JPS59213126A - ダイヤモンド半導体素子の製造法 - Google Patents
ダイヤモンド半導体素子の製造法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
イ)発明の目的
本発明はダイヤモンドを能動素子及び受動素子として用
いる場合のダイヤモンド半導体素子の製造法を提供する
。
いる場合のダイヤモンド半導体素子の製造法を提供する
。
口)技術の背景
ICの高速化、小型化へのニーズがコンピューターや機
器制御用マイクロプロセッサ−等に対し急速な高まりを
見せている。そのため、半導体集積回路の集積度アップ
や各種ダイオード及びトランジスターの小型薄肉化が必
要となって来た。
器制御用マイクロプロセッサ−等に対し急速な高まりを
見せている。そのため、半導体集積回路の集積度アップ
や各種ダイオード及びトランジスターの小型薄肉化が必
要となって来た。
特に集積回路を例にとれば回路パターンの微細化と6次
元多層化が・最も一般的な手段であるが、それに対して
回路の単位体積当りの発生熱が増大し所謂ホットエレク
トロンの生成による誤動作の心配が強まり、例えば回路
素子の強制冷却に一段の考慮を払う必要が生ずる等の問
題が、つきまとって来る。この様な熱の問題に対しては
、低電力消費型回路の設計とそれを達成する為の関連技
術の確立も一つの対応策であるがそれとても熱放散性が
銅のζ程度(室温下)と低いSiを半導体材料として採
用している限りは対応策としては不充分である。即ち基
体でありしかも半導体素子であるSiを思い切って熱放
散性の良い半導体材料で置換する事が必要となっている
。集積回路のみならず高周波、スイッチング用或いは電
力増11」用トランジスター、発熱が大きいパワートラ
ンジスター。
元多層化が・最も一般的な手段であるが、それに対して
回路の単位体積当りの発生熱が増大し所謂ホットエレク
トロンの生成による誤動作の心配が強まり、例えば回路
素子の強制冷却に一段の考慮を払う必要が生ずる等の問
題が、つきまとって来る。この様な熱の問題に対しては
、低電力消費型回路の設計とそれを達成する為の関連技
術の確立も一つの対応策であるがそれとても熱放散性が
銅のζ程度(室温下)と低いSiを半導体材料として採
用している限りは対応策としては不充分である。即ち基
体でありしかも半導体素子であるSiを思い切って熱放
散性の良い半導体材料で置換する事が必要となっている
。集積回路のみならず高周波、スイッチング用或いは電
力増11」用トランジスター、発熱が大きいパワートラ
ンジスター。
定電圧ダイオード、大電力用SCR等の熱劣化対策とし
て高温に強い半導体の出現が待たれている。
て高温に強い半導体の出現が待たれている。
ハ)発明の開示
本発明は気相合成により形成したダイヤモンド膜もしく
はダイヤモンド状炭素膜にPN結合を形成した、ダイヤ
モンド半導体素子の製造法を提供する。従来のシリコン
に代えて本発明のダイヤモンドを素子部に用いると、キ
ャリヤーの移動度特に正孔の移動度が大きいのでPチャ
ンネル型MISFETとして極めて応答性の高い素子が
得られる。また、ダイヤモンドは熱伝導率がSiのそれ
に比べ1桁高いので熱放散性が良く、マイクロ波領域で
使用するパワートランジスターとしても有望である。ま
た、バンドギャップがインダイレクトギャップで5.4
7eVと高いので高温下で作動可能な素子となり得る。
はダイヤモンド状炭素膜にPN結合を形成した、ダイヤ
モンド半導体素子の製造法を提供する。従来のシリコン
に代えて本発明のダイヤモンドを素子部に用いると、キ
ャリヤーの移動度特に正孔の移動度が大きいのでPチャ
ンネル型MISFETとして極めて応答性の高い素子が
得られる。また、ダイヤモンドは熱伝導率がSiのそれ
に比べ1桁高いので熱放散性が良く、マイクロ波領域で
使用するパワートランジスターとしても有望である。ま
た、バンドギャップがインダイレクトギャップで5.4
7eVと高いので高温下で作動可能な素子となり得る。
更に光の吸収端は0.2〜0.3μmと小さく紫外線の
検出素子としても有用である。また800℃迄は抵抗率
は負の温度係数を示すため、サーミスター゛としても利
用出来る。こうしたダイヤモンド半導体素子の有用性が
認められるにも拘わらず、その実用化が実現しなかった
理由は、ダイヤモンドの気相成長法が確立して居らず、
従ってまた、素子の製造法に関する技術上の検討が成さ
れていなかった為である。本発明に於ては半導体もしく
は絶縁体の基板上にダイヤモンドのPN接合を用いた・
ダイオード素子、トランジスター素子の能動素子及びコ
ンデンサー(受動素子)を形成する製造法を提供する。
検出素子としても有用である。また800℃迄は抵抗率
は負の温度係数を示すため、サーミスター゛としても利
用出来る。こうしたダイヤモンド半導体素子の有用性が
認められるにも拘わらず、その実用化が実現しなかった
理由は、ダイヤモンドの気相成長法が確立して居らず、
従ってまた、素子の製造法に関する技術上の検討が成さ
れていなかった為である。本発明に於ては半導体もしく
は絶縁体の基板上にダイヤモンドのPN接合を用いた・
ダイオード素子、トランジスター素子の能動素子及びコ
ンデンサー(受動素子)を形成する製造法を提供する。
まず、基板材料としては、素子として独立した個別のダ
イオード。
イオード。
トランジスター或いはコンデンサーを製造する場合には
P又はAsを添加したN型ダイヤモンド単結晶を(11
1)面もしくは(100)面を上面に有する状態で用い
、集積回路として多数個の素子を同時に形成する場合に
はBを添加したP型ダイヤモンド単結晶を(111)面
もしくは(100)面を上面に有する状態で用いる。
P又はAsを添加したN型ダイヤモンド単結晶を(11
1)面もしくは(100)面を上面に有する状態で用い
、集積回路として多数個の素子を同時に形成する場合に
はBを添加したP型ダイヤモンド単結晶を(111)面
もしくは(100)面を上面に有する状態で用いる。
また薄膜回路として素子を形成する場合には無添加(i
型)ダイヤモンド単結晶が最も望ましいがサファイヤ単
結晶又は立方晶BN焼結体等を用いても良い。後者の場
合は、例えばタンタル薄膜(混成)回路や誘電体として
の酸化シリコンや抵抗体ととしてのNi −Cr等を真
空蒸着して得る蒸着薄膜回路などの基板にはアルミナ、
フォルステライト又はガラス等の低価格のものが用いら
れているが、本発明品の特徴の1つである高い熱放散性
を維持する上では、これ等の基板材料を用いる事は好ま
しくない。次に基板上に形成する薄膜は、受動素子のみ
を形成する型式の薄膜回路(従って能動素子群を形成す
るSO8型式の薄膜集積回路は除く)は別として、一般
にAsやPを添加したN型ダイヤモンド膜とする。該薄
膜は電磁特性への要求からエピタキシャル成長により得
られる膜とする事が必須となる。こうして得られるN型
エピタキシャル・ダイヤモンド膜に、既知のイオン注入
技術やフォトエツチング技術を用いてPN接合等から成
る回路を形成する。なお受動素子のみを形成する薄膜回
路の場合は、熱伝導率が大きく且つ電気絶縁性を有する
(例えば実用周波数領域で105Ωσ以上の比抵抗を有
する)ダイヤモンド、サファイヤ−等の単結晶や立方晶
BN焼結体の」二に抵抗体膜としてニクロムやサーメッ
トを、誘電体として5i02 、 SiO、S’i→u
−0,Si→1u−()−N或いはi −ca rbo
n (ion assisted diamondii
ke carbonの総称で炭化水素を主成分とするガ
スを放電分解させて蒸着させた炭素質膜で、ダイヤモン
ドに似た物性を示す)を、導体どして金、クロム、アル
ミニウムなどを目的とする素子及び全体としての回路設
計に応じて気相蒸着にて形成する手順をとる。能動素子
を形成する薄膜回路を製造する場合は上記の薄膜回路基
板上に並列的にP型、N型ダイヤモンド層を形成させる
必要があるが、その方法としては一旦、気相成長法にて
P型ダイヤモンド薄膜をエピタキシャル成長させた后に
、公知のフォトレジスト、フォトエツチング及びイオン
注入を繰返してN型ダイヤモンド薄膜部分を形成させる
事が好ましい。
型)ダイヤモンド単結晶が最も望ましいがサファイヤ単
結晶又は立方晶BN焼結体等を用いても良い。後者の場
合は、例えばタンタル薄膜(混成)回路や誘電体として
の酸化シリコンや抵抗体ととしてのNi −Cr等を真
空蒸着して得る蒸着薄膜回路などの基板にはアルミナ、
フォルステライト又はガラス等の低価格のものが用いら
れているが、本発明品の特徴の1つである高い熱放散性
を維持する上では、これ等の基板材料を用いる事は好ま
しくない。次に基板上に形成する薄膜は、受動素子のみ
を形成する型式の薄膜回路(従って能動素子群を形成す
るSO8型式の薄膜集積回路は除く)は別として、一般
にAsやPを添加したN型ダイヤモンド膜とする。該薄
膜は電磁特性への要求からエピタキシャル成長により得
られる膜とする事が必須となる。こうして得られるN型
エピタキシャル・ダイヤモンド膜に、既知のイオン注入
技術やフォトエツチング技術を用いてPN接合等から成
る回路を形成する。なお受動素子のみを形成する薄膜回
路の場合は、熱伝導率が大きく且つ電気絶縁性を有する
(例えば実用周波数領域で105Ωσ以上の比抵抗を有
する)ダイヤモンド、サファイヤ−等の単結晶や立方晶
BN焼結体の」二に抵抗体膜としてニクロムやサーメッ
トを、誘電体として5i02 、 SiO、S’i→u
−0,Si→1u−()−N或いはi −ca rbo
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ke carbonの総称で炭化水素を主成分とするガ
スを放電分解させて蒸着させた炭素質膜で、ダイヤモン
ドに似た物性を示す)を、導体どして金、クロム、アル
ミニウムなどを目的とする素子及び全体としての回路設
計に応じて気相蒸着にて形成する手順をとる。能動素子
を形成する薄膜回路を製造する場合は上記の薄膜回路基
板上に並列的にP型、N型ダイヤモンド層を形成させる
必要があるが、その方法としては一旦、気相成長法にて
P型ダイヤモンド薄膜をエピタキシャル成長させた后に
、公知のフォトレジスト、フォトエツチング及びイオン
注入を繰返してN型ダイヤモンド薄膜部分を形成させる
事が好ましい。
ニ、実施例
Bを0.1%添加したP型ダイヤモンドを超高圧装置で
作成し、これを基板としてC2H4とPH3の混合ガス
中で高周波放電を行い6μmの膜を蒸着17た。コ(7
)膜の表面をLEELS (Low Energy E
lectron Loss Spectrometry
)で測定したところダイヤモンド特有のピークが確認さ
れた。これに公知イオンインプランテーション法でBを
打ち込みP型の領域を作り、M電極及びC2116の高
周波分解で得られた絶縁膜を所定領域に被覆してプレー
ナトランジスターを形成した。本発明のプレーナトラン
ジスターは高周波出力用増幅回路に用い103 MHz
の高周波を15Vの電源で作動し、6.5Wの出力が得
られた。同一回路でシリコンのエピタキシャルプレーナ
型トランジスターでは、2.2Wが限界であった。
作成し、これを基板としてC2H4とPH3の混合ガス
中で高周波放電を行い6μmの膜を蒸着17た。コ(7
)膜の表面をLEELS (Low Energy E
lectron Loss Spectrometry
)で測定したところダイヤモンド特有のピークが確認さ
れた。これに公知イオンインプランテーション法でBを
打ち込みP型の領域を作り、M電極及びC2116の高
周波分解で得られた絶縁膜を所定領域に被覆してプレー
ナトランジスターを形成した。本発明のプレーナトラン
ジスターは高周波出力用増幅回路に用い103 MHz
の高周波を15Vの電源で作動し、6.5Wの出力が得
られた。同一回路でシリコンのエピタキシャルプレーナ
型トランジスターでは、2.2Wが限界であった。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 PN接合を利用したダイオード或はトランシスター素子
の製法に於て、基版上にN型のダイヤモンド層を気相蒸
着法にてエピタキシャル成長させ、次いで絶縁膜の気相
蒸着、フォトレジスト塗布・マスキング・露光・エツチ
ング工程から成るフォト・エツチング、及びP型又はN
型不純物元素のイオン注入と拡散処理、続いて電極とな
る導電金属の蒸着工程から成るダイヤモンド半導体素子
の製造法。 (2) 特許請求の範囲第(1)項記載のN型のダイ
ヤモンド層のエピタキシャル成長法が炭化水素ガス又は
炭化水素ガスと水素ガスの混合ガスにPH3又はAsH
xをドープした混合ガスを高周波又はマイクロ波を印加
してグロー放電させ600℃以上900℃以下で分解且
つ反応させ蒸着を行う高周波プラズマ蒸着法によるダイ
ヤモンド半導体素子の製造法。 (6)特許請求の範囲第(1)項記載の絶縁膜の気相蒸
を、CH4、C2H6、C3H8、C2H2等の炭化水
素ガスの高周波分解蒸着により製造することを特徴とす
るダイヤモンド半導体素子の製造法。 (4)特許請求の範囲第(1)項記載の絶縁膜の気相蒸
着をS i 5N4又はAiNの気相蒸着膜としたダイ
ヤモンド半導体素子の製造法。 (5)特許請求の範囲第(1)項記載の基板が1型もし
くはP型のダイヤモンド単結晶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法。 (6)特許請求の範囲第(1)項記載の基板がサファイ
ヤ−単結晶又は立方晶BN焼結体を用い、その上にP型
及びN型のダイヤモンドを並列に蒸着させ次いで絶縁膜
の蒸着とフォトレジスト法を用いてのフオト工゛ツチン
グを行い最后に導電性金属(Mなど)又は導電性カーボ
ンを蒸着し電極としたダイヤモンド半導体素子の製造法
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8848783A JPS59213126A (ja) | 1983-05-19 | 1983-05-19 | ダイヤモンド半導体素子の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP8848783A JPS59213126A (ja) | 1983-05-19 | 1983-05-19 | ダイヤモンド半導体素子の製造法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPS59213126A true JPS59213126A (ja) | 1984-12-03 |
Family
ID=13944154
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8848783A Pending JPS59213126A (ja) | 1983-05-19 | 1983-05-19 | ダイヤモンド半導体素子の製造法 |
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Country | Link |
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JP (1) | JPS59213126A (ja) |
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