JPH05283361A - ダイヤモンド半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
ダイヤモンド半導体装置およびその製造方法Info
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- JPH05283361A JPH05283361A JP8248092A JP8248092A JPH05283361A JP H05283361 A JPH05283361 A JP H05283361A JP 8248092 A JP8248092 A JP 8248092A JP 8248092 A JP8248092 A JP 8248092A JP H05283361 A JPH05283361 A JP H05283361A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体ダイヤモンドと金属あるいは導電材料
との接触抵抗の低いオーミック接合を得る。 【構成】 ｐ型ダイヤモンド基板４の一方の表面上に
は、ショットキー電極３が形成されている。また、この
Ｐ型ダイヤモンド基板４の他方の表面上には、ｐ+ダイ
ヤモンド層１が形成されている。このｐ+ ダイヤモンド
層１の表面上には、凹凸が形成されている。この凹凸
は、高低差が１００μｍの距離に対して１００Åを越え
１００００Å以下である。この凹凸が形成されたｐ+ ダ
イヤモンド層１の表面上には、オーミック電極２が形成
されている。
との接触抵抗の低いオーミック接合を得る。 【構成】 ｐ型ダイヤモンド基板４の一方の表面上に
は、ショットキー電極３が形成されている。また、この
Ｐ型ダイヤモンド基板４の他方の表面上には、ｐ+ダイ
ヤモンド層１が形成されている。このｐ+ ダイヤモンド
層１の表面上には、凹凸が形成されている。この凹凸
は、高低差が１００μｍの距離に対して１００Åを越え
１００００Å以下である。この凹凸が形成されたｐ+ ダ
イヤモンド層１の表面上には、オーミック電極２が形成
されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置およびその製
造方法に関し、特にダイヤモンドからなるダイヤモンド
半導体装置およびその製造方法に関するものである。
造方法に関し、特にダイヤモンドからなるダイヤモンド
半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは５．５ｅＶと大きいバン
ドギャップを有する。このため、真性領域に相当する温
度領域は、ダイヤモンドが熱的に安定な１４００℃以下
には存在しない。ダイヤモンドは化学的にも非常に安定
である。また、ダイヤモンドの熱伝導率は２０（Ｗ／ｃ
ｍ・Ｋ）とＳｉの１０倍以上であり、放熱性にも優れて
いる。さらに、ダイヤモンドは、キャリアの移動度が大
きい（電子移動度：２０００（ｃｍ2 ／Ｖ・秒）、ホー
ル移動度：２１００（ｃｍ2 ／Ｖ・秒）、３００Ｋ）、
誘電率が小さい（Ｋ＝５．５）、破壊電界が大きい（Ｅ
＝５×１０6 Ｖ／ｃｍ）などの特徴を有している。
ドギャップを有する。このため、真性領域に相当する温
度領域は、ダイヤモンドが熱的に安定な１４００℃以下
には存在しない。ダイヤモンドは化学的にも非常に安定
である。また、ダイヤモンドの熱伝導率は２０（Ｗ／ｃ
ｍ・Ｋ）とＳｉの１０倍以上であり、放熱性にも優れて
いる。さらに、ダイヤモンドは、キャリアの移動度が大
きい（電子移動度：２０００（ｃｍ2 ／Ｖ・秒）、ホー
ル移動度：２１００（ｃｍ2 ／Ｖ・秒）、３００Ｋ）、
誘電率が小さい（Ｋ＝５．５）、破壊電界が大きい（Ｅ
＝５×１０6 Ｖ／ｃｍ）などの特徴を有している。
【０００３】ダイヤモンドは上記のような特徴を有する
ため、高温下、放射線下で安定に動作し、かつ高出力で
の動作にも耐え得るデバイスとして応用が注目されてい
る。このダイヤモンドのデバイスには、半導体ダイヤモ
ンドと金属あるいは導電性材料との間にオーミック接合
が形成される。このダイヤモンドのオーミック接合を得
る方法としては、Ｔｉの高温での蒸着（Ｈ．Ｓｈｉｏｍ
ｉ ｅｔ．ａｌ． ：Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．Ｖｏｌ．２８
（１９８９） ７５８など）が報告されている。また、
高濃度ドープ層を利用することも考えられる。
ため、高温下、放射線下で安定に動作し、かつ高出力で
の動作にも耐え得るデバイスとして応用が注目されてい
る。このダイヤモンドのデバイスには、半導体ダイヤモ
ンドと金属あるいは導電性材料との間にオーミック接合
が形成される。このダイヤモンドのオーミック接合を得
る方法としては、Ｔｉの高温での蒸着（Ｈ．Ｓｈｉｏｍ
ｉ ｅｔ．ａｌ． ：Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．Ｖｏｌ．２８
（１９８９） ７５８など）が報告されている。また、
高濃度ドープ層を利用することも考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、ダイヤ
モンドのオーミック接合を得ることができる。しかしな
がら、ダイヤモンドは高いバンドギャップを有する。こ
のことによって生じる弊害を以下に説明する。
モンドのオーミック接合を得ることができる。しかしな
がら、ダイヤモンドは高いバンドギャップを有する。こ
のことによって生じる弊害を以下に説明する。
【０００５】図１０は、金属と半導体を接触させたとき
のバンド図である。図１０を参照して、金属Ｍとｎ型半
導体Ｓが接触している。半導体Ｓ表面の不純物濃度が比
較的低い場合は、高いエネルギー状態にある電子だけが
矢印Ａ方向に沿ってショットキー障壁高さｈを越えて流
れる。これに対し、半導体Ｓ表面の不純物濃度が比較的
高い場合、障壁幅が狭くなるため、比較的低いエネルギ
ー状態にある電子でも矢印Ｂ方向に沿ってトンネリング
で多数流れるようになる。しかしながら、ダイヤモンド
のようにバンドギャップが大きいと、ショットキー障壁
高さｈが高くなる。これによって、電子がトンネリング
で流れるエネルギー位置も高くなる。よって、同じ電圧
でも流れる電流が少なくなり、その分抵抗が大きくな
る。ｐ型半導体についても同様である。このため、バン
ドギャップの大きい半導体ダイヤモンドは、金属または
導電性材料との接触抵抗が大きくなる。したがって、ダ
イヤモンド半導体装置では、低接触抵抗のオーミック接
合を得難いという問題点があった。
のバンド図である。図１０を参照して、金属Ｍとｎ型半
導体Ｓが接触している。半導体Ｓ表面の不純物濃度が比
較的低い場合は、高いエネルギー状態にある電子だけが
矢印Ａ方向に沿ってショットキー障壁高さｈを越えて流
れる。これに対し、半導体Ｓ表面の不純物濃度が比較的
高い場合、障壁幅が狭くなるため、比較的低いエネルギ
ー状態にある電子でも矢印Ｂ方向に沿ってトンネリング
で多数流れるようになる。しかしながら、ダイヤモンド
のようにバンドギャップが大きいと、ショットキー障壁
高さｈが高くなる。これによって、電子がトンネリング
で流れるエネルギー位置も高くなる。よって、同じ電圧
でも流れる電流が少なくなり、その分抵抗が大きくな
る。ｐ型半導体についても同様である。このため、バン
ドギャップの大きい半導体ダイヤモンドは、金属または
導電性材料との接触抵抗が大きくなる。したがって、ダ
イヤモンド半導体装置では、低接触抵抗のオーミック接
合を得難いという問題点があった。
【０００６】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、半導体ダイヤモンドと金属ある
いは導電性材料の接触抵抗の低いオーミック接合を有す
るダイヤモンド半導体装置およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。
ためになされたもので、半導体ダイヤモンドと金属ある
いは導電性材料の接触抵抗の低いオーミック接合を有す
るダイヤモンド半導体装置およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に従ったダイヤモ
ンド半導体装置は、基板と、導電領域と、導電層とを備
えている。基板は、少なくとも主表面がダイヤモンドか
らなり、その主表面に凹凸が形成されている。導電領域
は、基板の主表面に形成されている。導伝層は導電領域
と接するように形成されている。基板の主表面に形成さ
れた凹凸の高低差は１００μｍの距離に対して１００Å
を越え１０００Å以下である。
ンド半導体装置は、基板と、導電領域と、導電層とを備
えている。基板は、少なくとも主表面がダイヤモンドか
らなり、その主表面に凹凸が形成されている。導電領域
は、基板の主表面に形成されている。導伝層は導電領域
と接するように形成されている。基板の主表面に形成さ
れた凹凸の高低差は１００μｍの距離に対して１００Å
を越え１０００Å以下である。
【０００８】好ましくは基板の主表面に形成された凹凸
の頂面の曲率半径が１０-3ｃｍ以下であってもよい。
の頂面の曲率半径が１０-3ｃｍ以下であってもよい。
【０００９】本発明にしたがったダイヤモンド半導体装
置の製造方法によれば、まず少なくとも主表面がダイヤ
モンドからなる基板が準備される。導電領域が基板の主
表面に形成される。導電領域が形成された基板の主表面
に凹凸が形成される。導電領域と接するように導電層が
形成される。
置の製造方法によれば、まず少なくとも主表面がダイヤ
モンドからなる基板が準備される。導電領域が基板の主
表面に形成される。導電領域が形成された基板の主表面
に凹凸が形成される。導電領域と接するように導電層が
形成される。
【００１０】好ましくは、基板の主表面に凹凸を形成す
る工程は、イオンおよびプラズマの少なくともいずれか
により形成されてもよい。
る工程は、イオンおよびプラズマの少なくともいずれか
により形成されてもよい。
【００１１】また、基板の主表面に凹凸をイオンおよび
プラズマの少なくともいずれかにより形成する工程は、
酸素およびハロゲンガスの少なくともいずれかを用いて
もよい。
プラズマの少なくともいずれかにより形成する工程は、
酸素およびハロゲンガスの少なくともいずれかを用いて
もよい。
【００１２】
【作用】本発明のダイヤモンド半導体装置においては、
基板の主表面の導電領域と導電層の接する部分に凹凸が
形成されている。このため、導電領域と導電層に電圧を
印加すると、電子が凹凸の先端に集中し、凹凸の先端か
ら電子が放出されやすくなる。すなわち、導電領域と導
電層の接する部分で電流が流れやすくなる。したがっ
て、その接する部分での抵抗を低減することが可能とな
る。
基板の主表面の導電領域と導電層の接する部分に凹凸が
形成されている。このため、導電領域と導電層に電圧を
印加すると、電子が凹凸の先端に集中し、凹凸の先端か
ら電子が放出されやすくなる。すなわち、導電領域と導
電層の接する部分で電流が流れやすくなる。したがっ
て、その接する部分での抵抗を低減することが可能とな
る。
【００１３】また、この凹凸の高低差は１００μｍの距
離に対して１００Åを越え、１００００Å以下である。
凹凸の高低差が１００Å以下であると、上記の電子の凹
凸への集中の効果が得がたく、接触抵抗の低下が図れな
い。また、１００００Åより大きいと、デバイスの微細
化を図ることができなくなる。
離に対して１００Åを越え、１００００Å以下である。
凹凸の高低差が１００Å以下であると、上記の電子の凹
凸への集中の効果が得がたく、接触抵抗の低下が図れな
い。また、１００００Åより大きいと、デバイスの微細
化を図ることができなくなる。
【００１４】基板の主表面に形成された凹凸の頂面の曲
率半径は１０-3ｃｍ以下であることが好ましい。凹凸の
頂面の曲率半径が１０-3ｃｍより大きいと、凹凸の先端
部での電子の凹凸への集中の効果が得がたくなる。した
がって、導電領域と導電層の接する部分での抵抗の低下
を図れない。
率半径は１０-3ｃｍ以下であることが好ましい。凹凸の
頂面の曲率半径が１０-3ｃｍより大きいと、凹凸の先端
部での電子の凹凸への集中の効果が得がたくなる。した
がって、導電領域と導電層の接する部分での抵抗の低下
を図れない。
【００１５】本発明のダイヤモンド半導体装置の製造方
法によれば、上記の効果を有するダイヤモンド半導体装
置を製造することができる。
法によれば、上記の効果を有するダイヤモンド半導体装
置を製造することができる。
【００１６】凹凸はイオンおよびプラズマの少なくとも
いずれかにより形成することが好ましい。
いずれかにより形成することが好ましい。
【００１７】また、イオンおよびプラズマの少なくとも
いずれかにより凹凸を形成する工程は、酸素およびハロ
ゲンガスの少なくともいずれかを用いることが好まし
い。
いずれかにより凹凸を形成する工程は、酸素およびハロ
ゲンガスの少なくともいずれかを用いることが好まし
い。
【００１８】
【実施例】実施例１．人工の単結晶ダイヤモンド基板の
表面全面にマイクロ波プラズマＣＶＤ法によってボロン
ドープ層を成膜した。成膜は以下の条件で行なった。
表面全面にマイクロ波プラズマＣＶＤ法によってボロン
ドープ層を成膜した。成膜は以下の条件で行なった。
【００１９】Ｈ2 流量：１００ＳＣＣＭ、ＣＨ4 流量：
６ＳＣＣＭ、Ｂ2 Ｈ6 （１０ｐ．ｐ．ｍ．）流量：５Ｓ
ＣＣＭ、圧力：４０Ｔｏｒｒ、出力：３００Ｗ、基板温
度：約８００℃であった。また、ボロンドープ層の膜厚
は約２μｍであった。
６ＳＣＣＭ、Ｂ2 Ｈ6 （１０ｐ．ｐ．ｍ．）流量：５Ｓ
ＣＣＭ、圧力：４０Ｔｏｒｒ、出力：３００Ｗ、基板温
度：約８００℃であった。また、ボロンドープ層の膜厚
は約２μｍであった。
【００２０】この成膜を施した基板に以下の処理を施し
た。図１〜図４は、接触抵抗を測定するための試料の製
造工程を概略的に示す断面図である。上記のごとく作成
した基板２１の表面上に図１に示すようにアルミニウム
層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを蒸着した。このア
ルミニウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの幅
Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 ，Ｓ4 は、各々４００μｍ、２００μ
ｍ、１００μｍ、５０μｍとした。この試料をスパッタ
リング装置内に設置した。スパッタリング装置は約１２
ｃｍ直径の電極が向き合っており、その間隔が５ｍｍか
ら１０ｃｍまで可変である。装置内にはＡｒガスと酸素
ガスが導入できるようになっており、酸素分圧を変える
ことができる。電極に高周波電力を投入することによっ
て、プラズマを発生することができる。下方の電極がカ
ソード側となっているため、試料を下方の電極に置くこ
とによりエッチングが施される。このスパッタリング装
置内で電極間隔２．５ｃｍ、酸素圧力１Ｔｏｒｒ、高周
波電力２００Ｗ、放電時間２０分で図１に示す試料の表
面処理を行なった。
た。図１〜図４は、接触抵抗を測定するための試料の製
造工程を概略的に示す断面図である。上記のごとく作成
した基板２１の表面上に図１に示すようにアルミニウム
層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを蒸着した。このア
ルミニウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの幅
Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 ，Ｓ4 は、各々４００μｍ、２００μ
ｍ、１００μｍ、５０μｍとした。この試料をスパッタ
リング装置内に設置した。スパッタリング装置は約１２
ｃｍ直径の電極が向き合っており、その間隔が５ｍｍか
ら１０ｃｍまで可変である。装置内にはＡｒガスと酸素
ガスが導入できるようになっており、酸素分圧を変える
ことができる。電極に高周波電力を投入することによっ
て、プラズマを発生することができる。下方の電極がカ
ソード側となっているため、試料を下方の電極に置くこ
とによりエッチングが施される。このスパッタリング装
置内で電極間隔２．５ｃｍ、酸素圧力１Ｔｏｒｒ、高周
波電力２００Ｗ、放電時間２０分で図１に示す試料の表
面処理を行なった。
【００２１】上記の表面処理を施すことによって、基板
２１のアルミニウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ
によって被覆されていない表面上に図２に示すように凹
凸が生じた。この凹凸の高低差は１００μｍの距離に対
して５０００Å〜１００００Åであった。また、凹凸の
先端の曲率半径は１０-4ｃｍ以下であった。次に、図３
に示すように表面処理を施した試料２１の表面上にチタ
ン層２３を４００℃で蒸着した。リフトオフにより、ア
ルミニウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄのみを除
去した。これにより、図４に示すようにチタン電極２３
ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄおよび２３ｅを形成した。
各チタン電極間の距離はｓ1 ：４００μｍ、ｓ2 ：２０
０μｍ、ｓ3 ：１００μｍ、ｓ4 ：５０μｍである。
２１のアルミニウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ
によって被覆されていない表面上に図２に示すように凹
凸が生じた。この凹凸の高低差は１００μｍの距離に対
して５０００Å〜１００００Åであった。また、凹凸の
先端の曲率半径は１０-4ｃｍ以下であった。次に、図３
に示すように表面処理を施した試料２１の表面上にチタ
ン層２３を４００℃で蒸着した。リフトオフにより、ア
ルミニウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄのみを除
去した。これにより、図４に示すようにチタン電極２３
ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄおよび２３ｅを形成した。
各チタン電極間の距離はｓ1 ：４００μｍ、ｓ2 ：２０
０μｍ、ｓ3 ：１００μｍ、ｓ4 ：５０μｍである。
【００２２】上記のように形成された図５に示す試料に
ついて接触抵抗を測定した。この測定方法については、
まず電極２３ａと電極２３ｂに約１０Ｖの電圧を印加し
て、電極間距離ｓ1 が４００μｍのときの抵抗値を測定
した。このように、各電極間に電圧を印加して、各電極
間距離（４００μｍ，２００μｍ，１００μｍ，５０μ
ｍ）での各抵抗値を測定した。次に、この各抵抗値を外
挿することによって、電極間距離が０のときの抵抗値
（すなわち接触抵抗）を導いた。この測定結果を図６に
示す。
ついて接触抵抗を測定した。この測定方法については、
まず電極２３ａと電極２３ｂに約１０Ｖの電圧を印加し
て、電極間距離ｓ1 が４００μｍのときの抵抗値を測定
した。このように、各電極間に電圧を印加して、各電極
間距離（４００μｍ，２００μｍ，１００μｍ，５０μ
ｍ）での各抵抗値を測定した。次に、この各抵抗値を外
挿することによって、電極間距離が０のときの抵抗値
（すなわち接触抵抗）を導いた。この測定結果を図６に
示す。
【００２３】図６を参照して、●印は表面処理を施した
試料，○印は表面処理を施していない試料の抵抗値であ
る。この図から明らかなように、表面処理を施した試料
の接触抵抗は、表面処理を施していない試料に比較して
低くなっていることがわかる。なお、表面処理を施して
いない試料表面の凹凸の高低差は１００μｍの距離に対
して、約１００Åであった。 実施例２．人工の単結晶ダイヤモンド基板の表面全面に
マイクロ波プラズマＣＶＤ法によってボロンドープ層を
成膜した。成膜は以下の条件で行なった。
試料，○印は表面処理を施していない試料の抵抗値であ
る。この図から明らかなように、表面処理を施した試料
の接触抵抗は、表面処理を施していない試料に比較して
低くなっていることがわかる。なお、表面処理を施して
いない試料表面の凹凸の高低差は１００μｍの距離に対
して、約１００Åであった。 実施例２．人工の単結晶ダイヤモンド基板の表面全面に
マイクロ波プラズマＣＶＤ法によってボロンドープ層を
成膜した。成膜は以下の条件で行なった。
【００２４】Ｈ2 流量：１００ＳＣＣＭ、ＣＨ4 流量：
６ＳＣＣＭ、Ｂ2 Ｈ6 （１００ｐ．ｐ．ｍ．）流量：５
ＳＣＣＭ、圧力：４０Ｔｏｒｒ、出力：３００Ｗ、基板
温度：約８００℃であった。また、ボロンドープ層の膜
厚は約２μｍであった。
６ＳＣＣＭ、Ｂ2 Ｈ6 （１００ｐ．ｐ．ｍ．）流量：５
ＳＣＣＭ、圧力：４０Ｔｏｒｒ、出力：３００Ｗ、基板
温度：約８００℃であった。また、ボロンドープ層の膜
厚は約２μｍであった。
【００２５】この成膜を施した基板に以下の処理を施し
た。まず、図１に示すように実施例１と同様にアルミニ
ウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを蒸着した。こ
の試料を、実施例１と同様の条件でスパッタリング装置
内において表面処理を施した。この表面処理により、図
２に示すように基板２１のアルミニウム層２２ａ，２２
ｂ，２２ｃ，２２ｄが形成されていない表面に凹凸が形
成された。この凹凸は１００μｍの距離に対して５００
０Å〜１００００Åの高低差を有し、かつその先端の曲
率半径が１０-4ｃｍ以下であった。次に、この試料にチ
タン層２３を４００℃で蒸着した。さらに、リフトオフ
によってアルミニウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２
ｄを除去することにより図４に示すようにチタン電極２
３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄおよび２３ｅを形成し
た。上記のように形成した図５に示す試料について、実
施例１と同様に接触抵抗を測定した。その測定結果を図
７に示す。
た。まず、図１に示すように実施例１と同様にアルミニ
ウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを蒸着した。こ
の試料を、実施例１と同様の条件でスパッタリング装置
内において表面処理を施した。この表面処理により、図
２に示すように基板２１のアルミニウム層２２ａ，２２
ｂ，２２ｃ，２２ｄが形成されていない表面に凹凸が形
成された。この凹凸は１００μｍの距離に対して５００
０Å〜１００００Åの高低差を有し、かつその先端の曲
率半径が１０-4ｃｍ以下であった。次に、この試料にチ
タン層２３を４００℃で蒸着した。さらに、リフトオフ
によってアルミニウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２
ｄを除去することにより図４に示すようにチタン電極２
３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄおよび２３ｅを形成し
た。上記のように形成した図５に示す試料について、実
施例１と同様に接触抵抗を測定した。その測定結果を図
７に示す。
【００２６】図７を参照して、●印は表面処理を施した
試料，○印は表面処理を施していない試料の抵抗値であ
る。この図から明らかなように、表面処理を施した試料
の接触抵抗（電極間隔０のときの抵抗値）は、表面処理
を施していない試料に比較して低くなっていることがわ
かる。なお、表面処理を施していない試料表面の凹凸の
高低差は１００μｍの距離に対して約１００Åであっ
た。 実施例３．人工の単結晶ダイヤモンド基板の表面全面に
マイクロ波プラズマＣＶＤ法によってボロンドープ層を
成膜した。成膜は以下の条件で行なった。
試料，○印は表面処理を施していない試料の抵抗値であ
る。この図から明らかなように、表面処理を施した試料
の接触抵抗（電極間隔０のときの抵抗値）は、表面処理
を施していない試料に比較して低くなっていることがわ
かる。なお、表面処理を施していない試料表面の凹凸の
高低差は１００μｍの距離に対して約１００Åであっ
た。 実施例３．人工の単結晶ダイヤモンド基板の表面全面に
マイクロ波プラズマＣＶＤ法によってボロンドープ層を
成膜した。成膜は以下の条件で行なった。
【００２７】Ｈ2 流量：１００ＳＣＣＭ、ＣＨ4 流量：
６ＳＣＣＭ、Ｂ2 Ｈ6 （１０ｐ．ｐ．ｍ．）流量：５Ｓ
ＣＣＭ、圧力：４０Ｔｏｒｒ、出力：３００Ｗ、基板温
度：約８００℃であった。また、ボロンドープ層の膜厚
は約２μｍであった。
６ＳＣＣＭ、Ｂ2 Ｈ6 （１０ｐ．ｐ．ｍ．）流量：５Ｓ
ＣＣＭ、圧力：４０Ｔｏｒｒ、出力：３００Ｗ、基板温
度：約８００℃であった。また、ボロンドープ層の膜厚
は約２μｍであった。
【００２８】この成膜を施した基板に以下の処理を施し
た。まず、図１に示すように実施例１と同様にアルミニ
ウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを蒸着した。こ
の試料をスパッタリング装置内において、酸素圧力０．
１Ｔｏｒｒ、高周波電力２００Ｗ、放電時間２０分の条
件で表面処理を施した。この表面処理により、基板２１
のアルミニウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが形
成されていない表面に凹凸が形成された。この凹凸は、
１００μｍの距離に対して、１０００Åの高低差を有
し、かつその先端の曲率半径が３×１０ -5ｃｍであっ
た。次に、図３に示すように基板２１にチタン層２３を
４００℃で蒸着した。この試料をリフトオフによりアル
ミニウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄのみを除去
し、図４に示すようにチタン電極２３ａ，２３ｂ，２３
ｃ，２３ｄおよび２３ｅを形成した。上記のように形成
された試料について接触抵抗を測定した。その結果、実
施例１および実施例２に示す結果と同様、表面処理を施
した試料の接触抵抗は、表面処理を施していない試料に
比較して低くなっていた。なお、表面処理を施していな
い試料表面の凹凸の高低差は１００μｍの距離に対して
約１００Åであった。 実施例４．人工の単結晶ダイヤモンド基板の表面全面に
マイクロ波プラズマＣＶＤ法によってボロンドープ層を
成膜した。成膜は以下の条件で行なった。
た。まず、図１に示すように実施例１と同様にアルミニ
ウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを蒸着した。こ
の試料をスパッタリング装置内において、酸素圧力０．
１Ｔｏｒｒ、高周波電力２００Ｗ、放電時間２０分の条
件で表面処理を施した。この表面処理により、基板２１
のアルミニウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが形
成されていない表面に凹凸が形成された。この凹凸は、
１００μｍの距離に対して、１０００Åの高低差を有
し、かつその先端の曲率半径が３×１０ -5ｃｍであっ
た。次に、図３に示すように基板２１にチタン層２３を
４００℃で蒸着した。この試料をリフトオフによりアル
ミニウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄのみを除去
し、図４に示すようにチタン電極２３ａ，２３ｂ，２３
ｃ，２３ｄおよび２３ｅを形成した。上記のように形成
された試料について接触抵抗を測定した。その結果、実
施例１および実施例２に示す結果と同様、表面処理を施
した試料の接触抵抗は、表面処理を施していない試料に
比較して低くなっていた。なお、表面処理を施していな
い試料表面の凹凸の高低差は１００μｍの距離に対して
約１００Åであった。 実施例４．人工の単結晶ダイヤモンド基板の表面全面に
マイクロ波プラズマＣＶＤ法によってボロンドープ層を
成膜した。成膜は以下の条件で行なった。
【００２９】Ｈ2 流量：１００ＳＣＣＭ、ＣＨ4 流量：
６ＳＣＣＭ、Ｂ2 Ｈ6 （１０ｐ．ｐ．ｍ．）流量：５Ｓ
ＣＣＭ、圧力：４０Ｔｏｒｒ、出力：３００Ｗ、基板温
度：約８００℃であった。また、ボロンドープ層の膜厚
は約２μｍであった。
６ＳＣＣＭ、Ｂ2 Ｈ6 （１０ｐ．ｐ．ｍ．）流量：５Ｓ
ＣＣＭ、圧力：４０Ｔｏｒｒ、出力：３００Ｗ、基板温
度：約８００℃であった。また、ボロンドープ層の膜厚
は約２μｍであった。
【００３０】この基板に図１に示す形状にアルミニウム
層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを蒸着した。この試
料をスパッタリング装置内に設置した。このスパッタリ
ング装置内において試料をイオンビームによって表面処
理を施した。イオンビームは酸素のみのガスを分解して
得られた。表面処理の条件は、酸素流量：５ＳＣＣＭ、
圧力：５×１０-4Ｔｏｒｒ、加速電圧：５ｋＶ、イオン
電流：７ｍＡであった。この表面処理により、図２に示
すように基板２１のアルミニウム層２２ａ，２２ｂ，２
２ｃ，２２ｄが形成されていない表面に凹凸が形成され
た。この凹凸は、１００μｍの距離に対して５００Åの
高低差を有し、かつその先端の曲率半径が１０-3ｃｍ以
下であった。次に、図３に示すようにこの試料にチタン
層２３を４００℃で蒸着した。さらにこの後、リフトオ
フによりアルミニウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２
ｄだけを除去し、図４に示すようにチタン電極２３ａ，
２３ｂ，２３ｃ，２３ｄおよび２３ｅを形成した。上記
のように形成された試料について実施例１と同様に接触
抵抗を測定した。
層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを蒸着した。この試
料をスパッタリング装置内に設置した。このスパッタリ
ング装置内において試料をイオンビームによって表面処
理を施した。イオンビームは酸素のみのガスを分解して
得られた。表面処理の条件は、酸素流量：５ＳＣＣＭ、
圧力：５×１０-4Ｔｏｒｒ、加速電圧：５ｋＶ、イオン
電流：７ｍＡであった。この表面処理により、図２に示
すように基板２１のアルミニウム層２２ａ，２２ｂ，２
２ｃ，２２ｄが形成されていない表面に凹凸が形成され
た。この凹凸は、１００μｍの距離に対して５００Åの
高低差を有し、かつその先端の曲率半径が１０-3ｃｍ以
下であった。次に、図３に示すようにこの試料にチタン
層２３を４００℃で蒸着した。さらにこの後、リフトオ
フによりアルミニウム層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２
ｄだけを除去し、図４に示すようにチタン電極２３ａ，
２３ｂ，２３ｃ，２３ｄおよび２３ｅを形成した。上記
のように形成された試料について実施例１と同様に接触
抵抗を測定した。
【００３１】この接触抵抗を測定した結果、表面処理を
施した試料の接触抵抗は表面処理を施していない試料の
接触抵抗に比較して５分の１程度であった。なお、表面
処理を施していない試料表面の凹凸の高低差は１００μ
ｍの距離に対して約１００Åであった。
施した試料の接触抵抗は表面処理を施していない試料の
接触抵抗に比較して５分の１程度であった。なお、表面
処理を施していない試料表面の凹凸の高低差は１００μ
ｍの距離に対して約１００Åであった。
【００３２】なお、スパッタリング装置内での表面処理
において、酸素ガスの代わりにハロゲンガスを使用して
も同様に基板の表面に凹凸が形成される。
において、酸素ガスの代わりにハロゲンガスを使用して
も同様に基板の表面に凹凸が形成される。
【００３３】また、本実施例では、人工の単結晶ダイヤ
モンド基板を用いたが、適用される半導体性ダイヤモン
ドはこれに限られない。すなわち、半導体性ダイヤモン
ドは天然あるいは人工（高圧合成）のバルク単結晶であ
っても、気相合成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）であってもその効果は変わらな
い。
モンド基板を用いたが、適用される半導体性ダイヤモン
ドはこれに限られない。すなわち、半導体性ダイヤモン
ドは天然あるいは人工（高圧合成）のバルク単結晶であ
っても、気相合成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）であってもその効果は変わらな
い。
【００３４】気相合成ダイヤモンド膜を形成する方法と
しては、（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） レーザや紫外線などの光で原料ガスを励起する
方法、（５） 原料ガスを燃焼させる方法などの各種の
方法があるが、いずれの方法も本発明に用いることがで
き、発明の効果は変わらない。
しては、（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） レーザや紫外線などの光で原料ガスを励起する
方法、（５） 原料ガスを燃焼させる方法などの各種の
方法があるが、いずれの方法も本発明に用いることがで
き、発明の効果は変わらない。
【００３５】次に、上記の実験によって得られた接触抵
抗の低いオーミック接合を有するダイヤモンド半導体装
置の構成について説明する。
抗の低いオーミック接合を有するダイヤモンド半導体装
置の構成について説明する。
【００３６】図８は、本発明の一実施例によるダイヤモ
ンド半導体装置の概略構成を示す断面図である。図８を
参照して、ダイオード１０は、ｐ+ ダイヤモンド層１，
オーミック電極２，ショットキー電極３およびｐ型ダイ
ヤモンド基板４から構成されている。このｐ型ダイヤモ
ンド基板４の一方の表面上には、ショットキー電極３が
形成されている。また、ｐ型ダイヤモンド基板４の他方
の表面上には、ｐ+ ダイヤモンド層１が形成されてい
る。このｐ+ ダイヤモンド層１の表面上には、１００μ
ｍの距離に対して１００Å〜１００００Åの凹凸が形成
されている。この凹凸が形成されたｐ+ ダイヤモンド層
１の表面上には、オーミック電極が形成されている。
ンド半導体装置の概略構成を示す断面図である。図８を
参照して、ダイオード１０は、ｐ+ ダイヤモンド層１，
オーミック電極２，ショットキー電極３およびｐ型ダイ
ヤモンド基板４から構成されている。このｐ型ダイヤモ
ンド基板４の一方の表面上には、ショットキー電極３が
形成されている。また、ｐ型ダイヤモンド基板４の他方
の表面上には、ｐ+ ダイヤモンド層１が形成されてい
る。このｐ+ ダイヤモンド層１の表面上には、１００μ
ｍの距離に対して１００Å〜１００００Åの凹凸が形成
されている。この凹凸が形成されたｐ+ ダイヤモンド層
１の表面上には、オーミック電極が形成されている。
【００３７】図９は、本発明の他の実施例によるダイヤ
モンド半導体装置の概略構成を示す断面図である。図９
を参照して、電界効果トランジスタ２０は、ｐ型ダイヤ
モンド層１１，ソース電極１２，ドレイン電極１３，ゲ
ート電極１４および絶縁性ダイヤモンド基板１５から構
成されている。絶縁性ダイヤモンド基板１５の表面上に
は、ｐ型ダイヤモンド層１１が形成されている。このｐ
型ダイヤモンド層１１の表面上には、ショットキー電極
であるゲート電極１４が形成されている。また、ｐ型ダ
イヤモンド層１１の表面上には、このｐ型ダイヤモンド
層１１とオーミック接合をなすソース電極１２およびド
レイン電極１３が形成されている。このソース電極１２
およびドレイン電極１３との接触面には、ｐ型ダイヤモ
ンド層１１の表面上に凹凸が形成されている。この凹凸
は、１００μｍの距離に対して、１００Åを越え１００
００Å以下の高低差を有している。また、その凹凸の先
端の曲率半径は１０-3ｃｍ以下である。
モンド半導体装置の概略構成を示す断面図である。図９
を参照して、電界効果トランジスタ２０は、ｐ型ダイヤ
モンド層１１，ソース電極１２，ドレイン電極１３，ゲ
ート電極１４および絶縁性ダイヤモンド基板１５から構
成されている。絶縁性ダイヤモンド基板１５の表面上に
は、ｐ型ダイヤモンド層１１が形成されている。このｐ
型ダイヤモンド層１１の表面上には、ショットキー電極
であるゲート電極１４が形成されている。また、ｐ型ダ
イヤモンド層１１の表面上には、このｐ型ダイヤモンド
層１１とオーミック接合をなすソース電極１２およびド
レイン電極１３が形成されている。このソース電極１２
およびドレイン電極１３との接触面には、ｐ型ダイヤモ
ンド層１１の表面上に凹凸が形成されている。この凹凸
は、１００μｍの距離に対して、１００Åを越え１００
００Å以下の高低差を有している。また、その凹凸の先
端の曲率半径は１０-3ｃｍ以下である。
【００３８】なお、本発明のダイヤモンド半導体装置に
採用されるオーミック接合は、上記のダイオードおよび
電界効果トランジスタに限られずオーミック接合を有す
るすべてのダイヤモンド半導体装置に適用することがで
きる。
採用されるオーミック接合は、上記のダイオードおよび
電界効果トランジスタに限られずオーミック接合を有す
るすべてのダイヤモンド半導体装置に適用することがで
きる。
【００３９】
【発明の効果】本発明のダイヤモンド半導体装置におい
ては、基板の主表面の導電領域と導電層が接する部分
に、凹凸が形成されている。このため、導電領域と導電
層に電圧を印加すると、電子が凹凸の先端に集中し、凹
凸の先端から電子が放出されやすくなる。すなわち、導
電領域と導電層の接する部分で電流が流れやすくなる。
したがって、その接する部分での抵抗を低減することが
できる。
ては、基板の主表面の導電領域と導電層が接する部分
に、凹凸が形成されている。このため、導電領域と導電
層に電圧を印加すると、電子が凹凸の先端に集中し、凹
凸の先端から電子が放出されやすくなる。すなわち、導
電領域と導電層の接する部分で電流が流れやすくなる。
したがって、その接する部分での抵抗を低減することが
できる。
【００４０】また、この凹凸の高低差は１００μｍの距
離に対して１００Åを越え、１００００Å以下である。
凹凸の高低差が１００Å以下であると、上記の電界集中
の効果が得がたく、接触抵抗の低下が図れない。また、
１００００Åより大きいと、デバイスの微細化を図るこ
とができなくなる。
離に対して１００Åを越え、１００００Å以下である。
凹凸の高低差が１００Å以下であると、上記の電界集中
の効果が得がたく、接触抵抗の低下が図れない。また、
１００００Åより大きいと、デバイスの微細化を図るこ
とができなくなる。
【図１】接触抵抗を測定するための試料の製造方法の第
１工程を示す断面図である。
１工程を示す断面図である。
【図２】接触抵抗を測定するための試料の製造方法の第
２工程を示す断面図である。
２工程を示す断面図である。
【図３】接触抵抗を測定するための試料の製造方法の第
３工程を示す断面図である。
３工程を示す断面図である。
【図４】接触抵抗を測定するための試料の製造方法の第
４工程を示す断面図である。
４工程を示す断面図である。
【図５】接触抵抗を測定するための試料の概略構成を示
す平面図である。
す平面図である。
【図６】接触抵抗を測定した実施例１の実験結果を示す
図である。
図である。
【図７】接触抵抗を測定した実施例２の実験結果を示す
図である。
図である。
【図８】本発明の一実施例によるダイヤモンド半導体装
置の概略構成を示す断面図である。
置の概略構成を示す断面図である。
【図９】本発明の他の実施例によるダイヤモンド半導体
装置の概略構成を示す断面図である。
装置の概略構成を示す断面図である。
【図１０】金属と半導体を接触させたときのバンド図で
ある。
ある。
１ ｐ+ダイヤモンド層 ２ オーミック電極 ４ ｐ型ダイヤモンド基板 １１ ｐ型ダイヤモンド層 １２ ソース電極 １３ ドレイン電極 １５ 絶縁性ダイヤモンド基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/812
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも主表面がダイヤモンドからな
り、その主表面に凹凸が形成された基板と、 前記基板の主表面に形成された導電領域と、 前記導電領域と接するように形成された導電層とを備
え、 前記凹凸の高低差が１００μｍの距離に対して１００Å
を越え１００００Å以下であることを特徴とする、ダイ
ヤモンド半導体装置 - 【請求項２】 前記凹凸の頂面の曲率半径が１０-3ｃｍ
以下であることを特徴とする、請求項１に記載のダイヤ
モンド半導体装置。 - 【請求項３】 少なくとも主表面がダイヤモンドからな
る基板を準備する工程と、 前記基板の主表面に導電領域を形成する工程と、 前記導電領域が形成された前記基板の主表面に凹凸を形
成する工程と、 前記導電領域と接するように導電層を形成する工程とを
備えた、ダイヤモンド半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記凹凸をイオンおよびプラズマの少な
くともいずれかにより形成したことを特徴とする、請求
項３に記載のダイヤモンド半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記イオンおよびプラズマの少なくとも
いずれかにより前記凹凸を形成する際に酸素およびハロ
ゲンガスの少なくともいずれかを用いたことを特徴とす
る、請求項４に記載のダイヤモンド半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8248092A JPH05283361A (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | ダイヤモンド半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8248092A JPH05283361A (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | ダイヤモンド半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05283361A true JPH05283361A (ja) | 1993-10-29 |
Family
ID=13775684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8248092A Pending JPH05283361A (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | ダイヤモンド半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05283361A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5929523A (en) * | 1996-03-07 | 1999-07-27 | 3C Semiconductor Corporation | Os rectifying Schottky and ohmic junction and W/WC/TiC ohmic contacts on SiC |
| US6388272B1 (en) | 1996-03-07 | 2002-05-14 | Caldus Semiconductor, Inc. | W/WC/TAC ohmic and rectifying contacts on SiC |
| JP2009054640A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高出力ダイヤモンド半導体素子 |
| JP2009081392A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高出力ダイヤモンド半導体素子 |
| JP2009081393A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高出力ダイヤモンド半導体素子 |
| CN101981702A (zh) * | 2008-03-26 | 2011-02-23 | 日产自动车株式会社 | 半导体装置 |
-
1992
- 1992-04-03 JP JP8248092A patent/JPH05283361A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5929523A (en) * | 1996-03-07 | 1999-07-27 | 3C Semiconductor Corporation | Os rectifying Schottky and ohmic junction and W/WC/TiC ohmic contacts on SiC |
| US6388272B1 (en) | 1996-03-07 | 2002-05-14 | Caldus Semiconductor, Inc. | W/WC/TAC ohmic and rectifying contacts on SiC |
| JP2009054640A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高出力ダイヤモンド半導体素子 |
| JP2009081392A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高出力ダイヤモンド半導体素子 |
| JP2009081393A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高出力ダイヤモンド半導体素子 |
| CN101981702A (zh) * | 2008-03-26 | 2011-02-23 | 日产自动车株式会社 | 半导体装置 |
| US9136400B2 (en) | 2008-03-26 | 2015-09-15 | Nissan Motor Co., Ltd. | Semiconductor device |
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