JP2679011B2 - 不純物原子の導入方法 - Google Patents

不純物原子の導入方法

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JP2679011B2
JP2679011B2 JP3256821A JP25682191A JP2679011B2 JP 2679011 B2 JP2679011 B2 JP 2679011B2 JP 3256821 A JP3256821 A JP 3256821A JP 25682191 A JP25682191 A JP 25682191A JP 2679011 B2 JP2679011 B2 JP 2679011B2
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勇介 森
孝 平尾
真 北畠
正洋 出口
一仁 西村
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子工業における半導
体などに用いられるダイヤモンド、BN、SiC又は有
機物半導体などの電子材料の導電性を制御するために
不純物元素を導入する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、CVD法(化学気相成長法)など
の方法によって得られるダイヤモンド、BN、SiCお
よび有機物半導体などの電子材料は、電子工業における
半導体などへの利用が検討され、工業的にも注目されて
いる。
【0003】これらの材料を広く用いるためには、結晶
性の良いものを作製する技術を確立すると共に、より機
能性を高める上でp形やn形の導電性を制御する技術が
必要不可欠である。従来行なわれてきた方法としては、
例えばp形やn形の結晶を作製する際、ドーパントとな
る原子を原料ガス等に混入させて作製する方法がある
が、作製温度が高いことや十分にドーパントが活性化し
ないなどといった問題点がある。
【0004】それに対し、現在半導体材料として広く用
いられているシリコンでは、不純物原子イオンを加速し
てシリコンに照射するイオン注入法によって、材料作製
後不純物原子を導入する方法が知られている。この方法
によって不純物原子を導入した場合、注入時に注入粒子
の運動エネルギーのために結晶に欠陥が生成されるた
め、その欠陥を除去するための熱アニーリング処理を必
要とする。しかしながらダイヤモンドなど前記材料は、
通常シリコン・プロセスで行なわれている熱アニーリン
グ処理では結晶欠陥を起因としてグラファイト化などの
相変化が起こったり、欠陥の除去が困難であるといった
課題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、ダイヤ
モンド、BN、SiCおよび有機物半導体の電子材料に
ついては、導電性を十分に制御した形で、不純物原子を
導入することが困難であった。とりわけ、材料作製後の
不純物導入は出来ないとされていた。
【0006】そこで、本発明は、そのような従来の不純
物導入方法の課題を考慮し、ダイヤモンド、BN、Si
Cおよび有機物半導体の導電性制御を可能にするため、
材料作製後に不純物原子を導入できる方法を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の不純物原子の導
入方法は、ダイヤモンド、BN、SiC又は有機物半導
体材料に、加速した粒子を照射後に、水素ラジカル又は
水素イオンを含む雰囲気に晒すことである。
【0008】前記不純物原子の導入方法の本発明の構成
においては、加速された粒子の状態がイオンであること
が好ましい。
【0009】また前記不純物原子の導入方法の本発明の
構成においては、加速された粒子がB、Al、Ga、I
nなどのIII族元素あるいはN、P、As、Sbなど
のV族元素であることが好ましい。
【0010】前記不純物原子の導入方法の本発明の構成
においては、加速された粒子の照射量として、単位平方
cm当り1×1018個以下であるが好ましい。さらに好ま
しくは、単位平方cm当り1×10 16 個以下である。
【0011】また前記不純物原子の導入方法の本発明の
構成においては、加速された粒子を照射するときの電子
材料の温度として、−200℃から500℃に保つこと
が好ましい。
【0012】そして、前記不純物原子の導入方法の本発
明の構成においては、加速された粒子を照射した後に晒
す水素ラジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気が、プ
ラズマ状であることが好ましい。
【0013】不純物となる原子を加速してエネルギーを
与え、ダイヤモンド、BN、SiC又は有機物半導体材
料に照射することにより、不純物原子を材料中に導入す
ることができる。この方法はドーパントとなる元素の濃
度・分布の制御性が良い、注入領域を選択できるなどの
点で有効である。しかしながら、前記のように不純物原
子が照射された領域には、結晶に欠陥が導入される。そ
の回復手法として、本発明の如く、加速した粒子を照射
後に水素ラジカル又は水素イオンを含む雰囲気に晒すこ
(以後、「水素処理」と記す)によって、照射時に受
けた損傷を除去すると共に、粒子注入領域の再結晶化を
促進させることが可能になる。
【0014】第の本発明の如く、加速された粒子の状
態がイオンであることによって、照射する粒子のエネル
ギーや位置などの制御が容易であるので、粒子照射後の
水素処理の制御性を高めることが可能になる。
【0015】第の本発明の如く、加速された粒子が
B,Al,Ga,InなどのIII族元素あるいはN,
P,As,SbなどのV族元素であることによって、
子照射並びに水素処理を施された電子材料の導電性制御
を行なうことが容易になる。
【0016】第の本発明の如く、加速された粒子の照
射量として単位平方cm当り1×1018個以下であること
によって、電子材料に必要以上に損傷を与えることはな
く、かつ水素処理によって十分に導電性制御が可能なだ
けの不純物原子を材料に導入することができる
【0017】第の本発明の如く、加速された粒子を照
射するときの電子材料の温度として、−200℃から5
00℃に保つことによって、電子材料に与えられる損傷
量の制御や照射後の状態を制御が可能であるので、粒子
照射後の水素処理の制御性を高めることが可能となる。
【0018】第の本発明の如く、加速された粒子を照
射した後に晒す雰囲気が、プラズマ状であることによっ
て、より活性な水素量が多いため、効率的に損傷の除去
と注入領域の再結晶化が行なえる。
【0019】
本発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
【0020】(実施の形態1) 原料ガスとして窒素ガスを用い、そのガスをプラズマ化
することにより得られ たNイオンを電子材料であるダイ
ヤモンドに照射した。Nイオンのエネルギーは100keV、
ドーズ量は1×10 16 個/cm 2 で行なった。イオン照射の
結果、ダイヤモンド中にN原子が導入されていることが
二次イオン質量分析法などで確認されたが、同時に多く
の結晶欠陥が生成されていることがわかった。
【0021】図1にその様子を示す。図1中の(a)は
イオン照射前の、そして(b)は照射後のダイヤモンド
のラマンスペクトルである。(b)に示される照射後の
ラマン散乱の強度は(a)の強度に比べ、著しく減少し
たことがわかる。すなわち、イオン照射によって結晶性
の低下がみられ、損傷を受けたことが分かる。そこで、
水素ラジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気にイオン
を照射された試料を晒すことによって、損傷を受けた領
域の回復を試みた。図2は用いた装置の一例の概略図で
ある。以下にその構成を述べる。
【0022】本装置は真空槽302の外部よりマイクロ
波を導入し、水素ラジカルあるいは水素イオンを含む雰
囲気を生成するもので、そのためマイクロ波が槽内に入
射できるよう真空槽302は円筒状の石英管を用いてい
る。また、マイクロ波発振器305より発生したマイク
ロ波が伝搬する導波管306のE面の中央部を石英管3
02が貫通している。そして、真空槽302には前記真
空槽302内を真空にするための真空ポンプ303並び
にガスを導入するガス導入口304が取り付けられてい
る。試料301である損傷を有する電子材料は加熱が可
能なようにヒーターが組み込まれた基板台307の上に
設置されると共に、マイクロ波が入射する領域に配置さ
れる。
【0023】かかる装置を用いて、マイクロ波発振器3
05でマイクロ波を真空槽302内に入射すると試料3
01を設置した領域にプラズマが発生する。その際の真
空槽302内の圧力は通常 0.01〜100Torr程度が好まし
く用いられる。また、電子材料の温度は主に600〜900℃
の範囲が好ましく用いられる。真空槽302内に導入さ
れるガスは混合ガスでもよいが、一般的には純度が99%
以上の水素ガスが好ましい。
【0024】本実施の形態において具体的に行なった手
順は以下の通りである。
【0025】まず、イオンを照射されたダイヤモンド
を試料301として真空槽302内の所定の位置に設置
した後、真空ポンプ303によって槽内を充分に真空排
気した。そして、ガス導入口304より純度が99.5%の
水素ガスを導入し、槽内の圧力を30Torrで一定に保った
後、マイクロ波(200W)を入射した。このようにマイク
ロ波を作用された水素ガスは活性なラジカルやイオンを
含むプラズマとなった。そして、このプラズマに試料を
晒すことによって、電子材料の温度は約800℃と なっ
た。プラズマに試料を晒した時間は、20分である。その
結果、図1中(c)に示したように、このプラズマに試
料を晒すことにより、ラマン散乱の強度がイオン照射前
のダイヤモンドのラマン散乱強度にまで回復した。この
ことは、この処理によってダイヤモンドの受けた損傷が
除去され、結晶性が回復していることを表わしている。
同様の結果は、電子エネルギー損失分光法(EELS)
及びカソードルミネセンス測定(CL)においても本発
明者らは確認した。
【0026】(実施の形態2) 同様の実験を他の電子材料(BN、SiC、有機物半導
体)においても行なった結果、粒子照射と水素処理を施
すことによって不純物原子を導入するが可能であること
を本発明者らは確認した。
【0027】なお、加速する粒子は、B、Al、Ga、
InなどのIII族元素あるいはN、P、As、Sbな
どのV族元素を用いることが出来るが、他の粒子でもよ
い。
【0028】
【0029】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明方法によれば、任意の原子を不 純物としてダイヤ
モンド、BN,SiC又は有機物半導体の材料に照射
し、水素ラジカル又は水素イオンを含む雰囲気に晒すこ
とによって、照射時に受けた損傷を除去すると共に、照
射領域の再結晶化が促進されるため、容易に不純物原子
を前記材料に導入することが可能になる。
【0030】第の本発明の如く、加速された粒子の状
態がイオンであることによって、照射する粒子のエネル
ギーや位置などの制御が容易であるので、粒子照射後の
水素処理の制御性を高めることが可能になる。
【0031】第の本発明の如く、加速された粒子が
B,Al,Ga,InなどのIII族元素あるいはN,
P,As,SbなどのV族元素であることによって、
子照射並びに水素処理を施された電子材料の導電性制御
を行なうことが容易になる。
【0032】第の本発明の如く、加速された粒子の照
射量として単位平方cm当り1×1018個以下であること
によって、電子材料に必要以上に損傷を与えることはな
く、かつ水素処理によって十分に導電性制御が可能なだ
けの不純物原子を材料に導入することができる
【0033】第の本発明の如く、加速された粒子を照
射するときの電子材料の温度として、−200℃から5
00℃に保つことによって、電子材料に与えられる損傷
量の制御や照射後の状態を制御が可能であるので、粒子
照射後の水素処理の制御性を高めることが可能となる。
【0034】第の本発明の如く、加速された粒子を照
射した後に晒す雰囲気が、プラズマ状であることによっ
て、より活性な水素量が多いため、効率的に損傷の除去
が行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】1×10 16 個/cm 2 のNイオンを照射する前後およ
び水素プラズマ処理を行なった 後のダイヤモンドのラマ
ン分光の結果を示すグラフである。
【図2】本発明の一実施の形態で用いた水素プラズマ処
理装置の概略図である。
【符号の説明】
301 試料 302 真空槽 303 真空ポンプ 304 ガス導入口 305 マイクロ波発振器 306 導波管 307 基板台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C30B 29/36 C30B 29/36 A 29/38 29/38 A 31/22 31/22 H01L 51/00 H01L 29/28 (72)発明者 出口 正洋 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 西村 一仁 大阪府堺市鳳北町2丁80番地 大阪ダイ ヤモンド工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−76168(JP,A) 特開 平3−22526(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダイヤモンド、BN、SiC又は有機物
    半導体の材料に、加速された粒子を照射した後に、その
    材料を水素ラジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気に
    晒すことを特徴とする不純物原子の導入方法。
  2. 【請求項2】 加速された粒子の状態がイオンであるこ
    とを特徴とする請求項記載の不純物原子の導入方法。
  3. 【請求項3】 加速された粒子がB、Al、Ga、In
    などのIII族元素あるいはN、P、As、SbなどのV
    族元素であることを特徴とする請求項記載の不純物原
    子の導入方法。
  4. 【請求項4】 加速された粒子の照射量として、単位平
    方cm当り1×1018個以下であることを特徴とする請求
    記載の不純物原子の導入方法。
  5. 【請求項5】 加速された粒子を照射するときの材料の
    温度を、−200℃から500℃に保つことを特徴とす
    る請求項記載の不純物原子の導入方法。
  6. 【請求項6】 加速された粒子を照射された後に晒す水
    素ラジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気が、プラズ
    マ状であることを特徴とする請求項記載の不純物原子
    の導入方法。
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