層を生成した。この打込みはダイヤモン
ドを液体窒素温度に維持しながら行い、一連の使用エネ
ルギーと打込み量は表４に示す。
【００３８】
【表４】 表４ エネルギー（keV) 打込み量 (cm-2) エネルギー（keV) 打込み量 (cm-2) １７０ 1.8 ×1011 ９０ 3.0 ×1010 １４０ 6.0 ×1010 ７７ 3.0 ×1010 １２８ 3.0 ×1010 ６４ 3.0 ×1010 １１６ 3.0 ×1010 ５１ 3.0 ×1010 １０３ 3.0 ×1010 ３７ 3.0 ×1010 ─────────────────────────────────── 全イオン打込み量：4.8 ×１０11ｃｍ-2 ───────────────────────────────────
【００３９】このあと６００℃に急速熱焼なましを３０
分間行った。これらの打込みにより表１の硼素打込で得
たものと同じ空格子点分布が得られた。しかし、より重
い炭素イオンをより高い打込み量で打込んだことにより
空格子点密度はそれよりも高くなり、すなわち約４．５
×１０18／ｃｍ3 となった。次いで、このダイヤモンド
をきれいにしてから表５に示す追い込み式の打込みのた
めに電気的に大地電位に接続した金属マスト下に取付け
た。
【００４０】
【表５】 表５ 温度（℃） イオンの種類 エネルギー（keV) 打込み量 (cm-2） ４００ Ｐ+ ３０ ５×１０16 １００ Ｐ+ ４０ ５×１０16
【００４１】１００℃での最終打込みでより浅い燐打込
み層は非晶質化する。このあと更に６００℃で３０分間
焼なましと、エッチングで非晶質化層を除去した。オー
ム接点（接触）域を更にＰ+ 打込みで適切に破損させ、
３５０℃で銀塗料上の焼付を行ってオーム接点（接触）
を作った。この層の電導度は面積抵抗で３．５×１０ 12
Ω／□であった。次いで、同じダイヤモンドを再研磨
し、きれいにしてから表４と同じ打込みを行い、ついで
６００°に急速焼なましを行って、上記に用いたものと
全く同一の最初の低破損層を生成したが、この場合、ア
ルゴンイオンを用いて、表６に示す条件で追い込み式打
込みを行った。
【００４２】
【表６】 表６ 温度（℃） イオンの種類 エネルギー（keV) 打込み量 (cm-2 ） ４００ Ａｒ+ ３６ 4.15×１０16 １００ Ａｒ+ ４９ 4.15×１０16
【００４３】この打込みにより表５に示すＰ+ 打込みと
同じ破損量と破損分布が得られた。６００℃の焼なまし
と非晶質化層のエッチング除去により、ダイヤモンドは
前と全く同様に処理された。但し、この場合には不活性
アルゴン・イオンを燐の代りに追い込み式打込みに用い
た。上記と同様にしてオーム接点を作ったあと、この層
の抵抗を評価したところ、燐打込のものよりも２桁高い
ことが判った。電導は破損電導であるホッピングによる
ものであった。
【００４４】次いで、同じダイヤモンドを再研磨し、き
れいにしてから、打込みのため取付け、再び最初の実験
と全く同じ打込み方法で打込んだ。但し、この場合には
４００℃での燐イオン打込み量（表５参照）を１０倍増
して５×１０17ｃｍ-2とした。この場合の面積抵抗は６
×１０11Ω／□であり、Ｐ+ 打込量が単に５×１０16ｃ
ｍ-2のときに測定したものよりも６倍低い。明らかに、
燐打込みのときは比較的低い抵抗で電導が行われるが、
燐イオン打込み量を増加させると抵抗は減少した。これ
は電導が燐の存在で行われ、燐のドーピングが達成され
ていることを結論的に示している。
【００４５】（ii）追い込み式打込みを同じにして最初
の層に導入する破損量を変えて更に実験を行った。表４
の打込み計画を用いたが、打込み量を相対に減少させ
て、全Ｃ + イオン打込み量を減少させ、従って層内の空
格子点密度も減少させたが、空格子点分布の変更は行わ
なかった。それぞれの場合、追い込み式打込みは表５の
条件で行った。結果を図４に示す。
【００４６】図４から判るように、層抵抗はＣ+ イオン
の打合み量が減少すると、すなわち、最初の空格子点密
度が減少すると減少し、約５×１０10ｃｍ-2のＣ+ イオ
ン打合み量で最小となり、最初の破損値が低くなるにつ
れここから増加する。最初の空格子点密度を減少させる
ことにより、活性化ドーパント原子／残留空格子点の比
は増加する。従って、キャリヤーを散乱させたり、また
は補償欠陥を形成するのに利用できる空格子点が少くな
る。活性化燐原子の実際の密度が減少したとしても、活
性化燐原子の少量は補償されるので電導性は増加する。
これは、活性化燐原子の実際の密度が低くなり、補償の
減少によりもはや利益が得られなくなるまで電導度は得
られるが、このあとはこの層の抵抗は最小値を経て最初
の空格子点密度が更に減少するにつれて、抵抗は増加し
はじめる。これは空格子点の存在が燐原子の活性化に必
要であることを示すものであり、燐原子が置換位置を占
有していることを明示するものである。また、最初の空
格子点密度をできるだけ低く維持することが必要であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の態様を図示する。
【図２】本発明の方法の態様を用いてドーピング処理ダ
イヤモンドで実施した電導性試験結果を図示する。
【図３】本発明の方法の態様を用いてドーピング処理ダ
イヤモンドで実施した電導性試験結果を図示する。
【図４】本発明の方法の態様を用いてドーピング処理ダ
イヤモンドで実施した電導性試験結果を図示する。
【符号の説明】
１０ 結晶性基体 １２ 表面、または外面 １４ 第１の破損層 １６ イオン打込み方向 １８ 第２の破損層 ２０ 共通界面、または重複面

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 結晶格子を有する結晶性基体のドーピン
    グ方法において、基体を準備し、結晶格子内に空格子点
    と格子間原子を含有する第１の破損層を生成し、この第
    １の破損層とは別箇であって、ドーパント原子を含有す
    る第２の破損層の生成条件下でドーパント原子を打込
    み、生成した第２の層内のドーパント原子をこの層から
    第１の層内の空格子点中に拡散させて、第１の層内の置
    換位置を占有させることから成るドーピング方法。
  2. 【請求項２】 第２の破損層が第１の破損層よりも浅い
    深さにある請求項１記載のドーピング方法。
  3. 【請求項３】 第２の破損層が第１の破損層よりも深い
    深さにある請求項１記載のドーピング方法。
  4. 【請求項４】 第２の破損層が第１の破損層のそれぞれ
    の反対側上にある請求項１記載のドーピング方法。
  5. 【請求項５】 第２の破損層は第１の破損層よりも浅い
    深さで生成され、ドーパント原子を第１の破損層内の空
    格子点中に拡散させたあと、第２の破損層を除去する請
    求項１記載のドーピング方法。
  6. 【請求項６】 基体がダイヤモンドであり、第２の破損
    層はドーパント原子を第１の破損層中に拡散させたのち
    非晶質化してから除去する請求項５記載のドーピング方
    法。
  7. 【請求項７】 第２の破損層内のダイヤモンドをイオン
    打込みで非晶質化する請求項６記載のドーピング方法。
  8. 【請求項８】 第１の層内の空格子点密度が５×１０20
    ｃｍ-3以下である請求項１〜７のいずれかに記載のドー
    ピング方法。
  9. 【請求項９】 第１の破損層を低打込み量のイオン打込
    みで生成する請求項１〜８のいずれかに記載のドーピン
    グ方法。
  10. 【請求項１０】 低打込み量のイオン打込み用のイオン
    が硼素、炭素、ヘリウムから選択される請求項９記載の
    ドーピング方法。
  11. 【請求項１１】 第２の破損層を少くとも１×１０15ｃ
    ｍ-2の打込み量でイオン打込みにより生成する請求項１
    〜１０のいずれかに記載のドーピング方法。
  12. 【請求項１２】 ドーパント原子は拡散させるが、空格
    子点は拡散させない温度で焼なまして、ドーパント原子
    を第２の破損層から第１の破損層中に拡散させる請求項
    １〜１１のいずれかに記載のドーピング方法。
  13. 【請求項１３】 焼なまし温度が６００℃以下である請
    求項１２記載のドーピング方法。
  14. 【請求項１４】 ドーパント原子が帯電していて、電場
    を基体を横断して付加してドーパント原子を第１の破損
    層中に追い出す請求項１〜１３のいずれかに記載のドー
    ピング方法。
  15. 【請求項１５】 ドーパント原子は帯電していて、交流
    電場を基体を横断して付加し、ドーパント原子を繰り返
    し第１の破損層中を通過させる請求項１〜１４のいずれ
    かに記載のドーピング方法。
  16. 【請求項１６】 基体がバンド・ギャップの大きい結晶
    性材料である請求項１〜１５のいずれかに記載のドーピ
    ング方法。
  17. 【請求項１７】 結晶性材料がダイヤモンド、立方晶系
    窒化硼素、炭化珪素から選択される請求項１６記載のド
    ーピング方法。
  18. 【請求項１８】 ドーパント原子が硼素、燐、砒素、お
    よび基体に電気的、または光学的性質を付与するその他
    の原子から選択される請求項１〜１７のいずれかに記載
    のドーピング方法。
JP8162075A 1995-06-23 1996-06-21 結晶基体のドーピング Abandoned JPH09106958A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ZA95/5217 1995-06-23
ZA955217 1995-06-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09106958A true JPH09106958A (ja) 1997-04-22

Family

ID=25585170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8162075A Abandoned JPH09106958A (ja) 1995-06-23 1996-06-21 結晶基体のドーピング

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5994208A (ja)
EP (1) EP0750058B1 (ja)
JP (1) JPH09106958A (ja)
DE (1) DE69606100T2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008053667A (ja) * 2006-07-28 2008-03-06 Central Res Inst Of Electric Power Ind ＳｉＣ結晶の質を向上させる方法およびＳｉＣ半導体素子
JP2009081359A (ja) * 2007-09-27 2009-04-16 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 不純物イオン注入層の電気的活性化方法
JP2021168389A (ja) * 2011-07-30 2021-10-21 エーケーエイチエーエヌ テクノロジーズ インクAkhan Technologies, Inc. ダイヤモンド半導体システムと方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19730083A1 (de) * 1997-07-14 1999-01-21 Rossendorf Forschzent Verfahren zur gezielten Herstellung von n-leitenden Bereichen in Diamantschichten mittels Ionenimplantation
EP1192299A1 (en) * 1999-05-31 2002-04-03 De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited Doping of crystalline substrates
KR100644929B1 (ko) * 2004-03-04 2006-11-13 한국원자력연구소 이온주입과 열처리에 의한 발색된 다이아몬드의 제조방법
EP2400530A3 (en) * 2005-06-20 2012-04-18 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Diamond semiconductor element and process for producing the same
CN102066624B (zh) * 2008-06-12 2013-03-13 韩国原子力研究院 制造颜色受控的蓝宝石的方法
US20110212590A1 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. High temperature implantation method for stressor formation
CN104253015B (zh) * 2013-06-25 2017-12-22 中国科学院微电子研究所 降低二维晶体材料接触电阻的方法
DE102016104327B4 (de) * 2016-03-09 2023-12-28 Infineon Technologies Austria Ag Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
CN113421826B (zh) * 2021-06-18 2024-02-09 南京大学 二维层状材料的原子级精度无损逐层刻蚀方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1599668A (en) * 1977-06-02 1981-10-07 Nat Res Dev Semiconductors
IL79107A (en) * 1985-06-17 1989-03-31 De Beers Ind Diamond Ion implantation in crystalline substrate
US5087576A (en) * 1987-10-26 1992-02-11 North Carolina State University Implantation and electrical activation of dopants into monocrystalline silicon carbide
US5075764A (en) * 1989-06-22 1991-12-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Diamond electric device and manufacturing method for the same
JPH06103757B2 (ja) * 1989-06-22 1994-12-14 株式会社半導体エネルギー研究所 ダイヤモンド電子装置
US4976987A (en) * 1989-08-10 1990-12-11 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Process for forming one or more substantially pure layers in substrate material using ion implantation
US5252498A (en) * 1989-08-28 1993-10-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of forming electronic devices utilizing diamond
US5554883A (en) * 1990-04-28 1996-09-10 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device and manufacturing method therefor
US5328855A (en) * 1991-07-25 1994-07-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Formation of semiconductor diamond
US5254862A (en) * 1991-08-14 1993-10-19 Kobe Steel U.S.A., Inc. Diamond field-effect transistor with a particular boron distribution profile
ZA933939B (en) * 1992-06-05 1993-12-30 De Beers Ind Diamond Diamond doping
US5318915A (en) * 1993-01-25 1994-06-07 North Carolina State University At Raleigh Method for forming a p-n junction in silicon carbide
US5322802A (en) * 1993-01-25 1994-06-21 North Carolina State University At Raleigh Method of fabricating silicon carbide field effect transistor
US5609926A (en) * 1994-03-21 1997-03-11 Prins; Johan F. Diamond doping
US5468974A (en) * 1994-05-26 1995-11-21 Lsi Logic Corporation Control and modification of dopant distribution and activation in polysilicon
US5543637A (en) * 1994-11-14 1996-08-06 North Carolina State University Silicon carbide semiconductor devices having buried silicon carbide conduction barrier layers therein

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008053667A (ja) * 2006-07-28 2008-03-06 Central Res Inst Of Electric Power Ind ＳｉＣ結晶の質を向上させる方法およびＳｉＣ半導体素子
JP2009081359A (ja) * 2007-09-27 2009-04-16 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 不純物イオン注入層の電気的活性化方法
JP2021168389A (ja) * 2011-07-30 2021-10-21 エーケーエイチエーエヌ テクノロジーズ インクAkhan Technologies, Inc. ダイヤモンド半導体システムと方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE69606100D1 (de) 2000-02-17
EP0750058B1 (en) 2000-01-12
EP0750058A2 (en) 1996-12-27
EP0750058A3 (en) 1997-08-27
DE69606100T2 (de) 2000-07-20
US5994208A (en) 1999-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW564500B (en) Process for controlling denuded zone dept in an ideal oxygen precipitating silicon wafer
US7135351B2 (en) Method for controlling of thermal donor formation in high resistivity CZ silicon
JP3434852B2 (ja) ダイヤモンドのドーピング
Prins Activation of boron-dopant atoms in ion-implanted diamonds
US20090252974A1 (en) Epitaxial wafer having a heavily doped substrate and process for the preparation thereof
JPH09106958A (ja) 結晶基体のドーピング
JP6671436B2 (ja) 熱処理により不活性な酸素析出核を活性化する高析出密度ウエハの製造
JPS6242418A (ja) ド−パントの拡散及びド−パントの電気的活性化を制御する方法
KR101856012B1 (ko) 에피택셜 웨이퍼의 제조방법 및 에피택셜 웨이퍼
Narayan et al. Rapid thermal and pulsed laser annealing of boron fluoride‐implanted silicon
WO1998025299A1 (fr) Procede de fabrication d'une tranche epitaxiee semi-conductrice de silicium et d'un dispositif semi-conducteur
JP2681283B2 (ja) イオン注入ポリシリコン面に酸化物を成長させる方法
EP0209257B1 (en) Ion implantation
CN1289142A (zh) 用于同时形成硅上金属电容器的最佳透过注入
JP6303321B2 (ja) 貼り合わせウェーハの製造方法および貼り合わせウェーハ
Prins Using ion implantation to dope diamond—an update on selected issues
JP6791321B2 (ja) シリコン接合ウェーハ
TWI643250B (zh) Method for manufacturing epitaxial wafer and epitaxial wafer
EP1879224A2 (en) Process for controlling denuded zone depth in an ideal oxygen precipitating silicon wafer
JP2003500866A (ja) 結晶質基体へのドーピング
Atzmon et al. Electrical properties of Sb implanted Si1− x Ge x alloy layers
Sadana et al. Germanium implantation into silicon: an alternate pre-amorphization/rapid thermal annealing procedure for shallow junction technology
JP2024085819A (ja) 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法
Calcagno et al. Influence of the Implanted Species on the Residual Damage After Hot Implants in Silicon
Lai et al. Study on end-of-range defects induced by Sb implantation

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050701

A762 Written abandonment of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762

Effective date: 20051118