JP4683836B2 - ダイヤモンド半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
1a、21a;基板露出部
2、4、22;マスク
3a、3b、13a、23a、23b、43a、43b;高濃度ホウ素ドープダイヤモンド層
5、15、25、42、45;アンドープダイヤモンド層
5a、25a;上面
5b、15a、25b、31b;斜面
5c、15b、25c;底面
5d、15c、25d、25e;緩斜面
6、16、46;欠陥部
7、27、47;ソース電極
8、28、48;ドレイン電極
9、19、29、49;絶縁層
10、20、30、50;ゲート電極
16a;窪み
31a、32a、33a;垂直な面
Claims (19)
- 表面が{100}面又は{110}面により形成された基板と、この基板上に夫々局所的に形成された第1及び第2のダイヤモンド層と、前記第1及び第2のダイヤモンド層に夫々接触するソース及びドレイン電極と、前記第1及び第2のダイヤモンド層よりも不純物濃度が低く前記第1及び第2のダイヤモンド層間のチャネル領域となる第3のダイヤモンド層と、前記第3のダイヤモンド層の少なくとも前記チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜を介して前記第3のダイヤモンド層の少なくとも前記チャネル領域の上方に配置されたゲート電極と、を有し、前記第3のダイヤモンド層を経由して前記第1のダイヤモンド層から前記第2のダイヤモンド層に電荷が移送される半導体素子であって、前記第1及び第2のダイヤモンド層の相互に対向する端部には、前記第1及び第2のダイヤモンド層を選択成長法により形成することにより、端部の結晶面を選択した結果として斜面が形成されており、前記斜面は、{111}面若しくは{100}面又は基板表面と{100}面若しくは{111}面との間の遷移面により形成されており、前記第1及び第2のダイヤモンド層の前記基板に平行な面は、{111}面又は{100}面であることを特徴とするダイヤモンド半導体素子。
- 前記第3のダイヤモンド層は前記第1及び第2のダイヤモンド層の前記斜面上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のダイヤモンド半導体素子。
- 前記第3のダイヤモンド層上に前記第1及び第2のダイヤモンド層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のダイヤモンド半導体素子。
- 前記第1及び第2のダイヤモンド層の前記斜面は、前記基板表面に対して32乃至58°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のダイヤモンド半導体素子。
- 前記第1及び第2のダイヤモンド層における前記斜面と前記基板表面に平行な面との間に、曲面又は前記斜面の傾斜角度よりも傾斜角度が小さい平面が形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のダイヤモンド半導体素子。
- 前記基板表面が{110}面により形成されており、前記第1及び第2のダイヤモンド層の前記基板表面側の面における相互に対向する端部側の縁が延びる方向が<110>方向であり、前記第1及び第2のダイヤモンド層の前記斜面が{111}面により形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のダイヤモンド半導体素子。
- 前記基板表面が{110}面により形成されており、前記第1及び第2のダイヤモンド層の前記基板表面側の面における相互に対向する端部側の縁が延びる方向が<100>方向であり、前記第1及び第2のダイヤモンド層の前記斜面が{100}面により形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のダイヤモンド半導体素子。
- 前記基板表面が{100}面により形成されており、前記第1及び第2のダイヤモンド層の前記基板表面側の面における相互に対向する端部側の縁が延びる方向が<110>方向であり、前記第1及び第2のダイヤモンド層の前記斜面が{111}面により形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のダイヤモンド半導体素子。
- 前記第1乃至第3のダイヤモンド層の前記斜面の平均粗度は1nm以下であり、前記第3のダイヤモンド層における前記基板上に形成された部分の表面の平均粗度は5nm以下であることを特徴とする請求項2及び4乃至8のいずれか1項に記載のダイヤモンド半導体素子。
- 表面が{100}面又は{110}面により形成されチャネル領域となる半導体基板と、この半導体基板上に夫々局所的に形成された第1及び第2のダイヤモンド層と、前記第1及び第2のダイヤモンド層に夫々接触するソース及びドレイン電極と、前記半導体基板の少なくとも前記チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜を介して前記半導体基板の少なくとも前記チャネル領域の上方に配置されたゲート電極と、を有し、前記半導体基板を経由して前記第1のダイヤモンド層から前記第2のダイヤモンド層に電荷が移送される半導体素子であって、前記第1及び第2のダイヤモンド層の相互に対向する端部には、前記第1及び第2のダイヤモンド層を選択成長法により形成することにより、端部の結晶面を選択した結果として斜面が形成されており、前記斜面は、{111}面若しくは{100}面又は基板表面と{100}面若しくは{111}面との間の遷移面により形成されており、前記第1及び第2のダイヤモンド層の前記基板に平行な面は、{111}面又は{100}面であることを特徴とするダイヤモンド半導体素子。
- 前記第1及び第2のダイヤモンド層の前記斜面は、前記基板表面に対して32乃至58°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項10に記載のダイヤモンド半導体素子。
- 前記第1及び第2のダイヤモンド層における前記斜面と前記基板表面に平行な面との間に、曲面又は前記斜面の傾斜角度よりも傾斜角度が小さい平面が形成されていることを特徴とする請求項10又は11に記載のダイヤモンド半導体素子。
- 表面が{100}面又は{110}面により形成された基板上にソース又はドレインとなる第1及び第2のダイヤモンド層を夫々局所的に形成する工程と、前記第1及び第2のダイヤモンド層よりも不純物濃度が低く前記第1及び第2のダイヤモンド層間のチャネル領域となる第3のダイヤモンド層を形成する工程と、前記第1及び第2のダイヤモンド層に夫々接触するソース及びドレイン電極を形成する工程と、を有し、前記第1及び第2のダイヤモンド層の形成工程においては、前記第1及び第2のダイヤモンド層を選択成長法により形成することにより、端部の結晶面を選択した結果として前記第1及び第2のダイヤモンド層の相互に対向する端部には斜面が形成され、前記斜面は、{111}面若しくは{100}面又は基板表面と{100}面若しくは{111}面との間の遷移面により形成されており、前記第1及び第2のダイヤモンド層の前記基板に平行な面は、{111}面又は{100}面であることを特徴とするダイヤモンド半導体素子の製造方法。
- 前記第1及び第2のダイヤモンド層を形成する際に使用するマスクは、前記第1及び第2のダイヤモンド層の最も厚い部分の(1/2)以上の厚さにすることを特徴とする請求項13に記載のダイヤモンド半導体素子の製造方法。
- 前記第1及び第2のダイヤモンド層を形成した後、前記第1及び第2のダイヤモンド層を前記基板表面に垂直な方向にエッチングすることを特徴とする請求項13又は14に記載のダイヤモンド半導体素子の製造方法。
- 前記第1及び第2のダイヤモンド層の相互に対向する端部の下部に、前記基板に対して垂直な面が形成されており、前記第1及び第2のダイヤモンド層の相互に対向する端部の上部に形成された前記斜面上に前記第3のダイヤモンド層を形成する場合、前記第3のダイヤモンド層の厚さは、前記第1及び第2のダイヤモンド層の前記垂直な面が形成されている部分の厚さよりも厚くすることを特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載のダイヤモンド半導体素子の製造方法。
- 表面が{100}面又は{110}面により形成されチャネル領域となる半導体基板上にソース又はドレインとなる第1及び第2のダイヤモンド層を夫々局所的に形成する工程と、前記第1及び第2のダイヤモンド層に夫々接触するソース及びドレイン電極を形成する工程と、前記半導体基板の少なくとも前記チャネル領域上にゲート絶縁膜を形成する工程と、このゲート絶縁膜上における前記半導体基板の少なくとも前記チャネル領域の上方にゲート電極を形成する工程と、を有し、前記第1及び第2のダイヤモンド層を選択成長法により形成することにより、端部の結晶面を選択した結果として前記第1及び第2のダイヤモンド層の相互に対向する端部には斜面が形成され、前記斜面は、{111}面若しくは{100}面又は基板表面と{100}面若しくは{111}面との間の遷移面により形成されており、前記第1及び第2のダイヤモンド層の前記基板に平行な面は、{110}面又は{100}面であることを特徴とするダイヤモンド半導体素子の製造方法。
- 前記第1及び第2のダイヤモンド層を形成する際に使用するマスクは、前記第1及び第2のダイヤモンド層の最も厚い部分の(1/2)以上の厚さにすることを特徴とする請求項17に記載のダイヤモンド半導体素子の製造方法。
- 前記第1及び第2のダイヤモンド層を形成した後、前記第1及び第2のダイヤモンド層を前記基板表面に垂直な方向にエッチングすることを特徴とする請求項17又は18に記載のダイヤモンド半導体素子の製造方法。
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