JPH06236855A - 半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極及びその形成方法 - Google Patents
半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極及びその形成方法Info
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- JPH06236855A JPH06236855A JP50A JP2153093A JPH06236855A JP H06236855 A JPH06236855 A JP H06236855A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 2153093 A JP2153093 A JP 2153093A JP H06236855 A JPH06236855 A JP H06236855A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電極Ｔｉの拡散を防止し、高温でも安定なオ
ーミック電極を得ることができる半導体ダイヤモンド層
上の耐熱性オーミック電極及びその製造方法を提供す
る。 【構成】 半導体ダイヤモンド層上に形成される耐熱性
オーミック電極において、厚さが１０乃至７０Åの電極
Ｔｉ層と、このＴｉ層と半導体ダイヤモンド層との間の
反応により生じた炭化物層とを有する。そして、電極Ｔ
ｉ層の上に、Ｗ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｐｔ及びＴａからなる高
融点金属、Ｔｉ−Ｗからなる高融点合金、ＴｉＣ及びＴ
ｉＮからなる高融点化合物からなる群から選択された少
なくとも１種の材料により拡散防止層が形成されてい
る。上記構成により、Ｔｉの拡散及び酸化が防止される
ーミック電極を得ることができる半導体ダイヤモンド層
上の耐熱性オーミック電極及びその製造方法を提供す
る。 【構成】 半導体ダイヤモンド層上に形成される耐熱性
オーミック電極において、厚さが１０乃至７０Åの電極
Ｔｉ層と、このＴｉ層と半導体ダイヤモンド層との間の
反応により生じた炭化物層とを有する。そして、電極Ｔ
ｉ層の上に、Ｗ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｐｔ及びＴａからなる高
融点金属、Ｔｉ−Ｗからなる高融点合金、ＴｉＣ及びＴ
ｉＮからなる高融点化合物からなる群から選択された少
なくとも１種の材料により拡散防止層が形成されてい
る。上記構成により、Ｔｉの拡散及び酸化が防止される
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はダイオード、トランジス
タ、ＦＥＴ及びサーミスタ等の電子部品又は電子デバイ
スを構成する半導体ダイヤモンド層上に形成される半導
体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極及びその形
成方法に関する。
タ、ＦＥＴ及びサーミスタ等の電子部品又は電子デバイ
スを構成する半導体ダイヤモンド層上に形成される半導
体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極及びその形
成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは硬度が高く、耐熱性、耐
薬品性、耐放射線性に優れた絶縁体であり、産業上種々
の利用が検討され、また実用化されている。また、ダイ
ヤモンドはバンドギャップが約5.4eVと大きく、Ｂ等の
不純物をドーピングしたものは半導体特性を示し、この
種の半導体ダイヤモンドは、高温半導体としての応用が
期待されている。
薬品性、耐放射線性に優れた絶縁体であり、産業上種々
の利用が検討され、また実用化されている。また、ダイ
ヤモンドはバンドギャップが約5.4eVと大きく、Ｂ等の
不純物をドーピングしたものは半導体特性を示し、この
種の半導体ダイヤモンドは、高温半導体としての応用が
期待されている。
【０００３】このような優れた特性を持つダイヤモンド
薄膜を、プラズマ反応を利用して気相から合成する方法
が確立されて以来、ダイヤモンド薄膜を利用した超硬工
具、スピーカ振動板、半導体デバイスのヒートシンク、
並びにダイオード及びトランジスタ等の電子デバイスの
開発が進められている。
薄膜を、プラズマ反応を利用して気相から合成する方法
が確立されて以来、ダイヤモンド薄膜を利用した超硬工
具、スピーカ振動板、半導体デバイスのヒートシンク、
並びにダイオード及びトランジスタ等の電子デバイスの
開発が進められている。
【０００４】而して、半導体ダイヤモンドを使用した電
子デバイスにおいては、ダイヤモンド半導体層に対する
密着性が優れたオーミック電極、即ち、電流電圧特性が
線形である電極を形成する必要がある。ダイヤモンド素
子の特徴である高温及び高電圧下での使用を考慮する
と、電極は接触抵抗が小さく、且つ、使用温度より十分
高い温度まで安定である必要がある。これは接触抵抗が
大きいと電極部分で発熱をおこし、局所的に更に一層高
温になってしまうからである。
子デバイスにおいては、ダイヤモンド半導体層に対する
密着性が優れたオーミック電極、即ち、電流電圧特性が
線形である電極を形成する必要がある。ダイヤモンド素
子の特徴である高温及び高電圧下での使用を考慮する
と、電極は接触抵抗が小さく、且つ、使用温度より十分
高い温度まで安定である必要がある。これは接触抵抗が
大きいと電極部分で発熱をおこし、局所的に更に一層高
温になってしまうからである。
【０００５】従来、ダイヤモンド半導体層へのオーミッ
ク電極作製法としては、A.T.Collins(Diamond Researc
h, pp.19-22, 1970年)等及びK.L.Moazed等（J.Appl.Phy
s., vol.68, No.5, pp.2246-2255，1990年）により提案
された方法がある。即ち、これらの文献に記載されたよ
うに、炭化物を形成しやすいＴａ、Ｔｉ、Ｍｏ等を電子
ビーム照射により形成し、又は真空熱処理等を行うこと
により、オーミック電極を得る方法が公知である。
ク電極作製法としては、A.T.Collins(Diamond Researc
h, pp.19-22, 1970年)等及びK.L.Moazed等（J.Appl.Phy
s., vol.68, No.5, pp.2246-2255，1990年）により提案
された方法がある。即ち、これらの文献に記載されたよ
うに、炭化物を形成しやすいＴａ、Ｔｉ、Ｍｏ等を電子
ビーム照射により形成し、又は真空熱処理等を行うこと
により、オーミック電極を得る方法が公知である。
【０００６】これは、図４（ａ）に示すように、基板の
ダイヤモンド層３と、Ｔａ，Ｔｉ又はＭｏ等からなる金
属電極層１との界面に炭化物層２を形成することによ
り、良好なオーミック電極を得ようとするものである。
即ち、炭化物を形成し易いＴａ，Ｔｉ，Ｍｏ等の金属を
電極材料として使用し、この電極層１とダイヤモンド層
３との間に炭化物層２を形成する。
ダイヤモンド層３と、Ｔａ，Ｔｉ又はＭｏ等からなる金
属電極層１との界面に炭化物層２を形成することによ
り、良好なオーミック電極を得ようとするものである。
即ち、炭化物を形成し易いＴａ，Ｔｉ，Ｍｏ等の金属を
電極材料として使用し、この電極層１とダイヤモンド層
３との間に炭化物層２を形成する。
【０００７】一方、最近では、炭化物中で最も安定な炭
化物であるＴｉxＣ1-xを形成するＴｉを電極材料とし、
このＴｉ電極の上に、酸化を防ぐために、Ａｕ、Ｐｔ又
はＭｏ／Ａｕ（ＭｏとＡｕとをこの順に積層したもの）
等を酸化防止膜として形成した多層金属薄膜の利用が報
告されている。
化物であるＴｉxＣ1-xを形成するＴｉを電極材料とし、
このＴｉ電極の上に、酸化を防ぐために、Ａｕ、Ｐｔ又
はＭｏ／Ａｕ（ＭｏとＡｕとをこの順に積層したもの）
等を酸化防止膜として形成した多層金属薄膜の利用が報
告されている。
【０００８】図４（ｂ）に示すオーミック電極において
は、基板の半導体ダイヤモンド層３の上に、電極Ｔｉ層
１を形成し、更に電極Ｔｉ層１の上に、拡散防止Ａｕ層
４を形成したものである。
は、基板の半導体ダイヤモンド層３の上に、電極Ｔｉ層
１を形成し、更に電極Ｔｉ層１の上に、拡散防止Ａｕ層
４を形成したものである。
【０００９】図４（ｃ）に示すオーミック電極において
は、半導体ダイヤモンド層３上の電極Ｔｉ層１の上に、
拡散防止Ｍｏ層５を形成し、更にこの拡散防止Ｍｏ層５
の上に拡散防止Ａｕ層４を形成したものである。このＴ
ｉ／Ｍｏ／Ａｕの多層膜を使用した半導体デバイスとし
ては、サーミスタ（藤森等、NEW DIAMOND Vol.13,P.32,
1989年）等がある。
は、半導体ダイヤモンド層３上の電極Ｔｉ層１の上に、
拡散防止Ｍｏ層５を形成し、更にこの拡散防止Ｍｏ層５
の上に拡散防止Ａｕ層４を形成したものである。このＴ
ｉ／Ｍｏ／Ａｕの多層膜を使用した半導体デバイスとし
ては、サーミスタ（藤森等、NEW DIAMOND Vol.13,P.32,
1989年）等がある。
【００１０】Ｔｉはオーミック電極の材料として一般的
であるが、反応性に富み、空気中においては、高温で酸
化されやすい。このため、上述の如く、酸化を防ぐため
に、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｏ／Ａｕ等を酸化防止膜とした多層
膜が電極として利用されている。
であるが、反応性に富み、空気中においては、高温で酸
化されやすい。このため、上述の如く、酸化を防ぐため
に、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｏ／Ａｕ等を酸化防止膜とした多層
膜が電極として利用されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、長期的
な使用を考慮すると、酸素からの完全な遮蔽は困難であ
る。実際に、下記表１に示す条件で、図４（ｂ）に示す
電極Ｔｉ層１／拡散防止Ａｕ層４からなる電極を製作
し、その酸化防止性能を試験した。
な使用を考慮すると、酸素からの完全な遮蔽は困難であ
る。実際に、下記表１に示す条件で、図４（ｂ）に示す
電極Ｔｉ層１／拡散防止Ａｕ層４からなる電極を製作
し、その酸化防止性能を試験した。
【００１２】図５（ａ）はＸ線光電子分光法により求め
た各元素の深さ方向分布を示す。図５において、縦軸は
各元素の原子数の割合（原子％）であり、横軸はスパッ
タリング時間を示し、電極表面からの距離に対応する。
図５（ａ）からわかるように、電極表面から、金、チタ
ン及びダイヤモンド（Ｃ）がこの順に積層されているこ
とが確認できる。
た各元素の深さ方向分布を示す。図５において、縦軸は
各元素の原子数の割合（原子％）であり、横軸はスパッ
タリング時間を示し、電極表面からの距離に対応する。
図５（ａ）からわかるように、電極表面から、金、チタ
ン及びダイヤモンド（Ｃ）がこの順に積層されているこ
とが確認できる。
【００１３】次に、この電極を、500℃で60分間、大気
中に保持した結果、図５（ｂ）に示すように、Ｔｉが表
面に拡散し、酸化されてＴｉＯ2が形成されたことが分
かる。これは、試料を焼鈍することによりダイヤモンド
表面でＴｉの炭化が開始され、オーミック電極が形成さ
れるが、同時に電極材料のＴｉがその上層のＡｕ層４の
内部を拡散し、電極表面で酸素と反応し、酸化してしま
うからである。
中に保持した結果、図５（ｂ）に示すように、Ｔｉが表
面に拡散し、酸化されてＴｉＯ2が形成されたことが分
かる。これは、試料を焼鈍することによりダイヤモンド
表面でＴｉの炭化が開始され、オーミック電極が形成さ
れるが、同時に電極材料のＴｉがその上層のＡｕ層４の
内部を拡散し、電極表面で酸素と反応し、酸化してしま
うからである。
【００１４】
【表１】
【００１５】次に、Ｔｉの拡散を防ぐ拡散防止層として
のＭｏ層５を、Ｔｉ層１／Ａｕ層４間に挿入したＴｉ／
Ｍｏ／Ａｕ電極（図４（ｃ））を作製した。下記表２は
その成膜条件を示す。また、図６（ａ）には、得られた
電極に対し、Ｘ線光電子分光法により電極深さ方向の濃
度分布を求めた結果を示す。図６において、縦軸は各元
素の原子数の割合（原子％）、横軸は電極表面からの距
離に対応する。また、作製した電極を500℃で60分間、
大気中に保持した結果、その各元素の濃度分布は図６
（ｂ）に示すように変化した。
のＭｏ層５を、Ｔｉ層１／Ａｕ層４間に挿入したＴｉ／
Ｍｏ／Ａｕ電極（図４（ｃ））を作製した。下記表２は
その成膜条件を示す。また、図６（ａ）には、得られた
電極に対し、Ｘ線光電子分光法により電極深さ方向の濃
度分布を求めた結果を示す。図６において、縦軸は各元
素の原子数の割合（原子％）、横軸は電極表面からの距
離に対応する。また、作製した電極を500℃で60分間、
大気中に保持した結果、その各元素の濃度分布は図６
（ｂ）に示すように変化した。
【００１６】この図６に示すように、Ｍｏを拡散防止層
に用いたＴｉ／Ｍｏ／Ａｕ電極においても、Ｔｉの酸化
を防ぎきれないことが分かる。
に用いたＴｉ／Ｍｏ／Ａｕ電極においても、Ｔｉの酸化
を防ぎきれないことが分かる。
【００１７】
【表２】
【００１８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、Ｔｉの拡散を防止し、高温でも安定なオー
ミック電極を得ることができる半導体ダイヤモンド層上
の耐熱性オーミック電極及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
のであって、Ｔｉの拡散を防止し、高温でも安定なオー
ミック電極を得ることができる半導体ダイヤモンド層上
の耐熱性オーミック電極及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体ダイ
ヤモンド層上の耐熱性オーミック電極は、半導体ダイヤ
モンド層上に形成される耐熱性オーミック電極におい
て、厚さが１０乃至７０Åの電極Ｔｉ層と、このＴｉ層
と前記半導体ダイヤモンド層との間の反応により生じた
炭化物層とを有することを特徴とする。
ヤモンド層上の耐熱性オーミック電極は、半導体ダイヤ
モンド層上に形成される耐熱性オーミック電極におい
て、厚さが１０乃至７０Åの電極Ｔｉ層と、このＴｉ層
と前記半導体ダイヤモンド層との間の反応により生じた
炭化物層とを有することを特徴とする。
【００２０】本発明に係る半導体ダイヤモンド層上の耐
熱性オーミック電極の形成方法は、半導体ダイヤモンド
層上に、電極層として、厚さが１０乃至７０ÅのＴｉ層
を形成し、次いで焼鈍することにより、前記Ｔｉ層と半
導体ダイヤモンド層との間にＴｉxＣ1-x（但し、０＜ｘ
＜１）炭化物層を形成することを特徴とする。
熱性オーミック電極の形成方法は、半導体ダイヤモンド
層上に、電極層として、厚さが１０乃至７０ÅのＴｉ層
を形成し、次いで焼鈍することにより、前記Ｔｉ層と半
導体ダイヤモンド層との間にＴｉxＣ1-x（但し、０＜ｘ
＜１）炭化物層を形成することを特徴とする。
【００２１】
【作用】Ｔｉ層を形成した後、焼鈍（アニール）を行う
と、良好なオーミック電極が形成される。これは、アニ
ールを行うことにより、金属電極とダイヤモンドとが反
応を起こし、炭化物が形成されるからである。この場
合、電流は界面に存在する欠陥準位を通して流れる。そ
して、この特性はそれぞれの波動関数が重なり合うダイ
ヤモンド金属界面近傍にのみ依存する。しかし、厚さが
10Å未満のＴｉ層では、オーミック接触に十分な欠陥密
度を導入することができない。このため、オーミック電
極の作製には、Ｔｉ層として10Å以上の厚さが必要とな
る。
と、良好なオーミック電極が形成される。これは、アニ
ールを行うことにより、金属電極とダイヤモンドとが反
応を起こし、炭化物が形成されるからである。この場
合、電流は界面に存在する欠陥準位を通して流れる。そ
して、この特性はそれぞれの波動関数が重なり合うダイ
ヤモンド金属界面近傍にのみ依存する。しかし、厚さが
10Å未満のＴｉ層では、オーミック接触に十分な欠陥密
度を導入することができない。このため、オーミック電
極の作製には、Ｔｉ層として10Å以上の厚さが必要とな
る。
【００２２】一方、拡散及び酸化の原因となる過剰なＴ
ｉは不要である。図１は後述する実施例１の条件で作製
されたＴｉの膜厚の異なるＴｉ／Ａｕ電極を、大気中で
１０時間、５００℃で保持したときの接触抵抗の変化を
示す。図１において、横軸は用いたＴｉの膜厚で縦軸は
接触低抗率である。実線（ａ）は加熱保持後、点線
（ｂ）は加熱保持前の接触抵抗である。この図１から、
Ｔｉの膜厚が７０Åを境に接触抵抗が急激に上昇してい
ることがわかる。これは、Ｔｉの膜厚が７０Åを超える
と炭化層形成後に未反応のＴｉが残り、加熱保持中に酸
化され、絶縁性のＴｉＯ２を形成するからである。この
ため、Ｔｉ層の厚さは７０Å以下であることが必要であ
る。また、形成されたＴｉＣはＴｉと比較して酸化され
難く、高温で安定である。
ｉは不要である。図１は後述する実施例１の条件で作製
されたＴｉの膜厚の異なるＴｉ／Ａｕ電極を、大気中で
１０時間、５００℃で保持したときの接触抵抗の変化を
示す。図１において、横軸は用いたＴｉの膜厚で縦軸は
接触低抗率である。実線（ａ）は加熱保持後、点線
（ｂ）は加熱保持前の接触抵抗である。この図１から、
Ｔｉの膜厚が７０Åを境に接触抵抗が急激に上昇してい
ることがわかる。これは、Ｔｉの膜厚が７０Åを超える
と炭化層形成後に未反応のＴｉが残り、加熱保持中に酸
化され、絶縁性のＴｉＯ２を形成するからである。この
ため、Ｔｉ層の厚さは７０Å以下であることが必要であ
る。また、形成されたＴｉＣはＴｉと比較して酸化され
難く、高温で安定である。
【００２３】本発明においては、電気的特性を決定する
と考えられる必要最小限のＴｉ層（10Å以上70Å以下）
のみを、Ｔｉが酸化される前に形成する。これにより、
高温で安定且つ良好なオーミック電極を形成することが
できる。
と考えられる必要最小限のＴｉ層（10Å以上70Å以下）
のみを、Ｔｉが酸化される前に形成する。これにより、
高温で安定且つ良好なオーミック電極を形成することが
できる。
【００２４】本発明における最適なＴｉＣ層の厚さは、
電極使用温度、アニール条件、電極材料及び拡散防止層
の材質により異なる。つまり、本発明において形成する
Ｔｉ層の厚さは電極使用温度又はアニール温度におい
て、拡散防止層中を酸素又はＴｉが拡散し、Ｔｉが酸化
し始める前に、電極の機能を維持するのに十分なＴｉ層
が炭化できる厚さである。また、Ｔｉ層の形成は真空蒸
着、スパッタリング等、一般の成膜法であればよく、Ｔ
ｉの蒸着後は拡散防止のため、Ｗ層、Ｍｏ層、Ａｕ層、
Ｐｔ層、Ｍｏ／Ａｕ２層膜、Ｗ／Ａｕ２層膜等の高融点
金属、又はＴｉ−Ｗ合金等の高融点合金、ＴｉＣ、Ｔｉ
Ｎ等の化合物を蒸着し、多層膜を形成すると有効であ
る。
電極使用温度、アニール条件、電極材料及び拡散防止層
の材質により異なる。つまり、本発明において形成する
Ｔｉ層の厚さは電極使用温度又はアニール温度におい
て、拡散防止層中を酸素又はＴｉが拡散し、Ｔｉが酸化
し始める前に、電極の機能を維持するのに十分なＴｉ層
が炭化できる厚さである。また、Ｔｉ層の形成は真空蒸
着、スパッタリング等、一般の成膜法であればよく、Ｔ
ｉの蒸着後は拡散防止のため、Ｗ層、Ｍｏ層、Ａｕ層、
Ｐｔ層、Ｍｏ／Ａｕ２層膜、Ｗ／Ａｕ２層膜等の高融点
金属、又はＴｉ−Ｗ合金等の高融点合金、ＴｉＣ、Ｔｉ
Ｎ等の化合物を蒸着し、多層膜を形成すると有効であ
る。
【００２５】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。実施例１ ダイヤモンド薄膜の合成にはマイクロ波プラズマＣＶＤ
法を用いた。反応ガスには水素希釈したＣＨ4ガスを使
用し、ドーピングガスとしてはＢ2Ｈ6ガスを使用した。
合成条件を下記表３に示す。
法を用いた。反応ガスには水素希釈したＣＨ4ガスを使
用し、ドーピングガスとしてはＢ2Ｈ6ガスを使用した。
合成条件を下記表３に示す。
【００２６】
【表３】
【００２７】合成したダイヤモンド薄膜上にＴｉ／Ａｕ
２層膜をマグネトロンスパッタで成膜した。成膜は10-6
Torr程度まで真空引きした後、Ａｒガスを10sccm、2mTo
rrの条件で流し、流量が安定した後、下記表４に示す条
件で行った。Ｔｉの膜厚は約40Åである。電極形成後、
真空中、400℃で20分間アニールを行った。
２層膜をマグネトロンスパッタで成膜した。成膜は10-6
Torr程度まで真空引きした後、Ａｒガスを10sccm、2mTo
rrの条件で流し、流量が安定した後、下記表４に示す条
件で行った。Ｔｉの膜厚は約40Åである。電極形成後、
真空中、400℃で20分間アニールを行った。
【００２８】このときの元素分布をＸ線光電子分光法に
より求めた結果を図２（ａ）に示す。図２（ａ）におい
て、縦軸は各元素の原子数の割合（原子％）、横軸はス
パッタリング時間を示し、これは電極表面からの距離に
対応している。
より求めた結果を図２（ａ）に示す。図２（ａ）におい
て、縦軸は各元素の原子数の割合（原子％）、横軸はス
パッタリング時間を示し、これは電極表面からの距離に
対応している。
【００２９】次に、この試料を大気中で500℃に１時間
保持した。その結果、得られた元素分布を図２（ｂ）に
示す。なお、Ｔｉ層の厚さは40Åである。この図２か
ら、本発明においては、Ｔｉは酸化及び拡散せず、Ｔｉ
層がダイヤモンド層の表面にそのまま存在していること
が分かる。このため、本発明に係るオーミック電極が耐
熱性電極として極めて有効である。
保持した。その結果、得られた元素分布を図２（ｂ）に
示す。なお、Ｔｉ層の厚さは40Åである。この図２か
ら、本発明においては、Ｔｉは酸化及び拡散せず、Ｔｉ
層がダイヤモンド層の表面にそのまま存在していること
が分かる。このため、本発明に係るオーミック電極が耐
熱性電極として極めて有効である。
【００３０】また、この本発明に係るオーミック電極を
使用してフォトリソグラフィの手法によりＴＬＭパター
ンを作製し、接触抵抗を測定した結果、得られた接触抵
抗は約10-3Ωcm2で、良好なオーミック特性を示した。
このように、電極形成後の熱処理においても、電極とし
て10Å以上70Å以下のＴｉ層を使用することにより、Ｔ
ｉの酸化を防止できることがわかる。
使用してフォトリソグラフィの手法によりＴＬＭパター
ンを作製し、接触抵抗を測定した結果、得られた接触抵
抗は約10-3Ωcm2で、良好なオーミック特性を示した。
このように、電極形成後の熱処理においても、電極とし
て10Å以上70Å以下のＴｉ層を使用することにより、Ｔ
ｉの酸化を防止できることがわかる。
【００３１】
【表４】
【００３２】実施例２ 本実施例において使用したダイヤモンドは実施例１と同
じ条件のものである。また、本実施例においては拡散防
止層として高融点金属であるＷ層を形成した。実施例１
と同様に、合成したダイヤモンド上にＴｉ／Ｗ／Ａｕの
３層膜をマグネトロンスパッタで成膜した。即ち、10-6
Torr程度まで真空引きした後、Ａｒガスを流量10sccm、
圧力2mTorrの条件で流し、流量が安定した後、下記表５
の条件で成膜した。Ｔｉ層の膜厚は実施例１と同じく約
40Åである。電極形成後、真空中で、400℃に加熱して
アニールした。このときの元素分布を図３（ａ）に示
す。縦軸は各元素の原子数の割合（原子％）であり、横
軸は電極表面からの距離に対応している。なお、Ｔｉ層
の厚さは40Åである。
じ条件のものである。また、本実施例においては拡散防
止層として高融点金属であるＷ層を形成した。実施例１
と同様に、合成したダイヤモンド上にＴｉ／Ｗ／Ａｕの
３層膜をマグネトロンスパッタで成膜した。即ち、10-6
Torr程度まで真空引きした後、Ａｒガスを流量10sccm、
圧力2mTorrの条件で流し、流量が安定した後、下記表５
の条件で成膜した。Ｔｉ層の膜厚は実施例１と同じく約
40Åである。電極形成後、真空中で、400℃に加熱して
アニールした。このときの元素分布を図３（ａ）に示
す。縦軸は各元素の原子数の割合（原子％）であり、横
軸は電極表面からの距離に対応している。なお、Ｔｉ層
の厚さは40Åである。
【００３３】次に、この試料を大気中で、500℃に加熱
してアニールした。その結果を、図３（ｂ）に示す。こ
の図３に示すように、Ｔｉの拡散及び酸化が防止されて
いる。これらの結果は、Ｗを拡散防止層として挿入する
ことがＴｉの拡散を抑制し、高温で安定な電極を得るの
に有効であることを示している。
してアニールした。その結果を、図３（ｂ）に示す。こ
の図３に示すように、Ｔｉの拡散及び酸化が防止されて
いる。これらの結果は、Ｗを拡散防止層として挿入する
ことがＴｉの拡散を抑制し、高温で安定な電極を得るの
に有効であることを示している。
【００３４】以上より、酸化防止膜としてＷ、Ｍｏ、Ａ
ｕ、Ｐｔ、Ｍｏ／Ａｕ、Ｗ／Ａｕ等の高融点金属、又は
Ｔｉ／Ｗ等の高融点合金、ＴｉＣ、ＴｉＮ等の化合物を
蒸着し、多層膜を形成することが有効であることがわか
る。
ｕ、Ｐｔ、Ｍｏ／Ａｕ、Ｗ／Ａｕ等の高融点金属、又は
Ｔｉ／Ｗ等の高融点合金、ＴｉＣ、ＴｉＮ等の化合物を
蒸着し、多層膜を形成することが有効であることがわか
る。
【００３５】
【表５】
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により高温
においても使用可能な耐熱性オーミック電極を得ること
ができる。
においても使用可能な耐熱性オーミック電極を得ること
ができる。
【図１】実施例１に示す方法により形成された、Ｔｉの
膜厚が異なるＴｉ／Ａｕ２層電極の接触抵抗率の変化を
示したものであり、図中（ａ）は加熱保持前、（ｂ）は
加熱保持後のものである。
膜厚が異なるＴｉ／Ａｕ２層電極の接触抵抗率の変化を
示したものであり、図中（ａ）は加熱保持前、（ｂ）は
加熱保持後のものである。
【図２】本発明の実施例方法により形成されたＴｉ／Ａ
ｕ２層電極のＸ線光電子分光法により求めた深さ方向の
元素分布を示し、（ａ）はアニール前、（ｂ）はアニー
ル後である。
ｕ２層電極のＸ線光電子分光法により求めた深さ方向の
元素分布を示し、（ａ）はアニール前、（ｂ）はアニー
ル後である。
【図３】本発明の実施例方法により形成されたＴｉ／Ｗ
／Ａｕ３層電極のＸ線光電子分光法により求めた深さ方
向の元素分布を示し、（ａ）はアニール前、（ｂ）はア
ニール後である。
／Ａｕ３層電極のＸ線光電子分光法により求めた深さ方
向の元素分布を示し、（ａ）はアニール前、（ｂ）はア
ニール後である。
【図４】（ａ）は炭化物を作り易いＴａ、Ｔｉ、Ｍｏ等
を電極材料として形成したオーミック電極の模式的断面
図、（ｂ）は酸化防止層としてＡｕ層を形成したＴｉ／
Ａｕ２層電極の模式的断面図、（ｃ）は酸化防止層とし
てＭｏ／Ａｕ２層膜を形成したＴｉ／Ｍｏ／Ａｕ３層電
極の模式的断面図である。
を電極材料として形成したオーミック電極の模式的断面
図、（ｂ）は酸化防止層としてＡｕ層を形成したＴｉ／
Ａｕ２層電極の模式的断面図、（ｃ）は酸化防止層とし
てＭｏ／Ａｕ２層膜を形成したＴｉ／Ｍｏ／Ａｕ３層電
極の模式的断面図である。
【図５】表１の条件により形成したＴｉ／Ａｕ電極のＸ
線光電子分光法により求めた深さ方向の元素分布を示
し、（ａ）はアニール前、（ｂ）はアニール後である。
線光電子分光法により求めた深さ方向の元素分布を示
し、（ａ）はアニール前、（ｂ）はアニール後である。
【図６】拡散防止層としてＭｏを挿入したＴｉ／Ｍｏ／
Ａｕ３層電極のＸ線光電子分光法により求めた深さ方向
の元素分布を示し、（ａ）はアニール前、（ｂ）はアニ
ール後である。
Ａｕ３層電極のＸ線光電子分光法により求めた深さ方向
の元素分布を示し、（ａ）はアニール前、（ｂ）はアニ
ール後である。
１；電極Ｔｉ層 ２；炭化物層 ３；基板のダイヤモンド層 ４；拡散防止Ａｕ層 ５；拡散防止Ｍｏ層
Claims (9)
- 【請求項１】 半導体ダイヤモンド層上に形成される耐
熱性オーミック電極において、厚さが１０乃至７０Åの
電極Ｔｉ層と、このＴｉ層と前記半導体ダイヤモンド層
との間の反応により生じた炭化物層とを有することを特
徴とする半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電
極。 - 【請求項２】 前記電極Ｔｉ層の上に、Ｗ，Ｍｏ，Ａ
ｕ，Ｐｔ及びＴａからなる高融点金属、Ｔｉ−Ｗからな
る高融点合金、ＴｉＣ及びＴｉＮからなる高融点化合物
からなる群から選択された少なくとも１種の材料により
拡散防止層が形成されていることを特徴とする請求項１
に記載の半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電
極。 - 【請求項３】 半導体ダイヤモンド層上に、電極層とし
て、厚さが１０乃至７０ÅのＴｉ層を形成し、次いで焼
鈍することにより、前記Ｔｉ層と半導体ダイヤモンド層
との間にＴｉxＣ1-x（但し、０＜ｘ＜１）炭化物層を形
成することを特徴とする半導体ダイヤモンド層上の耐熱
性オーミック電極の形成方法。 - 【請求項４】 前記焼鈍後、前記Ｔｉ層の上に、拡散防
止層としてＷ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｐｔ及びＴａからなる高融
点金属、Ｔｉ−Ｗからなる高融点合金、ＴｉＣ及びＴｉ
Ｎからなる高融点化合物からなる群から選択された少な
くとも１種の材料を蒸着して拡散防止層を形成すること
を特徴とする請求項３に記載の半導体ダイヤモンド層上
のオーミック電極の形成方法。 - 【請求項５】 前記電極層又は拡散防止層の上に、ボン
ディングのための表面層として、Ａｌ、Ａｕ及びＰｔか
らなる群から選択された少なくとも１種の材料を形成す
ることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体ダイ
ヤモンド層上のオーミック電極の形成方法。 - 【請求項６】 半導体ダイヤモンド層上に、電極層とし
て、厚さが１０乃至７０ÅのＴｉ層を形成し、前記Ｔｉ
層上に、拡散防止層としてＷ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｐｔ及びＴ
ａからなる高融点金属、Ｔｉ−Ｗからなる高融点金属、
ＴｉＣ及びＴｉＮからなる高融点化合物からなる群から
選択された少なくとも１種の材料を蒸着して拡散防止層
を形成し、次いで焼鈍することにより、前記Ｔｉ層と半
導体ダイヤモンド層との間にＴｉｘＣ１−ｘ（但し、０
＜ｘ＜１）炭化物層を形成することを特徴とする半導体
ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極の形成方法。 - 【請求項７】 半導体ダイヤモンド層上に、電極層とし
て、厚さが１０乃至７０ÅのＴｉ層を形成し、前記Ｔｉ
層上に、拡散防止層としてＷ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｐｔ及びＴ
ａからなる高融点金属、Ｔｉ−Ｗからなる高融点金属、
ＴｉＣ及びＴｉＮからなる高融点化合物からなる群から
選択された少なくとも１種の材料を蒸着して拡散防止層
を形成し、次いで、ボンディングのための表面層とし
て、Ａｌ、Ａｕ及びＰｔからなる群から選択された少な
くとも１種の材料を形成し、次いで焼鈍することによ
り、前記Ｔｉ層と半導体ダイヤモンド層との間にＴｉｘ
Ｃ１−ｘ（但し、０＜ｘ＜１）炭化物層を形成すること
を特徴とする半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミッ
ク電極の形成方法。 - 【請求項８】 半導体ダイヤモンド層上に、電極層とし
て、厚さが１０乃至７０ÅのＴｉ層を形成し、前記Ｔｉ
層上に、ボンディングのための表面層として、Ａｌ、Ａ
ｕ及びＰｔからなる群から選択された少なくとも１種の
材料を形成し、次いで焼鈍することにより、前記Ｔｉ層
と半導体ダイヤモンド層との間にＴｉｘＣ１−ｘ（但
し、０＜ｘ＜１）炭化物層を形成することを特徴とする
半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極の形成
方法。 - 【請求項９】 前記焼鈍は、真空中又は不活性ガス中
で、350℃乃至1000℃の温度で実施することを特徴とす
る請求項３、６、７又は８項のいずれか１項に記載の半
導体ダイヤモンド層上のオーミック電極の形成方法。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP05021530A JP3086556B2 (ja) | 1993-02-09 | 1993-02-09 | 半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極及びその形成方法 |
| US08/189,608 US5436505A (en) | 1993-02-09 | 1994-02-01 | Heat-resisting ohmic contact on semiconductor diamond layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP05021530A JP3086556B2 (ja) | 1993-02-09 | 1993-02-09 | 半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極及びその形成方法 |
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|---|---|
| JPH06236855A true JPH06236855A (ja) | 1994-08-23 |
| JP3086556B2 JP3086556B2 (ja) | 2000-09-11 |
Family
ID=12057517
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|---|---|---|---|
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| WO2008126863A1 (ja) * | 2007-04-10 | 2008-10-23 | Hokuriku Electric Industry Co., Ltd. | センサ素子用ヒータ |
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| US12359333B2 (en) * | 2022-09-02 | 2025-07-15 | Battelle Energy Alliance, Llc | Metal-coated articles comprising a transition metal region and a platinum-group metal region and related methods |
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- 1993-02-09 JP JP05021530A patent/JP3086556B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-02-01 US US08/189,608 patent/US5436505A/en not_active Expired - Lifetime
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