JPH11214321A - ダイヤモンド材料の改質方法と、その方法により改質されたダイヤモンド材料を用いた半導体装置 - Google Patents
ダイヤモンド材料の改質方法と、その方法により改質されたダイヤモンド材料を用いた半導体装置Info
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- JPH11214321A JPH11214321A JP1426398A JP1426398A JPH11214321A JP H11214321 A JPH11214321 A JP H11214321A JP 1426398 A JP1426398 A JP 1426398A JP 1426398 A JP1426398 A JP 1426398A JP H11214321 A JPH11214321 A JP H11214321A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光照射によってダイヤモンド材料の半導体特
性を改善し、優れた特性を有する半導体装置を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 本発明によるダイヤモンド材料の改質方
法では、所定の不純物原子を含むダイヤモンド材料を準
備し、そのダイヤモンド材料中に含まれる炭素原子と不
純物原子の少なくとも一方の内殻電子を励起し得る高エ
ネルギ光を照射し、これによって、ダイヤモンド材料の
半導体特性を改善することを特徴としている。
性を改善し、優れた特性を有する半導体装置を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 本発明によるダイヤモンド材料の改質方
法では、所定の不純物原子を含むダイヤモンド材料を準
備し、そのダイヤモンド材料中に含まれる炭素原子と不
純物原子の少なくとも一方の内殻電子を励起し得る高エ
ネルギ光を照射し、これによって、ダイヤモンド材料の
半導体特性を改善することを特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はダイヤモンド材料を
半導体材料として利用する技術に関し、特に、ダイヤモ
ンド材料における半導体特性の改質と、その改質された
ダイヤモンド材料を用いた半導体装置に関するものであ
る。
半導体材料として利用する技術に関し、特に、ダイヤモ
ンド材料における半導体特性の改質と、その改質された
ダイヤモンド材料を用いた半導体装置に関するものであ
る。
【０００２】なお、本願明細書において、「ダイヤモン
ド材料」の用語は、バルク状ダイヤモンドのみならず膜
状ダイヤモンドをも含み、また、ダイヤモンド状炭素膜
をも含むものとする。さらに、「光」の用語も、可視光
のみを意味するものではなく、Ｘ線などをも含む広い概
念として用いられている。
ド材料」の用語は、バルク状ダイヤモンドのみならず膜
状ダイヤモンドをも含み、また、ダイヤモンド状炭素膜
をも含むものとする。さらに、「光」の用語も、可視光
のみを意味するものではなく、Ｘ線などをも含む広い概
念として用いられている。
【０００３】
【従来の技術】ダイヤモンドはシリコンに比べてはるか
に大きなエネルギバンドギャップを有し、高い熱伝導率
や優れた耐食性などをも有することから、特徴ある半導
体材料としての応用が期待されている。しかし、ダイヤ
モンドを半導体材料として用いる場合には、たとえば導
電率が高くて電気的特性の良好なｎ型半導体を得ること
が困難であるなどのいくつかの問題が存在している。
に大きなエネルギバンドギャップを有し、高い熱伝導率
や優れた耐食性などをも有することから、特徴ある半導
体材料としての応用が期待されている。しかし、ダイヤ
モンドを半導体材料として用いる場合には、たとえば導
電率が高くて電気的特性の良好なｎ型半導体を得ること
が困難であるなどのいくつかの問題が存在している。
【０００４】また、ｎ型やｐ型半導体を得るためによく
用いられるイオン注入法では、不純物イオンがダイヤモ
ンド中に物理的に打ち込まれることによってイオンの通
過領域に大きな結晶構造の乱れを生じるため、良好な半
導体特性を得るには不純物原子周辺の結晶性を修復する
必要がある。シリコンなどの半導体材料ではこの結晶性
改善を、通常、熱アニールによって行なうが、ダイヤモ
ンドは常圧で準安定相であり、熱アニールでは安定相で
あるグラファイト状の構造に変化するため、特性改善は
困難であった。
用いられるイオン注入法では、不純物イオンがダイヤモ
ンド中に物理的に打ち込まれることによってイオンの通
過領域に大きな結晶構造の乱れを生じるため、良好な半
導体特性を得るには不純物原子周辺の結晶性を修復する
必要がある。シリコンなどの半導体材料ではこの結晶性
改善を、通常、熱アニールによって行なうが、ダイヤモ
ンドは常圧で準安定相であり、熱アニールでは安定相で
あるグラファイト状の構造に変化するため、特性改善は
困難であった。
【０００５】特開平３−７６１６９（特開平３−７６１
６８も同様）は、ダイヤモンドの半導体特性を改善すべ
く、不純物を添加したダイヤモンドにレーザ光を照射し
て非平衡アニールすることを試みている。すなわち、１
００〜３００ｎｍの波長（４．１〜１２．４ｅＶの光子
エネルギに対応）を有する光に照射された原子または欠
陥がロングレンジ（１μｍ以上）に移動して再結晶化す
るのではなく、ショートレンジ（０．１μｍ以下）のミ
クロな移動をおこし、または原子は無移動で電子結合の
みがｓｐ2 型からｓｐ3 型に変化するか、あるいは不純
物と炭素とが十分に結合するようにして、ダイヤモンド
を改質することを試みている。
６８も同様）は、ダイヤモンドの半導体特性を改善すべ
く、不純物を添加したダイヤモンドにレーザ光を照射し
て非平衡アニールすることを試みている。すなわち、１
００〜３００ｎｍの波長（４．１〜１２．４ｅＶの光子
エネルギに対応）を有する光に照射された原子または欠
陥がロングレンジ（１μｍ以上）に移動して再結晶化す
るのではなく、ショートレンジ（０．１μｍ以下）のミ
クロな移動をおこし、または原子は無移動で電子結合の
みがｓｐ2 型からｓｐ3 型に変化するか、あるいは不純
物と炭素とが十分に結合するようにして、ダイヤモンド
を改質することを試みている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような特開平３−
７６１６９による方法ではダイヤモンドの改質効果が十
分ではなく、たとえば実用可能な特性を有するｎ型ダイ
ヤモンド半導体を得ることができない。その理由として
は、次のようなことが考えられる。
７６１６９による方法ではダイヤモンドの改質効果が十
分ではなく、たとえば実用可能な特性を有するｎ型ダイ
ヤモンド半導体を得ることができない。その理由として
は、次のようなことが考えられる。
【０００７】すなわち、１００〜３００ｎｍの波長を有
するレーザ光はダイヤモンドの価電子を伝導帯以上に励
起するものであるが、価電子励起のみでは特性改善に必
要と考えられる原子移動や原子サイズオーダーの局所的
構造変化が起こりにくく、むしろこの価電子励起後の緩
和過程で生じる温度上昇の効果が大きいと考えられる。
しかし、前述のようにダイヤモンドは常圧では準安定相
であり、温度上昇が支配的な反応系では安定相であるグ
ラファイトに近い構造に変化する可能性が高く、ダイヤ
モンドの半導体特性の改善を得ることが困難であると考
えられる。また、価電子を効果的に励起し得る波長（約
１００〜２５０ｎｍ）の光はダイヤモンドに吸収されや
すく、ダイヤモンドの極めて表面に近い層にしか影響を
及ぼすことができない。
するレーザ光はダイヤモンドの価電子を伝導帯以上に励
起するものであるが、価電子励起のみでは特性改善に必
要と考えられる原子移動や原子サイズオーダーの局所的
構造変化が起こりにくく、むしろこの価電子励起後の緩
和過程で生じる温度上昇の効果が大きいと考えられる。
しかし、前述のようにダイヤモンドは常圧では準安定相
であり、温度上昇が支配的な反応系では安定相であるグ
ラファイトに近い構造に変化する可能性が高く、ダイヤ
モンドの半導体特性の改善を得ることが困難であると考
えられる。また、価電子を効果的に励起し得る波長（約
１００〜２５０ｎｍ）の光はダイヤモンドに吸収されや
すく、ダイヤモンドの極めて表面に近い層にしか影響を
及ぼすことができない。
【０００８】上述のような従来の技術の課題に鑑み、本
発明は、ダイヤモンド材料の半導体特性を改善するよう
に改質し、そのような改質されたダイヤモンドを用いた
半導体装置を提供することを目的している。
発明は、ダイヤモンド材料の半導体特性を改善するよう
に改質し、そのような改質されたダイヤモンドを用いた
半導体装置を提供することを目的している。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によるダイヤモン
ド材料の改質方法では、所定の不純物原子を含むダイヤ
モンド材料を準備し、そのダイヤモンド材料に含まれる
炭素原子と不純物原子の少なくとも一方の内殻電子を励
起し得る高エネルギ光を照射し、それによって、ダイヤ
モンド材料の半導体特性を改善することを特徴としてい
る。
ド材料の改質方法では、所定の不純物原子を含むダイヤ
モンド材料を準備し、そのダイヤモンド材料に含まれる
炭素原子と不純物原子の少なくとも一方の内殻電子を励
起し得る高エネルギ光を照射し、それによって、ダイヤ
モンド材料の半導体特性を改善することを特徴としてい
る。
【００１０】すなわち、ダイヤモンド材料中の原子にお
ける内殻電子を高エネルギ光で励起することによって、
その光を吸収した原子の状態およびその周辺の構造を非
熱平衡的に変化させることができ、効率的かつ確実にダ
イヤモンド材料の半導体特性を改善するように改質する
ことができる。
ける内殻電子を高エネルギ光で励起することによって、
その光を吸収した原子の状態およびその周辺の構造を非
熱平衡的に変化させることができ、効率的かつ確実にダ
イヤモンド材料の半導体特性を改善するように改質する
ことができる。
【００１１】ダイヤモンド材料中の内殻電子を励起する
ための高エネルギ光として、０．１〜１０ｋｅＶの範囲
内の光子エネルギを有する光が好ましく用いられ得る。
ための高エネルギ光として、０．１〜１０ｋｅＶの範囲
内の光子エネルギを有する光が好ましく用いられ得る。
【００１２】このような高エネルギ光は、シンクロトロ
ン放射光、管球Ｘ線またはプラズマＸ線から得ることが
できる。
ン放射光、管球Ｘ線またはプラズマＸ線から得ることが
できる。
【００１３】ダイヤモンド材料に含まれる不純物は、イ
オン注入法によって制御性よくドープされ得る。
オン注入法によって制御性よくドープされ得る。
【００１４】不純物原子としては、窒素、リン、ヒ素、
ホウ素、リチウム、または硫黄を含むことができ、不純
物原子濃度は１×１０15〜１×１０21個／ｃｍ3 の範囲
内で適宜に選択し得る。
ホウ素、リチウム、または硫黄を含むことができ、不純
物原子濃度は１×１０15〜１×１０21個／ｃｍ3 の範囲
内で適宜に選択し得る。
【００１５】適切な光源またはフィルタを用いて所定の
光子エネルギ範囲の光を選択して照射することによっ
て、炭素原子と不純物原子の少なくとも一方を選択的に
効率よく励起することができる。
光子エネルギ範囲の光を選択して照射することによっ
て、炭素原子と不純物原子の少なくとも一方を選択的に
効率よく励起することができる。
【００１６】高エネルギ光は所定の遮光パターンを有す
るマスクを通して前記ダイヤモンド材料に照射すること
ができ、これによってダイヤモンド材料内で改質される
べき平面的領域が制御され得る。
るマスクを通して前記ダイヤモンド材料に照射すること
ができ、これによってダイヤモンド材料内で改質される
べき平面的領域が制御され得る。
【００１７】そのようなマスクとしては、支持膜上に形
成された金属膜のパターンを含み、高エネルギ光は支持
膜を透過するが金属膜パターンには吸収されるようなマ
スクを用いることができる。
成された金属膜のパターンを含み、高エネルギ光は支持
膜を透過するが金属膜パターンには吸収されるようなマ
スクを用いることができる。
【００１８】以上のような方法によって改質されたダイ
ヤモンド材料を用いて半導体装置を得ることができる。
ヤモンド材料を用いて半導体装置を得ることができる。
【００１９】改質されたｎ型ダイヤモンド半導体は低抵
抗率を有することができ、これを用いて良好な特性を有
するダイオードを得ることができる。
抗率を有することができ、これを用いて良好な特性を有
するダイオードを得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】熱により固体内の原子配列を変化
させるプロセスは主として系の基底状態における平衡プ
ロセスであり、ダイヤモンドのように常圧下で準安定な
構造を平衡プロセスで制御して半導体特性を改善するこ
とは原理的に困難である。そこで、前述の先行技術の例
におけるように、固体内の電子励起によって非平衡の反
応を利用しようとして、主として紫外光を照射して電子
を励起する方法が試みられている。
させるプロセスは主として系の基底状態における平衡プ
ロセスであり、ダイヤモンドのように常圧下で準安定な
構造を平衡プロセスで制御して半導体特性を改善するこ
とは原理的に困難である。そこで、前述の先行技術の例
におけるように、固体内の電子励起によって非平衡の反
応を利用しようとして、主として紫外光を照射して電子
を励起する方法が試みられている。
【００２１】しかし、先行技術において用いられる光
（紫外光）の光子エネルギは固体内の電子状態の禁制帯
幅程度であるので、励起される電子は吸収される光子１
個に対して価電子１個であり、電子励起の効率が悪い。
（紫外光）の光子エネルギは固体内の電子状態の禁制帯
幅程度であるので、励起される電子は吸収される光子１
個に対して価電子１個であり、電子励起の効率が悪い。
【００２２】また、電子励起による原子移動は励起され
た電子、正孔、励起子（伝導帯に励起された電子と正孔
との対）などが格子と強く相互作用することによって起
こるが、このためには、電子励起が固体内で局在するこ
とが必要である。しかし、価電子励起では励起された電
子などが固体内全体に速やかに広がる場合が多く、特
に、ダイヤモンドのように共有結合性で原子間結合力の
強い結晶では、原子を動かすような局在した強い励起状
態を作りだすことが困難である。
た電子、正孔、励起子（伝導帯に励起された電子と正孔
との対）などが格子と強く相互作用することによって起
こるが、このためには、電子励起が固体内で局在するこ
とが必要である。しかし、価電子励起では励起された電
子などが固体内全体に速やかに広がる場合が多く、特
に、ダイヤモンドのように共有結合性で原子間結合力の
強い結晶では、原子を動かすような局在した強い励起状
態を作りだすことが困難である。
【００２３】他方、本発明のように内殻電子を励起する
方法では、高エネルギを有する１個の光子によって、オ
ージェ効果などにより多くの価電子が励起された多価イ
オン状態を作りだすことができ、非常に大きな励起効果
を得ることができる。しかも、内殻電子は原子に強く束
縛された電子であり、この高エネルギ励起状態は光子を
吸収した原子の周辺に局在する。その結果、本発明によ
る内殻電子を励起する方法では、効率的に原子を非平衡
的に大きく動かすことができる。
方法では、高エネルギを有する１個の光子によって、オ
ージェ効果などにより多くの価電子が励起された多価イ
オン状態を作りだすことができ、非常に大きな励起効果
を得ることができる。しかも、内殻電子は原子に強く束
縛された電子であり、この高エネルギ励起状態は光子を
吸収した原子の周辺に局在する。その結果、本発明によ
る内殻電子を励起する方法では、効率的に原子を非平衡
的に大きく動かすことができる。
【００２４】また、内殻電子のエネルギ準位は原子の種
類によってほぼ決まっているので、照射する光の波長
（光子エネルギ）を適切に選択することにより、特定の
種類の原子を選択的に励起することも可能である。した
がって、ダイヤモンド中の炭素原子と不純物原子の少な
くとも一方の内殻電子の励起に効果的な波長の照射光を
選択して、炭素原子または不純物原子の状態やその周辺
の構造を選択的に変化させることが可能であり、ダイヤ
モンド半導体中の不純物原子の活性化などを効果的に行
なうことができる。
類によってほぼ決まっているので、照射する光の波長
（光子エネルギ）を適切に選択することにより、特定の
種類の原子を選択的に励起することも可能である。した
がって、ダイヤモンド中の炭素原子と不純物原子の少な
くとも一方の内殻電子の励起に効果的な波長の照射光を
選択して、炭素原子または不純物原子の状態やその周辺
の構造を選択的に変化させることが可能であり、ダイヤ
モンド半導体中の不純物原子の活性化などを効果的に行
なうことができる。
【００２５】図１において、上述のような本発明による
ダイヤモンドの改質方法に用いられ得る光照射装置の一
例が、模式的な断面図で図解されている。この装置で
は、光照射室１は、ダクト２に接続された真空ポンプ
（図示せず）によって真空にされ得る。また、光照射室
１は、必要ならばバルブ３を介して所望ガスを導入する
ことによって、所望の圧力のガス雰囲気にすることもで
きる。
ダイヤモンドの改質方法に用いられ得る光照射装置の一
例が、模式的な断面図で図解されている。この装置で
は、光照射室１は、ダクト２に接続された真空ポンプ
（図示せず）によって真空にされ得る。また、光照射室
１は、必要ならばバルブ３を介して所望ガスを導入する
ことによって、所望の圧力のガス雰囲気にすることもで
きる。
【００２６】光照射室１内には、ヒータ６を含むサンプ
ルホルダ５を備えた電動ステージ４が設けられている。
サンプルホルダ５上にはサンプル７がセットされ、その
サンプル７の温度は温度センサ（図示せず）によって検
知可能である。また、必要に応じて、サンプル７の光源
側に所望のパターンを有するマスク８を配置することが
できる。
ルホルダ５を備えた電動ステージ４が設けられている。
サンプルホルダ５上にはサンプル７がセットされ、その
サンプル７の温度は温度センサ（図示せず）によって検
知可能である。また、必要に応じて、サンプル７の光源
側に所望のパターンを有するマスク８を配置することが
できる。
【００２７】光照射室１は、光導入管９に接続されてい
る。この光照射装置の例では広い波長領域から任意の選
択された所望の波長領域で高強度の光を得ることができ
るシンクロトロン放射（ＳＲ）光が用いられるが、この
代わりに管球Ｘ線やプラズマＸ線を用いることもでき
る。光導入管９も、真空ポンプ１０によって真空にされ
得る。光導入管９の左側は、たとえば電磁バルブのよう
な真空バルブ１１を介して、ＳＲ光発生装置（図示せ
ず）に接続されている。光導入管９内にはまた、必要に
応じて、所望の波長の光を選択するためのフィルタ１２
が配置され得る。
る。この光照射装置の例では広い波長領域から任意の選
択された所望の波長領域で高強度の光を得ることができ
るシンクロトロン放射（ＳＲ）光が用いられるが、この
代わりに管球Ｘ線やプラズマＸ線を用いることもでき
る。光導入管９も、真空ポンプ１０によって真空にされ
得る。光導入管９の左側は、たとえば電磁バルブのよう
な真空バルブ１１を介して、ＳＲ光発生装置（図示せ
ず）に接続されている。光導入管９内にはまた、必要に
応じて、所望の波長の光を選択するためのフィルタ１２
が配置され得る。
【００２８】図１に示されているような光照射装置を用
いた本発明によるダイヤモンドの改質方法の一例とし
て、たとえばリンがイオン注入された人工合成ダイヤモ
ンドの抵抗率を減少させることができる。なお、ダイヤ
モンドにドープされる不純物原子としては、リンに限ら
れず、窒素、ヒ素、ホウ素、リチウム、または硫黄など
も用いられ得ることは言うまでもない。ダイヤモンドへ
の不純物のイオン注入は周知のイオン注入法によって行
なうことができ、たとえば３００〜３５０ｋｅＶの加速
電圧と、たとえば１０16／ｃｍ2 程度のドーズレートが
好ましく用いられ得る。また、注入される不純物原子濃
度は、１×１０15〜１×１０21個／ｃｍ3の範囲内で適
宜に設定し得る。
いた本発明によるダイヤモンドの改質方法の一例とし
て、たとえばリンがイオン注入された人工合成ダイヤモ
ンドの抵抗率を減少させることができる。なお、ダイヤ
モンドにドープされる不純物原子としては、リンに限ら
れず、窒素、ヒ素、ホウ素、リチウム、または硫黄など
も用いられ得ることは言うまでもない。ダイヤモンドへ
の不純物のイオン注入は周知のイオン注入法によって行
なうことができ、たとえば３００〜３５０ｋｅＶの加速
電圧と、たとえば１０16／ｃｍ2 程度のドーズレートが
好ましく用いられ得る。また、注入される不純物原子濃
度は、１×１０15〜１×１０21個／ｃｍ3の範囲内で適
宜に設定し得る。
【００２９】不純物原子がリンである場合には、それを
選択的に励起するために、リン原子のＫ殻吸収端エネル
ギ（２．１ｋｅＶ）以上のエネルギを有する光子の量が
相対的に多くなるように、たとえば約１００μｍの厚さ
を有するベリリウム膜のフィルタ１２を用いることがで
きる。図２は、このベリリウムフィルタの効果を表して
いる。
選択的に励起するために、リン原子のＫ殻吸収端エネル
ギ（２．１ｋｅＶ）以上のエネルギを有する光子の量が
相対的に多くなるように、たとえば約１００μｍの厚さ
を有するベリリウム膜のフィルタ１２を用いることがで
きる。図２は、このベリリウムフィルタの効果を表して
いる。
【００３０】図２のグラフにおいて、横軸は光子エネル
ギ（ｋｅＶ）を表わし、縦軸は光の強度（光子／ｓｅｃ
・ｍｍ2 ）を表わしている。直線ＡとＢは、それぞれベ
リリウムフィルタ１２を通過する前と後のＳＲ光の強度
スペクトルを表わしている。このときのシンクロトロン
蓄積電子エネルギは６００ＭｅＶであり、蓄積ビーム電
流は１００ｍＡである。図２からわかるように、ベリリ
ウムフィルタ１２を通過後の光は、２．５〜３．０ｋｅ
Ｖの光子エネルギ付近に光強度のピークを有しており、
選択的にリン原子を励起するために好ましく用いられ得
る。
ギ（ｋｅＶ）を表わし、縦軸は光の強度（光子／ｓｅｃ
・ｍｍ2 ）を表わしている。直線ＡとＢは、それぞれベ
リリウムフィルタ１２を通過する前と後のＳＲ光の強度
スペクトルを表わしている。このときのシンクロトロン
蓄積電子エネルギは６００ＭｅＶであり、蓄積ビーム電
流は１００ｍＡである。図２からわかるように、ベリリ
ウムフィルタ１２を通過後の光は、２．５〜３．０ｋｅ
Ｖの光子エネルギ付近に光強度のピークを有しており、
選択的にリン原子を励起するために好ましく用いられ得
る。
【００３１】ダイヤモンドサンプルは、通常は１×１０
-6Ｔｏｒｒ程度の真空中で光照射されるが、光照射に伴
うサンプルの局所的な温度上昇を抑制するために、ヘリ
ウム等の冷却用の不活性ガスをバルブ３を介して光照射
室１内に導入してもよい。サンプルホルダ５は電動ステ
ージ４に装着されているので、サンプルに対してＳＲ光
束を相対的に走査するようにサンプル７の位置を移動さ
せることによって、ＳＲ光束の断面より広い面積を有す
るサンプル７の全領域をも改質することができる。
-6Ｔｏｒｒ程度の真空中で光照射されるが、光照射に伴
うサンプルの局所的な温度上昇を抑制するために、ヘリ
ウム等の冷却用の不活性ガスをバルブ３を介して光照射
室１内に導入してもよい。サンプルホルダ５は電動ステ
ージ４に装着されているので、サンプルに対してＳＲ光
束を相対的に走査するようにサンプル７の位置を移動さ
せることによって、ＳＲ光束の断面より広い面積を有す
るサンプル７の全領域をも改質することができる。
【００３２】以上のようにして、ダイヤモンドに不純物
として含まれるリンの内殻電子を光照射で励起して、そ
のダイヤモンドを改質することによって、抵抗率の低い
良好なｎ型ダイヤモンド半導体が得られる。このように
して得られるｎ型ダイヤモンドにアルミニウム電極を形
成すれば、良好な整流特性を有するショットキーダイオ
ードを得ることができる。また、この改質されたｎ型ダ
イヤモンドとホウ素をドープしてｐ型にされたダイヤモ
ンドとで半導体接合を形成した後にＴｉ電極を形成する
ことによって、ｐｎ接合ダイオードを得ることもでき
る。
として含まれるリンの内殻電子を光照射で励起して、そ
のダイヤモンドを改質することによって、抵抗率の低い
良好なｎ型ダイヤモンド半導体が得られる。このように
して得られるｎ型ダイヤモンドにアルミニウム電極を形
成すれば、良好な整流特性を有するショットキーダイオ
ードを得ることができる。また、この改質されたｎ型ダ
イヤモンドとホウ素をドープしてｐ型にされたダイヤモ
ンドとで半導体接合を形成した後にＴｉ電極を形成する
ことによって、ｐｎ接合ダイオードを得ることもでき
る。
【００３３】さらに、ダイヤモンド半導体材料の所望の
領域のみを改質して集積型の半導体装置を形成する場合
には、図１に示されているように、所定のパターンを有
するマスク８を用いることができる。このようなマスク
８として、たとえば、サンプル７の前面に５０μｍ程度
のギャップを隔ててＸ線マスクを配置することができ
る。
領域のみを改質して集積型の半導体装置を形成する場合
には、図１に示されているように、所定のパターンを有
するマスク８を用いることができる。このようなマスク
８として、たとえば、サンプル７の前面に５０μｍ程度
のギャップを隔ててＸ線マスクを配置することができ
る。
【００３４】図３は、このようなＸ線マスクの一例を模
式的な断面図で図解している。このＸ線マスク８は、た
とえば、シリコンのフレーム８ａ上に低圧ＣＶＤで形成
された厚さ約２μｍの窒化シリコンの支持膜８ｂを含ん
でいる。この支持膜８ｂ上には、たとえば、所望の遮光
パターンを有する厚さ約３μｍのタングステン膜８ｃが
スパッタリング法で形成されている。ここで、支持膜８
ｂとして窒化シリコン膜が好ましく用いられるのは、そ
れがＸ線に対して良好な透過性を有するとともに、優れ
た機械的強度を有するからである。また、パターン化さ
れた遮光層８ｃとしてタングステン膜が好ましく用いら
れるのは、それがＸ線に対して大きな遮蔽能力を有して
いるからである。
式的な断面図で図解している。このＸ線マスク８は、た
とえば、シリコンのフレーム８ａ上に低圧ＣＶＤで形成
された厚さ約２μｍの窒化シリコンの支持膜８ｂを含ん
でいる。この支持膜８ｂ上には、たとえば、所望の遮光
パターンを有する厚さ約３μｍのタングステン膜８ｃが
スパッタリング法で形成されている。ここで、支持膜８
ｂとして窒化シリコン膜が好ましく用いられるのは、そ
れがＸ線に対して良好な透過性を有するとともに、優れ
た機械的強度を有するからである。また、パターン化さ
れた遮光層８ｃとしてタングステン膜が好ましく用いら
れるのは、それがＸ線に対して大きな遮蔽能力を有して
いるからである。
【００３５】図３に示されているようなＸ線マスクは、
フォトリソグラフィまたはＸ線リソグラフィによって高
精度に形成することができる。また、図３に示されてい
るようなＸ線マスクを介してダイヤモンド材料に照射さ
れるＸ線自体が極めて短い波長を有しているので、ダイ
ヤモンド材料内の極めて微細な領域の半導体特性を高精
度に改質することができる。
フォトリソグラフィまたはＸ線リソグラフィによって高
精度に形成することができる。また、図３に示されてい
るようなＸ線マスクを介してダイヤモンド材料に照射さ
れるＸ線自体が極めて短い波長を有しているので、ダイ
ヤモンド材料内の極めて微細な領域の半導体特性を高精
度に改質することができる。
【００３６】なお、通常のシリコン半導体装置の製造に
おいてもＸ線リソグラフィでレジストパターンを形成す
ることが試みられているが、そのようなＸ線リソグラフ
ィでは、本発明の場合に比べて低いエネルギのＸ線が用
いられるとともに、たとえば遮光パターンとしてのタン
グステン層も０．５μｍの厚さのように薄いものが用い
られる。
おいてもＸ線リソグラフィでレジストパターンを形成す
ることが試みられているが、そのようなＸ線リソグラフ
ィでは、本発明の場合に比べて低いエネルギのＸ線が用
いられるとともに、たとえば遮光パターンとしてのタン
グステン層も０．５μｍの厚さのように薄いものが用い
られる。
【００３７】ところで、照射光の波長が短くなればなる
ほどダイヤモンド材料のより深い部分まで侵入するの
で、ダイヤモンド材料中の改質すべき領域の深さを照射
光の波長を選択することによって制御することも可能で
ある。
ほどダイヤモンド材料のより深い部分まで侵入するの
で、ダイヤモンド材料中の改質すべき領域の深さを照射
光の波長を選択することによって制御することも可能で
ある。
【００３８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高エネ
ルギ光を照射してダイヤモンド材料中の内殻電子を励起
することにより、ダイヤモンド材料の半導体特性を改善
するように効率的に改質することができる。また、その
ように改質されたダイヤモンド材料を用いて優れた特性
を有する半導体装置を得ることができる。
ルギ光を照射してダイヤモンド材料中の内殻電子を励起
することにより、ダイヤモンド材料の半導体特性を改善
するように効率的に改質することができる。また、その
ように改質されたダイヤモンド材料を用いて優れた特性
を有する半導体装置を得ることができる。
【図１】本発明によるダイヤモンド材料の改質方法に用
いられ得る光照射装置を示す模式的な断面図である。
いられ得る光照射装置を示す模式的な断面図である。
【図２】ＳＲ光をベリリウムフィルタに通過させた効果
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図３】本発明によるダイヤモンド材料の改質方法に用
いられ得るＸ線マスクを示す模式的な断面図である。
いられ得るＸ線マスクを示す模式的な断面図である。
１ 光照射室 ２ ダクト ３ バルブ ４ 電動ステージ ５ サンプルホルダ ６ ヒータ ７ サンプル ８ Ｘ線マスク ８ａ シリコンフレーム ８ｂ 窒化硅素膜 ８ｃ パターン化されたタングステン膜 ９ 光導入管 １０ 真空ポンプ １１ 真空バルブ １２ フィルタ ＳＲ シンクロトロン放射光
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/861 Ｈ０１Ｌ 21/265 ６０２Ｚ 29/91 Ｆ
Claims (12)
- 【請求項１】 所定の不純物原子を含むダイヤモンド材
料を準備し、 前記ダイヤモンド材料に含まれる炭素原子と前記不純物
原子の少なくとも一方の内殻電子を励起し得る高エネル
ギ光を照射し、 それによって、前記ダイヤモンド材料の半導体特性を改
善することを特徴とするダイヤモンド材料の改質方法。 - 【請求項２】 前記ダイヤモンド材料に照射される前記
高エネルギ光は０．１〜１０ｋｅＶの範囲内の光子エネ
ルギを有することを特徴とする請求項１に記載のダイヤ
モンド材料の改質方法。 - 【請求項３】 前記高エネルギ光として、シンクロトロ
ン放射光、管球Ｘ線またはプラズマＸ線が用いられるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載のダイヤモンド
材料の改質方法。 - 【請求項４】 前記不純物はイオン注入法によって前記
ダイヤモンド材料に添加されることを特徴とする請求項
１から３のいずれかの項に記載のダイヤモンド材料の改
質方法。 - 【請求項５】 前記所定の不純物原子として窒素、リ
ン、ヒ素、ホウ素、リチウム、または硫黄を含み、その
不純物原子濃度は１×１０15〜１×１０21個／ｃｍ3 の
範囲内にあることを特徴とする請求項１から４のいずれ
かの項に記載のダイヤモンド材料の改質方法。 - 【請求項６】 適切な光源またはフィルタを用いて所定
の光子エネルギ範囲の光を選択して照射することによっ
て、炭素原子と前記不純物原子の少なくとも一方を選択
的に効率よく励起することを特徴とする請求項１から５
のいずれかの項に記載のダイヤモンド材料の改質方法。 - 【請求項７】 前記高エネルギ光は所定の遮光パターン
を有するマスクを通して前記ダイヤモンド材料に照射さ
れ、これによって前記ダイヤモンド材料内で改質される
べき平面的領域が制御されることを特徴とする請求項１
から６のいずれかの項に記載のダイヤモンド材料の改質
方法。 - 【請求項８】 前記マスクは支持膜上に形成された金属
膜のパターンを含み、前記高エネルギ光は前記支持膜を
透過するが前記金属膜パターンには吸収されることを特
徴とする請求項７に記載のダイヤモンド材料の改質方
法。 - 【請求項９】 前記ダイヤモンド材料内で改質されるべ
き領域の深さ方向の範囲が、前記高エネルギ光の光子エ
ネルギレベルを適切に選択することによって制御される
ことを特徴とする請求項１から８のいずれかの項に記載
のダイヤモンド材料の改質方法。 - 【請求項１０】 請求項１から９のいずれかの項に記載
の方法によって改質されたダイヤモンド材料を用いて製
造された半導体装置。 - 【請求項１１】 前記改質されたダイヤモンド材料は前
記高エネルギ光照射によって抵抗率が低下させられたｎ
型ダイヤモンド半導体であることを特徴とする請求項１
０に記載の半導体装置。 - 【請求項１２】 前記半導体装置はダイオードであり、
前記高エネルギ光照射によって抵抗率が低下させられた
前記ｎ型ダイヤモンド半導体を含むことを特徴とする請
求項１１に記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1426398A JPH11214321A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | ダイヤモンド材料の改質方法と、その方法により改質されたダイヤモンド材料を用いた半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1426398A JPH11214321A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | ダイヤモンド材料の改質方法と、その方法により改質されたダイヤモンド材料を用いた半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11214321A true JPH11214321A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=11856216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1426398A Withdrawn JPH11214321A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | ダイヤモンド材料の改質方法と、その方法により改質されたダイヤモンド材料を用いた半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11214321A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005041279A1 (ja) * | 2003-10-29 | 2005-05-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | ｎ型半導体ダイヤモンドの製造方法及びｎ型半導体ダイヤモンド |
| EP1577425A1 (en) * | 2002-12-27 | 2005-09-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | LOW-RESISTANCE n TYPE SEMICONDUCTOR DIAMOND AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME |
| JP2006024603A (ja) * | 2004-07-06 | 2006-01-26 | Toppan Printing Co Ltd | ステンシルマスク及びその製造方法及びそのパターン転写方法 |
| JP2006024602A (ja) * | 2004-07-06 | 2006-01-26 | Toppan Printing Co Ltd | ステンシルマスク及びその製造方法及びそのパターン転写方法 |
| JP2006036564A (ja) * | 2004-07-23 | 2006-02-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 炭素膜の改質方法および改質炭素膜 |
| CN100409408C (zh) * | 2003-10-29 | 2008-08-06 | 住友电气工业株式会社 | 制备n-型半导体金刚石的方法及n-型半导体金刚石 |
| JP2008219022A (ja) * | 2008-03-19 | 2008-09-18 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 結晶欠陥の回復方法、結晶体の作製方法、パターン形成方法、ｘ線量の検出体 |
-
1998
- 1998-01-27 JP JP1426398A patent/JPH11214321A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1577425A1 (en) * | 2002-12-27 | 2005-09-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | LOW-RESISTANCE n TYPE SEMICONDUCTOR DIAMOND AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME |
| EP1577425A4 (en) * | 2002-12-27 | 2007-02-28 | Sumitomo Electric Industries | LOW RESISTANCE TYPE N SEMICONDUCTOR DIAMOND AND PROCESS FOR PREPARING THE SAME |
| US7255744B2 (en) | 2002-12-27 | 2007-08-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Low-resistivity n-type semiconductor diamond and method of its manufacture |
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| JP2006024603A (ja) * | 2004-07-06 | 2006-01-26 | Toppan Printing Co Ltd | ステンシルマスク及びその製造方法及びそのパターン転写方法 |
| JP2006024602A (ja) * | 2004-07-06 | 2006-01-26 | Toppan Printing Co Ltd | ステンシルマスク及びその製造方法及びそのパターン転写方法 |
| JP4635491B2 (ja) * | 2004-07-06 | 2011-02-23 | 凸版印刷株式会社 | ステンシルマスクおよびパターン転写方法 |
| JP2006036564A (ja) * | 2004-07-23 | 2006-02-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 炭素膜の改質方法および改質炭素膜 |
| JP2008219022A (ja) * | 2008-03-19 | 2008-09-18 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 結晶欠陥の回復方法、結晶体の作製方法、パターン形成方法、ｘ線量の検出体 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050405 |