JP3086561B2 - 半導体ダイヤモンド層に対する耐熱性オーミック電極及びその形成方法 - Google Patents
半導体ダイヤモンド層に対する耐熱性オーミック電極及びその形成方法Info
- Publication number
- JP3086561B2 JP3086561B2 JP05060654A JP6065493A JP3086561B2 JP 3086561 B2 JP3086561 B2 JP 3086561B2 JP 05060654 A JP05060654 A JP 05060654A JP 6065493 A JP6065493 A JP 6065493A JP 3086561 B2 JP3086561 B2 JP 3086561B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- electrode
- highly doped
- diamond
- ohmic electrode
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はダイオード、トランジス
タ、ＦＥＴ及びサーミスタ等の電子部品又は電子デバイ
スを構成する半導体ダイヤモンド層に形成される半導体
ダイヤモンド層に対する耐熱性オーミック電極及びその
形成方法に関する。
タ、ＦＥＴ及びサーミスタ等の電子部品又は電子デバイ
スを構成する半導体ダイヤモンド層に形成される半導体
ダイヤモンド層に対する耐熱性オーミック電極及びその
形成方法に関する。
【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、耐放射線性に優れた絶縁体であり、産業上種々
の利用が検討され、また実用化されている。また、ダイ
ヤモンドはバンドギャップが約５．４eVと大きく、Ｂ
（ホウ素）等の不純物をドープしたものは半導体特性を
示し、この種の半導体ダイヤモンドは、高温半導体とし
ての応用が期待されている。
薬品性、耐放射線性に優れた絶縁体であり、産業上種々
の利用が検討され、また実用化されている。また、ダイ
ヤモンドはバンドギャップが約５．４eVと大きく、Ｂ
（ホウ素）等の不純物をドープしたものは半導体特性を
示し、この種の半導体ダイヤモンドは、高温半導体とし
ての応用が期待されている。
【０００３】このような優れた特性を持つダイヤモンド
薄膜を、プラズマ反応を利用して気相から合成する方法
が確立されて以来、ダイヤモンド薄膜を利用した超硬工
具、スピーカ振動板、半導体デバイスのヒートシンク、
並びに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。
薄膜を、プラズマ反応を利用して気相から合成する方法
が確立されて以来、ダイヤモンド薄膜を利用した超硬工
具、スピーカ振動板、半導体デバイスのヒートシンク、
並びに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。
【０００４】而して、半導体ダイヤモンドを使用した電
子デバイスにおいては、ダイヤモンド半導体層に対する
密着性が優れたオーミック電極、即ち、電流電圧特性が
線形である電極を形成する必要がある。ダイヤモンド素
子の特徴である高温及び高電圧下での使用を考慮する
と、電極は接触抵抗が小さく、且つ、使用温度より十分
高い温度まで安定である必要がある。これは接触抵抗が
大きいと電極部分で発熱をおこし、局所的に更に一層高
温になってしまうからである。
子デバイスにおいては、ダイヤモンド半導体層に対する
密着性が優れたオーミック電極、即ち、電流電圧特性が
線形である電極を形成する必要がある。ダイヤモンド素
子の特徴である高温及び高電圧下での使用を考慮する
と、電極は接触抵抗が小さく、且つ、使用温度より十分
高い温度まで安定である必要がある。これは接触抵抗が
大きいと電極部分で発熱をおこし、局所的に更に一層高
温になってしまうからである。
【０００５】従来、ダイヤモンド半導体層へのオーミッ
ク電極作製法としては、A.T.Collins等（Diamond Resea
rch, pp.19-22, 1970年）及びK.L.Moazed等（J.Appl.Ph
ys.,vol.68,No.5,pp.2246-2255, 1990年）により提案さ
れた方法がある。即ち、これらの文献に記載されたよう
に、炭化物を形成しやすいＴａ，Ｔｉ，Ｍｏ等を電子ビ
ーム照射により形成し、又は真空熱処理等を行うことに
より、オーミック電極を得る方法が公知である。
ク電極作製法としては、A.T.Collins等（Diamond Resea
rch, pp.19-22, 1970年）及びK.L.Moazed等（J.Appl.Ph
ys.,vol.68,No.5,pp.2246-2255, 1990年）により提案さ
れた方法がある。即ち、これらの文献に記載されたよう
に、炭化物を形成しやすいＴａ，Ｔｉ，Ｍｏ等を電子ビ
ーム照射により形成し、又は真空熱処理等を行うことに
より、オーミック電極を得る方法が公知である。
【０００６】これは、図３（ａ）に示すように、基板の
ダイヤモンド層３と、Ｔａ，Ｔｉ又はＭｏ等からなる金
属電極層１との界面に炭化物層２を形成することによ
り、良好なオーミック電極を得ようとするものである。
即ち、炭化物を形成し易いＴａ，Ｔｉ，Ｍｏ等の金属を
電極材料として使用し、この電極層１とダイヤモンド層
３との間に炭化物層２を形成する。
ダイヤモンド層３と、Ｔａ，Ｔｉ又はＭｏ等からなる金
属電極層１との界面に炭化物層２を形成することによ
り、良好なオーミック電極を得ようとするものである。
即ち、炭化物を形成し易いＴａ，Ｔｉ，Ｍｏ等の金属を
電極材料として使用し、この電極層１とダイヤモンド層
３との間に炭化物層２を形成する。
【０００７】また、最近では、炭化物中で最も安定な炭
化物であるＴｉxＣ1-xを形成するＴｉを電極材料とし、
このＴｉ電極の上に、酸化を防ぐために、Ａｕ，Ｐｔ又
はＭｏ／Ａｕ（ＭｏとＡｕとをこの順に積層したもの）
等を酸化防止膜として形成した多層金属薄膜の利用が報
告されている。
化物であるＴｉxＣ1-xを形成するＴｉを電極材料とし、
このＴｉ電極の上に、酸化を防ぐために、Ａｕ，Ｐｔ又
はＭｏ／Ａｕ（ＭｏとＡｕとをこの順に積層したもの）
等を酸化防止膜として形成した多層金属薄膜の利用が報
告されている。
【０００８】図３（ｂ）に示すオーミック電極において
は、基板の半導体ダイヤモンド層３の上に、電極Ｔｉ層
１を形成し、更に電極Ｔｉ層１の上に、拡散防止Ａｕ層
４を形成したものである。
は、基板の半導体ダイヤモンド層３の上に、電極Ｔｉ層
１を形成し、更に電極Ｔｉ層１の上に、拡散防止Ａｕ層
４を形成したものである。
【０００９】図３（ｃ）に示すオーミック電極において
は、半導体ダイヤモンド層３上の電極Ｔｉ層１の上に、
拡散防止Ｍｏ層５を形成し、更にこの拡散防止Ｍｏ層５
の上に拡散防止Ａｕ層４を形成したものである。このＴ
ｉ／Ｍｏ／Ａｕの多層膜を使用した半導体デバイスとし
ては、サーミスタ（藤森等、NEW DIAMOND Vol.13,P.32,
1989年）等がある。
は、半導体ダイヤモンド層３上の電極Ｔｉ層１の上に、
拡散防止Ｍｏ層５を形成し、更にこの拡散防止Ｍｏ層５
の上に拡散防止Ａｕ層４を形成したものである。このＴ
ｉ／Ｍｏ／Ａｕの多層膜を使用した半導体デバイスとし
ては、サーミスタ（藤森等、NEW DIAMOND Vol.13,P.32,
1989年）等がある。
【００１０】一方、上記のＴｉ，Ｔａ又はＭｏのような
炭化物を形成する金属電極を用いた場合、ダイヤモンド
層界面での低いホール易動度と高い接触抵抗が原因とな
って、オーミック接続ではあるものの依然として高抵抗
であるため、これらを緩和する試みがJ.F.Prins(J.Phy
s.D:Appl.Phys.,22,pp.1562-1564,1989年）によって報
告されている。
炭化物を形成する金属電極を用いた場合、ダイヤモンド
層界面での低いホール易動度と高い接触抵抗が原因とな
って、オーミック接続ではあるものの依然として高抵抗
であるため、これらを緩和する試みがJ.F.Prins(J.Phy
s.D:Appl.Phys.,22,pp.1562-1564,1989年）によって報
告されている。
【００１１】これは、図３（ｄ）に示すように、基板の
ダイヤモンド層３の表面に、高濃度にＢがドーピングさ
れた層、即ち高ドープ層６をイオン注入法によって形成
し、次いでイオン注入による劣化によって生じたドープ
領域上部の黒鉛をエッチングで取り除いて、そこにＡ
ｕ、Ａｇ又はＣｕ等からなる電極７を形成し、その後１
２００℃の温度でアニールすることによりオーミック接
続を得るものである。この電極では、ダイヤモンド層表
面におよそ０．２μｍの極めて浅い過飽和ドープ領域が
あるため、ホール易動度が大きく、また、軟性で容易に
圧着可能な貴金属を用いることを可能にしているため、
接触抵抗が低い。
ダイヤモンド層３の表面に、高濃度にＢがドーピングさ
れた層、即ち高ドープ層６をイオン注入法によって形成
し、次いでイオン注入による劣化によって生じたドープ
領域上部の黒鉛をエッチングで取り除いて、そこにＡ
ｕ、Ａｇ又はＣｕ等からなる電極７を形成し、その後１
２００℃の温度でアニールすることによりオーミック接
続を得るものである。この電極では、ダイヤモンド層表
面におよそ０．２μｍの極めて浅い過飽和ドープ領域が
あるため、ホール易動度が大きく、また、軟性で容易に
圧着可能な貴金属を用いることを可能にしているため、
接触抵抗が低い。
【００１２】
【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Ｔｉを用いたオーミック電極及び金属電極層と
ダイヤモンド層に対する間に高ドープ層を設けたオーミ
ック電極は、いずれも以下に示すように、実用的なオー
ミック電極としての使用は困難であるという問題点があ
る。
た従来のＴｉを用いたオーミック電極及び金属電極層と
ダイヤモンド層に対する間に高ドープ層を設けたオーミ
ック電極は、いずれも以下に示すように、実用的なオー
ミック電極としての使用は困難であるという問題点があ
る。
【００１３】先ず、Ｔｉを用いたオーミック電極の問題
点について説明する。Ｔｉはオーミック電極の材料とし
ては一般的であるが、反応性に富み、空気中においては
高温で酸化されやすいという欠点がある。このため、前
述の如く、酸化を防ぐために、Ａｕ，Ｐｔ又はＭｏ／Ａ
ｕ等を酸化防止膜とした多層膜が電極として利用される
が、長期的な使用を考慮すると完全な酸素からの遮蔽は
困難である。
点について説明する。Ｔｉはオーミック電極の材料とし
ては一般的であるが、反応性に富み、空気中においては
高温で酸化されやすいという欠点がある。このため、前
述の如く、酸化を防ぐために、Ａｕ，Ｐｔ又はＭｏ／Ａ
ｕ等を酸化防止膜とした多層膜が電極として利用される
が、長期的な使用を考慮すると完全な酸素からの遮蔽は
困難である。
【００１４】実際に、本願発明者は下記表１に示す条件
で図３（ｂ）に示すＴｉ／Ａｕ電極を形成した。図４
（ａ）はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により求めた各元
素の深さ方向分布を示す。図４において、縦軸は各元素
の原子数の割合（原子％）であり、横軸はスパッタリン
グ時間を示し、電極表面からの距離に対応する。この図
４（ａ）からわかるように、電極表面から、金、チタン
及びダイヤモンド（Ｃ）がこの順に積層されていること
が確認できる。
で図３（ｂ）に示すＴｉ／Ａｕ電極を形成した。図４
（ａ）はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により求めた各元
素の深さ方向分布を示す。図４において、縦軸は各元素
の原子数の割合（原子％）であり、横軸はスパッタリン
グ時間を示し、電極表面からの距離に対応する。この図
４（ａ）からわかるように、電極表面から、金、チタン
及びダイヤモンド（Ｃ）がこの順に積層されていること
が確認できる。
【００１５】次に、この電極を、５００℃の温度で６０
分間、大気中に保持した結果、図４（ｂ）に示すよう
に、Ｔｉが表面拡散し、酸化されてＴｉＯ2 が形成され
たことがわかる。これは、試料を焼鈍することによりダ
イヤモンド表面でＴｉの炭化が開始され、オーミック電
極が形成されるが、同時に電極材料のＴｉが上層のＡｕ
層４の内部を拡散し、電極表面で酸素と反応し、酸化し
てしまうからである。
分間、大気中に保持した結果、図４（ｂ）に示すよう
に、Ｔｉが表面拡散し、酸化されてＴｉＯ2 が形成され
たことがわかる。これは、試料を焼鈍することによりダ
イヤモンド表面でＴｉの炭化が開始され、オーミック電
極が形成されるが、同時に電極材料のＴｉが上層のＡｕ
層４の内部を拡散し、電極表面で酸素と反応し、酸化し
てしまうからである。
【００１６】
【表１】
【００１７】また、Ｔｉの拡散を防ぐ拡散防止層として
のＭｏ層５を、Ｔｉ層１／Ａｕ層４間に挿入したＴｉ／
Ｍｏ／Ａｕ電極（図３（ｃ））を作製した。下記表２は
その成膜条件を示す。一方、図５（ａ）には、得られた
電極に対し、Ｘ線光電子分光法により電極深さ方向の濃
度分布を求めた結果を示す。図５において、縦軸は各元
素の原子数の割合（原子％）、横軸は電極表面からの距
離に対応する。また、作製した電極を５００℃で６０分
間、大気中に保持した結果、その各元素の濃度分布は図
５（ｂ）に示すように変化した。
のＭｏ層５を、Ｔｉ層１／Ａｕ層４間に挿入したＴｉ／
Ｍｏ／Ａｕ電極（図３（ｃ））を作製した。下記表２は
その成膜条件を示す。一方、図５（ａ）には、得られた
電極に対し、Ｘ線光電子分光法により電極深さ方向の濃
度分布を求めた結果を示す。図５において、縦軸は各元
素の原子数の割合（原子％）、横軸は電極表面からの距
離に対応する。また、作製した電極を５００℃で６０分
間、大気中に保持した結果、その各元素の濃度分布は図
５（ｂ）に示すように変化した。
【００１８】この図５に示すように、Ｍｏを拡散層に用
いたＴｉ／Ｍｏ／Ａｕ電極においても、Ｔｉの酸化を防
ぎきれないことが分かる。
いたＴｉ／Ｍｏ／Ａｕ電極においても、Ｔｉの酸化を防
ぎきれないことが分かる。
【００１９】
【表２】
【００２０】次に、金属電極とダイヤモンド層との間に
高ドープ層を挿入した電極の問題点について説明する。
高ドープ層を挿入した電極では、Ａｕ、Ａｇ又はＣｕ電
極層は圧着によってダイヤモンド層に固定される。その
後に１２００℃の温度でアニールしても、Ａｕ、Ａｇ又
はＣｕはいずれもダイヤモンドと化学的に反応しないの
で、電極層とダイヤモンド層との界面は機械的な接合部
で接触を維持されている。従って、実際の使用条件であ
る昇降温の繰り返しを受けた場合、熱膨張の差によって
接合部が繰り返し歪を受け、層界面が容易に剥離してし
まうという不都合が生じる。
高ドープ層を挿入した電極の問題点について説明する。
高ドープ層を挿入した電極では、Ａｕ、Ａｇ又はＣｕ電
極層は圧着によってダイヤモンド層に固定される。その
後に１２００℃の温度でアニールしても、Ａｕ、Ａｇ又
はＣｕはいずれもダイヤモンドと化学的に反応しないの
で、電極層とダイヤモンド層との界面は機械的な接合部
で接触を維持されている。従って、実際の使用条件であ
る昇降温の繰り返しを受けた場合、熱膨張の差によって
接合部が繰り返し歪を受け、層界面が容易に剥離してし
まうという不都合が生じる。
【００２１】仮に、これを避けるため、電極部にＡｕ、
Ａｇ又はＣｕの代わりにダイヤモンドと接着性の良いＴ
ｉ等を用いた場合、接合のためにジュール熱を印加した
り、その後アニール処理する等、高温処理が必要である
ので、高温酸化によってＴｉが酸化され、接触不良の原
因になる。
Ａｇ又はＣｕの代わりにダイヤモンドと接着性の良いＴ
ｉ等を用いた場合、接合のためにジュール熱を印加した
り、その後アニール処理する等、高温処理が必要である
ので、高温酸化によってＴｉが酸化され、接触不良の原
因になる。
【００２２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、接触抵抗が小さく、高温でも安定なオーミ
ック電極を得ることができる半導体ダイヤモンド層に対
する耐熱性オーミック電極及びその形成方法を提供する
ことを目的とする。
のであって、接触抵抗が小さく、高温でも安定なオーミ
ック電極を得ることができる半導体ダイヤモンド層に対
する耐熱性オーミック電極及びその形成方法を提供する
ことを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体ダイ
ヤモンド層に対する耐熱性オーミック電極は、前記半導
体ダイヤモンド層の所定領域に、Ｂ，Ｓｉ，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
物を１×１０19ｃｍ-3以上の密度にドーピングして形成
された高ドープ層と、この高ドープ層上に設けられた
ＴｉxＣy，ＴｉxＮy，ＴｉxＷy及びＴｉxＳｉy（但し、
ｘ＋ｙ＝１）からなる群から選択された少なくとも１種
のＴｉ化合物からなる電極Ｔｉ化合物層とを有すること
を特徴とする。
ヤモンド層に対する耐熱性オーミック電極は、前記半導
体ダイヤモンド層の所定領域に、Ｂ，Ｓｉ，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
物を１×１０19ｃｍ-3以上の密度にドーピングして形成
された高ドープ層と、この高ドープ層上に設けられた
ＴｉxＣy，ＴｉxＮy，ＴｉxＷy及びＴｉxＳｉy（但し、
ｘ＋ｙ＝１）からなる群から選択された少なくとも１種
のＴｉ化合物からなる電極Ｔｉ化合物層とを有すること
を特徴とする。
【００２４】本発明に係る半導体ダイヤモンド層に対す
る耐熱性オーミック電極の形成方法は、半導体ダイヤモ
ンド層の表面の所定領域に、Ｂ，Ｓｉ，Ｐ，Ａｓ及びＳ
ｂからなる群から選択された少なくとも１種の不純物を
１×１０19ｃｍ-3以上の密度にドーピングして高ドープ
層を形成する工程と、この高濃度ドープ層上に ＴｉxＣ
y，ＴｉxＮy，ＴｉxＷy及びＴｉxＳｉy （但し、ｘ＋ｙ
＝１）からなる群から選択された少なくとも１種のＴｉ
化合物からなる電極Ｔｉ化合物層を形成する工程とを有
することを特徴とする。
る耐熱性オーミック電極の形成方法は、半導体ダイヤモ
ンド層の表面の所定領域に、Ｂ，Ｓｉ，Ｐ，Ａｓ及びＳ
ｂからなる群から選択された少なくとも１種の不純物を
１×１０19ｃｍ-3以上の密度にドーピングして高ドープ
層を形成する工程と、この高濃度ドープ層上に ＴｉxＣ
y，ＴｉxＮy，ＴｉxＷy及びＴｉxＳｉy （但し、ｘ＋ｙ
＝１）からなる群から選択された少なくとも１種のＴｉ
化合物からなる電極Ｔｉ化合物層を形成する工程とを有
することを特徴とする。
【００２５】
【作用】半導体ダイヤモンド層と電極Ｔｉ化合物層とを
直接接合せず、半導体ダイヤモンド層表面に高ドープ層
を設けて、この高ドープ層を介して電極Ｔｉ層を接合す
ると、抵抗が小さいオーミック電極が形成される。この
性質は、高ドープ層と電極Ｔｉ層の界面の性質に依存す
る。例えばＰ型の半導体ダイヤモンドはホール伝導なの
で、金属（電極Ｔｉ化合物層）とダイヤモンド層との界
面においても電流は界面に存在するホール順位を通して
流れる。図１は両者の界面を横切るキャリヤ準位を予測
するためのエネルギー帯図を示す。図１において、横軸
は電極断面の距離、縦軸は電子エネルギーで、横軸の実
線及び破線はフェルミ準位を示している。また、半導体
ダイヤモンド層内の曲線は価電子帯を表している。なお
Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，Ｎ4 は高ドープ層内でのドーピング密
度の相違を表しており、ドーピング密度はこの順で高く
なっている。いづれの曲線（Ｎ１〜Ｎ４）も界面に近づ
くにつれ低下している。この曲線が低下する部分は金属
と半導体が接触し、空乏層が形成されることにより生じ
るショットキー障壁を示している。ドーピング量が増え
るにつれてこの障壁幅は短くなり、ある特定のドーピン
グ量以上では、キャリヤはトンネル現象により障壁を通
過し、ホール易動度は増大する。即ち、電気的特性は電
極材料に依存せず、オーミック接触が実現される。
直接接合せず、半導体ダイヤモンド層表面に高ドープ層
を設けて、この高ドープ層を介して電極Ｔｉ層を接合す
ると、抵抗が小さいオーミック電極が形成される。この
性質は、高ドープ層と電極Ｔｉ層の界面の性質に依存す
る。例えばＰ型の半導体ダイヤモンドはホール伝導なの
で、金属（電極Ｔｉ化合物層）とダイヤモンド層との界
面においても電流は界面に存在するホール順位を通して
流れる。図１は両者の界面を横切るキャリヤ準位を予測
するためのエネルギー帯図を示す。図１において、横軸
は電極断面の距離、縦軸は電子エネルギーで、横軸の実
線及び破線はフェルミ準位を示している。また、半導体
ダイヤモンド層内の曲線は価電子帯を表している。なお
Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，Ｎ4 は高ドープ層内でのドーピング密
度の相違を表しており、ドーピング密度はこの順で高く
なっている。いづれの曲線（Ｎ１〜Ｎ４）も界面に近づ
くにつれ低下している。この曲線が低下する部分は金属
と半導体が接触し、空乏層が形成されることにより生じ
るショットキー障壁を示している。ドーピング量が増え
るにつれてこの障壁幅は短くなり、ある特定のドーピン
グ量以上では、キャリヤはトンネル現象により障壁を通
過し、ホール易動度は増大する。即ち、電気的特性は電
極材料に依存せず、オーミック接触が実現される。
【００２６】オーミック接触を実現するためには、前記
高ドープ層のドーピング密度が１×１０19ｃｍ-3である
ことが必要である。即ち、５×１０18ｃｍ-3，１×１０
19ｃｍ-3，２×１０19ｃｍ-3の各密度で不純物がドーピ
ングされた高ドープ層を持つ電極を作製し、ＴＬＭ（Tr
ansmission Line Model） 法によって接触抵抗率を評価
した後、大気中において５００℃の温度でアニールを１
時間行い、再びＴＬＭ法で接触抵抗を評価した。その結
果を図２に示す。図２で、横軸はドーピング密度で縦軸
は接触抵抗率である。また、白丸はアニール前で黒丸は
アニール後との結果である。１×１０19ｃｍ-3及び２×
１０19ｃｍ-3のドーピング密度では、アニール前とアニ
ール後との接触抵抗率がほぼ結果が等しいのに対し、５
×１０18ｃｍ-3ではアニール前とアニール後との差が大
きい。このことから、ドーピング密度を１×１０19ｃｍ
-3以上とするとアニール中にドーパントの界面への濃縮
が起こり、接触抵抗が小さくなると考えられる。このた
め、ドーピング密度は１×１０19ｃｍ-3以上であること
が必要である。
高ドープ層のドーピング密度が１×１０19ｃｍ-3である
ことが必要である。即ち、５×１０18ｃｍ-3，１×１０
19ｃｍ-3，２×１０19ｃｍ-3の各密度で不純物がドーピ
ングされた高ドープ層を持つ電極を作製し、ＴＬＭ（Tr
ansmission Line Model） 法によって接触抵抗率を評価
した後、大気中において５００℃の温度でアニールを１
時間行い、再びＴＬＭ法で接触抵抗を評価した。その結
果を図２に示す。図２で、横軸はドーピング密度で縦軸
は接触抵抗率である。また、白丸はアニール前で黒丸は
アニール後との結果である。１×１０19ｃｍ-3及び２×
１０19ｃｍ-3のドーピング密度では、アニール前とアニ
ール後との接触抵抗率がほぼ結果が等しいのに対し、５
×１０18ｃｍ-3ではアニール前とアニール後との差が大
きい。このことから、ドーピング密度を１×１０19ｃｍ
-3以上とするとアニール中にドーパントの界面への濃縮
が起こり、接触抵抗が小さくなると考えられる。このた
め、ドーピング密度は１×１０19ｃｍ-3以上であること
が必要である。
【００２７】一方、電極Ｔｉ化合物層は、ＴｉxＣy，Ｔ
ｉxＮy，ＴｉxＷy及びＴｉxＳｉy（但し、ｘ＋ｙ＝１）
の各組成式で表されるＴｉ化合物のうちの少なくとも１
種の化合物からなることが必要である。これらの化合物
は、いずれもＴｉに比して酸化され難く、高温でも安定
である。また、これらのＴｉ化合物は、Ｔｉを含んでい
るため半導体ダイヤモンド層との接合性は良好であり、
昇温及び降温を繰り返しても、層界面で剥離が発生する
虞がない。従って、前記電極Ｔｉ化合物は、ＴｉxＣy，
ＴｉxＮy，ＴｉxＷy及びＴｉxＳｉy（但し、ｘ＋ｙ＝
１）から成る群から選択された少なくとも１種のＴｉ化
合物からなることが必要である。
ｉxＮy，ＴｉxＷy及びＴｉxＳｉy（但し、ｘ＋ｙ＝１）
の各組成式で表されるＴｉ化合物のうちの少なくとも１
種の化合物からなることが必要である。これらの化合物
は、いずれもＴｉに比して酸化され難く、高温でも安定
である。また、これらのＴｉ化合物は、Ｔｉを含んでい
るため半導体ダイヤモンド層との接合性は良好であり、
昇温及び降温を繰り返しても、層界面で剥離が発生する
虞がない。従って、前記電極Ｔｉ化合物は、ＴｉxＣy，
ＴｉxＮy，ＴｉxＷy及びＴｉxＳｉy（但し、ｘ＋ｙ＝
１）から成る群から選択された少なくとも１種のＴｉ化
合物からなることが必要である。
【００２８】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。
【００２９】先ず、半導体ダイヤモンド層及び高ドープ
層からなる半導体ダイヤモンド薄膜をマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法を用いて気相合成によって作製した。この場
合に、反応ガスとして水素希釈したＣＨ4 ガスを使用
し、また高ドープ層を形成するためのドーピングガスと
してジボラン（Ｂ2Ｈ6）ガス（気相中のジボランガス濃
度は５ｐｐｍ）を用いた。そして、高ドープ層のＢのド
ーピング密度は１×１０19ｃｍ-3とした。このダイヤモ
ンド薄膜の合成条件を下記表３に示す。
層からなる半導体ダイヤモンド薄膜をマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法を用いて気相合成によって作製した。この場
合に、反応ガスとして水素希釈したＣＨ4 ガスを使用
し、また高ドープ層を形成するためのドーピングガスと
してジボラン（Ｂ2Ｈ6）ガス（気相中のジボランガス濃
度は５ｐｐｍ）を用いた。そして、高ドープ層のＢのド
ーピング密度は１×１０19ｃｍ-3とした。このダイヤモ
ンド薄膜の合成条件を下記表３に示す。
【００３０】
【表３】
【００３１】次いで、フォトリソグラフィの手法により
半導体ダイヤモンド薄膜上にフォトレジストでＴＬＭパ
ターンを作製し、マグネトロンスパッタにより高ドープ
層上にＴｉＣ層を成膜した。成膜は１０-6Ｔｏｒｒ程度
まで真空引きした後、Ａｒガスを流量が１０ｓｃｃｍ、
圧力が２ｍＴｏｒｒの条件で流し、流量が安定した後、
ＤＣプラズマを０．８Ａの電流で、５分間照射した。得
られたＴｉＣの膜厚は２０００Åであった。成膜後、フ
ォトレジスト及びフォトレジスト上のＴｉＣ層を除去す
るため、リフトオフ法により、前記高ドープ層上のみに
ＴｉＣ層を残在させて電極Ｔｉ化合物層を形成した。こ
れにより、実施例１のオーミック電極が完成した。ま
た、上述の実施例１のオーミック電極と略同様にして、
実施例２及び比較例のオーミック電極を形成した。但
し、実施例２のオーミック電極においては、高ドープ層
のドーピング密度を２×１０19ｃｍ-3とし、比較例のオ
ーミック電極においては高ドープ層のドーピング密度を
５×１０18ｃｍ-3とした。このようにして形成した実施
例１，２及び比較例オーミック電極の接触抵抗をＴＬＭ
法によって測定した。その結果、実施例１，２及び比較
例の接触抵抗率は夫々１．２×１０-4Ωｃｍ2，４．５
×１０-5Ωｃｍ2 及び２．３×１０-2Ωｃｍ2であっ
た。その後、これらの試料を大気中で５００℃の条件で
１時間アニールした。そして、アニール後の試料に対し
再びＴＬＭ測定を行った。その結果、実施例１，２及び
比較例の接触抵抗は夫々１．５×１０-4Ωｃｍ2 ，３．
７×１０-5Ωｃｍ2 及び２．５×１０-3Ωｃｍ2 であ
った。図２は横軸に高ドープ層のドーピング密度をと
り、縦軸に接触抵抗をとって、実施例１，２及び比較例
のオーミック電極のアニール前後における接触抵抗率の
変化を示すグラフ図である。但し、白丸はアニール前、
黒丸はアニール後を示す。この図２から明らかなよう
に、実施例１，２においてはいずれも接触抵抗率が十分
に低いと共に、高温（５００℃）でのアニール後も接触
抵抗率が殆ど変化せず、高温における安定性が極めて良
好である。また、実施例１についてアニール前後の電極
ＴｉＣ層の組成をＸ線光電子分光法によって測定したと
ころ、組成の変動はなく、材料面からもこのことが裏付
けられた。一方、比較例については、実施例１に比して
接触抵抗率が高く、また、アニールにより接触抵抗率が
大きく変化した。
半導体ダイヤモンド薄膜上にフォトレジストでＴＬＭパ
ターンを作製し、マグネトロンスパッタにより高ドープ
層上にＴｉＣ層を成膜した。成膜は１０-6Ｔｏｒｒ程度
まで真空引きした後、Ａｒガスを流量が１０ｓｃｃｍ、
圧力が２ｍＴｏｒｒの条件で流し、流量が安定した後、
ＤＣプラズマを０．８Ａの電流で、５分間照射した。得
られたＴｉＣの膜厚は２０００Åであった。成膜後、フ
ォトレジスト及びフォトレジスト上のＴｉＣ層を除去す
るため、リフトオフ法により、前記高ドープ層上のみに
ＴｉＣ層を残在させて電極Ｔｉ化合物層を形成した。こ
れにより、実施例１のオーミック電極が完成した。ま
た、上述の実施例１のオーミック電極と略同様にして、
実施例２及び比較例のオーミック電極を形成した。但
し、実施例２のオーミック電極においては、高ドープ層
のドーピング密度を２×１０19ｃｍ-3とし、比較例のオ
ーミック電極においては高ドープ層のドーピング密度を
５×１０18ｃｍ-3とした。このようにして形成した実施
例１，２及び比較例オーミック電極の接触抵抗をＴＬＭ
法によって測定した。その結果、実施例１，２及び比較
例の接触抵抗率は夫々１．２×１０-4Ωｃｍ2，４．５
×１０-5Ωｃｍ2 及び２．３×１０-2Ωｃｍ2であっ
た。その後、これらの試料を大気中で５００℃の条件で
１時間アニールした。そして、アニール後の試料に対し
再びＴＬＭ測定を行った。その結果、実施例１，２及び
比較例の接触抵抗は夫々１．５×１０-4Ωｃｍ2 ，３．
７×１０-5Ωｃｍ2 及び２．５×１０-3Ωｃｍ2 であ
った。図２は横軸に高ドープ層のドーピング密度をと
り、縦軸に接触抵抗をとって、実施例１，２及び比較例
のオーミック電極のアニール前後における接触抵抗率の
変化を示すグラフ図である。但し、白丸はアニール前、
黒丸はアニール後を示す。この図２から明らかなよう
に、実施例１，２においてはいずれも接触抵抗率が十分
に低いと共に、高温（５００℃）でのアニール後も接触
抵抗率が殆ど変化せず、高温における安定性が極めて良
好である。また、実施例１についてアニール前後の電極
ＴｉＣ層の組成をＸ線光電子分光法によって測定したと
ころ、組成の変動はなく、材料面からもこのことが裏付
けられた。一方、比較例については、実施例１に比して
接触抵抗率が高く、また、アニールにより接触抵抗率が
大きく変化した。
【００３２】なお、上述の実施例においては、高ドープ
層を気相中にジボランガスを添加することにより形成し
たが、この高ドープ層は半導体ダイヤモンド層の表面に
不純物をイオン注入する等の方法により形成してもよ
い。また、上述の実施例はＰ型半導体ダイヤモンドの場
合について説明したが、本発明をｎ型半導体ダイヤモン
ドに適用できることは勿論である。
層を気相中にジボランガスを添加することにより形成し
たが、この高ドープ層は半導体ダイヤモンド層の表面に
不純物をイオン注入する等の方法により形成してもよ
い。また、上述の実施例はＰ型半導体ダイヤモンドの場
合について説明したが、本発明をｎ型半導体ダイヤモン
ドに適用できることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体ダイヤモンド層と所定のＴｉ化合物層からなる電
極Ｔｉ化合物層との間に不純物密度が特定の値以上の高
ドープ層が設けられているから、高温においても使用可
能な耐熱性オーミック電極を得ることができる。また、
本発明方法においては、半導体ダイヤモンド層の表面に
不純物を密度以上に導入して高ドープ層を形成し、この
高ドープ層上に所定のＴｉ化合物層を形成するから、上
述の構造の耐熱成オーミック電極を容易に形成すること
ができる。
半導体ダイヤモンド層と所定のＴｉ化合物層からなる電
極Ｔｉ化合物層との間に不純物密度が特定の値以上の高
ドープ層が設けられているから、高温においても使用可
能な耐熱性オーミック電極を得ることができる。また、
本発明方法においては、半導体ダイヤモンド層の表面に
不純物を密度以上に導入して高ドープ層を形成し、この
高ドープ層上に所定のＴｉ化合物層を形成するから、上
述の構造の耐熱成オーミック電極を容易に形成すること
ができる。
【図１】電極界面を横切るキャリヤ準位を予測するため
の模式図である。
の模式図である。
【図２】本発明の実施例及び比較例のオーミック電極の
接触抵抗率及びアニール後の接触抵抗率を示すグラフ図
である。
接触抵抗率及びアニール後の接触抵抗率を示すグラフ図
である。
【図３】（ａ）乃至（ｄ）はいずれも従来のオーミック
電極を示す断面図である。
電極を示す断面図である。
【図４】従来のオーミック電極（Ｔｉ／Ａｕ電極）の深
さ方向の元素分布を示し、（ａ）はアニール前、（ｂ）
はアニール後である。
さ方向の元素分布を示し、（ａ）はアニール前、（ｂ）
はアニール後である。
【図５】従来のオーミック電極（拡散防止層としてＭｏ
層を挿入したＴｉ／Ｍｏ／Ａｕ３層電極）の深さ方向の
元素分布を示し、（ａ）はアニール前、（ｂ）はアニー
ル後である。
層を挿入したＴｉ／Ｍｏ／Ａｕ３層電極）の深さ方向の
元素分布を示し、（ａ）はアニール前、（ｂ）はアニー
ル後である。
１；電極Ｔｉ層 ２；炭化物層 ３；半導体ダイヤモンド層 ４；拡散防止Ａｕ層 ５；拡散防止Ｍｏ層 ６；高ドープ層 ７；電極層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−275554（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−236855（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−102068（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−891（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−242922（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−58481（ＪＰ，Ａ) まてりあ，Ｖｏｌ．33，Ｎｏ．６ （1994−６），ｐ．750−754 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/28 301 H01L 29/43
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体ダイヤモンド層に対して形成され
る耐熱性オーミック電極において、前記半導体ダイヤモ
ンド層の所定領域に、Ｂ，Ｓｉ，Ｐ，Ａｓ及びＳｂから
なる群から選択された少なくとも１種の不純物を１×１
０19ｃｍ-3以上の密度にドーピングして形成された高ド
ープ層と、この高ドープ層上に設けられたＴｉxＣy，Ｔ
ｉxＮy，ＴｉxＷy及びＴｉxＳｉy（但し、ｘ＋ｙ＝１）
からなる群から選択された少なくとも１種のＴｉ化合物
からなる電極Ｔｉ化合物層とを有することを特徴とする
半導体ダイヤモンド層に対する耐熱性オーミック電極。 - 【請求項２】 半導体ダイヤモンド層の表面の所定領域
に、Ｂ，Ｓｉ，Ｐ，Ａｓ及びＳｂからなる群から選択さ
れた少なくとも１種の不純物を１×１０19ｃｍ-3以上の
密度にドーピングして高ドープ層を形成する工程と、こ
の高濃度ドープ層上にＴｉxＣy，ＴｉxＮy，ＴｉxＷy及
びＴｉxＳｉy（但し、ｘ＋ｙ＝１）からなる群から選択
された少なくとも１種のＴｉ化合物からなる電極Ｔｉ化
合物層を形成する工程とを有することを特徴とする半導
体ダイヤモンド層に対する耐熱性オーミック電極の形成
方法。 - 【請求項３】 前記高ドープ層は、ドーピングガスを添
加したダイヤモンドの気相合成によって形成することを
特徴とする請求項２に記載の半導体ダイヤモンド層に対
する耐熱性オーミック電極の形成方法。 - 【請求項４】 前記高ドープ層は、ドーパントを前記ダ
イヤモンド層中にイオン注入することにより形成するこ
とを特徴とする請求項２に記載の半導体ダイヤモンド層
に対する耐熱性オーミック電極の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05060654A JP3086561B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 半導体ダイヤモンド層に対する耐熱性オーミック電極及びその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05060654A JP3086561B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 半導体ダイヤモンド層に対する耐熱性オーミック電極及びその形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275552A JPH06275552A (ja) | 1994-09-30 |
| JP3086561B2 true JP3086561B2 (ja) | 2000-09-11 |
Family
ID=13148547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05060654A Expired - Lifetime JP3086561B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 半導体ダイヤモンド層に対する耐熱性オーミック電極及びその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3086561B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4427195B2 (ja) | 2001-01-26 | 2010-03-03 | Ｎｔｎ株式会社 | 自動車用グリース封入軸受 |
| JP2006237179A (ja) * | 2005-02-24 | 2006-09-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ダイヤモンドのオーム性接合部の形成方法 |
| US7884372B2 (en) | 2005-08-01 | 2011-02-08 | National Institute For Materials Science | Diamond UV-Ray sensor |
-
1993
- 1993-03-19 JP JP05060654A patent/JP3086561B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| まてりあ，Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．６（１９９４−６），ｐ．７５０−７５４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06275552A (ja) | 1994-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5409859A (en) | Method of forming platinum ohmic contact to p-type silicon carbide | |
| JP5286677B2 (ja) | Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上のオーミック電極の形成方法 | |
| US5124779A (en) | Silicon carbide semiconductor device with ohmic electrode consisting of alloy | |
| US5980265A (en) | Low resistance, stable ohmic contacts to silicon carbide, and method of making the same | |
| EP0458353B1 (en) | Ohmic contact electrodes for n-type semiconductor cubic boron nitride | |
| US5306529A (en) | Process for forming an ohmic electrode on a diamond film involving heating in a vacuum atmosphere | |
| WO2008018342A1 (fr) | Dispositif semi-conducteur au carbure de silicium et son procédé de fabrication | |
| US5384470A (en) | High temperature rectifying contact including polycrystalline diamond and method for making same | |
| US5309000A (en) | Diamond films with heat-resisting ohmic electrodes | |
| EP0024625B1 (en) | Method of producing an electrical contact on a si substrate | |
| JP3086556B2 (ja) | 半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極及びその形成方法 | |
| JP3085078B2 (ja) | 炭化けい素電子デバイスの製造方法 | |
| US6770508B2 (en) | Electrode for silicon carbide semiconductor, silicon carbide semiconductor element comprising the electrode, and production method therefor | |
| JP3333896B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
| US5298765A (en) | Diamond Schottky gate type field-effect transistor | |
| JP3086561B2 (ja) | 半導体ダイヤモンド層に対する耐熱性オーミック電極及びその形成方法 | |
| US20110287626A1 (en) | Ohmic electrode and method of forming the same | |
| JP3086562B2 (ja) | 半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極及びその形成方法 | |
| EP0697738A1 (en) | Semiconductor diamond device having improved metal-diamond contact | |
| WO2016113004A1 (en) | Semiconductor device including an ohmic or rectifying contact to silicon carbide and method for forming such contact | |
| JP2000106350A (ja) | オーミック電極の製造方法及び半導体素子の製造方法 | |
| JPS6015970A (ja) | 半導体装置 | |
| JP5158777B2 (ja) | ダイヤモンド半導体整流素子 | |
| JP3823826B2 (ja) | 半導体素子の製造方法 | |
| US9502250B2 (en) | Manufacturing method of silicon carbide semiconductor apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070707 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080707 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090707 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100707 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100707 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110707 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110707 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120707 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130707 Year of fee payment: 13 |