JP3272098B2 - 半導体装置用の整流コンタクト及びその形成方法 - Google Patents
半導体装置用の整流コンタクト及びその形成方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に高温下で使用する
のに好適の半導体装置用の整流コンタクト及びその形成
方法に関し、特にダイヤモンド上にアモルファスシリコ
ンを合成して形成したダイヤモンド上のアモルファスシ
リコン整流コンタクトに関する。
のに好適の半導体装置用の整流コンタクト及びその形成
方法に関し、特にダイヤモンド上にアモルファスシリコ
ンを合成して形成したダイヤモンド上のアモルファスシ
リコン整流コンタクトに関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは、従来使用されているシ
リコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）又はガリウム砒
素（ＧａＡｓ）より優れた半導体特性を有し、半導体装
置用の材料として好ましいものである。即ち、ダイヤモ
ンドは前述の従来の半導体用材料に比較して、エネルギ
ーバンドギャップが高く、絶縁破壊電圧及び飽和速度が
大きい。このようなダイヤモンドの特性によって、ダイ
ヤモンドを使用すると、従来のＳｉ，Ｇｅ又はＧａＡｓ
を用いた半導体装置に比べて、遮断周波数及び最大動作
電圧が著しく増加する。
リコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）又はガリウム砒
素（ＧａＡｓ）より優れた半導体特性を有し、半導体装
置用の材料として好ましいものである。即ち、ダイヤモ
ンドは前述の従来の半導体用材料に比較して、エネルギ
ーバンドギャップが高く、絶縁破壊電圧及び飽和速度が
大きい。このようなダイヤモンドの特性によって、ダイ
ヤモンドを使用すると、従来のＳｉ，Ｇｅ又はＧａＡｓ
を用いた半導体装置に比べて、遮断周波数及び最大動作
電圧が著しく増加する。
【０００３】半導体材料としてのシリコンは、一般的に
２００℃以上の温度では使用されない。また、ＧａＡｓ
も３００℃以上では一般に使用されない。このような温
度制限の理由の一部は、Ｓｉ（室温で１．１２ｅＶ）及
びＧａＡｓ（室温で１．４２ｅＶ）のエネルギーバンド
ギャップが比較的小さいことによるものである。これに
対し、ダイヤモンドは室温で５．４７ｅＶという大きな
バンドギャップを有し、１４００℃までの温度に対して
熱的に安定である。
２００℃以上の温度では使用されない。また、ＧａＡｓ
も３００℃以上では一般に使用されない。このような温
度制限の理由の一部は、Ｓｉ（室温で１．１２ｅＶ）及
びＧａＡｓ（室温で１．４２ｅＶ）のエネルギーバンド
ギャップが比較的小さいことによるものである。これに
対し、ダイヤモンドは室温で５．４７ｅＶという大きな
バンドギャップを有し、１４００℃までの温度に対して
熱的に安定である。
【０００４】ダイヤモンドは全ての固体の中で室温にお
ける熱伝導度が最も高く、広い温度領域で良好な熱伝導
度を示す。このようにダイヤモンドは高い熱伝導度を有
するので、集積回路からの放出熱を除去するために、特
に高集積回路の放熱基板として有効に利用される。更
に、、ダイヤモンドは比較的小さい中性子断面を有して
おり、放射性環境下での劣化が小さい。即ち、ダイヤモ
ンドは所謂耐放射性材料として有効である。
ける熱伝導度が最も高く、広い温度領域で良好な熱伝導
度を示す。このようにダイヤモンドは高い熱伝導度を有
するので、集積回路からの放出熱を除去するために、特
に高集積回路の放熱基板として有効に利用される。更
に、、ダイヤモンドは比較的小さい中性子断面を有して
おり、放射性環境下での劣化が小さい。即ち、ダイヤモ
ンドは所謂耐放射性材料として有効である。
【０００５】ダイヤモンドは半導体装置用材料として優
れた性質を有し、その合成及び高温耐放射性を高めた電
子装置としての利用に関心が集まっている。従って、ダ
イヤモンド基板上への整流コンタクト、即ちショットキ
ーコンタクトの形式は、ダイヤモンドを用いた装置の発
展に重要な役割を果たすものと考えられる。
れた性質を有し、その合成及び高温耐放射性を高めた電
子装置としての利用に関心が集まっている。従って、ダ
イヤモンド基板上への整流コンタクト、即ちショットキ
ーコンタクトの形式は、ダイヤモンドを用いた装置の発
展に重要な役割を果たすものと考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンド層上に設
けた金（Ａｕ）又はタングステン（Ｗ）コンタクトは、
４００℃までの温度で整流作用を有することが知られて
いる。しかしながら、これらの層のダイヤモンドに対す
る密着性は、特に高温で劣る場合が多い。その他の整流
コンタクトもよく知られている。例えば、米国特許第
４，９８２、２４３号（中幡ら）では単結晶ダイヤモン
ド基板、基板上にエピタキシャル成長させた単結晶ダイ
ヤモンド層、及びダイヤモンド層上に形成されたショッ
トキー電極層等のショットキーコンタクトが開示されて
いる。ショットキー電極は、０．０５μｍ〜５μｍの厚
さが望ましく、タングステン、モリブデン、ニオブ、タ
ンタル、アルミニウム、多結晶シリコン、ニッケル、
金、白金、タングステンカーバイド、タングステンシリ
サイド、モリブデンシリサイドを使用するのが望まし
い。更に、ショットキー電極層は、エピタキシャルダイ
ヤモンド層上に、真空蒸着、化学気相蒸着（ＣＶＤ）又
はプラズマＣＶＤによって形成することができる。この
ダイヤモンド層は、単結晶のダイヤモンド基板上にエピ
タキシャル成長されており、この表面は（１００）結晶
面に対して１０°以下の傾斜を有している。基板表面
は、ダイヤモンド基板の所望の均一性を得るため、研磨
されている。
けた金（Ａｕ）又はタングステン（Ｗ）コンタクトは、
４００℃までの温度で整流作用を有することが知られて
いる。しかしながら、これらの層のダイヤモンドに対す
る密着性は、特に高温で劣る場合が多い。その他の整流
コンタクトもよく知られている。例えば、米国特許第
４，９８２、２４３号（中幡ら）では単結晶ダイヤモン
ド基板、基板上にエピタキシャル成長させた単結晶ダイ
ヤモンド層、及びダイヤモンド層上に形成されたショッ
トキー電極層等のショットキーコンタクトが開示されて
いる。ショットキー電極は、０．０５μｍ〜５μｍの厚
さが望ましく、タングステン、モリブデン、ニオブ、タ
ンタル、アルミニウム、多結晶シリコン、ニッケル、
金、白金、タングステンカーバイド、タングステンシリ
サイド、モリブデンシリサイドを使用するのが望まし
い。更に、ショットキー電極層は、エピタキシャルダイ
ヤモンド層上に、真空蒸着、化学気相蒸着（ＣＶＤ）又
はプラズマＣＶＤによって形成することができる。この
ダイヤモンド層は、単結晶のダイヤモンド基板上にエピ
タキシャル成長されており、この表面は（１００）結晶
面に対して１０°以下の傾斜を有している。基板表面
は、ダイヤモンド基板の所望の均一性を得るため、研磨
されている。
【０００７】従来の技術では、コンタクトの整流動作を
行える温度領域が比較的低温に限られている上、高温で
はダイヤモンドに対する金属コンタクトの密着性が劣
る。また、より低い逆方向漏洩電流及び高い破壊電圧を
有するというように、特性が優れた装置の開発が要望さ
れている。
行える温度領域が比較的低温に限られている上、高温で
はダイヤモンドに対する金属コンタクトの密着性が劣
る。また、より低い逆方向漏洩電流及び高い破壊電圧を
有するというように、特性が優れた装置の開発が要望さ
れている。
【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、高温下で安定した整流コンタクトを示す半
導体装置用の整流コンタクト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、高温下で安定した整流コンタクトを示す半
導体装置用の整流コンタクト及びその形成方法を提供す
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
用の整流コンタクトは、半導体ダイヤモンド層と、この
半導体ダイヤモンド層上に形成されて前記半導体ダイヤ
モンド層と整流コンタクトを形成するドープされたアモ
ルファスシリコン層とを有することを特徴とする。
用の整流コンタクトは、半導体ダイヤモンド層と、この
半導体ダイヤモンド層上に形成されて前記半導体ダイヤ
モンド層と整流コンタクトを形成するドープされたアモ
ルファスシリコン層とを有することを特徴とする。
【００１０】即ち、本発明の特徴は、半導体ダイヤモン
ド層上にドープしたアモルファスシリコン層を形成して
整流コンタクトを設けることにあり、これにより本発明
の目的が達成される。半導体ダイヤモンド層は、天然の
ＩＩｂ単結晶ダイヤモンドによっても得られるし、従来
の化学気相蒸着（ＣＶＤ）によって支持基板上に多結晶
ダイヤモンド層を形成し、ドーピングすることによって
も得られる。本発明の好適実施例においては、半導体ダ
イヤモンド層は、従来のＣＶＤ法によってシリコン等の
基板上にボロンドープ多結晶層を形成することによって
得られる。多結晶ダイヤモンド整流コンタクトは、適当
な単結晶ダイヤモンドを用いた整流コンタクトより安価
である。
ド層上にドープしたアモルファスシリコン層を形成して
整流コンタクトを設けることにあり、これにより本発明
の目的が達成される。半導体ダイヤモンド層は、天然の
ＩＩｂ単結晶ダイヤモンドによっても得られるし、従来
の化学気相蒸着（ＣＶＤ）によって支持基板上に多結晶
ダイヤモンド層を形成し、ドーピングすることによって
も得られる。本発明の好適実施例においては、半導体ダ
イヤモンド層は、従来のＣＶＤ法によってシリコン等の
基板上にボロンドープ多結晶層を形成することによって
得られる。多結晶ダイヤモンド整流コンタクトは、適当
な単結晶ダイヤモンドを用いた整流コンタクトより安価
である。
【００１１】半導体多結晶ダイヤモンド用ドーパントと
しては、ボロンが好ましい。多結晶ダイヤモンド層又は
天然ダイヤモンドは、１０18原子／ｃｍ3以下の濃度が
望ましく、１０16〜１０17原子／ｃｍ3の範囲が更に望
ましい。ダイヤモンド層を高ドープすると、アモルファ
スシリコン層は本発明の整流コンタクトとしてではな
く、高ドープダイヤモンド層とのオーミックコンタクト
として機能する。ダイヤモンド上のアモルファスシリコ
ン又はその他のタイプのシリコンを用いたオーミックコ
ンタクトは石井らによって開示されている（米国特許第
５，０７５，７５７号：発明の名称「半導体ダイヤモン
ドのオーミックコンタクト電極」）。
しては、ボロンが好ましい。多結晶ダイヤモンド層又は
天然ダイヤモンドは、１０18原子／ｃｍ3以下の濃度が
望ましく、１０16〜１０17原子／ｃｍ3の範囲が更に望
ましい。ダイヤモンド層を高ドープすると、アモルファ
スシリコン層は本発明の整流コンタクトとしてではな
く、高ドープダイヤモンド層とのオーミックコンタクト
として機能する。ダイヤモンド上のアモルファスシリコ
ン又はその他のタイプのシリコンを用いたオーミックコ
ンタクトは石井らによって開示されている（米国特許第
５，０７５，７５７号：発明の名称「半導体ダイヤモン
ドのオーミックコンタクト電極」）。
【００１２】本発明のドーピングしたアモルファスシリ
コン層は、ｐ型又はｎ型のドーパントによって約１０19
原子／ｃｍ3以上の濃度で高ドープすることが望まし
い。アモルファスシリコン層用のｐ型ドーパントは、例
えばボロン及びアルミニウム等のＩＩＩｂ族の元素から
選択されたものが好ましい。また、ｎ型のドーパント
は、例えば砒素、リン及びアンチモン等のＶａ族から選
択されたものであることが望ましい。
コン層は、ｐ型又はｎ型のドーパントによって約１０19
原子／ｃｍ3以上の濃度で高ドープすることが望まし
い。アモルファスシリコン層用のｐ型ドーパントは、例
えばボロン及びアルミニウム等のＩＩＩｂ族の元素から
選択されたものが好ましい。また、ｎ型のドーパント
は、例えば砒素、リン及びアンチモン等のＶａ族から選
択されたものであることが望ましい。
【００１３】半導体材料としてのシリコンの動作は、一
般に、比較的エネルギーバンドギャップが低いため、約
２００℃以下に限られているが、本発明に係る整流コン
タクトにおいては、アモルファスシリコン層は半導体と
してよりもむしろ導体として機能するものである。従っ
て、ダイヤモンド上のアモルファスシリコン層は、約４
００℃までの比較的高い温度領域で動作することができ
る。
般に、比較的エネルギーバンドギャップが低いため、約
２００℃以下に限られているが、本発明に係る整流コン
タクトにおいては、アモルファスシリコン層は半導体と
してよりもむしろ導体として機能するものである。従っ
て、ダイヤモンド上のアモルファスシリコン層は、約４
００℃までの比較的高い温度領域で動作することができ
る。
【００１４】本発明のその他の利点は、アモルファスシ
リコン層内に存在する別のドーパント原子がその後の熱
処理段階で活性化され、整流コンタクトの順抵抗が減少
することである。熱処理は、約４００℃〜５５０℃の温
度で、約０．５時間〜１時間行う。
リコン層内に存在する別のドーパント原子がその後の熱
処理段階で活性化され、整流コンタクトの順抵抗が減少
することである。熱処理は、約４００℃〜５５０℃の温
度で、約０．５時間〜１時間行う。
【００１５】本発明に係る整流コンタクトは、ダイオー
ド又は電界効果トランジスタのゲートコンタクト等の多
くの半導体装置及び少なくとも約４００℃までの高温で
も安定した整流コンタクトが要求されるその他の装置に
も適用することができる。本発明に係る整流コンタクト
は、従来のある種の金属コンタクトとは異なって、アモ
ルファスシリコン層と半導体ダイヤモンド層との間の機
械的密着性が優れている。また、アモルファスシリコン
層を含む整流コンタクトは、逆方向漏洩電流が小さく、
破壊電圧が高い。
ド又は電界効果トランジスタのゲートコンタクト等の多
くの半導体装置及び少なくとも約４００℃までの高温で
も安定した整流コンタクトが要求されるその他の装置に
も適用することができる。本発明に係る整流コンタクト
は、従来のある種の金属コンタクトとは異なって、アモ
ルファスシリコン層と半導体ダイヤモンド層との間の機
械的密着性が優れている。また、アモルファスシリコン
層を含む整流コンタクトは、逆方向漏洩電流が小さく、
破壊電圧が高い。
【００１６】
【実施例】次に、本発明の実施例について、添付の図面
を参照して、更に詳細に説明する。なお、本発明の実施
態様としては多くの変形が考えられ、本発明はここで開
示した実施例に限定されるものではない。本願出願人
は、本発明の開示内容が十分かつ完全となり、当該技術
分野の専門家に発明の範囲を充分伝達できる程度の実施
例を提示する。同一の構成要素は同一の符号で示す。な
お、図中、層及び領域の厚さは、明確化のために誇張し
て示す。
を参照して、更に詳細に説明する。なお、本発明の実施
態様としては多くの変形が考えられ、本発明はここで開
示した実施例に限定されるものではない。本願出願人
は、本発明の開示内容が十分かつ完全となり、当該技術
分野の専門家に発明の範囲を充分伝達できる程度の実施
例を提示する。同一の構成要素は同一の符号で示す。な
お、図中、層及び領域の厚さは、明確化のために誇張し
て示す。
【００１７】図１の断面図に示すように、本発明に係る
整流コンタクトは参照符号５で示す。整流コンタクト５
は、半導体ダイヤモンド層６及びこの半導体ダイヤモン
ド層６上に形成した高ドープアモルファスシリコン層７
を有する。ドーピングしたアモルファスシリコン層７
は、半導体ダイヤモンド層６と整流コンタクトを構成す
る。本発明に係る整流コンタクト５は、ダイオード又は
電界効果トランジスター用のゲートコンタクトのような
多くの半導体装置、特に高温度領域での安定動作を必要
とするような装置に適用することができる。
整流コンタクトは参照符号５で示す。整流コンタクト５
は、半導体ダイヤモンド層６及びこの半導体ダイヤモン
ド層６上に形成した高ドープアモルファスシリコン層７
を有する。ドーピングしたアモルファスシリコン層７
は、半導体ダイヤモンド層６と整流コンタクトを構成す
る。本発明に係る整流コンタクト５は、ダイオード又は
電界効果トランジスター用のゲートコンタクトのような
多くの半導体装置、特に高温度領域での安定動作を必要
とするような装置に適用することができる。
【００１８】半導体ダイヤモンド層６は、天然のＩＩｂ
単結晶ダイヤモンドを使用してもよいが、従来のＣＶＤ
法によって形成したボロンドープ単結晶ダイヤモンド又
は多結晶ダイヤモンド層でもよい。図２に示すように、
本発明に係る整流コンタクト５´では、シリコン基板等
の基板８´の上にボロンドープ多結晶ダイヤモンド層６
´が従来のＣＶＤ技術によって形成されている。また、
この整流コンタクト５´においては、多結晶ダイヤモン
ド層６´の上にドープしたアモルファスシリコン層７´
が形成されている。この多結晶ダイヤモンド層６´は、
単結晶ダイヤモンドより安価である。
単結晶ダイヤモンドを使用してもよいが、従来のＣＶＤ
法によって形成したボロンドープ単結晶ダイヤモンド又
は多結晶ダイヤモンド層でもよい。図２に示すように、
本発明に係る整流コンタクト５´では、シリコン基板等
の基板８´の上にボロンドープ多結晶ダイヤモンド層６
´が従来のＣＶＤ技術によって形成されている。また、
この整流コンタクト５´においては、多結晶ダイヤモン
ド層６´の上にドープしたアモルファスシリコン層７´
が形成されている。この多結晶ダイヤモンド層６´は、
単結晶ダイヤモンドより安価である。
【００１９】図１、２の本発明の２つの実施例では、ド
ープしたアモルファスシリコン層７，７´は１つ又はそ
れ以上の高ドープシリコンターゲット（図示せず）をス
パッタリングすることにより形成するのが望ましい。ア
モルファスシリコン層７，７´用のｐ型ドーパントは、
ボロン（Ｂ）又はアルミニウム（Ａｌ）等のＩＩＩｂ族
元素から選択することが望ましい。ｎ型ドーパントは砒
素（Ａｓ）、リン（Ｐ）及びアンチモン（Ｓｂ）等Ｖａ
族の元素から選択することが望ましい。
ープしたアモルファスシリコン層７，７´は１つ又はそ
れ以上の高ドープシリコンターゲット（図示せず）をス
パッタリングすることにより形成するのが望ましい。ア
モルファスシリコン層７，７´用のｐ型ドーパントは、
ボロン（Ｂ）又はアルミニウム（Ａｌ）等のＩＩＩｂ族
元素から選択することが望ましい。ｎ型ドーパントは砒
素（Ａｓ）、リン（Ｐ）及びアンチモン（Ｓｂ）等Ｖａ
族の元素から選択することが望ましい。
【００２０】また、本発明によればｐ型又はｎ型のドー
パントの濃度は、コンタクト５及び５´のいずれも良好
な整流動作を得るためには、１０19原子／ｃｍ3以上で
あることが望ましい。このようなドープ濃度は、市販の
ドープしたシリコンターゲットを用い、スパッタリング
によって容易に達成できる。
パントの濃度は、コンタクト５及び５´のいずれも良好
な整流動作を得るためには、１０19原子／ｃｍ3以上で
あることが望ましい。このようなドープ濃度は、市販の
ドープしたシリコンターゲットを用い、スパッタリング
によって容易に達成できる。
【００２１】本発明の好適実施例に係る整流コンタクト
５及び５´において、天然ダイヤモンド層６又はドープ
多結晶ダイヤモンド層の６´のいずれもドーパント原子
濃度は約１０19原子／ｃｍ3以下が望ましく、特に約１
０16〜１０17原子／ｃｍ3の範囲にあることが望まし
い。高ドープダイヤモンド層は、本発明に係る整流コン
タクトとしてではなく、むしろオーミックコンタクトと
して機能する。米国特許第５，０７５、７５７号（石井
氏ら）にて開示された「半導体ダイヤモンドのオーミッ
クコンタクト電極」においては、多結晶シリコン及び微
結晶ダイヤモンド相を含んだアモルファスシリコンを用
いて形成されたオーミックコンタクトが開示されてい
る。
５及び５´において、天然ダイヤモンド層６又はドープ
多結晶ダイヤモンド層の６´のいずれもドーパント原子
濃度は約１０19原子／ｃｍ3以下が望ましく、特に約１
０16〜１０17原子／ｃｍ3の範囲にあることが望まし
い。高ドープダイヤモンド層は、本発明に係る整流コン
タクトとしてではなく、むしろオーミックコンタクトと
して機能する。米国特許第５，０７５、７５７号（石井
氏ら）にて開示された「半導体ダイヤモンドのオーミッ
クコンタクト電極」においては、多結晶シリコン及び微
結晶ダイヤモンド相を含んだアモルファスシリコンを用
いて形成されたオーミックコンタクトが開示されてい
る。
【００２２】本発明は別の観点から、コンタクトの順方
向抵抗を低減するため、整流コンタクト５及び５´を所
定温度で所定時間加熱することが有利である。特に、ア
モルファスシリコン層７及び７´内の他のドーパント原
子をさらに活性化し、それによってコンタクトの抵抗を
低減するため、コンタクト５及び５´を４００℃〜５５
０℃の温度領域で約１時間加熱するのがよい。
向抵抗を低減するため、整流コンタクト５及び５´を所
定温度で所定時間加熱することが有利である。特に、ア
モルファスシリコン層７及び７´内の他のドーパント原
子をさらに活性化し、それによってコンタクトの抵抗を
低減するため、コンタクト５及び５´を４００℃〜５５
０℃の温度領域で約１時間加熱するのがよい。
【００２３】本願出願人は、本発明以外の知見を含め
て、整流コンタクト５及び５´のダイヤモンド層６及び
６´における電流の流れは、空間電荷制限電流によると
考える。絶縁体及び広いバンドギャップを持った半導体
における空間電荷制限電流については、例えば、ランパ
ート及びマーク「固体における電流注入（アカデミック
・プレス、ニューヨーク、１９７０年、第１８〜２４
頁）」等の技術文献に詳細に説明されている。
て、整流コンタクト５及び５´のダイヤモンド層６及び
６´における電流の流れは、空間電荷制限電流によると
考える。絶縁体及び広いバンドギャップを持った半導体
における空間電荷制限電流については、例えば、ランパ
ート及びマーク「固体における電流注入（アカデミック
・プレス、ニューヨーク、１９７０年、第１８〜２４
頁）」等の技術文献に詳細に説明されている。
【００２４】一般的に、絶縁体及び広いバンドギャップ
を有するダイヤモンドのような半導体においては、電流
の急上昇は深部の半導体トラップが全て充たされた場合
に起きる。電流の急上昇が起きる電圧、即ちトラップが
充たされる限界（ＶTFL）は下記数式１により与えられ
る。
を有するダイヤモンドのような半導体においては、電流
の急上昇は深部の半導体トラップが全て充たされた場合
に起きる。電流の急上昇が起きる電圧、即ちトラップが
充たされる限界（ＶTFL）は下記数式１により与えられ
る。
【００２５】
【数１】ＶTFL＝（ｑｎcoＬ2）／（εrεo） 但し、ｎto：整流コンタクトの活性領域におけるトラッ
プの電子占有度、Ｌ：活性領域の厚さ、ｑ：電子電気
量、εr：誘電率、εo ：自由空間の誘電率。
プの電子占有度、Ｌ：活性領域の厚さ、ｑ：電子電気
量、εr：誘電率、εo ：自由空間の誘電率。
【００２６】活性領域における有効キャリア濃度Ｐ
oは、下記数式２により与えられる。
oは、下記数式２により与えられる。
【００２７】
【数２】 （Ｊ（２ＶTFL））／（Ｊ（ＶTFL））＝（ｎto）／（Ｐo） 但し、Ｊ：電流密度。
【００２８】有効キャリア濃度により準フェルミ準位の
位置が決る。深部のフェルミ準位の位置は準フェルミ準
位のｋＴ以内にあると考えられる。ＶTFLの推定値、
０．１３Ｖ及び０．２２Ｖから未占有状態の濃度ｎ
tOは、前記数式１から夫々、５．７×１０14ｃｍ-3及び
９．７×１０14ｃｍ-3と算定された。深部濃度の計算で
は、１ＫＨｚにおけるゼロ・バイアス・キャパシタンス
は３６PＦ、コンタクトの活性領域の厚さは２．６３×
１０-5ｃｍ、面積は１．９６×１０-3ｃｍ2として算出
した。前記数式２を用いて求めた有効キャリア濃度Ｐo
は３×１０13ｃｍ-3（ＶTFL＝０．１３Ｖ）及び５．８
×１０12ｃｍ-3（ＶTFL＝０．２２Ｖ）であった。深部
がフェルミ準位状態にある位置はＰoによって決定され
る準フェルミ準位である。これらの準位は価電子帯を超
え、０．５４ｅＶ（ＶTFL＝０．１３Ｖ）及び０．５９
ｅＶ（ＶTFL＝０．２２Ｖ）と算出された。実際、ｎtO
は、計算で求めた準フェルミニ準位にほぼ位置している
占有状態の濃度である。
位置が決る。深部のフェルミ準位の位置は準フェルミ準
位のｋＴ以内にあると考えられる。ＶTFLの推定値、
０．１３Ｖ及び０．２２Ｖから未占有状態の濃度ｎ
tOは、前記数式１から夫々、５．７×１０14ｃｍ-3及び
９．７×１０14ｃｍ-3と算定された。深部濃度の計算で
は、１ＫＨｚにおけるゼロ・バイアス・キャパシタンス
は３６PＦ、コンタクトの活性領域の厚さは２．６３×
１０-5ｃｍ、面積は１．９６×１０-3ｃｍ2として算出
した。前記数式２を用いて求めた有効キャリア濃度Ｐo
は３×１０13ｃｍ-3（ＶTFL＝０．１３Ｖ）及び５．８
×１０12ｃｍ-3（ＶTFL＝０．２２Ｖ）であった。深部
がフェルミ準位状態にある位置はＰoによって決定され
る準フェルミ準位である。これらの準位は価電子帯を超
え、０．５４ｅＶ（ＶTFL＝０．１３Ｖ）及び０．５９
ｅＶ（ＶTFL＝０．２２Ｖ）と算出された。実際、ｎtO
は、計算で求めた準フェルミニ準位にほぼ位置している
占有状態の濃度である。
【００２９】ダイヤモンドにおける空間電荷制限電流に
ついては多くの報告があり、深部フェルミ準位状態に関
連するパラメーターも多くの著者によって引用されてい
る。例えば、「アショックら：Appl. Phys. Lett. 50,
p.763, (1987)」、「アルビンら：IEEE Electoron. De
v. Lett. 11, p.159, (1990)」、「奥村ら：Appl. Phy
s. Lett. 57, p.1907, (1991)」、「モートら：Appl. P
hys, Lett. 59, p.455,(1991)」、「武藤ら：Appl. Phy
s. Lett. 59, p.843, (1991)」、「ゴメツ−ヤネツら：
J. Appl. Phys. 71, p.2303, (1991)」等がある。
ついては多くの報告があり、深部フェルミ準位状態に関
連するパラメーターも多くの著者によって引用されてい
る。例えば、「アショックら：Appl. Phys. Lett. 50,
p.763, (1987)」、「アルビンら：IEEE Electoron. De
v. Lett. 11, p.159, (1990)」、「奥村ら：Appl. Phy
s. Lett. 57, p.1907, (1991)」、「モートら：Appl. P
hys, Lett. 59, p.455,(1991)」、「武藤ら：Appl. Phy
s. Lett. 59, p.843, (1991)」、「ゴメツ−ヤネツら：
J. Appl. Phys. 71, p.2303, (1991)」等がある。
【００３０】ダイヤモンド薄膜についての光電子放射の
研究から、深部フェルミ準位状態において２つのタイプ
の高密度の存在が報告されている（奥村ら、Appl. Phy
s. Lett. 57, p.1907, (1991)）。
研究から、深部フェルミ準位状態において２つのタイプ
の高密度の存在が報告されている（奥村ら、Appl. Phy
s. Lett. 57, p.1907, (1991)）。
【００３１】第１の状態は、電子が充満し、価電子帯を
超えて約０．５ｅＶに達するイオン化アクセプター状態
である。第２の状態は、充満状態よりもさらに０．５〜
１．０ｅＶに達する非イオン化アクセプター状態であ
る。多結晶ダイヤモンド膜において、価電子帯を超える
０．６〜０．８ｅＶのエネルギー範囲で局部的状態が存
在することが報告されている（モルトら、Appl. Phys.
Lett. 59, p.455, (1991)）。武藤らはドープしないダ
イヤモンド膜において、価電子帯以上の０．９３ｅＶで
深部トラップを報告している（武藤ら、Appl. Phys. Le
tt. 59, p.843, (1991)）。
超えて約０．５ｅＶに達するイオン化アクセプター状態
である。第２の状態は、充満状態よりもさらに０．５〜
１．０ｅＶに達する非イオン化アクセプター状態であ
る。多結晶ダイヤモンド膜において、価電子帯を超える
０．６〜０．８ｅＶのエネルギー範囲で局部的状態が存
在することが報告されている（モルトら、Appl. Phys.
Lett. 59, p.455, (1991)）。武藤らはドープしないダ
イヤモンド膜において、価電子帯以上の０．９３ｅＶで
深部トラップを報告している（武藤ら、Appl. Phys. Le
tt. 59, p.843, (1991)）。
【００３２】次に、本実施例の整流コンタクトを形成
し、その特性を評価した結果について説明する。しか
し、以下に述べる実施例は、本発明を説明するためであ
り、それによって本発明を限定するものでない。
し、その特性を評価した結果について説明する。しか
し、以下に述べる実施例は、本発明を説明するためであ
り、それによって本発明を限定するものでない。
【００３３】実施例 天然ＩＩｂ半導体ダイヤモンド基板を研磨し、研磨後表
面に残ったグラファイト層を完全に除去した。約２００
℃に加熱したＣｒＯ3＋Ｈ2ＳＯ4溶液を用いて洗浄し、
ダイヤモンド単結晶基板表面のグラファイトを完全に除
去した。次いで、これらの試料を王水（３ＨＣＬ＋ＨＮ
Ｏ3）及び標準ＲＣＡ溶液で洗浄した。ＲＣＡ溶液は(1)
Ｈ2Ｏ：ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ（１：１：５）及び(2)Ｈ
2Ｏ2：ＨＣＬ：Ｈ2Ｏ（１：１：５）であり、７５℃〜
８０℃の温度で(1)及び(2)により順次洗浄した。その間
に脱イオン水ですすいだ（カーンら、RCA Review Vol.
31,p.187, (1970)）。試料から残留水分を除去するた
め、１２０℃で２０分間脱水乾燥を行った。
面に残ったグラファイト層を完全に除去した。約２００
℃に加熱したＣｒＯ3＋Ｈ2ＳＯ4溶液を用いて洗浄し、
ダイヤモンド単結晶基板表面のグラファイトを完全に除
去した。次いで、これらの試料を王水（３ＨＣＬ＋ＨＮ
Ｏ3）及び標準ＲＣＡ溶液で洗浄した。ＲＣＡ溶液は(1)
Ｈ2Ｏ：ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ（１：１：５）及び(2)Ｈ
2Ｏ2：ＨＣＬ：Ｈ2Ｏ（１：１：５）であり、７５℃〜
８０℃の温度で(1)及び(2)により順次洗浄した。その間
に脱イオン水ですすいだ（カーンら、RCA Review Vol.
31,p.187, (1970)）。試料から残留水分を除去するた
め、１２０℃で２０分間脱水乾燥を行った。
【００３４】天然ＩＩｂダイヤモンド試料上に、スパッ
タリングによりＢ−ドープ及びＡｓ−ドープアモルファ
スシリコンコンタクトを約２０００Åの厚さに形成し
た。スパッタリングガスとしてアルゴンを用い、低抵抗
ターゲットのＲ．Ｆ．スパッタリングによりアモルファ
スシリコン層を合成した。Ｂ−ドープシリコン及びＡｓ
−ドープシリコンの合成は、ターゲットとして高Ｂ−ド
ープシリコン（１００）及び高Ａｓ−ドープシリコン
（１００）を用いて行った。電界区域から１００μｍの
円形活性ダイオード領域を確保するため、フォトレジス
ト・リスト・オフにより広さ１００μｍの円形部分を設
定した。電流−電圧の測定は、室温から約４００℃の温
度領域で行った。
タリングによりＢ−ドープ及びＡｓ−ドープアモルファ
スシリコンコンタクトを約２０００Åの厚さに形成し
た。スパッタリングガスとしてアルゴンを用い、低抵抗
ターゲットのＲ．Ｆ．スパッタリングによりアモルファ
スシリコン層を合成した。Ｂ−ドープシリコン及びＡｓ
−ドープシリコンの合成は、ターゲットとして高Ｂ−ド
ープシリコン（１００）及び高Ａｓ−ドープシリコン
（１００）を用いて行った。電界区域から１００μｍの
円形活性ダイオード領域を確保するため、フォトレジス
ト・リスト・オフにより広さ１００μｍの円形部分を設
定した。電流−電圧の測定は、室温から約４００℃の温
度領域で行った。
【００３５】このように蒸着したＢ−ドープ及びＡｓ−
ドープアモルファスシリコン層の電気抵抗を測定したと
ころ、夫々２２４±１２及び３２６±５３Ω・ｃｍであ
った。二次イオン質量分光分析（ＳＩＭＳ）によって測
定したところ、スパッタリングしたＡｓ−ドープアモル
ファスシリコン層のＡｓ原子濃度は約２×１０19原子／
ｃｍ3であった。このＡｓ濃度はスパッタリングしたア
モルファスシリコン層全体にわたって、均一に分布して
いた。また、スパッタリングしたＢ−ドープアモルファ
スシリコン層のＳＩＭＳ分析で、層全体にわたり、約８
×１０19原子／ｃｍ3で均一な濃度分布が認められた。
ドープアモルファスシリコン層の電気抵抗を測定したと
ころ、夫々２２４±１２及び３２６±５３Ω・ｃｍであ
った。二次イオン質量分光分析（ＳＩＭＳ）によって測
定したところ、スパッタリングしたＡｓ−ドープアモル
ファスシリコン層のＡｓ原子濃度は約２×１０19原子／
ｃｍ3であった。このＡｓ濃度はスパッタリングしたア
モルファスシリコン層全体にわたって、均一に分布して
いた。また、スパッタリングしたＢ−ドープアモルファ
スシリコン層のＳＩＭＳ分析で、層全体にわたり、約８
×１０19原子／ｃｍ3で均一な濃度分布が認められた。
【００３６】図３及び図４は、グラフに示したように約
２５℃及び４００℃におけるＢ−ドープアモルファスシ
リコン層及びＡｓ−ドープアモルファスシリコン層の電
流−電圧特性を測定した結果を示すグラフ図である。
２５℃及び４００℃におけるＢ−ドープアモルファスシ
リコン層及びＡｓ−ドープアモルファスシリコン層の電
流−電圧特性を測定した結果を示すグラフ図である。
【００３７】Ｂ−ドープアモルファスシリコンコンタク
トにおける逆方向漏洩電流は２５℃で０．１ｐＡ、４０
０℃で７２ｐＡであった。Ａｓ−ドープアモルファスシ
リコンコンタクトにおける逆方向漏洩電流は、夫々２５
℃で０．２ｐＡ、３９７℃で１３２ｐＡであった。
トにおける逆方向漏洩電流は２５℃で０．１ｐＡ、４０
０℃で７２ｐＡであった。Ａｓ−ドープアモルファスシ
リコンコンタクトにおける逆方向漏洩電流は、夫々２５
℃で０．２ｐＡ、３９７℃で１３２ｐＡであった。
【００３８】スパッタリングしたアモルファスシリコン
における電流−電圧特性を測定した結果、優れた整流作
用があることが認められた。Ｂ−ドープ及びＡｓ−ドー
プコンタクトにおける逆方向漏洩電流密度は、４００℃
で９×１０-7Ａ／ｃｍ2、２０℃で２×１０-6Ａ／ｃｍ2
であった。ダイヤモンド上のＡｓ−ドープ及びＢ−ドー
プアモルファスシリコンコンタクトで空間電荷制限電流
の伝導が起こったものと考えられる。
における電流−電圧特性を測定した結果、優れた整流作
用があることが認められた。Ｂ−ドープ及びＡｓ−ドー
プコンタクトにおける逆方向漏洩電流密度は、４００℃
で９×１０-7Ａ／ｃｍ2、２０℃で２×１０-6Ａ／ｃｍ2
であった。ダイヤモンド上のＡｓ−ドープ及びＢ−ドー
プアモルファスシリコンコンタクトで空間電荷制限電流
の伝導が起こったものと考えられる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、ダイヤモンド上に合成
したアモルファスシリコン整流コンタクトは高温下で安
定した整流コンタクトを示すので、高温下で特性が優れ
た整流コンタクトを低コストで得ることができる。
したアモルファスシリコン整流コンタクトは高温下で安
定した整流コンタクトを示すので、高温下で特性が優れ
た整流コンタクトを低コストで得ることができる。
【図１】本発明の実施例に係る整流コンタクトを示す断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る整流コンタクトを示
す断面図である。
す断面図である。
【図３】本発明に係るボロンドープアモルファスシリコ
ン層を含む整流コンタクトの約２５℃及び約４００℃の
温度における電流−電圧特性を示すグラフ図である。
ン層を含む整流コンタクトの約２５℃及び約４００℃の
温度における電流−電圧特性を示すグラフ図である。
【図４】本発明に係る砒素ドープアモルファスシリコン
層を含む整流コンタクトの約２５℃及び約４００℃の温
度における電流−電圧特性を示すグラフ図である。
層を含む整流コンタクトの約２５℃及び約４００℃の温
度における電流−電圧特性を示すグラフ図である。
５，５´；整流コンタクト ６；半導体ダイヤモンド層 ６´；ボロンドープ多結晶ダイヤモンド層 ７，７´；ドープしたアモルファスシリコン層 ８´；基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カルヤンクマール・ダス アメリカ合衆国，ノースカロライナ州 27607，ローリ，デルウッド・ドライブ, 1540 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 29/861 H01L 29/48
Claims (17)
- 【請求項１】 半導体装置用の整流コンタクトにおい
て、半導体ダイヤモンド層と、この半導体ダイヤモンド
層上に形成されて前記半導体ダイヤモンド層と整流コン
タクトを形成するドープされたアモルファスシリコン層
とを有することを特徴とする半導体装置用の整流コンタ
クト。 - 【請求項２】 前記半導体ダイヤモンド層が、約１０18
原子／ｃｍ3以下のドーパント濃度を有し、前記ドーピ
ングされたアモルファスシリコン層と整流コンタクトを
形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置
用の整流コンタクト。 - 【請求項３】 前記半導体ダイヤモンド層が約１０16〜
１０17原子／ｃｍ3の範囲のドーパント濃度を有し、前
記ドーピングされたアモルファスシリコン層と整流コン
タクトを形成することを特徴とする請求項１に記載の半
導体装置用の整流コンタクト。 - 【請求項４】 前記ドーピングされたアモルファスシリ
コン層が約１０19原子／ｃｍ3以上のドーパント濃度で
ｐ型ドーパントを含むことを特徴とする請求項１に記載
の半導体装置用の整流コンタクト。 - 【請求項５】 前記ｐ型ドーパントがＩＩＩｂ族のいず
れかの元素であることを特徴とする請求項４に記載の半
導体装置用の整流コンタクト。 - 【請求項６】 前記ドーピングされたアモルファスシリ
コン層が約１０19原子／ｃｍ3以上のドーパント濃度で
ｎ型ドーパントを含むことを特徴とする請求項１に記載
の半導体装置用の整流コンタクト。 - 【請求項７】 前記ｎ型ドーパントがＶａ族のいずれか
の元素であることを特徴とする請求項６に記載の半導体
装置用の整流コンタクト。 - 【請求項８】 前記半導体ダイヤモンド層が単結晶ダイ
ヤモンドからなることを特徴とする請求項１に記載の半
導体装置用の整流コンタクト。 - 【請求項９】 前記単結晶ダイヤモンド層が天然のＩＩ
ｂダイヤモンドであることを特徴とする請求項８に記載
の半導体装置用の整流コンタクト。 - 【請求項１０】 前記半導体ダイヤモンド層は、多結晶
半導体ダイヤモンド層であることを特徴とする請求項１
に記載の半導体装置用の整流コンタクト。 - 【請求項１１】 半導体装置用の整流コンタクトの形成
方法において、基板を用意する工程と、この基板上に多
結晶半導体ダイヤモンド層を形成する工程と、前記多結
晶半導体ダイヤモンド層の所定の領域にドーピングした
アモルファスシリコン層を形成する工程とを有すること
を特徴とする半導体装置用の整流コンタクトの形成方
法。 - 【請求項１２】 半導体装置用の整流コンタクトを形成
する方法において、半導体ダイヤモンド層を形成する工
程と、前記半導体ダイヤモンド層の所定の領域にドーピ
ングしたアモルファスシリコン層を形成する工程とを有
することを特徴とする半導体装置用の整流コンタクトの
形成方法。 - 【請求項１３】 前記多結晶半導体ダイヤモンド層を形
成する工程において、約１０１８原子／ｃｍ３以下のド
ーパント濃度を有する多結晶半導体ダイヤモンド層を形
成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置
用の整流コンタクトの形成方法。 - 【請求項１４】 前記多結晶半導体ダイヤモンド層を形
成する工程において、約１０１６〜１０１７原子／ｃｍ
３の範囲のドーパント濃度を有する多結晶半導体ダイヤ
モンド層を形成することを特徴とする請求項１１に記載
の半導体装置用の整流コンタクトの形成方法。 - 【請求項１５】 前記ドーピングしたアモルファスシリ
コン層を形成する工程において、少なくとも１個のター
ゲットから多結晶半導体ダイヤモンド層上にドーピング
したシリコンをスパッタリングすることを特徴とする請
求項１１に記載の半導体装置用の整流コンタクトの形成
方法。 - 【請求項１６】 形成した整流コンタクトを加熱して、
アモルファスシリコン層の別のドーパント原子を活性化
させ、整流コンタクトの順方向抵抗を低減する工程を有
することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導
体装置用の整流コンタクトの形成方法。 - 【請求項１７】 前記整流コンタクトの加熱工程は、約
４００℃〜５５０℃の温度で、約０．５時間〜１時間に
わたり、前記整流コンタクトを加熱することを特徴とす
る請求項１６に記載の半導体装置用の整流コンタクトの
形成方法。
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