JPH05201794A - ダイヤモンド半導体製造方法 - Google Patents
ダイヤモンド半導体製造方法Info
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- JPH05201794A JPH05201794A JP1155792A JP1155792A JPH05201794A JP H05201794 A JPH05201794 A JP H05201794A JP 1155792 A JP1155792 A JP 1155792A JP 1155792 A JP1155792 A JP 1155792A JP H05201794 A JPH05201794 A JP H05201794A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 安価で入手の容易な基板を用いながら、単結
晶のダイヤモンド半導体を成長させることができるダイ
ヤモンド半導体製造方法を提供することにある。 【構成】 気相合成法によるダイヤモンド半導体製造方
法において、基板上に気相合成法により多結晶ダイヤモ
ンドを成長する第１の成長の後、多結晶ダイヤモンドか
らダイヤモンド単結晶粒１２を分離し、ダイヤモンド単
結晶粒１２の第１の成長における成長面上にさらに、気
相合成法により全体に、あるいは、部分的に不純物をド
ーピングしながらダイヤモンドを成長する第２の成長を
行う。
晶のダイヤモンド半導体を成長させることができるダイ
ヤモンド半導体製造方法を提供することにある。 【構成】 気相合成法によるダイヤモンド半導体製造方
法において、基板上に気相合成法により多結晶ダイヤモ
ンドを成長する第１の成長の後、多結晶ダイヤモンドか
らダイヤモンド単結晶粒１２を分離し、ダイヤモンド単
結晶粒１２の第１の成長における成長面上にさらに、気
相合成法により全体に、あるいは、部分的に不純物をド
ーピングしながらダイヤモンドを成長する第２の成長を
行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気相合成法によるダイ
ヤモンド半導体製造方法に関する。
ヤモンド半導体製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】かかる、ダイヤモンド半導体製造方法で
は、例えばＳｉ単結晶基板等の半導体単結晶基板上に、
高周波プラズマＣＶＤ法あるいはマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法等の気相合成法により不純物をドーピングしなが
ら膜状ダイヤモンドを合成する方法が考えられている。
この方法は、安価で入手の容易な基板を用いて、ダイヤ
モンド半導体を合成できるものである。
は、例えばＳｉ単結晶基板等の半導体単結晶基板上に、
高周波プラズマＣＶＤ法あるいはマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法等の気相合成法により不純物をドーピングしなが
ら膜状ダイヤモンドを合成する方法が考えられている。
この方法は、安価で入手の容易な基板を用いて、ダイヤ
モンド半導体を合成できるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように合成された膜状のダイヤモンド半導体は、基板の
格子定数とダイヤモンドの格子定数の違い等から多結晶
構造のものしか得られず、単結晶であることが要求され
る半導体デバイスには使用できず、半導体としての用途
に制限を受けるという不都合があった。本発明は、上記
実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、安価
で入手の容易な基板を用いながら、単結晶のダイヤモン
ド半導体を成長させることができるダイヤモンド半導体
製造方法を提供することにある。
ように合成された膜状のダイヤモンド半導体は、基板の
格子定数とダイヤモンドの格子定数の違い等から多結晶
構造のものしか得られず、単結晶であることが要求され
る半導体デバイスには使用できず、半導体としての用途
に制限を受けるという不都合があった。本発明は、上記
実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、安価
で入手の容易な基板を用いながら、単結晶のダイヤモン
ド半導体を成長させることができるダイヤモンド半導体
製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のダイヤモンド半
導体製造方法は、気相合成法によるものであって、その
第１の特徴は、基板上に気相合成法により多結晶ダイヤ
モンドを成長する第１の成長の後、前記多結晶ダイヤモ
ンドからダイヤモンド単結晶粒を分離し、前記ダイヤモ
ンド単結晶粒の前記第１の成長における成長面上にさら
に、気相合成法により全体に、あるいは、部分的に不純
物をドーピングしながらダイヤモンドを成長する第２の
成長を行う点にある。本発明の第２特徴は、上記第１特
徴の実施態様を限定するものであって、前記基板がＳｉ
単結晶からなり、その基板の（１００）面上に前記多結
晶ダイヤモンドを合成する点にある。
導体製造方法は、気相合成法によるものであって、その
第１の特徴は、基板上に気相合成法により多結晶ダイヤ
モンドを成長する第１の成長の後、前記多結晶ダイヤモ
ンドからダイヤモンド単結晶粒を分離し、前記ダイヤモ
ンド単結晶粒の前記第１の成長における成長面上にさら
に、気相合成法により全体に、あるいは、部分的に不純
物をドーピングしながらダイヤモンドを成長する第２の
成長を行う点にある。本発明の第２特徴は、上記第１特
徴の実施態様を限定するものであって、前記基板がＳｉ
単結晶からなり、その基板の（１００）面上に前記多結
晶ダイヤモンドを合成する点にある。
【０００５】
【作用】上記第１特徴によれば、基板上に気相合成法に
より多結晶ダイヤモンドを成長した後、例えばプラズマ
エッチングやケミカルエッチング等により、基板上のダ
イヤモンド単結晶粒を単結晶基板から分離する。この分
離したダイヤモンド単結晶粒を、第１の成長における成
長面上にさらにダイヤモンドが成長する方向に配置し
て、再び気相合成法によりダイモンドを成長をする。多
結晶状態のままでの成長では、成長面の法線方向へは成
長するが、成長面に平行な方向への成長は、多結晶ダイ
ヤモンドの中のダイヤモンド単結晶粒が互いにぶつかり
合って成長を阻害しあうことになるが、上記のようにダ
イヤモンド単結晶粒を分離することでその障害をなくす
ることができて、第１の成長における多結晶状態での成
長面を生かしながら、第２の成長によって、成長面の法
線方向での結晶の高さを高くできるのはもちろんのこ
と、成長面の面積を広くできて、大粒の単結晶のダイヤ
モンドが得られるのである。そして、この第２の成長に
おいて、ダイヤモンド単結晶内にアクセプターあるいは
ドナーを形成する不純物を、気相合成法であるが故に制
御性良くドーピングすることができて、ｐ型ダイヤモン
ド単結晶あるいはｎ型ダイヤモンド単結晶が得られ、ダ
イヤモンド単結晶をダイヤモンド半導体とすることがで
きる。第２特徴によれば、第１の成長における多結晶ダ
イヤモンドを構成するダイヤモンド単結晶粒は逆四角錐
状に成長するため、第２の成長において、効果的に成長
面に平行な方向へ成長させることができる。
より多結晶ダイヤモンドを成長した後、例えばプラズマ
エッチングやケミカルエッチング等により、基板上のダ
イヤモンド単結晶粒を単結晶基板から分離する。この分
離したダイヤモンド単結晶粒を、第１の成長における成
長面上にさらにダイヤモンドが成長する方向に配置し
て、再び気相合成法によりダイモンドを成長をする。多
結晶状態のままでの成長では、成長面の法線方向へは成
長するが、成長面に平行な方向への成長は、多結晶ダイ
ヤモンドの中のダイヤモンド単結晶粒が互いにぶつかり
合って成長を阻害しあうことになるが、上記のようにダ
イヤモンド単結晶粒を分離することでその障害をなくす
ることができて、第１の成長における多結晶状態での成
長面を生かしながら、第２の成長によって、成長面の法
線方向での結晶の高さを高くできるのはもちろんのこ
と、成長面の面積を広くできて、大粒の単結晶のダイヤ
モンドが得られるのである。そして、この第２の成長に
おいて、ダイヤモンド単結晶内にアクセプターあるいは
ドナーを形成する不純物を、気相合成法であるが故に制
御性良くドーピングすることができて、ｐ型ダイヤモン
ド単結晶あるいはｎ型ダイヤモンド単結晶が得られ、ダ
イヤモンド単結晶をダイヤモンド半導体とすることがで
きる。第２特徴によれば、第１の成長における多結晶ダ
イヤモンドを構成するダイヤモンド単結晶粒は逆四角錐
状に成長するため、第２の成長において、効果的に成長
面に平行な方向へ成長させることができる。
【０００６】
【発明の効果】本発明は、上記第１特徴によれば、上記
のように安価で入手の容易な基板を用いながらも、大粒
の単結晶からなるダイヤモンド半導体を、制御性良く合
成できるため、ダイヤモンド半導体の製造コストを可及
的に低減できる。又、第２特徴によれば、多結晶ダイヤ
モンドを構成するダイヤモンド単結晶粒の形状を逆四角
錐状にすることができるためダイヤモンドの単結晶の面
積を効果的に大きくできる上、第２の成長の前にダイヤ
モンド単結晶粒を配置する際、配置する台に例えば凹部
を形成しておき、四角錐の先端をその凹部に挿入するだ
けで、第１の成長と第２の成長の成長面を合わせること
ができ、ダイヤモンド半導体の合成作業が容易になる。
のように安価で入手の容易な基板を用いながらも、大粒
の単結晶からなるダイヤモンド半導体を、制御性良く合
成できるため、ダイヤモンド半導体の製造コストを可及
的に低減できる。又、第２特徴によれば、多結晶ダイヤ
モンドを構成するダイヤモンド単結晶粒の形状を逆四角
錐状にすることができるためダイヤモンドの単結晶の面
積を効果的に大きくできる上、第２の成長の前にダイヤ
モンド単結晶粒を配置する際、配置する台に例えば凹部
を形成しておき、四角錐の先端をその凹部に挿入するだ
けで、第１の成長と第２の成長の成長面を合わせること
ができ、ダイヤモンド半導体の合成作業が容易になる。
【０００７】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すマイクロ波プラズマＣＶＤ装置は、気相合成
法の一種であるマイクロ波プラズマＣＶＤ法により蒸着
を行う装置であり、マイクロ波のエネルギーによってプ
ラズマを発生させて、さらにそのプラズマによって材料
ガスを解離させて、解離した材料を基板上に堆積させる
装置である。
図１に示すマイクロ波プラズマＣＶＤ装置は、気相合成
法の一種であるマイクロ波プラズマＣＶＤ法により蒸着
を行う装置であり、マイクロ波のエネルギーによってプ
ラズマを発生させて、さらにそのプラズマによって材料
ガスを解離させて、解離した材料を基板上に堆積させる
装置である。
【０００８】図１において、反応管１には、基板支持台
２が配置され、この基板支持台２の近傍には、マイクロ
波発振器３で発生し導波管４によって導かれたマイクロ
波が供給される。さらに反応管１には、ガスボンベ５，
６，７から、材料ガスであるメタンガス、プラズマを発
生させる水素ガス及びアルゴンガスが夫々供給され、さ
らに、ガスボンベ１６，１７から、ｐ型不純物ガスであ
るＢ2 Ｈ6 ガス（ジボラン）及びｎ型不純物ガスである
ＰＨ3 ガス（ホスフィン）が夫々供給され、そして反応
管１内は排気口８から真空ポンプ９によって排気され
る。
２が配置され、この基板支持台２の近傍には、マイクロ
波発振器３で発生し導波管４によって導かれたマイクロ
波が供給される。さらに反応管１には、ガスボンベ５，
６，７から、材料ガスであるメタンガス、プラズマを発
生させる水素ガス及びアルゴンガスが夫々供給され、さ
らに、ガスボンベ１６，１７から、ｐ型不純物ガスであ
るＢ2 Ｈ6 ガス（ジボラン）及びｎ型不純物ガスである
ＰＨ3 ガス（ホスフィン）が夫々供給され、そして反応
管１内は排気口８から真空ポンプ９によって排気され
る。
【０００９】上記のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置によ
って、ダイヤモンド半導体を製造する工程を以下に説明
する。先ず、基板としてのＳｉ単結晶基板１０を、（１
００）面が成長面となるように基板支持台２上に載置
し、反応管１内を真空ポンプ９によって排気する。その
後、必要に応じてガスボンベ７からアルゴンガスを混合
しながら、ガスボンベ５，６からメタンガス及び水素ガ
スを反応管１内に導入する。反応管１内のガス圧が所定
値に達した時点で、所定電力のマイクロ波を反応管１に
供給してプラズマを発生させる。このプラズマによって
メタンガスが解離して、炭素がＳｉ単結晶基板１０上に
堆積して、図２に示す断面図のような微小な単結晶粒の
集合体としてなる、膜状の多結晶ダイヤモンド１１とし
て第１の成長をする。このとき、Ｓｉ単結晶基板１０
は、マイクロ波によって加熱されるため、他に特別の加
熱手段を必要とはしないが、成長条件の設定のために必
要であれば、基板支持台２内にヒーターを設けてＳｉ単
結晶基板１０を加熱するようにしてもよい。
って、ダイヤモンド半導体を製造する工程を以下に説明
する。先ず、基板としてのＳｉ単結晶基板１０を、（１
００）面が成長面となるように基板支持台２上に載置
し、反応管１内を真空ポンプ９によって排気する。その
後、必要に応じてガスボンベ７からアルゴンガスを混合
しながら、ガスボンベ５，６からメタンガス及び水素ガ
スを反応管１内に導入する。反応管１内のガス圧が所定
値に達した時点で、所定電力のマイクロ波を反応管１に
供給してプラズマを発生させる。このプラズマによって
メタンガスが解離して、炭素がＳｉ単結晶基板１０上に
堆積して、図２に示す断面図のような微小な単結晶粒の
集合体としてなる、膜状の多結晶ダイヤモンド１１とし
て第１の成長をする。このとき、Ｓｉ単結晶基板１０
は、マイクロ波によって加熱されるため、他に特別の加
熱手段を必要とはしないが、成長条件の設定のために必
要であれば、基板支持台２内にヒーターを設けてＳｉ単
結晶基板１０を加熱するようにしてもよい。
【００１０】次に、Ｓｉ単結晶基板１０上の多結晶ダイ
ヤモンド１１にＮ2 を主体とする空気プラズマエッチン
グを施し、成長基板表面上のグラファイトや質の良くな
いダイヤモンド粒を除去する。このエッチング作業は、
上記のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置にＮ2 ガスボンベ
とＯ2 ガスボンベを付加して、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置によって行っても良いし、別の装置で行っても良
い。
ヤモンド１１にＮ2 を主体とする空気プラズマエッチン
グを施し、成長基板表面上のグラファイトや質の良くな
いダイヤモンド粒を除去する。このエッチング作業は、
上記のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置にＮ2 ガスボンベ
とＯ2 ガスボンベを付加して、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置によって行っても良いし、別の装置で行っても良
い。
【００１１】そして、エッチング処理の終了したＳｉ単
結晶基板１０を、フッ酸と硝酸とを混合したエッチャン
トに浸し、Ｓｉ単結晶基板１０をエッチング除去する。
この結果、Ｓｉ単結晶基板１０上に成長した多結晶ダイ
ヤモンド１１がばらばらに分離して、ダイヤモンド単結
晶粒１２が得られる。このダイヤモンド単結晶粒１２の
形状は、図３に示すような、第１の成長における成長面
を底面とする四角錐となっている。
結晶基板１０を、フッ酸と硝酸とを混合したエッチャン
トに浸し、Ｓｉ単結晶基板１０をエッチング除去する。
この結果、Ｓｉ単結晶基板１０上に成長した多結晶ダイ
ヤモンド１１がばらばらに分離して、ダイヤモンド単結
晶粒１２が得られる。このダイヤモンド単結晶粒１２の
形状は、図３に示すような、第１の成長における成長面
を底面とする四角錐となっている。
【００１２】次に、このダイヤモンド単結晶粒１２を、
図３に示す如く、支持台１３に設けた角柱状の細穴１４
に、第１の成長における成長面すなわち四角錐の底面を
上にして、四角錐の先端を挿入して、支持台１３に載置
する。この支持台１３の細穴１４は一般的なエッチング
技術で容易に作成できるものであり、そのエッチング形
状は、上記のような角柱状以外にも、逆ピラミッド状あ
るいは溝状等、ダイヤモンド単結晶粒１２の形状に応じ
て決めれば良い。このように配置した、ダイヤモンド単
結晶粒１２と支持台１３とを再びマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置の基板支持台２上に、図３に示す矢印１５の方
向に成長材料が供給されるように載置して、第１の成長
と同様にしてダイヤモンド単結晶粒上に第２の成長を行
う。
図３に示す如く、支持台１３に設けた角柱状の細穴１４
に、第１の成長における成長面すなわち四角錐の底面を
上にして、四角錐の先端を挿入して、支持台１３に載置
する。この支持台１３の細穴１４は一般的なエッチング
技術で容易に作成できるものであり、そのエッチング形
状は、上記のような角柱状以外にも、逆ピラミッド状あ
るいは溝状等、ダイヤモンド単結晶粒１２の形状に応じ
て決めれば良い。このように配置した、ダイヤモンド単
結晶粒１２と支持台１３とを再びマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置の基板支持台２上に、図３に示す矢印１５の方
向に成長材料が供給されるように載置して、第１の成長
と同様にしてダイヤモンド単結晶粒上に第２の成長を行
う。
【００１３】この第２の成長によって、ダイヤモンド単
結晶粒１２は、成長面の法線方向に成長するのはもちろ
んのこと、成長を阻害する要因がないため成長面に平行
な方向へも成長し、大粒の単結晶のダイヤモンドが得ら
れるのである。そして、ダイヤモンド単結晶が所定の大
きさまで成長した時点で、ガスボンベ１６あるいはガス
ボンベ１７から、ｐ型不純物ガスであるＢ2 Ｈ6 ガスあ
るいはｎ型不純物ガスであるＰＨ3 ガスを所定流量で、
ガスボンベ５，６，７からの材料ガス等と共に、反応管
１内に導入し、所定のキャリア濃度を有するｐ型ダイヤ
モンド半導体あるいはｎ型ダイヤモンド半導体を合成す
る。この際、ｐ型不純物ガスの導入状態から、ｎ型不純
物ガスの導入状態に切り換えることで、図４に示すよう
に、ｐ型層１８とｎ型層１９を重ねて積層して、ｐ−ｎ
接合を形成することもできる。
結晶粒１２は、成長面の法線方向に成長するのはもちろ
んのこと、成長を阻害する要因がないため成長面に平行
な方向へも成長し、大粒の単結晶のダイヤモンドが得ら
れるのである。そして、ダイヤモンド単結晶が所定の大
きさまで成長した時点で、ガスボンベ１６あるいはガス
ボンベ１７から、ｐ型不純物ガスであるＢ2 Ｈ6 ガスあ
るいはｎ型不純物ガスであるＰＨ3 ガスを所定流量で、
ガスボンベ５，６，７からの材料ガス等と共に、反応管
１内に導入し、所定のキャリア濃度を有するｐ型ダイヤ
モンド半導体あるいはｎ型ダイヤモンド半導体を合成す
る。この際、ｐ型不純物ガスの導入状態から、ｎ型不純
物ガスの導入状態に切り換えることで、図４に示すよう
に、ｐ型層１８とｎ型層１９を重ねて積層して、ｐ−ｎ
接合を形成することもできる。
【００１４】〔別実施例〕上記実施例では、単結晶基板
１０としてＳｉ単結晶基板を用い、（１００）面を成長
面としたが、サファイア等の他の材料でも良いし、他の
結晶面を成長面として用いても良い。又、ダイヤモンド
の成長に用いる装置としては、上記実施例のマイクロ波
プラズマＣＶＤ装置以外に、高周波プラズマＣＶＤ装
置，熱フィラメントＣＶＤ装置，光ＣＶＤ装置あるいは
イオンビーム蒸着装置等を用いても良い。さらに、材料
ガスは上記のメタンガス以外にも他の炭化水素ガスでも
良いし、プラズマを発生させるガスも上記の水素ガス及
びアルゴンガス以外にも他の不活性ガスを用いても良
い。又、不純物ガスを、ＡｌあるいはＳｂ等をガス化し
たものとしても良い。
１０としてＳｉ単結晶基板を用い、（１００）面を成長
面としたが、サファイア等の他の材料でも良いし、他の
結晶面を成長面として用いても良い。又、ダイヤモンド
の成長に用いる装置としては、上記実施例のマイクロ波
プラズマＣＶＤ装置以外に、高周波プラズマＣＶＤ装
置，熱フィラメントＣＶＤ装置，光ＣＶＤ装置あるいは
イオンビーム蒸着装置等を用いても良い。さらに、材料
ガスは上記のメタンガス以外にも他の炭化水素ガスでも
良いし、プラズマを発生させるガスも上記の水素ガス及
びアルゴンガス以外にも他の不活性ガスを用いても良
い。又、不純物ガスを、ＡｌあるいはＳｂ等をガス化し
たものとしても良い。
【００１５】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
【図１】本発明の実施例にかかるマイクロ波ＣＶＤ装置
の概略構成図
の概略構成図
【図２】本発明の実施例にかかる多結晶ダイヤモンドの
成長断面を示す図
成長断面を示す図
【図３】本発明の実施例にかかるダイヤモンド単結晶粒
の配置を示す図
の配置を示す図
【図４】本発明の実施例にかかるダイヤモンド半導体の
成長状態を示す図
成長状態を示す図
１０ 基板 １１ 多結晶ダイヤモンド １２ ダイヤモンド単結晶粒
Claims (2)
- 【請求項１】 気相合成法によるダイヤモンド半導体製
造方法であって、 基板（１０）上に気相合成法により多結晶ダイヤモンド
（１１）を成長する第１の成長の後、前記多結晶ダイヤ
モンド（１１）からダイヤモンド単結晶粒（１２）を分
離し、前記ダイヤモンド単結晶粒（１２）の前記第１の
成長における成長面上にさらに、気相合成法により全体
に、あるいは、部分的に不純物をドーピングしながらダ
イヤモンドを成長する第２の成長を行うダイヤモンド半
導体製造方法。 - 【請求項２】 前記基板（１０）がＳｉ単結晶からな
り、その基板（１０）の（１００）面上に前記多結晶ダ
イヤモンド（１１）を合成する請求項１記載のダイヤモ
ンド半導体製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1155792A JPH05201794A (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | ダイヤモンド半導体製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1155792A JPH05201794A (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | ダイヤモンド半導体製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05201794A true JPH05201794A (ja) | 1993-08-10 |
Family
ID=11781245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1155792A Pending JPH05201794A (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | ダイヤモンド半導体製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05201794A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108360065A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-08-03 | 西安交通大学 | 一种生长单晶金刚石的方法及生长结构 |
-
1992
- 1992-01-27 JP JP1155792A patent/JPH05201794A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108360065A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-08-03 | 西安交通大学 | 一种生长单晶金刚石的方法及生长结构 |
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