JPH0750259A - ダイヤモンド半導体素子 - Google Patents

ダイヤモンド半導体素子

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JPH0750259A
JPH0750259A JP19441893A JP19441893A JPH0750259A JP H0750259 A JPH0750259 A JP H0750259A JP 19441893 A JP19441893 A JP 19441893A JP 19441893 A JP19441893 A JP 19441893A JP H0750259 A JPH0750259 A JP H0750259A
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JP
Japan
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thin film
diamond
diamond semiconductor
substrate
ions
Prior art date
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Pending
Application number
JP19441893A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuhisa Yoshida
哲久 吉田
Masahiro Deguchi
正洋 出口
Makoto Kitahata
真 北畠
Takashi Hirao
孝 平尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH0750259A publication Critical patent/JPH0750259A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 生産性に優れ、高温で酸素の存在する雰囲気
中でも特性の安定なp型ダイヤモンド半導体素子を提供
する。 【構成】 SiC等の基体8上に、マイクロ波プラズマ
CVD法等によりダイヤモンド薄膜9を形成し、真空容
器中で900℃に加熱し、ジボランを導入して放電分解
させるとともに、試料にバイアスを印加して、ホウ素を
含んだガス及びイオン10をダイヤモンド薄膜9に照射
・注入し、p型のドーピング層11を形成し、次いで水
素希釈のジボランと,NH3 の混合ガスを放電分解し、
生成されるホウ素を含んだガス及びイオン10と、窒素
を含んだガス及びイオン12によって、p型のドーピン
グ層11上に絶縁性の窒化ホウ素保護膜13を形成後、
コンタクトホール14の開口,及び電極15の形成を行
ない、半導体素子を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体工業における半
導体素子に関するものであり、特にダイヤモンドを主材
料とした半導体素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ダイヤモンド半導体は、禁制帯幅が極め
て大きく、誘電率が他の半導体に比較してはるかに小さ
く従って高速動作に望まれる材料特性を有し、更に電
子、正孔の移動度が大きく、このほか化学的に安定、光
学的に高屈折率、紫外光から赤外光までの広範囲の透過
性などの優れた特性を有し、耐熱素子、短波長発光素
子、高発熱パワー素子などへの応用が期待されている。
【0003】従来のダイヤモンド半導体素子において
は、Si等の基板上に形成したダイヤモンド半導体薄膜
からなるダイヤモンド半導体素子(特開平1−1433
23)、あるいはダイヤモンド半導体薄膜上に絶縁性の
ダイヤモンド薄膜を保護膜として形成したダイヤモンド
半導体素子(特開平2−271528)があった。
【0004】図4にSi等の基板上に形成したダイヤモ
ンド半導体薄膜からなる上述した従来のダイヤモンド半
導体素子の概略断面図を示した。図4において16は基
板,17はダイヤモンド半導体薄膜,18は電極を示し
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で、Si基
板上に形成したダイヤモンド半導体薄膜を直接用いる素
子、あるいはダイヤモンド半導体薄膜上に絶縁性のダイ
ヤモンド薄膜を保護膜として形成した素子は、酸素の存
在する雰囲気中で使用する場合、800℃以上の温度で
ダイヤモンドがグラファイト化するため、作製した半導
体素子の特性を劣化させ、所望の特性を得られなくなる
という課題があった。
【0006】本発明は、上記従来のダイヤモンド半導体
素子の欠点を改良し、800℃以上の温度での酸素の存
在する雰囲気中で使用する場合においても、ダイヤモン
ド半導体がグラファイト化せず、特性の安定した薄膜ダ
イヤモンド半導体素子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】前記課題を解決するため
に本発明のダイヤモンド半導体素子は、基体上にp型ダ
イヤモンド半導体薄膜が形成され、更にその上にIII 族
元素を含む薄膜が形成されていることを特徴とする。
【0008】また、第2番目の本発明のダイヤモンド半
導体素子は、少なくとも表層部がp型ダイヤモンド半導
体からなるダイヤモンド基体上に、III 族元素を含む薄
膜が形成されていることを特徴とする。
【0009】また、前記いずれのダイヤモンド半導体素
子の構成においても、III 族元素を含む薄膜が、窒化ホ
ウ素薄膜である事が好ましい。
【0010】
【作用】本発明のダイヤモンド半導体素子は、基体上に
形成されているp型ダイヤモンド薄膜上に、または、少
なくとも表層部がp型ダイヤモンド半導体からなるダイ
ヤモンド基体上に、III 族元素を含む薄膜を備えること
により、p型ダイヤモンド半導体薄膜が直接大気あるい
は酸素を含んだ雰囲気に晒されない。従って800℃以
上の温度での酸素の存在する雰囲気中で使用する場合に
おいても、ダイヤモンド半導体がグラファイト化せず、
特性の安定した薄膜ダイヤモンド半導体素子が提供でき
る。
【0011】また、上記本発明のうち、少なくとも表層
部がp型ダイヤモンド半導体からなるダイヤモンド基体
の場合には、基体上にダイヤモンド薄膜を形成する工程
が不要になるので、生産性のよいダイヤモンド半導体素
子が提供できる。
【0012】またいずれの発明においても、III 族元素
を含む薄膜を形成する際に、基体上のダイヤモンド薄
膜、あるいは、ダイヤモンド基体を構成するダイヤモン
ドへのp型のドーパントの導入と同時或は連続してIII
族元素を含む保護膜を形成することもでき、生産性を向
上し得るダイヤモンド半導体素子が提供できる。
【0013】また、III 族元素を含む薄膜が、窒化ホウ
素薄膜である好ましい構成とすることにより、窒化ホウ
素は耐熱性が高いので、より耐熱性の優れたダイヤモン
ド半導体素子を提供できる。
【0014】
【実施例】以下図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。 実施例1 図1に本発明の第1の実施例のダイヤモンド半導体素子
の製造工程概略図を示した。
【0015】真空容器内で、Si,石英,SiC,ダイ
ヤモンド等の基体1[図1の(a)]に、水素希釈のC
4 (メタン),CO(一酸化炭素),B2 6 (ジボ
ラン),B(CH3 3 (トリメチルボロン)等を用
い、2.45GHzのマイクロ波によるプラズマCVD
法等によってp型のダイヤモンド薄膜2を形成する[図
1の(b)]。この後に同じ真空容器内で試料(基板
1)の温度を調節し、水素希釈のジボラン,NH3 (ア
ンモニア)ガスを真空容器中で高周波電力等で放電分解
し、生成されるホウ素を含んだガス及びイオン3と、窒
素を含んだガス及びイオン4によって、p型のダイヤモ
ンド薄膜2上に絶縁性の窒化ホウ素からなる保護膜5を
形成する[図1の(c)]。本実施例では、試料温度を
300℃で、水素希釈5%のジボラン,及びアンモニア
を真空容器内に導入後、圧力を1Torrに調整し、マ
イクロ波プラズマCVD法により絶縁性の窒化ホウ素か
らなる保護膜を形成した。
【0016】ここで水素希釈5%のジボランの代わりに
窒素希釈のジボランを用いてもよい。また放電分解を用
いない場合には、試料温度を400℃以上に設定し、高
濃度のジボランとアンモニアガスの熱分解を行って(減
圧CVD法)形成する。
【0017】なお、以上の様な化学的な気相成長(CV
D)法を用いずに、ホウ素のイオンあるいは蒸気と、窒
素を含んだイオンあるいは分子の照射を同時に行うこと
によって(イオン蒸着併用法)、絶縁性の窒化ホウ素保
護膜5を形成してもよい。また、絶縁性窒化ホウ素保護
膜5の形成を、窒化ホウ素等をターゲットとしたスパッ
タリング法によって行ってもよい。また、III 族元素を
含む薄膜である保護膜としては窒化ホウ素以外でもよ
く、例えば窒化アルミニウムなどを使用してもよい。窒
化ホウ素は、耐熱性がより高いので好ましい。
【0018】以上の様な方法により、p型のダイヤモン
ド薄膜2の形成と保護膜5の形成を同時、或は連続して
行う。p型のダイヤモンド薄膜2,及び保護膜5を形成
した後に、コンタクトホール6の開口,及び電極7の形
成を行ない、半導体素子を完成させる[図1の
(d)]。
【0019】作製されたダイヤモンド半導体素子は、p
型の半導体特性を損なうことなく保護膜を形成すること
ができるとともに、ダイヤモンド半導体薄膜が直接大気
あるいは酸素を含んだ雰囲気に晒されない。従って、生
産性よく、信頼性の優れたダイヤモンド半導体素子を提
供できる。
【0020】実施例2 図2に本発明の第2の実施例のダイヤモンド半導体素子
の製造工程概略図を示した。
【0021】Si,石英,SiC,ダイヤモンド等の基
体8[図2の(a)]上に、マイクロ波プラズマCVD
法等によりダイヤモンド薄膜9を形成する[図2の
(b)]。この場合、ダイヤモンド薄膜を形成せずに、
ダイヤモンド基板を直接用いてもよい。ダイヤモンド基
板を直接用いた場合には、ダイヤモンド薄膜9を形成す
る工程を省略でき、生産性の上では有利である。
【0022】次にこの試料を真空容器に入れ、試料を9
00℃に加熱する。製造装置や作製する素子の構成によ
っては、ダイヤモンド薄膜9の形成後に連続して同一装
置内で行ってもよい。温度が安定した後に、ジボランを
真空容器に導入して放電分解させるとともに、試料を載
せる基板台にバイアスを印加することによって、ホウ素
を含んだガス及びイオン10をダイヤモンド薄膜9に照
射・注入し、p型のドーピング層11を形成する[図2
の(c)]。ジボランの代わりに、トリメチルボロン,
BH3 NH(CH3 ),BF3 等を用いてもよい。例え
ば、試料の温度を900℃とし、圧力を1Torrに制
御した0.5%水素希釈のジボランを13.56MHz
の高周波で放電分解させ、気相からホウ素及びそのイオ
ンをダイヤモンド薄膜9に照射・注入させることによっ
て、p型のドーピング層11が形成される。このとき、
ジボランの濃度,試料の温度,処理時間等によっては、
基体8を載せる基板台へのバイアスの印加や、ジボラン
の放電分解を行なわなくてもよい。また気相からホウ素
を拡散させるのではなく、高濃度のジボランの放電分解
等により、ホウ素被膜をタイヤモンド上に形成し、温度
を800℃以上にすることでホウ素被膜からの熱拡散に
よってp型のドーピング層11を形成してもよい。この
後に同じ真空容器内で試料(基板8)の温度を調節し、
水素希釈のジボランと,NH3 (アンモニア)の混合ガ
スを真空容器中で高周波電力等で放電分解し、生成され
るホウ素を含んだガス及びイオン10と、窒素を含んだ
ガス及びイオン12によって、p型のドーピング層11
上に絶縁性の窒化ホウ素からなる保護膜13を形成する
[図2の(d)]。本実施例では、試料温度を300℃
で、水素希釈5%のジボラン,及びアンモニアを真空容
器内に導入後、圧力を1Torrに調整し、プラズマC
VD法により絶縁性の窒化ホウ素からなる保護膜を形成
した。
【0023】ここで水素希釈5%のジボランの代わりに
窒素希釈のジボランを用いてもよい。また放電分解を用
いない場合には、試料温度を400℃以上に設定し、高
濃度のジボランとアンモニアガスを用いた減圧CVD法
で形成する。なお、以上の様なCVD法を用いずに、ホ
ウ素イオンの照射を行ってp型のドーピング層11を形
成した後、連続してホウ素のイオンあるいは蒸気と、窒
素を含んだイオンあるいは分子の照射を同時に行うイオ
ン蒸着併用法で、絶縁性の窒化ホウ素からなる保護膜1
3を形成してもよい。また、絶縁性窒化ホウ素保護膜1
3の形成を、窒化ホウ素等をターゲットとしたスパッタ
リング法によって行ってもよい。絶縁性窒化ホウ素保護
膜13を以上の様な方法により、p型のドーピング層1
1の形成と保護膜13の形成を同時、或は連続して行
う。
【0024】p型のドーピング層11,及び保護膜13
を形成した後に、コンタクトホール14の開口,及び電
極15の形成を行ない、半導体素子を完成させる[図2
の(e)]。作製されたダイヤモンド半導体素子は、p
型のドーパントの導入と同時或は連続して保護膜を形成
することができるとともに、ダイヤモンド半導体薄膜が
直接大気あるいは酸素を含んだ雰囲気に晒されない。従
って、生産性よく、信頼性の優れたダイヤモンド素子を
提供できる。
【0025】尚、III 族元素を含む薄膜である保護膜1
3としては窒化ホウ素以外でもよく、例えば窒化アルミ
ニウムなどを使用してもよい。窒化ホウ素は、耐熱性が
より高いので好ましい。
【0026】また、図3に本実施例の薄膜ダイヤモンド
素子の図2の(d)における素子の深さ方向の元素濃度
分布の模式図を示した。図中Bがホウ素元素の濃度曲
線、Cが炭素元素の濃度曲線、Siがシリコン元素の濃
度曲線を示している。また、基板はSiCの場合であ
る。
【0027】
【発明の効果】本発明により、800℃以上の温度での
酸素の存在する雰囲気中で使用する場合においても、特
性の安定した薄膜ダイヤモンド半導体素子を提供するこ
とが可能となる。またp型のドーパントの導入を、保護
膜の形成と同時あるいは連続しても行うことができるた
め、生産性のよい、信頼性の優れた薄膜素子を提供する
ことができる。
【0028】また、少なくとも表層部がp型ダイヤモン
ド半導体からなるダイヤモンド基体を基体とした場合に
は、基体上にダイヤモンド薄膜を形成する工程が不要に
なるので、更に生産性のよいダイヤモンド半導体素子を
提供できる。
【0029】また、III 族元素を含む薄膜が、窒化ホウ
素薄膜である好ましい構成とすることにより、より耐熱
性の優れたダイヤモンド半導体素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る薄膜ダイヤモンド半導体素子の一
実施例の製造工程を示す概略図。
【図2】本発明に係る薄膜ダイヤモンド半導体素子の別
の一実施例の製造工程を示す概略図。
【図3】本発明に係る薄膜ダイヤモンド半導体素子に係
る第2実施例の図2の(d)における深さ方向の元素濃
度分布図。
【図4】従来技術に係る薄膜ダイヤモンド半導体素子の
概略断面図。
【符号の説明】
1 基板 2 p型のダイヤモンド薄膜 3 ホウ素を含んだガス及びイオン 4 窒素を含んだガス及びイオン 5 絶縁性の窒化ホウ素からなる保護膜 6 コンタクトホール 7 電極 8 基板 9 ダイヤモンド薄膜 10 ホウ素を含んだガス及びイオン 11 p型のドーピング層 12 窒素を含んだガス及びイオン 13 絶縁性の窒化ホウ素からなる保護膜 14 コンタクトホール 15 電極 16 基板 17 ダイヤモンド半導体薄膜 18 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体上にp型ダイヤモンド半導体薄膜が
    形成され、更にその上にIII 族元素を含む薄膜が形成さ
    れていることを特徴とするダイヤモンド半導体素子。
  2. 【請求項2】 少なくとも表層部がp型ダイヤモンド半
    導体からなるダイヤモンド基体上に、III 族元素を含む
    薄膜が形成されていることを特徴とするダイヤモンド半
    導体素子。
  3. 【請求項3】 III 族元素を含む薄膜が、窒化ホウ素薄
    膜である請求項1または2に記載のダイヤモンド半導体
    素子。
JP19441893A 1993-08-05 1993-08-05 ダイヤモンド半導体素子 Pending JPH0750259A (ja)

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