JP3309887B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/0405—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon
- H01L21/0425—Making electrodes
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイオード、トランジ
スタ等のデバイスの基礎となる半導体材料に関する。
スタ等のデバイスの基礎となる半導体材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体デバイスを構成する材
料としては、Ｓｉ、ＧａＡｓ等が大部分を占めている。
近年、より高度な機能、より高い耐環境性を有する半導
体デバイスが要請されるに従い、上記ＳｉやＧａＡｓに
加えてバンドギャップの大きな材料が注目され、且つ研
究されている。このようなバンドギャップの大きな材料
としては、例えば、青色発光素子を目的としたＺｎＳ
ｅ、耐熱デバイスを目的としたＳｉＣ、ダイヤモンド等
が挙げられる。
料としては、Ｓｉ、ＧａＡｓ等が大部分を占めている。
近年、より高度な機能、より高い耐環境性を有する半導
体デバイスが要請されるに従い、上記ＳｉやＧａＡｓに
加えてバンドギャップの大きな材料が注目され、且つ研
究されている。このようなバンドギャップの大きな材料
としては、例えば、青色発光素子を目的としたＺｎＳ
ｅ、耐熱デバイスを目的としたＳｉＣ、ダイヤモンド等
が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
耐熱デバイスを構成する場合、半導体材料のみならず電
極材料にも耐熱性が要求される。耐熱用電極材料として
高融点の金属を利用することも考えられるが、半導体と
の仕事関数差を利用するようなショットキー接合におい
ては、必ずしも障壁が大きくなるような好都合な耐熱性
材料が存在するわけではない。例えば、ｐ型のダイヤモ
ンドにショットキー接合を形成する場合、仕事関数が小
さい電極材料ほど有利であるが、そのような仕事関数が
小さい材料は必ずしも高融点金属ではなく、むしろＡｌ
やＭｇ等の低融点の金属である場合が多い。従って、従
来においては、耐熱用の電極材料（特にショットキー電
極用金属材料）の探索は非常に困難であった。
耐熱デバイスを構成する場合、半導体材料のみならず電
極材料にも耐熱性が要求される。耐熱用電極材料として
高融点の金属を利用することも考えられるが、半導体と
の仕事関数差を利用するようなショットキー接合におい
ては、必ずしも障壁が大きくなるような好都合な耐熱性
材料が存在するわけではない。例えば、ｐ型のダイヤモ
ンドにショットキー接合を形成する場合、仕事関数が小
さい電極材料ほど有利であるが、そのような仕事関数が
小さい材料は必ずしも高融点金属ではなく、むしろＡｌ
やＭｇ等の低融点の金属である場合が多い。従って、従
来においては、耐熱用の電極材料（特にショットキー電
極用金属材料）の探索は非常に困難であった。
【０００４】本発明の目的は、上記した従来の問題点を
解決可能な耐熱用電極を有する半導体装置を提供するこ
とにある。
解決可能な耐熱用電極を有する半導体装置を提供するこ
とにある。
【０００５】本発明の他の目的は、耐熱性電極として機
能する金属−ダイヤモンド接合を有する半導体装置を提
供することにある。
能する金属−ダイヤモンド接合を有する半導体装置を提
供することにある。
【０００６】本発明の他の目的は、耐熱性が良好な電極
形成のために仕事関数が小さく、且つ高融点の金属材料
を必要とするｐ型ダイヤモンド等の半導体材料を用いた
場合にも、好適な耐熱性ショットキー接合を形成可能な
半導体装置を提供することにある。
形成のために仕事関数が小さく、且つ高融点の金属材料
を必要とするｐ型ダイヤモンド等の半導体材料を用いた
場合にも、好適な耐熱性ショットキー接合を形成可能な
半導体装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意研究の結
果、特定の仕事関数を有する金属材料と、特定の高い融
点を有する金属材料とを複合化することが、ダイヤモン
ドとの組合せにおいて両者の特性を活かした耐熱性電極
を与え、上記目的の達成に極めて効果的であることを見
出した。
果、特定の仕事関数を有する金属材料と、特定の高い融
点を有する金属材料とを複合化することが、ダイヤモン
ドとの組合せにおいて両者の特性を活かした耐熱性電極
を与え、上記目的の達成に極めて効果的であることを見
出した。
【０００８】本発明の半導体装置は上記知見に基づくも
のであり、より詳しくは、ダイヤモンド−金属部接合を
有する半導体装置であって；該金属部が、第１の金属と
第２の金属とを含む２種類以上の成分の複合金属からな
り；該第１の金属が融点１０００℃以上の高融点金属で
あり；且つ、該第２の金属が、仕事関数５ｅＶ以下の金
属であることを特徴とするものである。
のであり、より詳しくは、ダイヤモンド−金属部接合を
有する半導体装置であって；該金属部が、第１の金属と
第２の金属とを含む２種類以上の成分の複合金属からな
り；該第１の金属が融点１０００℃以上の高融点金属で
あり；且つ、該第２の金属が、仕事関数５ｅＶ以下の金
属であることを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】ダイヤモンドはバンドギャップが大きな材料で
あり、耐熱デバイスとして応用が期待される有望な材料
である。しかしながら、半導体材料のバンドギャップが
大きくなるに従い、これと組合せるべき電極材料自体の
耐熱性はむしろ低下する傾向がある。すなわち、ダイヤ
モンドとの組合せにおいては、耐熱性オーミックコンタ
クトや、障壁が大きい耐熱性ショットキーコンタクト形
成の容易性は低下する傾向にある。
あり、耐熱デバイスとして応用が期待される有望な材料
である。しかしながら、半導体材料のバンドギャップが
大きくなるに従い、これと組合せるべき電極材料自体の
耐熱性はむしろ低下する傾向がある。すなわち、ダイヤ
モンドとの組合せにおいては、耐熱性オーミックコンタ
クトや、障壁が大きい耐熱性ショットキーコンタクト形
成の容易性は低下する傾向にある。
【００１０】これに対して、本発明においては、電極材
料の薄膜が該材料のバルクとは異なった特性を示すこ
と、ないしは複数の薄膜の複合化構造（多層、積層構造
等）が複数の電極材料の単なる寄せ集めと全く異なった
特性を示すことを利用しているため、用途に応じて種々
の特性を発揮する金属−ダイヤモンド接合を形成するこ
とが可能となる。
料の薄膜が該材料のバルクとは異なった特性を示すこ
と、ないしは複数の薄膜の複合化構造（多層、積層構造
等）が複数の電極材料の単なる寄せ集めと全く異なった
特性を示すことを利用しているため、用途に応じて種々
の特性を発揮する金属−ダイヤモンド接合を形成するこ
とが可能となる。
【００１１】より具体的には、本発明によれば、仕事関
数が小さく、しかも良好な耐熱性を有する金属−ダイヤ
モンド接合を形成することが可能となる。本発明におけ
る金属−ダイヤモンド接合は、ｐ型のダイヤモンド半導
体に対して耐熱性のショットキー電極として機能するこ
とが可能であり、ｎ型のダイヤモンド半導体に対して
は、オーミック電極として機能することが可能である。
数が小さく、しかも良好な耐熱性を有する金属−ダイヤ
モンド接合を形成することが可能となる。本発明におけ
る金属−ダイヤモンド接合は、ｐ型のダイヤモンド半導
体に対して耐熱性のショットキー電極として機能するこ
とが可能であり、ｎ型のダイヤモンド半導体に対して
は、オーミック電極として機能することが可能である。
【００１２】以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本
発明を詳細に説明する。
発明を詳細に説明する。
【００１３】（ダイヤモンド）本発明において金属−ダ
イヤモンド接合を構成する（半導体）ダイヤモンドの種
類ないし態様は、特に制限されない。より具体的には例
えば、本発明においては、ダイヤモンドは天然または人
工（高圧合成）のバルク単結晶であっても、気相合成法
による薄膜多結晶あるいは薄膜単結晶（エピタキシャル
膜）のいずれにも適用可能である。本発明において、半
導体ダイヤモンドは、ｎ型またはｐ型のいずれであって
もよい。
イヤモンド接合を構成する（半導体）ダイヤモンドの種
類ないし態様は、特に制限されない。より具体的には例
えば、本発明においては、ダイヤモンドは天然または人
工（高圧合成）のバルク単結晶であっても、気相合成法
による薄膜多結晶あるいは薄膜単結晶（エピタキシャル
膜）のいずれにも適用可能である。本発明において、半
導体ダイヤモンドは、ｎ型またはｐ型のいずれであって
もよい。
【００１４】本発明において半導体ダイヤモンドの抵抗
率は、１×１０5 Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、
更には１０００Ω・ｃｍ以下（特に１００Ω・ｃｍ以
下）であることが好ましい。
率は、１×１０5 Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、
更には１０００Ω・ｃｍ以下（特に１００Ω・ｃｍ以
下）であることが好ましい。
【００１５】（ダイヤモンド形成方法）半導体ダイヤモ
ンドの形成方法は特に制限されないが、例えば、ダイヤ
モンドの水素化処理、ダイヤモンドへの不純物のドー
プ、ダイヤモンドへの格子欠陥の導入等により、半導体
ダイヤモンドを形成することができる。
ンドの形成方法は特に制限されないが、例えば、ダイヤ
モンドの水素化処理、ダイヤモンドへの不純物のドー
プ、ダイヤモンドへの格子欠陥の導入等により、半導体
ダイヤモンドを形成することができる。
【００１６】ダイヤモンド膜を気相合成により形成する
場合、その形成方法は特に制限されない。より具体的に
は例えば、以下のような各種の方法を用いることが可能
である。
場合、その形成方法は特に制限されない。より具体的に
は例えば、以下のような各種の方法を用いることが可能
である。
【００１７】（１）直流または交流電界により放電を起
こし、原料ガスを活性化する方法、（２）熱電子放射材
を加熱し、原料ガスを活性化する方法、（３）ダイヤモ
ンドを成長させる表面を、イオンで衝撃する方法、
（４）レーザーや紫外線などの光で原料ガスを励起する
方法、および（５）原料ガスを燃焼させる方法 本発明においてダイヤモンドにｎ型ドーパント（例え
ば、窒素原子）および／又はｐ型ドーパント（例えば、
ボロン原子）をドーピングする方法としては、ドーパン
ト量の調節が容易な点からは、ＣＶＤ法（化学的気相成
長法）を用いることが好ましい。
こし、原料ガスを活性化する方法、（２）熱電子放射材
を加熱し、原料ガスを活性化する方法、（３）ダイヤモ
ンドを成長させる表面を、イオンで衝撃する方法、
（４）レーザーや紫外線などの光で原料ガスを励起する
方法、および（５）原料ガスを燃焼させる方法 本発明においてダイヤモンドにｎ型ドーパント（例え
ば、窒素原子）および／又はｐ型ドーパント（例えば、
ボロン原子）をドーピングする方法としては、ドーパン
ト量の調節が容易な点からは、ＣＶＤ法（化学的気相成
長法）を用いることが好ましい。
【００１８】（ダイヤモンド−金属接合）本発明におい
てダイヤモンド−金属部の接合を構成する金属部は、少
なくとも２種類の成分（第１の金属、第２の金属）を含
む複合金属からなる。
てダイヤモンド−金属部の接合を構成する金属部は、少
なくとも２種類の成分（第１の金属、第２の金属）を含
む複合金属からなる。
【００１９】上記複合金属は、図１の模式断面図に示す
ように、第１の金属からなる層と、第２の金属からなる
層とを含む多層ないし積層構造を有しているか、あるい
は該多層構造を有する複合金属をアニール処理したもの
であることが好ましい。
ように、第１の金属からなる層と、第２の金属からなる
層とを含む多層ないし積層構造を有しているか、あるい
は該多層構造を有する複合金属をアニール処理したもの
であることが好ましい。
【００２０】（第１の金属／第２の金属）本発明におい
ては、上記した第１の金属として、融点が１０００℃以
上の高融点金属を用いる。このような金属としては、例
えば、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タ
ンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）
等が好適に使用可能である。
ては、上記した第１の金属として、融点が１０００℃以
上の高融点金属を用いる。このような金属としては、例
えば、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タ
ンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）
等が好適に使用可能である。
【００２１】一方、上記した第２の金属としては、仕事
関数が５ｅＶ以下の金属を用いる。ここに「仕事関数
（work function ）」とは、フェルミ準位にある電子を
真空中に取り出すために必要な最小エネルギーをいう。
このような仕事関数としては、例えば、Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ
著「Physics of Semiconductor Devices」（第２版）Jo
hn Wiley & Sons （１９８１年）第２５１頁に記載され
ている仕事関数の値を好適に使用することができる。こ
のような仕事関数が５ｅＶ以下の金属としては、例え
ば、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜
鉛（Ｚｎ）等が好適に使用可能である。
関数が５ｅＶ以下の金属を用いる。ここに「仕事関数
（work function ）」とは、フェルミ準位にある電子を
真空中に取り出すために必要な最小エネルギーをいう。
このような仕事関数としては、例えば、Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ
著「Physics of Semiconductor Devices」（第２版）Jo
hn Wiley & Sons （１９８１年）第２５１頁に記載され
ている仕事関数の値を好適に使用することができる。こ
のような仕事関数が５ｅＶ以下の金属としては、例え
ば、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜
鉛（Ｚｎ）等が好適に使用可能である。
【００２２】本発明においては、多層構造あるいは形成
の容易さの点からは、上記した第２の金属の仕事関数
は、２．５ｅＶ〜４．５ｅＶであることが更に好まし
い。第２の金属の融点は、７００℃以下（更には４００
〜６８０℃程度）であることが好ましい。
の容易さの点からは、上記した第２の金属の仕事関数
は、２．５ｅＶ〜４．５ｅＶであることが更に好まし
い。第２の金属の融点は、７００℃以下（更には４００
〜６８０℃程度）であることが好ましい。
【００２３】上記した第１の金属および第２の金属を多
層構造体として用いる場合、仕事関数が５ｅＶ以下の第
２の金属は、ダイヤモンドに接する側に配置し、該第２
の金属がダイヤモンドとの接合特性を決定するように構
成することが好ましい。この場合、第２の金属層の厚さ
（ｔ2 ）は、０．５ｎｍ以上（更には、５ｎｍ以上）で
あることが好ましく、１００ｎｍ以下（更には５０ｎｍ
＝５００Å以下）であることが好ましい。このようにダ
イヤモンドに接している第２の金属の膜厚が非常に小さ
い場合には、該第２の金属が本来バルクとして有してい
る特性とは異なり、融点が上昇する傾向が認められるた
め、本発明において好ましく使用できる。
層構造体として用いる場合、仕事関数が５ｅＶ以下の第
２の金属は、ダイヤモンドに接する側に配置し、該第２
の金属がダイヤモンドとの接合特性を決定するように構
成することが好ましい。この場合、第２の金属層の厚さ
（ｔ2 ）は、０．５ｎｍ以上（更には、５ｎｍ以上）で
あることが好ましく、１００ｎｍ以下（更には５０ｎｍ
＝５００Å以下）であることが好ましい。このようにダ
イヤモンドに接している第２の金属の膜厚が非常に小さ
い場合には、該第２の金属が本来バルクとして有してい
る特性とは異なり、融点が上昇する傾向が認められるた
め、本発明において好ましく使用できる。
【００２４】上記第２の金属からなる層の上部には、更
に融点が１０００℃以上の第１の金属からなる層を配置
することが好ましい。このような場合、仕事関数が５ｅ
Ｖ以下の第２の金属（ダイヤモンドに接する側）が高い
温度まで溶けないように、該第２の金属をカバーするこ
とが容易となる。この第１の金属の層の厚さ（ｔ1 ）
は、上記した第２の金属層の厚さ（ｔ2 ）より大きいこ
と（ｔ1 ＞ｔ2 ）が好ましい。より具体的には例えば、
第１の金属層の厚さｔ1 は１０ｎｍ以上（更には３０〜
２００ｎｍ程度）であることが好ましい。第１の金属層
と第２の金属層との厚さの比（ｔ1 ／ｔ2 ）は、５以上
（更には１０〜５０程度）であることが好ましい。
に融点が１０００℃以上の第１の金属からなる層を配置
することが好ましい。このような場合、仕事関数が５ｅ
Ｖ以下の第２の金属（ダイヤモンドに接する側）が高い
温度まで溶けないように、該第２の金属をカバーするこ
とが容易となる。この第１の金属の層の厚さ（ｔ1 ）
は、上記した第２の金属層の厚さ（ｔ2 ）より大きいこ
と（ｔ1 ＞ｔ2 ）が好ましい。より具体的には例えば、
第１の金属層の厚さｔ1 は１０ｎｍ以上（更には３０〜
２００ｎｍ程度）であることが好ましい。第１の金属層
と第２の金属層との厚さの比（ｔ1 ／ｔ2 ）は、５以上
（更には１０〜５０程度）であることが好ましい。
【００２５】上述したように、仕事関数が５ｅＶ以下の
第２の金属と、融点が１０００℃以上の第１の高融点金
属とは、互いに異なる機能を発揮することが好ましいた
め、第１の金属層と第２の金属層とを積層（必要に応じ
て、更にアニール処理）した後においては、該第１の金
属と第２の金属とは、互いに拡散しないことが好まし
い。換言すれば、高融点の第１の金属が第２の金属層へ
拡散してダイヤモンドと直接に接触すること、あるいは
逆に、仕事関数が５ｅＶ以下の第２の金属が高融点の第
１の金属層へ拡散して該第１の金属層の表面近傍にまで
達することは好ましくない。したがって、本発明におい
ては、第１の金属と第２の金属とは、相互の金属間の化
合物が存在するような組合せであることが好ましい。こ
のような組合せの金属ないし構造を採用した場合、互い
の界面で該化合物を形成して、それ以後の相互の反応
（ないしは相互の拡散）を阻止することが容易となる。
第２の金属と、融点が１０００℃以上の第１の高融点金
属とは、互いに異なる機能を発揮することが好ましいた
め、第１の金属層と第２の金属層とを積層（必要に応じ
て、更にアニール処理）した後においては、該第１の金
属と第２の金属とは、互いに拡散しないことが好まし
い。換言すれば、高融点の第１の金属が第２の金属層へ
拡散してダイヤモンドと直接に接触すること、あるいは
逆に、仕事関数が５ｅＶ以下の第２の金属が高融点の第
１の金属層へ拡散して該第１の金属層の表面近傍にまで
達することは好ましくない。したがって、本発明におい
ては、第１の金属と第２の金属とは、相互の金属間の化
合物が存在するような組合せであることが好ましい。こ
のような組合せの金属ないし構造を採用した場合、互い
の界面で該化合物を形成して、それ以後の相互の反応
（ないしは相互の拡散）を阻止することが容易となる。
【００２６】このような相互の金属間の化合物を与える
ような組合せとしては、例えば以下の組合せが好適に使
用可能である。
ような組合せとしては、例えば以下の組合せが好適に使
用可能である。
【００２７】 上記したショットキー電極およびオーミック電極の形成
方法は特に制限されないが、気相堆積法（vapor deposi
tion）を用いることが好ましい。このような気相堆積法
としては、例えば、蒸着法（vacuum evaporation）、イ
オンプレーティング法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、
プラズマＣＶＤ法等が使用可能である。
方法は特に制限されないが、気相堆積法（vapor deposi
tion）を用いることが好ましい。このような気相堆積法
としては、例えば、蒸着法（vacuum evaporation）、イ
オンプレーティング法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、
プラズマＣＶＤ法等が使用可能である。
【００２８】（アニール処理）本発明においては、上記
のようにして形成した金属−ダイヤモンド接合を、必要
に応じて、アニール処理に供してもよい。このようなア
ニール処理を行うことは、電極としての特性の改善ない
し安定化の点から好ましい。上記アニール処理として
は、炉アニール、電子ビームアニール、レーザアニー
ル、赤外線ランプアニール等の種々の方法を用いること
ができる。炉アニール法を用いる場合、例えば、Ｈ2 ま
たＮ2 雰囲気下で、３００℃以上１０００℃以下（更に
は４００℃以上８００℃以下）の温度で、５秒以上１０
分以内（更には３０秒以上５分以内）の時間行うことが
好ましい。
のようにして形成した金属−ダイヤモンド接合を、必要
に応じて、アニール処理に供してもよい。このようなア
ニール処理を行うことは、電極としての特性の改善ない
し安定化の点から好ましい。上記アニール処理として
は、炉アニール、電子ビームアニール、レーザアニー
ル、赤外線ランプアニール等の種々の方法を用いること
ができる。炉アニール法を用いる場合、例えば、Ｈ2 ま
たＮ2 雰囲気下で、３００℃以上１０００℃以下（更に
は４００℃以上８００℃以下）の温度で、５秒以上１０
分以内（更には３０秒以上５分以内）の時間行うことが
好ましい。
【００２９】（金属−ダイヤモンド接合）上述したよう
に、本発明における金属−ダイヤモンド接合は、ｐ型の
ダイヤモンド半導体に対しては、通常はショットキー電
極として機能することができ、ｎ型のダイヤモンド半導
体に対しては、通常はオーミック電極として機能するこ
とができる。
に、本発明における金属−ダイヤモンド接合は、ｐ型の
ダイヤモンド半導体に対しては、通常はショットキー電
極として機能することができ、ｎ型のダイヤモンド半導
体に対しては、通常はオーミック電極として機能するこ
とができる。
【００３０】上記金属−ダイヤモンド接合がショットキ
ー電極として機能する場合、該電極の特性は、例えば、
整流比によって好適に評価することができる。ここに、
「整流比」とは、ダイオード特性の順方向電流と、逆方
向電流との比をいう。この整流比の測定においては、例
えば以下の測定条件が好適に使用可能である。
ー電極として機能する場合、該電極の特性は、例えば、
整流比によって好適に評価することができる。ここに、
「整流比」とは、ダイオード特性の順方向電流と、逆方
向電流との比をいう。この整流比の測定においては、例
えば以下の測定条件が好適に使用可能である。
【００３１】＜整流比の測定条件＞ 室温、大気中、１０Ｖ及び−１０Ｖ印加 本発明においては、上記した金属−ダイヤモンド接合の
整流比は、１０3 以上（更には１０4 以上）であること
が好ましい。
整流比は、１０3 以上（更には１０4 以上）であること
が好ましい。
【００３２】一方、上記金属−ダイヤモンド接合がオー
ミック電極として機能する場合、該電極の特性は、例え
ば、接触比抵抗（specific contact resistance ）ρC
によって好適に評価することができる。ここに、「接触
比抵抗」とは、接合部の抵抗を面積で規格化したものを
いう。この接触比抵抗はＴＬＭという手法によって測定
可能である。例えば以下の測定条件が好適に使用可能で
ある。
ミック電極として機能する場合、該電極の特性は、例え
ば、接触比抵抗（specific contact resistance ）ρC
によって好適に評価することができる。ここに、「接触
比抵抗」とは、接合部の抵抗を面積で規格化したものを
いう。この接触比抵抗はＴＬＭという手法によって測定
可能である。例えば以下の測定条件が好適に使用可能で
ある。
【００３３】＜接触比抵抗の測定条件＞±１０Ｖ印加で
Ｉ−Ｖの直線性を確認して抵抗値を求め、４０μｍ，２
０μｍ，１０μｍ，５μｍ間隔の電極間の抵抗を測定
し、所定の手続き（G.S.Marlow and M.B.Das,:Solid-St
ate Electronics,25(1982)91.)で、Ｐｃを算出する。
Ｉ−Ｖの直線性を確認して抵抗値を求め、４０μｍ，２
０μｍ，１０μｍ，５μｍ間隔の電極間の抵抗を測定
し、所定の手続き（G.S.Marlow and M.B.Das,:Solid-St
ate Electronics,25(1982)91.)で、Ｐｃを算出する。
【００３４】本発明においては、上記した金属−ダイヤ
モンド接合の接触比抵抗は、１０-4Ω・ｃｍ2 以下（更
には１０-5Ω・ｃｍ2 以下）であることが好ましい。
モンド接合の接触比抵抗は、１０-4Ω・ｃｍ2 以下（更
には１０-5Ω・ｃｍ2 以下）であることが好ましい。
【００３５】以下、実施例により本発明を更に具体的に
説明する。
説明する。
【００３６】
【実施例】実施例１ 高圧合成法により形成した単結晶ダイヤモンド（Ｉ
b 型）基板上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用い
て、下記表１に示す条件下でボロンドープ・ダイヤモン
ド層を２層（ダイヤモンド側から、ボロンドープ層２お
よびボロンドープ層１の順に）形成した。この際、ギロ
ンドープ層２には、ポロンドープ層１に比べポロンを多
くドープした。
b 型）基板上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用い
て、下記表１に示す条件下でボロンドープ・ダイヤモン
ド層を２層（ダイヤモンド側から、ボロンドープ層２お
よびボロンドープ層１の順に）形成した。この際、ギロ
ンドープ層２には、ポロンドープ層１に比べポロンを多
くドープした。
【００３７】次いで、フォトリソグラフィーおよびエッ
チングを用いて上記ボロンドープ層１を図２の模式断面
図に示すように加工した。この際のエッチング条件は、
以下の通りであった。
チングを用いて上記ボロンドープ層１を図２の模式断面
図に示すように加工した。この際のエッチング条件は、
以下の通りであった。
【００３８】
【表１】
【００３９】＜エッチング条件＞ Ｏ2 ／Ａｒ＝１％，ＲＦ出力３００Ｗ，２０ｍＴｏｒ
ｒ，９０ｍｉｎ 上記により加工したボロンドープ層１の上に、フォトリ
ソグラフィーおよびスパッタリングを用いて、Ａｌ膜お
よびＷ膜をこの順に形成して、ＡｌとＷとの積層構造
（ボロンドープ層１側からＡｌ、Ｗの順）からなる耐熱
ショットキー電極（大きさ４０μｍφ〜２００μｍφ）
を形成した。一方、ボロンドープ層２上には、上記と同
様にして、ボロンドープ層２側からＴｉ（オーミック電
極）／Ｍｏ／Ａｕ積層からなる耐熱オーミック電極（大
きさ２００μｍ×１ｍｍ）を形成し、図１に示すダイオ
ード構造を形成した。
ｒ，９０ｍｉｎ 上記により加工したボロンドープ層１の上に、フォトリ
ソグラフィーおよびスパッタリングを用いて、Ａｌ膜お
よびＷ膜をこの順に形成して、ＡｌとＷとの積層構造
（ボロンドープ層１側からＡｌ、Ｗの順）からなる耐熱
ショットキー電極（大きさ４０μｍφ〜２００μｍφ）
を形成した。一方、ボロンドープ層２上には、上記と同
様にして、ボロンドープ層２側からＴｉ（オーミック電
極）／Ｍｏ／Ａｕ積層からなる耐熱オーミック電極（大
きさ２００μｍ×１ｍｍ）を形成し、図１に示すダイオ
ード構造を形成した。
【００４０】この電極形成に際しては、下記表２に示す
ように、ＡｌとＷとのそれぞれの層厚を変化させた。こ
のようにして形成したダイオードの特性（整流比）を、
該ダイオード形成後直ちに測定した。更に、上記で形成
した電極の耐熱性を評価する目的で、上記ダイオード形
成後に長時間アニール処理（５００℃、１０時間）を行
い、その後にも整流比を測定した。得られた結果を下記
表２に示す。
ように、ＡｌとＷとのそれぞれの層厚を変化させた。こ
のようにして形成したダイオードの特性（整流比）を、
該ダイオード形成後直ちに測定した。更に、上記で形成
した電極の耐熱性を評価する目的で、上記ダイオード形
成後に長時間アニール処理（５００℃、１０時間）を行
い、その後にも整流比を測定した。得られた結果を下記
表２に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】上記表２に示したように、Ａｌ電極のみを
ボロン・ドープ層１上に形成した場合、長時間アニール
処理後のショットキー電極の整流比が、アニール処理前
の整流比に比べて著しく低下した。すなわち、Ａｌのみ
からなる電極をショットキー電極としてボロン・ドープ
層１上に形成した場合には、良好な耐熱特性は得られな
かった。
ボロン・ドープ層１上に形成した場合、長時間アニール
処理後のショットキー電極の整流比が、アニール処理前
の整流比に比べて著しく低下した。すなわち、Ａｌのみ
からなる電極をショットキー電極としてボロン・ドープ
層１上に形成した場合には、良好な耐熱特性は得られな
かった。
【００４３】これに対して、ボロン・ドープ層１上にＡ
ｌ膜を５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さで形成し、該Ａｌ
膜の上にＷ膜を形成してなるショットキー電極において
は、アニール後の整流比がアニール前の整流比に比べて
著しく低下する現象は見られなかった。すなわち、この
Ｗ／Ａｌ構造によれば、非常に良好な耐熱特性が得られ
た。
ｌ膜を５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さで形成し、該Ａｌ
膜の上にＷ膜を形成してなるショットキー電極において
は、アニール後の整流比がアニール前の整流比に比べて
著しく低下する現象は見られなかった。すなわち、この
Ｗ／Ａｌ構造によれば、非常に良好な耐熱特性が得られ
た。
【００４４】実施例２ ショットキー電極およびオーミック電極をＭｇとＷとの
積層構造で構成した以外は、実施例１と同様にして基板
ダイヤモンド上に、ボロン・ドープ層２、ボロン・ドー
プ層１、ショットキー電極およびオーミック電極を形成
することにより、図１に示すダイオード構造を形成し
た。この電極形成に際しては、下記表３に示すように、
ＭｇとＷとのそれぞれの層厚を変化させた。
積層構造で構成した以外は、実施例１と同様にして基板
ダイヤモンド上に、ボロン・ドープ層２、ボロン・ドー
プ層１、ショットキー電極およびオーミック電極を形成
することにより、図１に示すダイオード構造を形成し
た。この電極形成に際しては、下記表３に示すように、
ＭｇとＷとのそれぞれの層厚を変化させた。
【００４５】このようにして形成したダイオードの特性
（整流比）は、該ダイオード形成後直ちに測定し、更
に、長時間アニール処理（５００℃、１０時間）した後
にも測定した。得られた結果を下記表３に示す。
（整流比）は、該ダイオード形成後直ちに測定し、更
に、長時間アニール処理（５００℃、１０時間）した後
にも測定した。得られた結果を下記表３に示す。
【００４６】
【表３】
【００４７】上記表３に示したように、Ｍｇ電極のみを
ボロン・ドープ層１上に形成した場合、アニール後のシ
ョットキー電極の整流比がアニール前の整流比に比べて
著しく低下し、良好な耐熱特性は得られなかった。
ボロン・ドープ層１上に形成した場合、アニール後のシ
ョットキー電極の整流比がアニール前の整流比に比べて
著しく低下し、良好な耐熱特性は得られなかった。
【００４８】これに対して、Ｍｇ膜を５ｎｍ〜１００ｎ
ｍ程度の厚さで形成し、その上にＷ膜を形成してなるシ
ョットキー電極においては、アニール後の整流比がアニ
ール前の整流比に比べて著しく低下する現象は見られな
かった。すなわち、このＷ／Ｍｇ構造によれば、非常に
良好な耐熱特性が得られた。
ｍ程度の厚さで形成し、その上にＷ膜を形成してなるシ
ョットキー電極においては、アニール後の整流比がアニ
ール前の整流比に比べて著しく低下する現象は見られな
かった。すなわち、このＷ／Ｍｇ構造によれば、非常に
良好な耐熱特性が得られた。
【００４９】実施例３ ボロンドープ・ダイヤモンド層１と接する電極材料（仕
事関数５ｅＶ以下の金属）としてＡｌ、ＭｇまたはＺｎ
の中から選択して用いて５０ｎｍの膜厚の層を形成し、
高融点金属としてＷ、Ｔａ、Ｍｏ、ＮｂまたはＺｒの中
から選択して用いて２００ｎｍの膜厚の層を形成した以
外は、実施例１と同様にして図１に示すダイオード構造
を形成した。この電極形成に際しては、下記表４に示す
ように、仕事関数５ｅＶ以下の金属と高融点金属との組
合せを変化させた。これとは別に、仕事関数５ｅＶ以下
の金属のみからなる電極を同様に形成したダイオードを
も得た。
事関数５ｅＶ以下の金属）としてＡｌ、ＭｇまたはＺｎ
の中から選択して用いて５０ｎｍの膜厚の層を形成し、
高融点金属としてＷ、Ｔａ、Ｍｏ、ＮｂまたはＺｒの中
から選択して用いて２００ｎｍの膜厚の層を形成した以
外は、実施例１と同様にして図１に示すダイオード構造
を形成した。この電極形成に際しては、下記表４に示す
ように、仕事関数５ｅＶ以下の金属と高融点金属との組
合せを変化させた。これとは別に、仕事関数５ｅＶ以下
の金属のみからなる電極を同様に形成したダイオードを
も得た。
【００５０】このようにして形成したダイオードの特性
（整流比）は、該ダイオード形成後直ちに測定し、更
に、長時間アニール処理（５００℃、１０時間）した後
にも測定した。得られた結果を下記表４に示す。
（整流比）は、該ダイオード形成後直ちに測定し、更
に、長時間アニール処理（５００℃、１０時間）した後
にも測定した。得られた結果を下記表４に示す。
【００５１】
【表４】
【００５２】上記表４に示したように、仕事関数５ｅＶ
以下の金属単体からなる電極のみをボロン・ドープ層１
上に形成した場合、アニール後のショットキー電極の整
流比は著しく低く、良好な耐熱特性は得られなかった。
以下の金属単体からなる電極のみをボロン・ドープ層１
上に形成した場合、アニール後のショットキー電極の整
流比は著しく低く、良好な耐熱特性は得られなかった。
【００５３】これに対して、仕事関数５ｅＶ以下の金属
からなる膜をボロン・ドープ層１上に形成し、その上に
高融点金属からなる膜を形成してなるショットキー電極
は、アニール後においても良好な整流比を示し、良好な
耐熱特性が得られた。中でも、仕事関数５ｅＶ以下の金
属がＡｌまたはＭｇである（すなわち、ＡｌまたはＭｇ
が、ダイヤモンドと高融点金属とに挟まれている）場
合、特に良好な耐熱特性が得られることが判明した。
からなる膜をボロン・ドープ層１上に形成し、その上に
高融点金属からなる膜を形成してなるショットキー電極
は、アニール後においても良好な整流比を示し、良好な
耐熱特性が得られた。中でも、仕事関数５ｅＶ以下の金
属がＡｌまたはＭｇである（すなわち、ＡｌまたはＭｇ
が、ダイヤモンドと高融点金属とに挟まれている）場
合、特に良好な耐熱特性が得られることが判明した。
【００５４】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、ダイヤ
モンド−金属部接合を有する半導体装置であって；該金
属部が、第１の金属と第２の金属とを含む２種類以上の
成分の複合金属からなり；該第１の金属が融点１０００
℃以上の高融点金属であり；且つ、該第２の金属が、仕
事関数５ｅＶ以下の金属であることを特徴とする半導体
装置が提供される。
モンド−金属部接合を有する半導体装置であって；該金
属部が、第１の金属と第２の金属とを含む２種類以上の
成分の複合金属からなり；該第１の金属が融点１０００
℃以上の高融点金属であり；且つ、該第２の金属が、仕
事関数５ｅＶ以下の金属であることを特徴とする半導体
装置が提供される。
【００５５】上記構成のダイヤモンド−金属接合を含む
本発明の半導体装置は室温〜６００℃の範囲で動作可能
であるため、本発明によれば、室温〜高温に渡る広い温
度範囲で動作するデバイスとして、安定した特性を示す
ダイオードやトランジスタ等のデバイスを構成すること
が可能となる。
本発明の半導体装置は室温〜６００℃の範囲で動作可能
であるため、本発明によれば、室温〜高温に渡る広い温
度範囲で動作するデバイスとして、安定した特性を示す
ダイオードやトランジスタ等のデバイスを構成すること
が可能となる。
【００５６】本発明の半導体装置は優れた耐熱性を示す
ため、自動車等のエンジンルーム、原子炉、人工衛星等
の苛酷な環境下でも使用可能である。
ため、自動車等のエンジンルーム、原子炉、人工衛星等
の苛酷な環境下でも使用可能である。
【００５７】更に、本発明の半導体装置は、ダイヤモン
ドの高い熱伝導率に基づき高集積化することが容易であ
るため、耐熱性高速論理素子ないし高周波大出力素子等
としても好適に使用可能である。
ドの高い熱伝導率に基づき高集積化することが容易であ
るため、耐熱性高速論理素子ないし高周波大出力素子等
としても好適に使用可能である。
【図１】ダイヤモンド−金属接合を含む本発明の半導体
装置の一実施態様を示す模式断面図である。
装置の一実施態様を示す模式断面図である。
【図２】実施例で形成した本発明の半導体装置の構成を
示す模式断面図である。
示す模式断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−63237（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−299635（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−246867（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−891（ＪＰ，Ａ) 理科年表（1980），日本，丸善株式会 社，1979年11月30日，Ｐ物70日本学術振 興会薄膜第131委員会編，薄膜ハンドブ ック，日本，オーム社，1983年12月10 日，Ｐ475 ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｅｎａｔｉｏｎ ａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ｓ Ｍｅｅｔｉｎｇ 1988，米国，1988 年12月11日，Ｐ．626−629 ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖ ｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．11, Ｎｏ．９，Ｐ．371−372 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/28 H01L 29/43 H01L 29/872
Claims (6)
- 【請求項１】 ダイヤモンド−金属部接合を有する半導
体装置であって、 前記ダイヤモンド−金属部接合は、ｐ型ダイヤモンドと
金属部のショットキー接合であり、 前記 金属部が、第１の金属と第２の金属とを含む２種類
以上の成分の複合金属からなり、 前記第２の金属がダイヤモンドに接しており、 前記 第１の金属が、融点１０００℃以上の高融点金属で
あり、 前記 第２の金属が、仕事関数５ｅＶ以下、かつ融点７０
０℃以下の金属であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 ダイヤモンド−金属部接合を有する半導
体装置であって、 前記ダイヤモンド−金属部接合は、ｎ型ダイヤモンドと
金属部のオーミック接合であり、 前記金属部が、第１の金属と第２の金属とを含む２種類
以上の成分の複合金属からなり、 前記第２の金属がダイヤモンドに接しており、 前記第１の金属が、融点１０００℃以上の高融点金属で
あり、 前記第２の金属が、仕事関数５ｅＶ以下、かつ融点７０
０℃以下の金属であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】 前記複合金属が、前記第１の金属と第２
の金属との積層からなる請求項１または２記載の半導体
装置。 - 【請求項４】 前記第１の金属がタングステン（Ｗ）で
あり、且つ、前記第２の金属がアルミニウム（Ａｌ）ま
たはマグネシウム（Ｍｇ）である請求項３記載の半導体
装置。 - 【請求項５】 前記第１の金属がジルコニウム（Ｚｒ）
であり、且つ、前記第２の金属が、アルミニウム（Ａ
ｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）または亜鉛（Ｚｎ）である
請求項３記載の半導体装置。 - 【請求項６】 前記第２の金属の膜厚が、５０ｎｍ以下
である請求項３記載の半導体装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19323994A JP3309887B2 (ja) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | 半導体装置 |
| DE69512850T DE69512850T2 (de) | 1994-08-17 | 1995-07-21 | Halbleiter-Diamant-Vorrichtung mit verbessertem Metall-Diamant-Kontakt |
| EP95111530A EP0697738B1 (en) | 1994-08-17 | 1995-07-21 | Semiconductor diamond device having improved metal-diamond contact |
| US08/510,220 US5757032A (en) | 1994-08-17 | 1995-08-02 | Semiconductor diamond device having improved metal-diamond contact for excellent operating stability at elevated temperature |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19323994A JP3309887B2 (ja) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0855819A JPH0855819A (ja) | 1996-02-27 |
| JP3309887B2 true JP3309887B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=16304651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19323994A Expired - Fee Related JP3309887B2 (ja) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | 半導体装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5757032A (ja) |
| EP (1) | EP0697738B1 (ja) |
| JP (1) | JP3309887B2 (ja) |
| DE (1) | DE69512850T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6034404A (en) | 1996-12-05 | 2000-03-07 | California Institute Of Technology | Schottky-barrier semiconductor device |
| TW385544B (en) * | 1998-03-02 | 2000-03-21 | Samsung Electronics Co Ltd | Apparatus for manufacturing semiconductor device, and method of manufacturing capacitor of semiconductor device thereby |
| US6252245B1 (en) * | 1999-03-29 | 2001-06-26 | Howard Edan Katz | Device comprising n-channel semiconductor material |
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