JPH0815160B2 - ダイヤモンドショットキーゲート型電界効果トランジスタ - Google Patents
ダイヤモンドショットキーゲート型電界効果トランジスタInfo
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- JPH0815160B2 JPH0815160B2 JP3066483A JP6648391A JPH0815160B2 JP H0815160 B2 JPH0815160 B2 JP H0815160B2 JP 3066483 A JP3066483 A JP 3066483A JP 6648391 A JP6648391 A JP 6648391A JP H0815160 B2 JPH0815160 B2 JP H0815160B2
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Classifications
-
- 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
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1602—Diamond
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/80—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
- H01L29/812—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a Schottky gate
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ゲートにショットキ
ー接触を用いたショットキーゲート型電界効果トランジ
スタに係り、気相合成によるダイヤモンド薄膜により構
成した、ダイヤモンドショットキーゲート型電界効果ト
ランジスタに関するものである。
ー接触を用いたショットキーゲート型電界効果トランジ
スタに係り、気相合成によるダイヤモンド薄膜により構
成した、ダイヤモンドショットキーゲート型電界効果ト
ランジスタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは、高熱伝導率と優れた耐
熱性を有し、また、バンドギャップが大きく、電気的な
絶縁体でありながら所定の不純物を故意に添加するドー
ピングにより半導体としての性質を示すものであること
から、高温・大電力用の半導体デバイスへの応用が期待
されている。特に近年の気相合成技術の進歩により、Ｃ
ＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法によって薄膜ダ
イヤモンドが比較的容易に合成できるようになり、Ｂ
（ホウ素）をドープしたｐ型ダイヤモンド半導体、Si
（シリコン）をドープしたｎ型ダイヤモンド半導体が得
られている。
熱性を有し、また、バンドギャップが大きく、電気的な
絶縁体でありながら所定の不純物を故意に添加するドー
ピングにより半導体としての性質を示すものであること
から、高温・大電力用の半導体デバイスへの応用が期待
されている。特に近年の気相合成技術の進歩により、Ｃ
ＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法によって薄膜ダ
イヤモンドが比較的容易に合成できるようになり、Ｂ
（ホウ素）をドープしたｐ型ダイヤモンド半導体、Si
（シリコン）をドープしたｎ型ダイヤモンド半導体が得
られている。
【０００３】このようなダイヤモンド半導体を用いた半
導体デバイスの開発が進められており、本出願人も、金
属（電極）−絶縁体−ダイヤモンド半導体接合によるＭ
ＩＳ型のダイヤモンド電界効果トランジスタを先に提案
している（特願平 2−63827号）。図５は、従来技術に
係るＭＩＳ型ダイヤモンド電界効果トランジスタ（以
下、単にＭＩＳ型ダイヤＦＥＴという。）の断面構造概
念図である。
導体デバイスの開発が進められており、本出願人も、金
属（電極）−絶縁体−ダイヤモンド半導体接合によるＭ
ＩＳ型のダイヤモンド電界効果トランジスタを先に提案
している（特願平 2−63827号）。図５は、従来技術に
係るＭＩＳ型ダイヤモンド電界効果トランジスタ（以
下、単にＭＩＳ型ダイヤＦＥＴという。）の断面構造概
念図である。
【０００４】図５において、51はSi基板であり、このSi
基板51上に絶縁性を有するダイヤモンド薄膜よりなるダ
イヤモンド絶縁体下地層52が形成されている。ダイヤモ
ンド絶縁体下地層52上には、図に示すように、Ｂドープ
のダイヤモンド薄膜よりなるチャネルが形成される動作
層としてのｐ型ダイヤモンド半導体層53、Siドープのダ
イヤモンド薄膜よりなるソース領域となる動作層として
のｎ型ダイヤモンド半導体層54ａ、同じくSiドープのダ
イヤモンド薄膜よりなるドレイン領域となる動作層とし
てのｎ型ダイヤモンド半導体層54ｂがそれぞれ形成され
ている。更に、ｐ型ダイヤモンド半導体層53の上には、
一部がｎ型ダイヤモンド半導体層54ａ，54ｂに接合され
た状態で、絶縁性を有するダイヤモンド薄膜よりなるダ
イヤモンド絶縁体層55が積層されている。
基板51上に絶縁性を有するダイヤモンド薄膜よりなるダ
イヤモンド絶縁体下地層52が形成されている。ダイヤモ
ンド絶縁体下地層52上には、図に示すように、Ｂドープ
のダイヤモンド薄膜よりなるチャネルが形成される動作
層としてのｐ型ダイヤモンド半導体層53、Siドープのダ
イヤモンド薄膜よりなるソース領域となる動作層として
のｎ型ダイヤモンド半導体層54ａ、同じくSiドープのダ
イヤモンド薄膜よりなるドレイン領域となる動作層とし
てのｎ型ダイヤモンド半導体層54ｂがそれぞれ形成され
ている。更に、ｐ型ダイヤモンド半導体層53の上には、
一部がｎ型ダイヤモンド半導体層54ａ，54ｂに接合され
た状態で、絶縁性を有するダイヤモンド薄膜よりなるダ
イヤモンド絶縁体層55が積層されている。
【０００５】そして、ｎ型ダイヤモンド半導体層54ａの
表面には、この半導体層54ａとの間でオーム性接合を形
成する、Ti（チタン）、Au（金）の２層構造よりなるAu
／Ti金属ソース電極56が設けられている。また、他方の
ｎ型ダイヤモンド半導体層54ｂの表面には、この半導体
層54ｂとの間でオーム性接合を形成するAu／Ti金属ドレ
イン電極57が設けられ、ダイヤモンド絶縁体層55の表面
にはAu／Ti金属ゲート電極58が設けられている。このよ
うに構成されるＭＩＳ型ダイヤＦＥＴによれば、高温雰
囲気においても正常な動作が得られている。
表面には、この半導体層54ａとの間でオーム性接合を形
成する、Ti（チタン）、Au（金）の２層構造よりなるAu
／Ti金属ソース電極56が設けられている。また、他方の
ｎ型ダイヤモンド半導体層54ｂの表面には、この半導体
層54ｂとの間でオーム性接合を形成するAu／Ti金属ドレ
イン電極57が設けられ、ダイヤモンド絶縁体層55の表面
にはAu／Ti金属ゲート電極58が設けられている。このよ
うに構成されるＭＩＳ型ダイヤＦＥＴによれば、高温雰
囲気においても正常な動作が得られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に構成されるダイヤＦＥＴでは、ソース、ドレイン及び
ゲートの各電極を金属材料で形成するようにしたもので
あるから、金属電極とダイヤモンド薄膜との熱膨張率の
違いから、例えば約500 ℃から25℃程度の室温までとい
うような、温度差の大きいヒートサイクル（熱サイク
ル）を受けた場合、ダイヤモンド半導体層やダイヤモン
ド絶縁体層中に上記熱膨張率の違いによる熱歪み基づく
転位、欠陥などが生じて安定な動作が得られなくなった
り、ついには電極の剥離が発生したりするという欠点が
ある。
に構成されるダイヤＦＥＴでは、ソース、ドレイン及び
ゲートの各電極を金属材料で形成するようにしたもので
あるから、金属電極とダイヤモンド薄膜との熱膨張率の
違いから、例えば約500 ℃から25℃程度の室温までとい
うような、温度差の大きいヒートサイクル（熱サイク
ル）を受けた場合、ダイヤモンド半導体層やダイヤモン
ド絶縁体層中に上記熱膨張率の違いによる熱歪み基づく
転位、欠陥などが生じて安定な動作が得られなくなった
り、ついには電極の剥離が発生したりするという欠点が
ある。
【０００７】この発明は、上記の欠点を解消するために
なされたものであって、ダイヤモンド半導体を用いた電
界効果トランジスタにおいて、ソース、ドレイン及びゲ
ートの各電極を従来の金属材料によるものに代えてダイ
ヤモンド薄膜を用いて形成することにより、温度差の大
きいヒートサイクルを受けても動作不良なく安定に動作
し、電極の剥離が発生することのない、耐ヒートサイク
ル性に優れた新規な素子構造を有する、ダイヤモンドシ
ョットキーゲート型電界効果トランジスタの提供を目的
とする。
なされたものであって、ダイヤモンド半導体を用いた電
界効果トランジスタにおいて、ソース、ドレイン及びゲ
ートの各電極を従来の金属材料によるものに代えてダイ
ヤモンド薄膜を用いて形成することにより、温度差の大
きいヒートサイクルを受けても動作不良なく安定に動作
し、電極の剥離が発生することのない、耐ヒートサイク
ル性に優れた新規な素子構造を有する、ダイヤモンドシ
ョットキーゲート型電界効果トランジスタの提供を目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明によるダイヤモンドショットキーゲート
型電界効果トランジスタは、絶縁性を有するダイヤモン
ド薄膜よりなるダイヤモンド絶縁体下地層と、このダイ
ヤモンド絶縁体下地層上に形成され、所定の不純物が添
加されたダイヤモンド薄膜よりなる動作層としてのダイ
ヤモンド半導体層と、このダイヤモンド半導体層上にそ
の表面の一部に形成され、絶縁性を有するダイヤモンド
薄膜よりなるダイヤモンド絶縁体層とを備え、前記ダイ
ヤモンド半導体層は、ソース及びドレインの各電極を設
けるための電極領域が所定のイオンをイオン注入するこ
とによってその表面付近に界面準位が形成されており、
このダイヤモンド半導体層の前記電極領域に、縮退した
ダイヤモンド薄膜よりなり、前記ダイヤモンド半導体層
との間でオーム性接合を形成するソース電極及びドレイ
ン電極をそれぞれ設け、さらに前記ダイヤモンド絶縁体
層上に、縮退したダイヤモンド薄膜よりなり、前記ダイ
ヤモンド絶縁体層を介して前記ダイヤモンド半導体層と
の間でショットキー接合を形成するゲート電極を設けた
ことを特徴とするものである。
めに、この発明によるダイヤモンドショットキーゲート
型電界効果トランジスタは、絶縁性を有するダイヤモン
ド薄膜よりなるダイヤモンド絶縁体下地層と、このダイ
ヤモンド絶縁体下地層上に形成され、所定の不純物が添
加されたダイヤモンド薄膜よりなる動作層としてのダイ
ヤモンド半導体層と、このダイヤモンド半導体層上にそ
の表面の一部に形成され、絶縁性を有するダイヤモンド
薄膜よりなるダイヤモンド絶縁体層とを備え、前記ダイ
ヤモンド半導体層は、ソース及びドレインの各電極を設
けるための電極領域が所定のイオンをイオン注入するこ
とによってその表面付近に界面準位が形成されており、
このダイヤモンド半導体層の前記電極領域に、縮退した
ダイヤモンド薄膜よりなり、前記ダイヤモンド半導体層
との間でオーム性接合を形成するソース電極及びドレイ
ン電極をそれぞれ設け、さらに前記ダイヤモンド絶縁体
層上に、縮退したダイヤモンド薄膜よりなり、前記ダイ
ヤモンド絶縁体層を介して前記ダイヤモンド半導体層と
の間でショットキー接合を形成するゲート電極を設けた
ことを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】この発明によるダイヤモンドショットキーゲー
ト型電界効果トランジスタ（以下、単にダイヤショット
キーゲート型ＦＥＴという。）においては、ソース電
極、ドレイン電極及びゲート電極は、縮退したダイヤモ
ンド薄膜よりなるものであるから、金属に近い電気的性
質を備えている。
ト型電界効果トランジスタ（以下、単にダイヤショット
キーゲート型ＦＥＴという。）においては、ソース電
極、ドレイン電極及びゲート電極は、縮退したダイヤモ
ンド薄膜よりなるものであるから、金属に近い電気的性
質を備えている。
【００１０】この縮退したダイヤモンド薄膜は、例え
ば、反応ガスとして、炭化水素とH2（水素）とを混合し
た原料ガスにｐ型不純物としてのＢを導入するためのB2
H6（ジボラン）を適量添加したものを用いることによ
り、気相合成法によって得られることが知られている。
この場合、キャリア密度が1020／cm3 程度になるように
すると、Ｂがドーピングされたｐ型ダイヤモンド半導体
は縮退してｐ+ ダイヤモンド半導体となり、金属に近い
電気的性質を持つものとなる。
ば、反応ガスとして、炭化水素とH2（水素）とを混合し
た原料ガスにｐ型不純物としてのＢを導入するためのB2
H6（ジボラン）を適量添加したものを用いることによ
り、気相合成法によって得られることが知られている。
この場合、キャリア密度が1020／cm3 程度になるように
すると、Ｂがドーピングされたｐ型ダイヤモンド半導体
は縮退してｐ+ ダイヤモンド半導体となり、金属に近い
電気的性質を持つものとなる。
【００１１】そして、この縮退したダイヤモンド薄膜よ
りなるソース電極は、所定のイオンをイオン注入するこ
とによってその表面付近に界面準位が形成された動作層
としてのダイヤモンド半導体層の電極領域に設けられて
いるので、上記の界面準位を介して、ソース電極からダ
イヤモンド半導体層へ、ダイヤモンド半導体層からソー
ス電極へのキャリアの移動が可能になり、ダイヤモンド
半導体層との間でオーム性接合を形成する電極となる。
ドレイン電極も、同様の理由により、ダイヤモンド半導
体層との間でオーム性接合を形成する電極となる。
りなるソース電極は、所定のイオンをイオン注入するこ
とによってその表面付近に界面準位が形成された動作層
としてのダイヤモンド半導体層の電極領域に設けられて
いるので、上記の界面準位を介して、ソース電極からダ
イヤモンド半導体層へ、ダイヤモンド半導体層からソー
ス電極へのキャリアの移動が可能になり、ダイヤモンド
半導体層との間でオーム性接合を形成する電極となる。
ドレイン電極も、同様の理由により、ダイヤモンド半導
体層との間でオーム性接合を形成する電極となる。
【００１２】なお、ダイヤモンド半導体層の電極領域に
イオン化されて注入される元素としては、例えば、ダイ
ヤモンド半導体のドーパントでもあるＢ、入手しやすく
安価であり、イオン注入装置にてイオン化の容易なAr
（アルゴン），Ｃ（炭素）、炭化物を形成し易い金属元
素としてのTi（チタン），Ｗ（タングステン），Ta（タ
ンタル），Mo（モリブデン）、ダイヤモンド薄膜中の炭
素と固溶体を形成し易くTi，Ｗなどに比べて炭素の拡散
定数が大きい金属元素としてのFe（鉄），Ni（ニッケ
ル），Co（コバルト）などが挙げられる。
イオン化されて注入される元素としては、例えば、ダイ
ヤモンド半導体のドーパントでもあるＢ、入手しやすく
安価であり、イオン注入装置にてイオン化の容易なAr
（アルゴン），Ｃ（炭素）、炭化物を形成し易い金属元
素としてのTi（チタン），Ｗ（タングステン），Ta（タ
ンタル），Mo（モリブデン）、ダイヤモンド薄膜中の炭
素と固溶体を形成し易くTi，Ｗなどに比べて炭素の拡散
定数が大きい金属元素としてのFe（鉄），Ni（ニッケ
ル），Co（コバルト）などが挙げられる。
【００１３】一方、縮退したダイヤモンド薄膜よりな
り、金属に近い電気的性質を持つゲート電極は、ダイヤ
モンド半導体層に積層された絶縁性を有するダイヤモン
ド薄膜よりなるダイヤモンド絶縁体層上に設けられてい
る。このため、ゲート電極はこのダイヤモンド絶縁体層
を介してダイヤモンド半導体層との間でショットキー接
合を形成する電極となる。このことについて、ダイヤモ
ンド半導体層がｐ型の場合を例にして、以下に説明す
る。
り、金属に近い電気的性質を持つゲート電極は、ダイヤ
モンド半導体層に積層された絶縁性を有するダイヤモン
ド薄膜よりなるダイヤモンド絶縁体層上に設けられてい
る。このため、ゲート電極はこのダイヤモンド絶縁体層
を介してダイヤモンド半導体層との間でショットキー接
合を形成する電極となる。このことについて、ダイヤモ
ンド半導体層がｐ型の場合を例にして、以下に説明す
る。
【００１４】図３は、この発明に係る、ゲート電極−ダ
イヤモンド絶縁体層−ｐ型ダイヤモンド半導体層接合に
おけるエネルギーバンド図である。同図において、その
（ａ）は、零バイアス状態（バイアス電圧Ｖ＝０）を示
す図、その（ｂ）は、ゲート電極Ｇに正電圧をかけた逆
バイアス状態（Ｖ＞０）を示す図、その（ｃ）は、ゲー
ト電極Ｇに負電圧をかけた順バイアス状態（Ｖ＜０）を
示す図である。また、ゲート電極Ｇ、ダイヤモンド絶縁
体層Ｉ、ｐ型ダイヤモンド半導体層Ｐにおいては、フェ
ルミ準位をＥF1，ＥF2，ＥF3としてそれぞれ示してお
り、ダイヤモンド絶縁体層Ｉおよびｐ型ダイヤモンド半
導体層Ｐにおいては、伝導帯下端のエネルギーをＥC2，
ＥC3としてそれぞれ示し、価電子帯上端のエネルギーを
ＥV2，ＥV3としてそれぞれ示している。また、φb1，φ
b2はゲート電極Ｇとダイヤモンド絶縁体層Ｉの界面のポ
テンシャル障壁、Ｖbiはｐ型ダイヤモンド半導体層Ｐの
内蔵電位（built-in potential）を示す。
イヤモンド絶縁体層−ｐ型ダイヤモンド半導体層接合に
おけるエネルギーバンド図である。同図において、その
（ａ）は、零バイアス状態（バイアス電圧Ｖ＝０）を示
す図、その（ｂ）は、ゲート電極Ｇに正電圧をかけた逆
バイアス状態（Ｖ＞０）を示す図、その（ｃ）は、ゲー
ト電極Ｇに負電圧をかけた順バイアス状態（Ｖ＜０）を
示す図である。また、ゲート電極Ｇ、ダイヤモンド絶縁
体層Ｉ、ｐ型ダイヤモンド半導体層Ｐにおいては、フェ
ルミ準位をＥF1，ＥF2，ＥF3としてそれぞれ示してお
り、ダイヤモンド絶縁体層Ｉおよびｐ型ダイヤモンド半
導体層Ｐにおいては、伝導帯下端のエネルギーをＥC2，
ＥC3としてそれぞれ示し、価電子帯上端のエネルギーを
ＥV2，ＥV3としてそれぞれ示している。また、φb1，φ
b2はゲート電極Ｇとダイヤモンド絶縁体層Ｉの界面のポ
テンシャル障壁、Ｖbiはｐ型ダイヤモンド半導体層Ｐの
内蔵電位（built-in potential）を示す。
【００１５】ゲート電極Ｇが正となる逆バイアス状態で
は、図３の（ｂ）に示すように、フェルミ準位の大きさ
の関係はＥF1＜ＥF3＜ＥF2となり、ｐ型ダイヤモンド半
導体層Ｐのエネルギーバンドの曲がりが大きくなる。そ
の結果、ｐ型ダイヤモンド半導体層Ｐとダイヤモンド絶
縁体層Ｉの界面のポテンシャル障壁が高くなり、図の白
丸印○で示す正孔（ホール）は、ｐ型ダイヤモンド半導
体層Ｐからゲート電極Ｇへ向かって流れにくくなる。ま
た、ダイヤモンド絶縁体層Ｉは絶縁体であるため、その
内部には一様な電界がかかり、いったんこのダイヤモン
ド絶縁体層Ｉに入った正孔は電界によって減速されるこ
とになる。
は、図３の（ｂ）に示すように、フェルミ準位の大きさ
の関係はＥF1＜ＥF3＜ＥF2となり、ｐ型ダイヤモンド半
導体層Ｐのエネルギーバンドの曲がりが大きくなる。そ
の結果、ｐ型ダイヤモンド半導体層Ｐとダイヤモンド絶
縁体層Ｉの界面のポテンシャル障壁が高くなり、図の白
丸印○で示す正孔（ホール）は、ｐ型ダイヤモンド半導
体層Ｐからゲート電極Ｇへ向かって流れにくくなる。ま
た、ダイヤモンド絶縁体層Ｉは絶縁体であるため、その
内部には一様な電界がかかり、いったんこのダイヤモン
ド絶縁体層Ｉに入った正孔は電界によって減速されるこ
とになる。
【００１６】ゲート電極Ｇが負となる順バイアス状態で
は、図３の（ｃ）に示すように、見かけ上ｐ型ダイヤモ
ンド半導体層Ｐの内蔵電位（built-inpotential）Ｖbi
が減少すること、また、ダイヤモンド絶縁体層Ｉに入っ
た正孔が電界によって加速されることから、正孔はゲー
ト電極側へ流れやすくなる。一方、電子は、ゲート電極
Ｇとダイヤモンド絶縁体層Ｉの界面でのポテンシャル障
壁φb2のために流れにくい。したがって、この場合も多
数キャリアは正孔となる。このようにして、逆方向電流
が極めて小さい整流性が得られる。
は、図３の（ｃ）に示すように、見かけ上ｐ型ダイヤモ
ンド半導体層Ｐの内蔵電位（built-inpotential）Ｖbi
が減少すること、また、ダイヤモンド絶縁体層Ｉに入っ
た正孔が電界によって加速されることから、正孔はゲー
ト電極側へ流れやすくなる。一方、電子は、ゲート電極
Ｇとダイヤモンド絶縁体層Ｉの界面でのポテンシャル障
壁φb2のために流れにくい。したがって、この場合も多
数キャリアは正孔となる。このようにして、逆方向電流
が極めて小さい整流性が得られる。
【００１７】以上のことから、縮退したダイヤモンド薄
膜よりなるソース電極及びドレイン電極は、動作層とし
てのダイヤモンド半導体層との間でオーム性接合を形成
する電極となり、縮退したダイヤモンド薄膜よりなるゲ
ート電極は、ダイヤモンド絶縁体層を介してダイヤモン
ド半導体層との間でショットキー接合を形成する電極と
なる。その結果、素子絶縁のための下地層、動作層とし
ての半導体層、整流性に優れたショットキー接合を形成
するための絶縁体層、ゲート電極、ソース電極及びドレ
イン電極の全てをダイヤモンド薄膜よりなるものから構
成したショットキーゲート型ＦＥＴが得られる。
膜よりなるソース電極及びドレイン電極は、動作層とし
てのダイヤモンド半導体層との間でオーム性接合を形成
する電極となり、縮退したダイヤモンド薄膜よりなるゲ
ート電極は、ダイヤモンド絶縁体層を介してダイヤモン
ド半導体層との間でショットキー接合を形成する電極と
なる。その結果、素子絶縁のための下地層、動作層とし
ての半導体層、整流性に優れたショットキー接合を形成
するための絶縁体層、ゲート電極、ソース電極及びドレ
イン電極の全てをダイヤモンド薄膜よりなるものから構
成したショットキーゲート型ＦＥＴが得られる。
【００１８】
【実施例】以下、実施例に基づいてこの発明を説明す
る。図１は、この発明の一実施例によるダイヤモンドシ
ョットキーゲート型電界効果トランジスタの断面構造概
念図である。図１において、１は高抵抗Si基板、２は絶
縁性を有するダイヤモンド薄膜よりなるダイヤモンド絶
縁体下地層、３はＢドープのダイヤモンド薄膜よりなる
ｐ型ダイヤモンド半導体層、４は絶縁性を有するダイヤ
モンド薄膜よりなるダイヤモンド絶縁体層である。ま
た、５はＢドープによる縮退したダイヤモンド薄膜より
なりｐ型ダイヤモンド半導体層３の表面に設けられたソ
ース電極、６は、同じく、Ｂドープによる縮退したダイ
ヤモンド薄膜よりなりｐ型ダイヤモンド半導体層３の表
面に設けられたドレイン電極、７はＢドープによる縮退
したダイヤモンド薄膜よりなりダイヤモンド絶縁体層４
の表面に設けられたゲート電極である。
る。図１は、この発明の一実施例によるダイヤモンドシ
ョットキーゲート型電界効果トランジスタの断面構造概
念図である。図１において、１は高抵抗Si基板、２は絶
縁性を有するダイヤモンド薄膜よりなるダイヤモンド絶
縁体下地層、３はＢドープのダイヤモンド薄膜よりなる
ｐ型ダイヤモンド半導体層、４は絶縁性を有するダイヤ
モンド薄膜よりなるダイヤモンド絶縁体層である。ま
た、５はＢドープによる縮退したダイヤモンド薄膜より
なりｐ型ダイヤモンド半導体層３の表面に設けられたソ
ース電極、６は、同じく、Ｂドープによる縮退したダイ
ヤモンド薄膜よりなりｐ型ダイヤモンド半導体層３の表
面に設けられたドレイン電極、７はＢドープによる縮退
したダイヤモンド薄膜よりなりダイヤモンド絶縁体層４
の表面に設けられたゲート電極である。
【００１９】図２は、この発明によるダイヤモンドショ
ットキーゲート型電界効果トランジスタの製作プロセス
を説明するための図である。以下の手順により、ダイヤ
ショットキーゲート型ＦＥＴを製作した。なお、マイク
ロ波ＣＶＤ法を用いて上記のダイヤモンド薄膜よりなる
各層の合成（形成）を行い、基板温度は800℃とした。
ットキーゲート型電界効果トランジスタの製作プロセス
を説明するための図である。以下の手順により、ダイヤ
ショットキーゲート型ＦＥＴを製作した。なお、マイク
ロ波ＣＶＤ法を用いて上記のダイヤモンド薄膜よりなる
各層の合成（形成）を行い、基板温度は800℃とした。
【００２０】 基板には高抵抗Si基板１（抵抗率＞10
00Ωcm、寸法20×10mm）を用い、その表面を平均粒径0.
25μｍのダイヤモンドペーストで約30分バフ研磨した。
この高抵抗Si基板１上に、アンドープ（故意に不純物を
添加しないこと）の厚み約３μｍの多結晶のダイヤモン
ド薄膜よりなるダイヤモンド絶縁体下地層２を形成した
（図２の（ａ））。反応ガスは、CH4 とH2との混合ガス
（CH4 濃度： 0.5％）を用いた。ダイヤモンド絶縁体下
地層２は、この上に形成するＦＥＴ素子と高抵抗Si基板
１を電気的に絶縁するためのものである。
00Ωcm、寸法20×10mm）を用い、その表面を平均粒径0.
25μｍのダイヤモンドペーストで約30分バフ研磨した。
この高抵抗Si基板１上に、アンドープ（故意に不純物を
添加しないこと）の厚み約３μｍの多結晶のダイヤモン
ド薄膜よりなるダイヤモンド絶縁体下地層２を形成した
（図２の（ａ））。反応ガスは、CH4 とH2との混合ガス
（CH4 濃度： 0.5％）を用いた。ダイヤモンド絶縁体下
地層２は、この上に形成するＦＥＴ素子と高抵抗Si基板
１を電気的に絶縁するためのものである。
【００２１】 次いで、ダイヤモンド絶縁体下地層２
上に、マイクロ波ＣＶＤ法を用いて、Ｂをドープした厚
み約３μｍの多結晶のダイヤモンド薄膜よりなるｐ型ダ
イヤモンド半導体層３を形成した（図２の（ｂ））。反
応ガスは、CH4 とH2とを混合した原料ガス（CH4 濃度：
0.5％）に、ＢをドープするためのH2で希釈したB2H
6（ジボラン）ガスを総ガス流量 100sccmに対してその
濃度が0.1ppmとなるように添加したものを用いた。合成
時間は14時間である。
上に、マイクロ波ＣＶＤ法を用いて、Ｂをドープした厚
み約３μｍの多結晶のダイヤモンド薄膜よりなるｐ型ダ
イヤモンド半導体層３を形成した（図２の（ｂ））。反
応ガスは、CH4 とH2とを混合した原料ガス（CH4 濃度：
0.5％）に、ＢをドープするためのH2で希釈したB2H
6（ジボラン）ガスを総ガス流量 100sccmに対してその
濃度が0.1ppmとなるように添加したものを用いた。合成
時間は14時間である。
【００２２】 ｐ型ダイヤモンド半導体層３の表面に
おいて、ダイヤモンド絶縁体層４を形成すべき部分以外
の部分に、厚み300 Åのａ−Si（アモルファスシリコ
ン）よりなるマスクをプラズマＣＶＤ法により形成し、
しかる後、ａ−Siのマスク部分ではダイヤモンド薄膜が
成長しないことを利用して、アンドープの厚み約0.1 μ
ｍの多結晶のダイヤモンド薄膜よりなるダイヤモンド絶
縁体層４を形成した（図２の（ｃ））。この場合、ガス
圧力は31.5Torr、合成時間は１時間である。反応ガス
は、CH4 とH2とを混合した原料ガス（CH4 濃度： 0.5
％）に、酸素を総ガス流量 100sccmに対してその濃度が
0.1％となるように添加したものを用いた。
おいて、ダイヤモンド絶縁体層４を形成すべき部分以外
の部分に、厚み300 Åのａ−Si（アモルファスシリコ
ン）よりなるマスクをプラズマＣＶＤ法により形成し、
しかる後、ａ−Siのマスク部分ではダイヤモンド薄膜が
成長しないことを利用して、アンドープの厚み約0.1 μ
ｍの多結晶のダイヤモンド薄膜よりなるダイヤモンド絶
縁体層４を形成した（図２の（ｃ））。この場合、ガス
圧力は31.5Torr、合成時間は１時間である。反応ガス
は、CH4 とH2とを混合した原料ガス（CH4 濃度： 0.5
％）に、酸素を総ガス流量 100sccmに対してその濃度が
0.1％となるように添加したものを用いた。
【００２３】 その後、ａ−SiのマスクをHF（フッ化
水素）とHNO3（硝酸）との混合液にて除去してから、ソ
ース電極５及びドレイン電極６を形成するための電極領
域以外の部分をフォトレジストで覆う。そして、イオン
注入法により、上記の電極を形成すべき電極領域に、ｐ
型ダイヤモンド半導体層３の表面付近に界面準位が形成
されるようにＢイオンを注入した（図２の（ｃ））。加
速電圧は40 keV、Ｂイオンのドーズ量は1015／cm2 とし
た。
水素）とHNO3（硝酸）との混合液にて除去してから、ソ
ース電極５及びドレイン電極６を形成するための電極領
域以外の部分をフォトレジストで覆う。そして、イオン
注入法により、上記の電極を形成すべき電極領域に、ｐ
型ダイヤモンド半導体層３の表面付近に界面準位が形成
されるようにＢイオンを注入した（図２の（ｃ））。加
速電圧は40 keV、Ｂイオンのドーズ量は1015／cm2 とし
た。
【００２４】 続いて、上記のフォトレジストを除去
して今度は上記のソース電極５、ドレイン電極６及びゲ
ート電極７を形成するための電極領域が覆われるように
フォトレジストを塗布してから、ａ−Siのマスクを施
し、リフトオフによって、この電極領域以外の部分がａ
−Siのマスクにより覆われるようにした。そして、ｐ型
ダイヤモンド半導体層３の電極領域にＢドープによる縮
退したダイヤモンド薄膜よりなる厚み１μｍのソース電
極５及びドレイン電極６をそれぞれ形成するとともに、
ダイヤモンド絶縁体層４上にＢドープによる縮退したダ
イヤモンド薄膜よりなる厚み１μｍのゲート電極７を形
成した（図２の（ｄ））。この場合、反応ガスは、CH4
とH2とを混合した原料ガス（CH4 濃度： 0.5％）に、Ｂ
をドープするためのH2で希釈したB2H6（ジボラン）ガス
を総ガス流量 100sccmに対してその濃度が１ppm となる
ように添加したものを用いた。
して今度は上記のソース電極５、ドレイン電極６及びゲ
ート電極７を形成するための電極領域が覆われるように
フォトレジストを塗布してから、ａ−Siのマスクを施
し、リフトオフによって、この電極領域以外の部分がａ
−Siのマスクにより覆われるようにした。そして、ｐ型
ダイヤモンド半導体層３の電極領域にＢドープによる縮
退したダイヤモンド薄膜よりなる厚み１μｍのソース電
極５及びドレイン電極６をそれぞれ形成するとともに、
ダイヤモンド絶縁体層４上にＢドープによる縮退したダ
イヤモンド薄膜よりなる厚み１μｍのゲート電極７を形
成した（図２の（ｄ））。この場合、反応ガスは、CH4
とH2とを混合した原料ガス（CH4 濃度： 0.5％）に、Ｂ
をドープするためのH2で希釈したB2H6（ジボラン）ガス
を総ガス流量 100sccmに対してその濃度が１ppm となる
ように添加したものを用いた。
【００２５】このようにして製作したダイヤショットキ
ーゲート型ＦＥＴのゲート電圧ＶGをパラメータとする
ドレイン電流−ドレイン電圧の特性を測定した。測定結
果の一例を図４に示す。ショットキーゲート型ＦＥＴと
して正常に動作するものが得られており、800 ℃から25
℃程度の室温までの温度差のヒートサイクルを繰り返し
かけても、正常に動作するとともに、ソース、ドレイン
及びゲートの各電極が従来のように剥離するというよう
なことは発生しなかった。また、ゲート電極における逆
方向電流は極めて小さく、その変動も認められなかっ
た。
ーゲート型ＦＥＴのゲート電圧ＶGをパラメータとする
ドレイン電流−ドレイン電圧の特性を測定した。測定結
果の一例を図４に示す。ショットキーゲート型ＦＥＴと
して正常に動作するものが得られており、800 ℃から25
℃程度の室温までの温度差のヒートサイクルを繰り返し
かけても、正常に動作するとともに、ソース、ドレイン
及びゲートの各電極が従来のように剥離するというよう
なことは発生しなかった。また、ゲート電極における逆
方向電流は極めて小さく、その変動も認められなかっ
た。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によるダ
イヤモンドショットキーゲート型電界効果トランジスタ
は、素子絶縁のための下地層、動作層としての半導体
層、整流性に優れたショットキー接合を形成するための
絶縁体層、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の
全てがダイヤモンド薄膜よりなるものから構成されたも
のであるから、温度差の大きいヒートサイクルを受けて
も、異種材料を接合した場合のような熱歪みが発生しな
いので、電極が剥離するというようなことがなく、動作
不良なく安定に動作する。すなわち、この発明によれ
ば、耐ヒートサイクル性に優れたダイヤモンドショット
キーゲート型電界効果トランジスタを提供することがで
きる。
イヤモンドショットキーゲート型電界効果トランジスタ
は、素子絶縁のための下地層、動作層としての半導体
層、整流性に優れたショットキー接合を形成するための
絶縁体層、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の
全てがダイヤモンド薄膜よりなるものから構成されたも
のであるから、温度差の大きいヒートサイクルを受けて
も、異種材料を接合した場合のような熱歪みが発生しな
いので、電極が剥離するというようなことがなく、動作
不良なく安定に動作する。すなわち、この発明によれ
ば、耐ヒートサイクル性に優れたダイヤモンドショット
キーゲート型電界効果トランジスタを提供することがで
きる。
【図１】この発明の一実施例によるダイヤモンドショッ
トキーゲート型電界効果トランジスタの断面構造概念図
である。
トキーゲート型電界効果トランジスタの断面構造概念図
である。
【図２】この発明によるダイヤモンドショットキーゲー
ト型電界効果トランジスタの製作プロセスを説明するた
めの図である。
ト型電界効果トランジスタの製作プロセスを説明するた
めの図である。
【図３】この発明に係る、ゲート電極−ダイヤモンド絶
縁体層−ｐ型ダイヤモンド半導体層接合におけるエネル
ギーバンド図である。
縁体層−ｐ型ダイヤモンド半導体層接合におけるエネル
ギーバンド図である。
【図４】この発明によるダイヤモンドショットキーゲー
ト型電界効果トランジスタのドレイン電流−ドレイン電
圧の特性の一例を示す図である。
ト型電界効果トランジスタのドレイン電流−ドレイン電
圧の特性の一例を示す図である。
【図５】従来技術に係るＭＩＳ型ダイヤモンド電界効果
トランジスタの断面構造概念図である。
トランジスタの断面構造概念図である。
１…高抵抗Si基板 ２…ダイヤモンド絶縁体下地層 ３
…ｐ型ダイヤモンド半導体層 ４…ダイヤモンド絶縁体
層 ５…ダイヤモンド薄膜よりなるソース電極 ６…ダイヤモンド薄膜よりなるドレイン電極 ７…ダイ
ヤモンド薄膜よりなるゲート電極
…ｐ型ダイヤモンド半導体層 ４…ダイヤモンド絶縁体
層 ５…ダイヤモンド薄膜よりなるソース電極 ６…ダイヤモンド薄膜よりなるドレイン電極 ７…ダイ
ヤモンド薄膜よりなるゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/80 29/812 9056−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１６ Ｖ 9171−4Ｍ 29/80 Ａ 9171−4Ｍ Ｂ 9171−4Ｍ Ｑ 9056−4Ｍ 29/78 ６１７ Ｔ 9056−4Ｍ ６１７ Ｍ
Claims (1)
- 【請求項１】 絶縁性を有するダイヤモンド薄膜よりな
るダイヤモンド絶縁体下地層と、このダイヤモンド絶縁
体下地層上に形成され、所定の不純物が添加されたダイ
ヤモンド薄膜よりなる動作層としてのダイヤモンド半導
体層と、このダイヤモンド半導体層上にその表面の一部
に形成され、絶縁性を有するダイヤモンド薄膜よりなる
ダイヤモンド絶縁体層とを備え、前記ダイヤモンド半導
体層は、ソース及びドレインの各電極を設けるための電
極領域が所定のイオンをイオン注入することによってそ
の表面付近に界面準位が形成されており、このダイヤモ
ンド半導体層の前記電極領域に、縮退したダイヤモンド
薄膜よりなり、前記ダイヤモンド半導体層との間でオー
ム性接合を形成するソース電極及びドレイン電極をそれ
ぞれ設け、さらに前記ダイヤモンド絶縁体層上に、縮退
したダイヤモンド薄膜よりなり、前記ダイヤモンド絶縁
体層を介して前記ダイヤモンド半導体層との間でショッ
トキー接合を形成するゲート電極を設けたことを特徴と
するダイヤモンドショットキーゲート型電界効果トラン
ジスタ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3066483A JPH0815160B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | ダイヤモンドショットキーゲート型電界効果トランジスタ |
| US07/858,493 US5298765A (en) | 1991-03-29 | 1992-03-27 | Diamond Schottky gate type field-effect transistor |
| GB9206765A GB2254733B (en) | 1991-03-29 | 1992-03-27 | Diamond schottky gate-type field effect transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3066483A JPH0815160B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | ダイヤモンドショットキーゲート型電界効果トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04302150A JPH04302150A (ja) | 1992-10-26 |
| JPH0815160B2 true JPH0815160B2 (ja) | 1996-02-14 |
Family
ID=13317079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3066483A Expired - Lifetime JPH0815160B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | ダイヤモンドショットキーゲート型電界効果トランジスタ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5298765A (ja) |
| JP (1) | JPH0815160B2 (ja) |
| GB (1) | GB2254733B (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5382809A (en) * | 1992-09-14 | 1995-01-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor device including semiconductor diamond |
| JP3117563B2 (ja) * | 1992-11-24 | 2000-12-18 | 株式会社神戸製鋼所 | ダイヤモンド薄膜電界効果トランジスタ |
| JPH0786311A (ja) * | 1993-05-14 | 1995-03-31 | Kobe Steel Ltd | 高配向性ダイヤモンド薄膜電界効果トランジスタ |
| JP3755904B2 (ja) * | 1993-05-14 | 2006-03-15 | 株式会社神戸製鋼所 | ダイヤモンド整流素子 |
| JPH0799318A (ja) * | 1993-09-28 | 1995-04-11 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド薄膜電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
| JP3436278B2 (ja) * | 1994-09-16 | 2003-08-11 | 住友電気工業株式会社 | 電界効果トランジスタ |
| US5455432A (en) * | 1994-10-11 | 1995-10-03 | Kobe Steel Usa | Diamond semiconductor device with carbide interlayer |
| KR100272260B1 (ko) * | 1996-11-27 | 2000-11-15 | 김영환 | 유사다이아몬드를 이용한 박막트랜지스터 및 그의 제조방법 |
| EP1094442B1 (en) | 1996-11-27 | 2005-01-19 | Yamaha Corporation | Musical tone-generating method |
| US6693335B2 (en) | 1998-09-01 | 2004-02-17 | Micron Technology, Inc. | Semiconductor raised source-drain structure |
| JP4153984B2 (ja) * | 2000-09-01 | 2008-09-24 | 株式会社神戸製鋼所 | トランジスタ |
| JP4694172B2 (ja) * | 2004-10-22 | 2011-06-08 | 株式会社神戸製鋼所 | ダイヤモンド半導体素子及びその製造方法 |
| JP6825509B2 (ja) * | 2017-07-21 | 2021-02-03 | 株式会社Sumco | ダイヤモンド積層シリコンウェーハの製造方法およびダイヤモンド積層シリコンウェーハ |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58141572A (ja) * | 1982-02-18 | 1983-08-22 | Seiko Epson Corp | 半導体装置 |
| JPS59213126A (ja) * | 1983-05-19 | 1984-12-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド半導体素子の製造法 |
| JP2614868B2 (ja) * | 1987-09-09 | 1997-05-28 | 導電性無機化合物技術研究組合 | 電界効果トランジスタの製造法 |
| JP2593898B2 (ja) * | 1987-11-30 | 1997-03-26 | 住友電気工業株式会社 | 半導体素子 |
| JP2775903B2 (ja) * | 1989-10-04 | 1998-07-16 | 住友電気工業株式会社 | ダイヤモンド半導体素子 |
| JP2730271B2 (ja) * | 1990-03-07 | 1998-03-25 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置 |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP3066483A patent/JPH0815160B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-03-27 US US07/858,493 patent/US5298765A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-27 GB GB9206765A patent/GB2254733B/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ．２９，Ｎｏ．１２，（１９９０−１２月）Ｐ．Ｌ２１６３〜Ｌ２１６４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04302150A (ja) | 1992-10-26 |
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