JPH0661494A - 縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ及びその製造方法Info
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- JPH0661494A JPH0661494A JP5137801A JP13780193A JPH0661494A JP H0661494 A JPH0661494 A JP H0661494A JP 5137801 A JP5137801 A JP 5137801A JP 13780193 A JP13780193 A JP 13780193A JP H0661494 A JPH0661494 A JP H0661494A
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- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 高電流及び高電圧で作動することができる信
頼性が高い縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタを得
る。 【構成】 高ドープシリコンよりなる基板１１の一方の
表面１１ｂ上にダイヤモンド層１２が形成されている。
このダイモンド層１２上にはソースコンタクト１７と、
ソースコンタクト１７に隣接したゲートコンタクト１６
とが形成されており、基板１１の裏面にはドレインコン
タクト１５が形成されている。この縦型電界効果トラン
ジスタ１０においては、ダイヤモンド層１２は、好まし
くは大きな多結晶ダイヤモンド粒子の単層からなり、シ
リコン基板１１に隣接して高ドープ領域１２ｂを有す
る。ゲートコンタクト１６及びソースコンタクト１７
は、多結晶ダイヤモンド粒子単層の複数個の多結晶ダイ
ヤモンド粒子を覆っていてもよく、多結晶ダイヤモンド
粒子の平均粒径よりも狭くてもよい。
頼性が高い縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタを得
る。 【構成】 高ドープシリコンよりなる基板１１の一方の
表面１１ｂ上にダイヤモンド層１２が形成されている。
このダイモンド層１２上にはソースコンタクト１７と、
ソースコンタクト１７に隣接したゲートコンタクト１６
とが形成されており、基板１１の裏面にはドレインコン
タクト１５が形成されている。この縦型電界効果トラン
ジスタ１０においては、ダイヤモンド層１２は、好まし
くは大きな多結晶ダイヤモンド粒子の単層からなり、シ
リコン基板１１に隣接して高ドープ領域１２ｂを有す
る。ゲートコンタクト１６及びソースコンタクト１７
は、多結晶ダイヤモンド粒子単層の複数個の多結晶ダイ
ヤモンド粒子を覆っていてもよく、多結晶ダイヤモンド
粒子の平均粒径よりも狭くてもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電界効果トランジスタ
に関し、特に縦型電界効果トランジスタに関する。
に関し、特に縦型電界効果トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を半導
体基板に集積する場合、一般に２種類の態様がある。即
ち、水平集積と垂直集積である。水平集積においては、
電界効果トランジスタにおけるソースからドレインへの
キャリアの流れが、基板の平面と平行の方向、即ち基板
の上面及び下面と平行に起こる。一方、縦型ＦＥＴの場
合、ソース−ドレイン電流は基板の平面に対して垂直の
方向、即ち基板の上面及び下面に対して垂直の方向に流
れる。
体基板に集積する場合、一般に２種類の態様がある。即
ち、水平集積と垂直集積である。水平集積においては、
電界効果トランジスタにおけるソースからドレインへの
キャリアの流れが、基板の平面と平行の方向、即ち基板
の上面及び下面と平行に起こる。一方、縦型ＦＥＴの場
合、ソース−ドレイン電流は基板の平面に対して垂直の
方向、即ち基板の上面及び下面に対して垂直の方向に流
れる。
【０００３】水平ＦＥＴは、装置間の絶縁が容易であ
り、また高集積化が容易であることから、広く使用され
ている。特に、水平ＦＥＴを用いて高集積化が容易に行
なわれる理由は、ドレイン、ソース及びゲートコンタク
トが全て基板の同一面に配置されているからである。一
方、縦型ＦＥＴは水平ＦＥＴに比較して一般に優れた出
力遅延積及びハイパワー処理能力を有する。更に、ハイ
パワー装置の場合、基板の一方の面にソースコンタクト
を設け、別の面にドレインコンタクトを設けることによ
りパワー処理能力が増加する。
り、また高集積化が容易であることから、広く使用され
ている。特に、水平ＦＥＴを用いて高集積化が容易に行
なわれる理由は、ドレイン、ソース及びゲートコンタク
トが全て基板の同一面に配置されているからである。一
方、縦型ＦＥＴは水平ＦＥＴに比較して一般に優れた出
力遅延積及びハイパワー処理能力を有する。更に、ハイ
パワー装置の場合、基板の一方の面にソースコンタクト
を設け、別の面にドレインコンタクトを設けることによ
りパワー処理能力が増加する。
【０００４】このような観点から、シリコン及びガリウ
ム砒素を用いた縦型電界効果トランジスタの開発に多く
の努力が払われている。シリコンを用いた縦型電界効果
トランジスタについては、以下の文献に記載されてい
る。即ち、(1)Ozawaら, IEEE Transactions on Electro
n Devices, Vol.ED-25, No.1, 56-57頁, 1978年1月；
(2)Uchida, IEEE Electron Device Letters, Vol.EDL-
5, No.4, 105-107頁, 1984年4月；Uchidaら, Jpn.J.App
l.Phys., Vol.25, No.9, L798-L800頁, 1986年9月；(3)
Ishikawaら, IEEE Transactions on Electron Devices,
Vol.ED-34, No.5,1157-1162頁, 1987年5月；(4)Ragay
ら, Electronics Letters, Vol.27, No.23,2141-2143
頁, 1991年11月がある。
ム砒素を用いた縦型電界効果トランジスタの開発に多く
の努力が払われている。シリコンを用いた縦型電界効果
トランジスタについては、以下の文献に記載されてい
る。即ち、(1)Ozawaら, IEEE Transactions on Electro
n Devices, Vol.ED-25, No.1, 56-57頁, 1978年1月；
(2)Uchida, IEEE Electron Device Letters, Vol.EDL-
5, No.4, 105-107頁, 1984年4月；Uchidaら, Jpn.J.App
l.Phys., Vol.25, No.9, L798-L800頁, 1986年9月；(3)
Ishikawaら, IEEE Transactions on Electron Devices,
Vol.ED-34, No.5,1157-1162頁, 1987年5月；(4)Ragay
ら, Electronics Letters, Vol.27, No.23,2141-2143
頁, 1991年11月がある。
【０００５】ガリウム砒素を用いた縦型電界効果トラン
ジスタは、USP 4,903,089 (Hollisら)及び以下の文献に
記載されている。(1)Lecrosnierら, Transactions on E
lectron Devices, Vol.ED-21, No.1, 113-118頁, 1974
年1月；(2)Baliga, J.Appl.Phys. 53(3), 1759-1764頁,
1982年3月；(3)Rav-Noyら, IEEE Electron DevicesLet
ters, Vol.EDL-5, No.7, 228-230頁, 1984年7月；(4)Ra
v-Noyら, Appl. Phys. Let., 45(3), 258-260頁, 1984
年8月；(5)Lydenら, IEEE Electron Devices Letters,
Vol.EDL-5, No.2, 43-44頁, 1984年2月；(6)Yooら, Jp
n. J. Appl. Phys., Vol.27, No.3, L431-L433, 1988年
3月；(7)Yamasakiら, Appl. Phys. Lett., 54(3), 274-
276頁, 1989年1月；(8)Hongら, Jpn. J. Appl. Phys.,
Vol.29, No.12, L2429-L2429, 1990年12月；(9)Wonら,
IEEE Electron Devices Letters,Vol.11, No.9, 376-37
8頁, 1990年9月。
ジスタは、USP 4,903,089 (Hollisら)及び以下の文献に
記載されている。(1)Lecrosnierら, Transactions on E
lectron Devices, Vol.ED-21, No.1, 113-118頁, 1974
年1月；(2)Baliga, J.Appl.Phys. 53(3), 1759-1764頁,
1982年3月；(3)Rav-Noyら, IEEE Electron DevicesLet
ters, Vol.EDL-5, No.7, 228-230頁, 1984年7月；(4)Ra
v-Noyら, Appl. Phys. Let., 45(3), 258-260頁, 1984
年8月；(5)Lydenら, IEEE Electron Devices Letters,
Vol.EDL-5, No.2, 43-44頁, 1984年2月；(6)Yooら, Jp
n. J. Appl. Phys., Vol.27, No.3, L431-L433, 1988年
3月；(7)Yamasakiら, Appl. Phys. Lett., 54(3), 274-
276頁, 1989年1月；(8)Hongら, Jpn. J. Appl. Phys.,
Vol.29, No.12, L2429-L2429, 1990年12月；(9)Wonら,
IEEE Electron Devices Letters,Vol.11, No.9, 376-37
8頁, 1990年9月。
【０００６】ダイヤモンドは、シリコン、ゲルマニウム
及びガリウム砒素に比較して半導体特性が優れているの
で、半導体装置用の材料として好ましい。ダイヤモンド
は、従来半導体用に使用されている前記材料に比較し
て、エネルギーバンドギャップ、絶縁破壊電圧及び飽和
速度等のデバイス特性が優れている。
及びガリウム砒素に比較して半導体特性が優れているの
で、半導体装置用の材料として好ましい。ダイヤモンド
は、従来半導体用に使用されている前記材料に比較し
て、エネルギーバンドギャップ、絶縁破壊電圧及び飽和
速度等のデバイス特性が優れている。
【０００７】このようなダイヤモンドの特性によって、
シリコン、ゲルマニウム及びガリウム砒素を用いて製作
した装置に比較し、計画カットオフ周波数及び最大作動
電圧のかなりの増加が得られる。通常、シリコンは約２
００℃以上の温度では使用できない。また,ガリウム砒
素は約３００℃以上の温度では使用できない。このよう
な温度制限の要因の一部は、シリコン及びガリウム砒素
のエネルギーバンドギャップが室温で、夫々１．１２ｅ
Ｖ及び１．４２ｅＶと比較的小さいことによるものであ
る。それに対して、ダイヤモンドは室温におけるバンド
ギャップが５．４７ｅＶと大きく、約１４００℃までの
温度に耐えうる。
シリコン、ゲルマニウム及びガリウム砒素を用いて製作
した装置に比較し、計画カットオフ周波数及び最大作動
電圧のかなりの増加が得られる。通常、シリコンは約２
００℃以上の温度では使用できない。また,ガリウム砒
素は約３００℃以上の温度では使用できない。このよう
な温度制限の要因の一部は、シリコン及びガリウム砒素
のエネルギーバンドギャップが室温で、夫々１．１２ｅ
Ｖ及び１．４２ｅＶと比較的小さいことによるものであ
る。それに対して、ダイヤモンドは室温におけるバンド
ギャップが５．４７ｅＶと大きく、約１４００℃までの
温度に耐えうる。
【０００８】ダイヤモンドは固体のなかで室温における
熱伝導率が最も高く、広い温度範囲で良好な熱伝導率を
示す。ダイヤモンドの高熱伝導率は、特に集積密度が高
くなるにつれ、集積回路の放熱に有利である。更に、ダ
イヤモンドは中性子核断面積が小さいため、放射線環境
下での分解が少さく、即ち耐放射線性が優れている。
熱伝導率が最も高く、広い温度範囲で良好な熱伝導率を
示す。ダイヤモンドの高熱伝導率は、特に集積密度が高
くなるにつれ、集積回路の放熱に有利である。更に、ダ
イヤモンドは中性子核断面積が小さいため、放射線環境
下での分解が少さく、即ち耐放射線性が優れている。
【０００９】このようにダイヤモンドは半導体装置用の
材料として優れた特性を有するため、ダイヤモンドの合
成装置並びに耐高温及び耐放射線電子装置への応用が期
待されている。最近の集積回路ではＦＥＴが使用されて
いるので、ダイヤモンドＦＥＴの設計及び製作が注目さ
れている。
材料として優れた特性を有するため、ダイヤモンドの合
成装置並びに耐高温及び耐放射線電子装置への応用が期
待されている。最近の集積回路ではＦＥＴが使用されて
いるので、ダイヤモンドＦＥＴの設計及び製作が注目さ
れている。
【００１０】従来、水平ダイヤモンドＦＥＴの設計及び
組立が多数報告されている。例えば、(1)USP 3,603,848
(Satoら)；(2)Gildenblatら,IEEE Electron Devices L
etters, Vol.12, No.3, 37-39頁, 1991年2月；(3)Hewet
tら, International High Temperature Electronics Co
nference (Albuquerque,NMにおいて), 168-173頁, 1991
年6月；(4)Fountainら, Electrochemical Society大会
(Washington,DCにおいて), 1991年5月；(5)Tsaiら, IEE
E Electron Device Letters, Vol.12, No.4, 157-159
頁, 1991年4月；(6)Tessmer and Dreifus, Diamond and
Related Materials I (1992), 89-92頁, Elsevier Sci
ence Publishers B.V., Amsterdam, Holland。
組立が多数報告されている。例えば、(1)USP 3,603,848
(Satoら)；(2)Gildenblatら,IEEE Electron Devices L
etters, Vol.12, No.3, 37-39頁, 1991年2月；(3)Hewet
tら, International High Temperature Electronics Co
nference (Albuquerque,NMにおいて), 168-173頁, 1991
年6月；(4)Fountainら, Electrochemical Society大会
(Washington,DCにおいて), 1991年5月；(5)Tsaiら, IEE
E Electron Device Letters, Vol.12, No.4, 157-159
頁, 1991年4月；(6)Tessmer and Dreifus, Diamond and
Related Materials I (1992), 89-92頁, Elsevier Sci
ence Publishers B.V., Amsterdam, Holland。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、縦型ダ
イヤモンドＦＥＴについては報告が少なく、開発にも成
功していない。僅かに、Geisが文献(Proceedings of th
e IEEE, Vol.79, No.5,669-676頁, 1991年5月)の中で、
縦型ダイヤモンドＦＥＴ構造を提案している。図２乃至
７には、導体ダイヤモンド基板上に形成され、裏面にド
レインコンタクトを設け、ゲート及びソース領域を含む
ホモエピタキシャルＢドープダイヤモンド層を設けた縦
型電界効果トランジスタのモデルが記載されている。し
かし、前記文献の６７０頁には、「導体ダイヤモンド基
板を製造する上で、現在のところ技術的問題が解決され
ていない」と記載されている。更に古くは、Geisらの報
告(Journal of Vacuum Society Technology, Vol.A6, N
o.3, 1953-1954頁, 1988年5-6月)がある。
イヤモンドＦＥＴについては報告が少なく、開発にも成
功していない。僅かに、Geisが文献(Proceedings of th
e IEEE, Vol.79, No.5,669-676頁, 1991年5月)の中で、
縦型ダイヤモンドＦＥＴ構造を提案している。図２乃至
７には、導体ダイヤモンド基板上に形成され、裏面にド
レインコンタクトを設け、ゲート及びソース領域を含む
ホモエピタキシャルＢドープダイヤモンド層を設けた縦
型電界効果トランジスタのモデルが記載されている。し
かし、前記文献の６７０頁には、「導体ダイヤモンド基
板を製造する上で、現在のところ技術的問題が解決され
ていない」と記載されている。更に古くは、Geisらの報
告(Journal of Vacuum Society Technology, Vol.A6, N
o.3, 1953-1954頁, 1988年5-6月)がある。
【００１２】結論として、縦型ダイヤモンド電界効果ト
ランジスタは強く望まれているが、実用性のある縦型ダ
イヤモンド電界効果トランジスタの構造又はその製造方
法は、従来、確立されていない。
ランジスタは強く望まれているが、実用性のある縦型ダ
イヤモンド電界効果トランジスタの構造又はその製造方
法は、従来、確立されていない。
【００１３】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、実用性が高く、安定して高品質の縦型ダイ
ヤモンド電界効果トランジスタを得ることができる縦型
ダイヤモンド電界効果トランジスタ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、実用性が高く、安定して高品質の縦型ダイ
ヤモンド電界効果トランジスタを得ることができる縦型
ダイヤモンド電界効果トランジスタ及びその製造方法を
提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、非ダイ
ヤモンド基板、望ましくは所定の導電型の高ドープ単結
晶シリコン基板又は空間格子がダイヤモンドとマッチす
る結晶性導体基板を含む縦型電界効果トランジスタによ
っても、上記の目的を達成することができる。また、こ
のトランジスタは、非ダイヤモンド基板上にダイヤモン
ド層を形成させてもよく、前記ダイヤモンド層は単結晶
ダイヤモンド層又は望ましくは粒径が約１５〜２０μｍ
の多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層であってもよ
い。望ましくは、シリコン基板に隣接するダイヤモンド
層は所定の導電型の高ドープ薄膜であり、残りのダイヤ
モンド層は低ドープ又はアンドープである。高ドープダ
イヤモンド領域及び高ドープシリコン基板により、装置
のドレイン抵抗が低減される。
ヤモンド基板、望ましくは所定の導電型の高ドープ単結
晶シリコン基板又は空間格子がダイヤモンドとマッチす
る結晶性導体基板を含む縦型電界効果トランジスタによ
っても、上記の目的を達成することができる。また、こ
のトランジスタは、非ダイヤモンド基板上にダイヤモン
ド層を形成させてもよく、前記ダイヤモンド層は単結晶
ダイヤモンド層又は望ましくは粒径が約１５〜２０μｍ
の多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層であってもよ
い。望ましくは、シリコン基板に隣接するダイヤモンド
層は所定の導電型の高ドープ薄膜であり、残りのダイヤ
モンド層は低ドープ又はアンドープである。高ドープダ
イヤモンド領域及び高ドープシリコン基板により、装置
のドレイン抵抗が低減される。
【００１５】ダイヤモンド層上にソースコンタクトを設
ける。このソースコンタクトは、前記ダイヤモンド層上
に形成した高融点金属層（チタニウム又はモリブデン
等）と高融点金属の酸化を防止するため、前記高融点金
属層上に形成した非高融点金属層（金等）からなるのが
望ましい。所定の導電型の高ドープ領域を、高融点金属
層下のダイヤモンド層に含めてもよい。熱処理後、少な
くとも前記高融点金属層の一部は高融点金属の炭化物と
なり、ダイヤモンド層に対する低抵抗オーミックコンタ
クトを形成する。また、非ダイヤモンド基板には、望ま
しくはダイヤモンド層の反対側にドレインコンタクトを
設ける。
ける。このソースコンタクトは、前記ダイヤモンド層上
に形成した高融点金属層（チタニウム又はモリブデン
等）と高融点金属の酸化を防止するため、前記高融点金
属層上に形成した非高融点金属層（金等）からなるのが
望ましい。所定の導電型の高ドープ領域を、高融点金属
層下のダイヤモンド層に含めてもよい。熱処理後、少な
くとも前記高融点金属層の一部は高融点金属の炭化物と
なり、ダイヤモンド層に対する低抵抗オーミックコンタ
クトを形成する。また、非ダイヤモンド基板には、望ま
しくはダイヤモンド層の反対側にドレインコンタクトを
設ける。
【００１６】また、ダイヤモンド層上には、ソースコン
タクトに隣接してゲートを設ける。このゲートは、前記
ソースコンタクトを水平に取り囲むリング状であっても
よく、細長いソースコンタクトの一端以上に形成させた
細長い形状であってもよい。また、ソースコンタクトと
ゲートコンタクトをダイヤモンド層上に櫛の歯状に形成
してもよいし、その他の形状であってもよい。前記ゲー
トコンタクトは、ダイヤモンド層上に直接形成した金属
層であってもよい。また、ゲートコンタクトとダイヤモ
ンド層の間に厚い絶縁層（約１００〜１０００Å、望ま
しくは６００Å）を設けてＭＯＳゲートコンタクトを形
成してもよく、薄い絶縁層（約２０Å又はそれ以下）を
設けてＭＩＳゲートコンタクトを形成してもよい。
タクトに隣接してゲートを設ける。このゲートは、前記
ソースコンタクトを水平に取り囲むリング状であっても
よく、細長いソースコンタクトの一端以上に形成させた
細長い形状であってもよい。また、ソースコンタクトと
ゲートコンタクトをダイヤモンド層上に櫛の歯状に形成
してもよいし、その他の形状であってもよい。前記ゲー
トコンタクトは、ダイヤモンド層上に直接形成した金属
層であってもよい。また、ゲートコンタクトとダイヤモ
ンド層の間に厚い絶縁層（約１００〜１０００Å、望ま
しくは６００Å）を設けてＭＯＳゲートコンタクトを形
成してもよく、薄い絶縁層（約２０Å又はそれ以下）を
設けてＭＩＳゲートコンタクトを形成してもよい。
【００１７】前記非ダイヤモンド基板にはドレインコン
タクトを設けることによって、ソースコンタクトとドレ
インコンタクトの間に縦型電界効果トランジスタ用の縦
型チャンネルを構成する。具体的には、ゲート及びソー
スコンタクトは多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層に
おける多結晶ダイヤモンドの粒径に比較して大きく、多
くのダイヤモンド粒子を覆うように広がっている。ま
た、ソース及びゲートコンタクトは小さく、即ち多結晶
ダイヤモンド粒子の平均粒径よりも狭くてもよい。この
ように小さなソース及びゲートコンタクトを多く、多結
晶ダイヤモンド粒子からなる単層上に形成してもよい。
このように形成した多くのソース及びゲートコンタクト
を独立に動作させてもよく、これらを平行に接続してパ
ワーデバイスを形成してもよい。別の具体例では、一連
の櫛の歯に形成した単一のゲート及びソースを、一つ又
はそれ以上の櫛の歯が平均粒径よりも狭くなるように多
結晶ダイヤモンド粒子からなる単層上に設けてもよい。
タクトを設けることによって、ソースコンタクトとドレ
インコンタクトの間に縦型電界効果トランジスタ用の縦
型チャンネルを構成する。具体的には、ゲート及びソー
スコンタクトは多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層に
おける多結晶ダイヤモンドの粒径に比較して大きく、多
くのダイヤモンド粒子を覆うように広がっている。ま
た、ソース及びゲートコンタクトは小さく、即ち多結晶
ダイヤモンド粒子の平均粒径よりも狭くてもよい。この
ように小さなソース及びゲートコンタクトを多く、多結
晶ダイヤモンド粒子からなる単層上に形成してもよい。
このように形成した多くのソース及びゲートコンタクト
を独立に動作させてもよく、これらを平行に接続してパ
ワーデバイスを形成してもよい。別の具体例では、一連
の櫛の歯に形成した単一のゲート及びソースを、一つ又
はそれ以上の櫛の歯が平均粒径よりも狭くなるように多
結晶ダイヤモンド粒子からなる単層上に設けてもよい。
【００１８】本発明の縦型ＦＥＴは、非ダイヤモンド
（例えば、シリコン）基板上に高ドープダイヤモンド層
を形成することにより製造する。多結晶ダイヤモンド粒
子からなる単層を形成することが望ましい。この多結晶
ダイヤモンド粒子からなる単層は、最初の高ドープから
その後の低ドープ又はアンドープまで１つの蒸着工程で
形成することができる。また、多結晶ダイヤモンド単層
は、多結晶粒子に与えるストレスを最小限にするため
に、蒸着及び化学的／機械的研磨からなる一連の工程で
形成することもできる。層形成の間、層の中間研磨操作
を行なうことなく、平均粒径が約１５〜２０μｍの粒子
を形成することができる。それ以上又はそれ以下の粒子
を形成することもできる。
（例えば、シリコン）基板上に高ドープダイヤモンド層
を形成することにより製造する。多結晶ダイヤモンド粒
子からなる単層を形成することが望ましい。この多結晶
ダイヤモンド粒子からなる単層は、最初の高ドープから
その後の低ドープ又はアンドープまで１つの蒸着工程で
形成することができる。また、多結晶ダイヤモンド単層
は、多結晶粒子に与えるストレスを最小限にするため
に、蒸着及び化学的／機械的研磨からなる一連の工程で
形成することもできる。層形成の間、層の中間研磨操作
を行なうことなく、平均粒径が約１５〜２０μｍの粒子
を形成することができる。それ以上又はそれ以下の粒子
を形成することもできる。
【００１９】多結晶ダイヤモンド層の形成の後、ボロン
を選択的に導入し、熱処理を行なうことによりソースを
形成する。表面を洗浄した後、高融点金属膜を形成し、
熱処理して、ソースオスミックコンタクトを形成する。
ゲート電極のパターンニングを行い、直接又は二酸化シ
リコン等の絶縁層を形成した後、ゲートコンタクトを形
成する。シリコン基板の裏面上に金属ドレインコンタク
トを形成する。又は、シリコン基板を除去し、ソースコ
ンタクトの反対側の多結晶ダイヤモンド粒子からなる単
層上に前記ドレインコンタクトを形成し、それ自体独立
した多結晶ダイヤモンド粒子単層として縦型電界効果ト
ランジスタを形成してもよい。
を選択的に導入し、熱処理を行なうことによりソースを
形成する。表面を洗浄した後、高融点金属膜を形成し、
熱処理して、ソースオスミックコンタクトを形成する。
ゲート電極のパターンニングを行い、直接又は二酸化シ
リコン等の絶縁層を形成した後、ゲートコンタクトを形
成する。シリコン基板の裏面上に金属ドレインコンタク
トを形成する。又は、シリコン基板を除去し、ソースコ
ンタクトの反対側の多結晶ダイヤモンド粒子からなる単
層上に前記ドレインコンタクトを形成し、それ自体独立
した多結晶ダイヤモンド粒子単層として縦型電界効果ト
ランジスタを形成してもよい。
【００２０】前記ダイヤモンド層の厚さが多結晶粒子の
単層として選択的に形成されているので、ほとんどのキ
ャリアはソースからドレインに縦型移動する場合に粒界
を通過する必要がなく、高密度な動作が可能となる。複
数の小さいソース及びゲートコンタクトを設けた場合、
多くのチャンネルはダイヤモンド粒子単層内に形成さ
れ、残りのチャンネルはわずか１個の粒界を通過するに
過ぎない。従って、多結晶ダイヤモンドを使用しても、
単結晶と同様の性質が得られる。
単層として選択的に形成されているので、ほとんどのキ
ャリアはソースからドレインに縦型移動する場合に粒界
を通過する必要がなく、高密度な動作が可能となる。複
数の小さいソース及びゲートコンタクトを設けた場合、
多くのチャンネルはダイヤモンド粒子単層内に形成さ
れ、残りのチャンネルはわずか１個の粒界を通過するに
過ぎない。従って、多結晶ダイヤモンドを使用しても、
単結晶と同様の性質が得られる。
【００２１】
【実施例】次に、本発明の好適実施例について、添付の
図面を参照して説明し、本発明を更に詳しく説明する。
しかし、本発明は種々の形態で実施することができ、こ
こで説明する実施例に限られるものではない。むしろ、
本実施例は開示要件を完全なものとし、本発明の範囲を
同業者が完全に理解できるようにすることを目的とする
ものである。図において、層の厚さ及び粒界の位置は明
確に示すため誇張して表示されている。また、同一エレ
メントは全て同一の番号で示す。
図面を参照して説明し、本発明を更に詳しく説明する。
しかし、本発明は種々の形態で実施することができ、こ
こで説明する実施例に限られるものではない。むしろ、
本実施例は開示要件を完全なものとし、本発明の範囲を
同業者が完全に理解できるようにすることを目的とする
ものである。図において、層の厚さ及び粒界の位置は明
確に示すため誇張して表示されている。また、同一エレ
メントは全て同一の番号で示す。
【００２２】図１を参照して、本実施例の縦型電界効果
トランジスタについて説明する。トランジスタ１０は、
好ましくは高ドープシリコン基板であり、第１の面（底
面）１１ａと第２の面（表面）１１ｂを有する非ダイヤ
モンド基板（例えば、シリコン基板）１１を有する。こ
のシリコン基板１１の厚さは、約２００〜５００μｍの
範囲にあることが望ましい。このシリコン基板１１は１
０19〜１０20原子／ｃｍ3 のドーピング濃度でＢをドー
プしたｐ++基板としてもよい。ドーパントとしては、そ
の他に元素周期表の第３ｂ族の元素を使用してもよい。
その他ドーパントとしてよく知られている第５ａ族の元
素を用いて、ｎ++基板を形成してもよい。非ダイヤモン
ド（シリコン）基板１１の第２の面１１ｂに、ダイヤモ
ンド層１２が形成されている。図１に示したように、ダ
イヤモンド層１２は、第２の面１１ｂ上に形成した基板
１１と同一導電型の高ドープ部分１２ｂと、高ドープ部
分１２ｂの上に形成した低ドープ又はアンドープ部分１
２ａで構成するのが望ましい。高ドープ部分１２ｂの厚
さは１〜２μｍが望ましく、低ドープ部分１２ａの厚さ
は５〜１０μｍが望ましい。高ドープ部分１２ｂは、１
０20〜１０21原子／ｃｍ3のドーピング濃度でＢをドー
プしてｐ++部分１２ｂとし、低ドープ又はアンドープ部
分１２ａは１０15〜１０18原子／ｃｍ3でドーピングす
るのが望ましい。
トランジスタについて説明する。トランジスタ１０は、
好ましくは高ドープシリコン基板であり、第１の面（底
面）１１ａと第２の面（表面）１１ｂを有する非ダイヤ
モンド基板（例えば、シリコン基板）１１を有する。こ
のシリコン基板１１の厚さは、約２００〜５００μｍの
範囲にあることが望ましい。このシリコン基板１１は１
０19〜１０20原子／ｃｍ3 のドーピング濃度でＢをドー
プしたｐ++基板としてもよい。ドーパントとしては、そ
の他に元素周期表の第３ｂ族の元素を使用してもよい。
その他ドーパントとしてよく知られている第５ａ族の元
素を用いて、ｎ++基板を形成してもよい。非ダイヤモン
ド（シリコン）基板１１の第２の面１１ｂに、ダイヤモ
ンド層１２が形成されている。図１に示したように、ダ
イヤモンド層１２は、第２の面１１ｂ上に形成した基板
１１と同一導電型の高ドープ部分１２ｂと、高ドープ部
分１２ｂの上に形成した低ドープ又はアンドープ部分１
２ａで構成するのが望ましい。高ドープ部分１２ｂの厚
さは１〜２μｍが望ましく、低ドープ部分１２ａの厚さ
は５〜１０μｍが望ましい。高ドープ部分１２ｂは、１
０20〜１０21原子／ｃｍ3のドーピング濃度でＢをドー
プしてｐ++部分１２ｂとし、低ドープ又はアンドープ部
分１２ａは１０15〜１０18原子／ｃｍ3でドーピングす
るのが望ましい。
【００２３】図１によると、ソース電極１７がダイヤモ
ンド層１２上に形成されている。ソース電極１７は、金
等の非高融点金属のパッシベーション層１７ａと、チタ
ン等の高融点金属のオーミックコンタクト層１７ｂとで
構成するのが望ましい。高融点金属層１７ｂの下のダイ
ヤモンド層１２内には、基板１１及び高ドープ部分１２
ｂと同一導電型の高ドープコンタクト領域１２ｃが形成
されており、これにより低抵抗オーミックソースコンタ
クトが得られる。また、ダイヤモンド層１２上には、ソ
ースコンタクト１７の近傍に環状又は棒状のゲートコン
タクト１６が設けられており、非ダイヤモンド基板１１
の第１の面（裏面）１１ａにはドレインコンタクト１５
が設けられている。
ンド層１２上に形成されている。ソース電極１７は、金
等の非高融点金属のパッシベーション層１７ａと、チタ
ン等の高融点金属のオーミックコンタクト層１７ｂとで
構成するのが望ましい。高融点金属層１７ｂの下のダイ
ヤモンド層１２内には、基板１１及び高ドープ部分１２
ｂと同一導電型の高ドープコンタクト領域１２ｃが形成
されており、これにより低抵抗オーミックソースコンタ
クトが得られる。また、ダイヤモンド層１２上には、ソ
ースコンタクト１７の近傍に環状又は棒状のゲートコン
タクト１６が設けられており、非ダイヤモンド基板１１
の第１の面（裏面）１１ａにはドレインコンタクト１５
が設けられている。
【００２４】ソースコンタクト１７とドレインコンタク
ト１５の間に適当な電圧を印加すると、ソース１７から
ドレイン１５へと、非ダイヤモンド基板１１の面１１ａ
と面１１ｂに対して直角方向及びダイヤモンド層１２の
対向面に対して直角方向に、キャリア移動が起こり、そ
れにともなってダイヤモンド層１２に縦型チャンネル１
２ｅが形成される。このようにして、縦型電界効果トラ
ンジスタが形成される。また、図１に示したように、ゲ
ートコンタクト１６に適当なゲート電圧を印加すると、
ダイヤモンド層１２内に空乏領域１２ｄが形成される。
空乏領域１２ｄはチャンネル１２ｅの断面積を調節し、
電界効果トランジスタ作用を生起させる。ソース部位と
ゲート部位を反転させてもよいことは、当業者にとって
は容易に理解できる。
ト１５の間に適当な電圧を印加すると、ソース１７から
ドレイン１５へと、非ダイヤモンド基板１１の面１１ａ
と面１１ｂに対して直角方向及びダイヤモンド層１２の
対向面に対して直角方向に、キャリア移動が起こり、そ
れにともなってダイヤモンド層１２に縦型チャンネル１
２ｅが形成される。このようにして、縦型電界効果トラ
ンジスタが形成される。また、図１に示したように、ゲ
ートコンタクト１６に適当なゲート電圧を印加すると、
ダイヤモンド層１２内に空乏領域１２ｄが形成される。
空乏領域１２ｄはチャンネル１２ｅの断面積を調節し、
電界効果トランジスタ作用を生起させる。ソース部位と
ゲート部位を反転させてもよいことは、当業者にとって
は容易に理解できる。
【００２５】図１に示したように、ダイヤモンド層１２
は単結晶ダイヤモンド層であってもよい。単結晶ダイヤ
モンド層の形成を促進するためには、非ダイヤモンド基
板が炭化シリコン結晶、立方晶の窒化ボロン、銅の結晶
又はニッケルの結晶であることが望ましい。単結晶ダイ
ヤモンド層を形成するため、基板１１は単結晶ダイヤモ
ンド層と一致する空間格子を有することが望ましい。空
間格子を一致させることにより、両層間の結晶構造の配
列がかなり整合し、いわゆる原子的レジストレーション
の状態が得られる。空間格子の一致はダイヤモンドと金
属との間の格子定数（ａ0 ）の差に関連し、通常格子不
整合という用語で表現される。格子不整合は、ダイヤモ
ンドの格子定数に対する割合として約７％未満、好まし
くは約４％未満であり、特に好ましくは約２％未満であ
る。空間格子が一致すると、原子結合が強力となり、原
子オーダーで整合した界面が得られる。
は単結晶ダイヤモンド層であってもよい。単結晶ダイヤ
モンド層の形成を促進するためには、非ダイヤモンド基
板が炭化シリコン結晶、立方晶の窒化ボロン、銅の結晶
又はニッケルの結晶であることが望ましい。単結晶ダイ
ヤモンド層を形成するため、基板１１は単結晶ダイヤモ
ンド層と一致する空間格子を有することが望ましい。空
間格子を一致させることにより、両層間の結晶構造の配
列がかなり整合し、いわゆる原子的レジストレーション
の状態が得られる。空間格子の一致はダイヤモンドと金
属との間の格子定数（ａ0 ）の差に関連し、通常格子不
整合という用語で表現される。格子不整合は、ダイヤモ
ンドの格子定数に対する割合として約７％未満、好まし
くは約４％未満であり、特に好ましくは約２％未満であ
る。空間格子が一致すると、原子結合が強力となり、原
子オーダーで整合した界面が得られる。
【００２６】高温での炭化物の生成を避けるため、非ダ
イヤモンド基板は安定な金属炭化物をもたないほうが望
ましい。非ダイヤモンド基板としては、ニッケル、銅、
ニッケル及び銅合金、又はニッケルと安定な金属炭化物
を最小限しかもたず、ニッケルと均一な合金を形成する
ことのできる金属（例えば、金、パラジウム、プラチナ
等）の合金が望ましい。これらの金属及び合金は、ダイ
ヤモンドの格子定数に比較的近い格子定数を有する。特
に、ダイヤモンドの格子定数は３．５６６８Åであり、
ニッケルの格子定数は３．５２３８Åであるので、格子
不整合は約１．２％である。銅の格子定数は３．６１５
３Åであるので、ダイヤモンドとの格子不整合は約１．
４％である。これらの金属及び合金並びにその他の格子
定数が一致する金属を使用した場合、基板自体にドレイ
ンコンタクトが形成されるので、面１１ａにドレインコ
ンタクトを設ける必要がない。
イヤモンド基板は安定な金属炭化物をもたないほうが望
ましい。非ダイヤモンド基板としては、ニッケル、銅、
ニッケル及び銅合金、又はニッケルと安定な金属炭化物
を最小限しかもたず、ニッケルと均一な合金を形成する
ことのできる金属（例えば、金、パラジウム、プラチナ
等）の合金が望ましい。これらの金属及び合金は、ダイ
ヤモンドの格子定数に比較的近い格子定数を有する。特
に、ダイヤモンドの格子定数は３．５６６８Åであり、
ニッケルの格子定数は３．５２３８Åであるので、格子
不整合は約１．２％である。銅の格子定数は３．６１５
３Åであるので、ダイヤモンドとの格子不整合は約１．
４％である。これらの金属及び合金並びにその他の格子
定数が一致する金属を使用した場合、基板自体にドレイ
ンコンタクトが形成されるので、面１１ａにドレインコ
ンタクトを設ける必要がない。
【００２７】以下に述べるように、本発明に係る縦型電
界効果トランジスタは、多結晶ダイヤモンド薄膜を用い
ても作製することができる。このように作製した縦型電
界効果トランジスタは高い電圧及び電流処理能力を有す
るとともに、幾何学的粒界発現頻度により、相当する横
型（水平）チャンネル装置に比較して粒界効果の影響が
少ない。
界効果トランジスタは、多結晶ダイヤモンド薄膜を用い
ても作製することができる。このように作製した縦型電
界効果トランジスタは高い電圧及び電流処理能力を有す
るとともに、幾何学的粒界発現頻度により、相当する横
型（水平）チャンネル装置に比較して粒界効果の影響が
少ない。
【００２８】次に、図２乃至４を参照して、多結晶ダイ
ヤモンドを使用した本発明の実施例について説明する。
図２に示すように、縦型電界効果トランジスタ２０は、
多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層１８を有する。当
業者にとっては自明の事実であるが、平均粒径が約１５
〜２０μｍの多結晶ダイヤモンド粒子は、以下に述べる
ように高ドープ単結晶シリコン基板上に、高い精度で、
再現性よく形成することができる。平均粒径の大きいも
のでも、小さいものでも形成が可能である。図２は大型
の装置を示し、ソースコンタクト１７がいくつかの多結
晶ダイヤモンド粒子１８を覆うように設けてあり、ゲー
ト１６もいくつかの多結晶ダイヤモンド粒子１８を覆っ
ている。キャリアの移動は基板１１の面１１ａ及び１１
ｂに対して直角な垂直方向に起こるので、粒界を通過す
るキャリア移動は極めて少なく、高い能力の装置が得ら
れる。
ヤモンドを使用した本発明の実施例について説明する。
図２に示すように、縦型電界効果トランジスタ２０は、
多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層１８を有する。当
業者にとっては自明の事実であるが、平均粒径が約１５
〜２０μｍの多結晶ダイヤモンド粒子は、以下に述べる
ように高ドープ単結晶シリコン基板上に、高い精度で、
再現性よく形成することができる。平均粒径の大きいも
のでも、小さいものでも形成が可能である。図２は大型
の装置を示し、ソースコンタクト１７がいくつかの多結
晶ダイヤモンド粒子１８を覆うように設けてあり、ゲー
ト１６もいくつかの多結晶ダイヤモンド粒子１８を覆っ
ている。キャリアの移動は基板１１の面１１ａ及び１１
ｂに対して直角な垂直方向に起こるので、粒界を通過す
るキャリア移動は極めて少なく、高い能力の装置が得ら
れる。
【００２９】図３及び図４は、前記トランジスタの平面
図である。図３に示すように、ソースコンタクト１７は
円形又は多角形であり、ゲートコンタクト１６は円形多
角形の環で、ソースコンタクト１７を取り囲むように設
けてある。また、図４に示すように、ソースコンタクト
１７は長方形のコンタクトで、長方形のゲートコンタク
ト１６をソースコンタクト１７の２辺又はそれ以上の辺
に設けてもよい。当業者にとっては、そのほかの配置も
容易に考えつくことができる。これらのコンタクトは、
写真製版、Ｅ−ビームリソグラフィー又はその他公知の
方法でパターニングすることができる。
図である。図３に示すように、ソースコンタクト１７は
円形又は多角形であり、ゲートコンタクト１６は円形多
角形の環で、ソースコンタクト１７を取り囲むように設
けてある。また、図４に示すように、ソースコンタクト
１７は長方形のコンタクトで、長方形のゲートコンタク
ト１６をソースコンタクト１７の２辺又はそれ以上の辺
に設けてもよい。当業者にとっては、そのほかの配置も
容易に考えつくことができる。これらのコンタクトは、
写真製版、Ｅ−ビームリソグラフィー又はその他公知の
方法でパターニングすることができる。
【００３０】図５乃至７は本発明の他の実施例を示すも
のである。この図では、多くの小さな縦型電界効果トラ
ンジスタが並列に電気的に接続され、パワーデバイスを
形成している。図５に示すように、装置３０は多くのソ
ースコンタクト１７及びゲートコンタクト１６からなっ
ている。ソースコンタクト１７のうち少なくとも１つ、
望ましくは多く、特に好ましくは全ての幅が多結晶ダイ
ヤモンド粒子の平均粒径よりも狭く、即ちＸが多結晶の
平均粒径以下である。ゲートコンタクト１６のうち少な
くとも１つ、望ましくは多く、特に好ましくは全ての幅
が多結晶ダイヤモンド粒子の平均粒径よりも狭く、即ち
Ｙが多結晶の平均粒径以下であることが好ましい。従っ
て、各トランジスタが多くても１粒界を通って作動し、
統計学的には多くのトランジスタが１粒子上にあり、全
く粒界を通らないで作動するのが好ましい。
のである。この図では、多くの小さな縦型電界効果トラ
ンジスタが並列に電気的に接続され、パワーデバイスを
形成している。図５に示すように、装置３０は多くのソ
ースコンタクト１７及びゲートコンタクト１６からなっ
ている。ソースコンタクト１７のうち少なくとも１つ、
望ましくは多く、特に好ましくは全ての幅が多結晶ダイ
ヤモンド粒子の平均粒径よりも狭く、即ちＸが多結晶の
平均粒径以下である。ゲートコンタクト１６のうち少な
くとも１つ、望ましくは多く、特に好ましくは全ての幅
が多結晶ダイヤモンド粒子の平均粒径よりも狭く、即ち
Ｙが多結晶の平均粒径以下であることが好ましい。従っ
て、各トランジスタが多くても１粒界を通って作動し、
統計学的には多くのトランジスタが１粒子上にあり、全
く粒界を通らないで作動するのが好ましい。
【００３１】更に図５によると、ゲートバイアス２１を
印加してゲート１６のいくつか又は全てをゲート金属被
覆層２２と電気的に接続させ、ソースバイアス２３を印
加してソースコンタクト１７のいくつか又は全てをソー
ス金属被覆層２４と電気的に接続させる。その結果、多
結晶ダイヤモンド１２を用いて、高電圧及び高電流処理
能力を有するパワーソースを形成することができ、各縦
型電界効果トランジスタは１個以上の粒界上、好ましく
は全く粒界上には形成されていないので、高い装置能力
が得られる。
印加してゲート１６のいくつか又は全てをゲート金属被
覆層２２と電気的に接続させ、ソースバイアス２３を印
加してソースコンタクト１７のいくつか又は全てをソー
ス金属被覆層２４と電気的に接続させる。その結果、多
結晶ダイヤモンド１２を用いて、高電圧及び高電流処理
能力を有するパワーソースを形成することができ、各縦
型電界効果トランジスタは１個以上の粒界上、好ましく
は全く粒界上には形成されていないので、高い装置能力
が得られる。
【００３２】図６及び７は、本発明の他の実施例を示
し、夫々円形のソース及びゲートコンタクトと、長方形
のソース及びゲートコンタクトとの配列を示す平面図で
ある。ここでも、各縦型電界効果トランジスタの配列を
形成するためには、各ゲート及び各ソースを電気的に接
続する必要がないことは当業者には容易に理解できる。
し、夫々円形のソース及びゲートコンタクトと、長方形
のソース及びゲートコンタクトとの配列を示す平面図で
ある。ここでも、各縦型電界効果トランジスタの配列を
形成するためには、各ゲート及び各ソースを電気的に接
続する必要がないことは当業者には容易に理解できる。
【００３３】図８及び９は、本発明の縦型電界効果トラ
ンジスタの他の実施例を示す。この実施例においては、
多結晶ダイヤモンド層１２上に、夫々櫛の歯状のソース
及びゲートコンタクト１７及び１６が形成されている。
図９に示すように、ソースコンタクト１７は多くの歯１
７ｃからなり、ゲートコンタクト１６は多くの歯１６ａ
からなっている。歯１７ｃ及び歯１６ａは、ダイヤモン
ド層１２の表面に交互に設けてある。少なくとも１本、
好ましくは全てのソースコンタクトの歯１７ｃは幅
（Ｘ）が平均粒径より小さい。更に、１対の隣接するゲ
ートコンタクトの歯１６ａ、特に好ましくは対になった
隣接する全てのゲートコンタクト１６ａの幅（Ｙ）は、
多結晶ダイヤモンド粒子の粒径よりも小さいことが好ま
しい。
ンジスタの他の実施例を示す。この実施例においては、
多結晶ダイヤモンド層１２上に、夫々櫛の歯状のソース
及びゲートコンタクト１７及び１６が形成されている。
図９に示すように、ソースコンタクト１７は多くの歯１
７ｃからなり、ゲートコンタクト１６は多くの歯１６ａ
からなっている。歯１７ｃ及び歯１６ａは、ダイヤモン
ド層１２の表面に交互に設けてある。少なくとも１本、
好ましくは全てのソースコンタクトの歯１７ｃは幅
（Ｘ）が平均粒径より小さい。更に、１対の隣接するゲ
ートコンタクトの歯１６ａ、特に好ましくは対になった
隣接する全てのゲートコンタクト１６ａの幅（Ｙ）は、
多結晶ダイヤモンド粒子の粒径よりも小さいことが好ま
しい。
【００３４】次に、図１０乃至１７を参照して、図２乃
至４に示した本発明の縦型電界効果トランジスタの製造
工程について説明する。当業者にとっては、他の図面に
示した他の実施例の電界効果トランジスタの製造にも同
様の技術を使用できることは容易に理解できる。
至４に示した本発明の縦型電界効果トランジスタの製造
工程について説明する。当業者にとっては、他の図面に
示した他の実施例の電界効果トランジスタの製造にも同
様の技術を使用できることは容易に理解できる。
【００３５】図１０においては、基板１１として電気抵
抗が約０．００１Ω・ｃｍと低く、１０19〜１０20原子
／ｃｍ3の濃度でＢ−ドープした単結晶シリコンウエハ
を用いた。公知のシリコン研磨法を用い、第１面（裏
面）１１ａ及び第２面（表面）１１ｂを研磨した。次い
で、基板１１の表面１１ｂ上に多結晶ダイヤモンド粒子
１８を成長させた。下記表１に示した条件でマイクロ波
化学気相蒸着を行い、粒径が１５〜２０μｍで、ほとん
どが方位（１００）の多結晶粒子を成長させた。
抗が約０．００１Ω・ｃｍと低く、１０19〜１０20原子
／ｃｍ3の濃度でＢ−ドープした単結晶シリコンウエハ
を用いた。公知のシリコン研磨法を用い、第１面（裏
面）１１ａ及び第２面（表面）１１ｂを研磨した。次い
で、基板１１の表面１１ｂ上に多結晶ダイヤモンド粒子
１８を成長させた。下記表１に示した条件でマイクロ波
化学気相蒸着を行い、粒径が１５〜２０μｍで、ほとん
どが方位（１００）の多結晶粒子を成長させた。
【００３６】
【表１】
【００３７】上記条件は、メタン及び酸素ガスの流量が
従来使用されている流量に比較して１桁大きいが、上記
条件で、粒径が大きく、ほとんどが方位（１００）の多
結晶ダイヤモンド粒子が得られた。方位（１００）の結
晶を成長させる場合の問題点は、膜の初期段階で多量の
二次的核形成が起こることである。従って、一見、膜の
表面に欠陥がないように見え、各（１００）結晶面の透
過型電子顕微鏡による観察で欠陥密度が低い材料であっ
ても、膜全体では欠陥密度が極めて高く、装置能力を阻
害する可能性がある。ほとんどが方位（１００）で、
（１００）結晶構造を示す大きな多結晶ダイヤモンド粒
子を形成させるためには、３段階からなる成長工程を使
用することができる。
従来使用されている流量に比較して１桁大きいが、上記
条件で、粒径が大きく、ほとんどが方位（１００）の多
結晶ダイヤモンド粒子が得られた。方位（１００）の結
晶を成長させる場合の問題点は、膜の初期段階で多量の
二次的核形成が起こることである。従って、一見、膜の
表面に欠陥がないように見え、各（１００）結晶面の透
過型電子顕微鏡による観察で欠陥密度が低い材料であっ
ても、膜全体では欠陥密度が極めて高く、装置能力を阻
害する可能性がある。ほとんどが方位（１００）で、
（１００）結晶構造を示す大きな多結晶ダイヤモンド粒
子を形成させるためには、３段階からなる成長工程を使
用することができる。
【００３８】特に、初期成長は上記表１に示した条件で
行うことができるが、温度は７００℃に下げる。このよ
うにして成長させた初期層ではほとんど二次的核生成が
起こらず、（１００）配向成長の潜在的傾向が認められ
る。次いで、（１００）結晶面の成長を促進するため
に、上記表１に示した条件で、更に長時間成長反応を続
ける。次いで、ダイヤモンド結合が最も高くなるような
条件で蒸着を終了する。この条件は、上記表１に示した
条件と同様であるが、水素ガスの流量を８８ｓｃｃｍ、
メタンガスの流量を７．５ｓｃｃｍ、酸素ガスの流量を
４．５ｓｃｃｍに変更する。基板表面に対して平行な理
想的な配向は得られなかったが、得られた膜は方位（１
００）を示した。従って、この方法は、方位（１００）
で、欠陥の少ない結晶面が得られるようにダイヤモンド
膜の成長を制御する上で、有用である。
行うことができるが、温度は７００℃に下げる。このよ
うにして成長させた初期層ではほとんど二次的核生成が
起こらず、（１００）配向成長の潜在的傾向が認められ
る。次いで、（１００）結晶面の成長を促進するため
に、上記表１に示した条件で、更に長時間成長反応を続
ける。次いで、ダイヤモンド結合が最も高くなるような
条件で蒸着を終了する。この条件は、上記表１に示した
条件と同様であるが、水素ガスの流量を８８ｓｃｃｍ、
メタンガスの流量を７．５ｓｃｃｍ、酸素ガスの流量を
４．５ｓｃｃｍに変更する。基板表面に対して平行な理
想的な配向は得られなかったが、得られた膜は方位（１
００）を示した。従って、この方法は、方位（１００）
で、欠陥の少ない結晶面が得られるようにダイヤモンド
膜の成長を制御する上で、有用である。
【００３９】図１０に示したように、高ドープ多結晶粒
子１８が１〜２μｍの厚さに成長したとき、成長反応を
停止する。次いで、図１１に示したように、多結晶粒子
１８の表面を研磨し、更にダイヤモンドの蒸着を行う場
合のストレスを低減する。粒子の研磨は、USP4,643,161
に記載されている方法を用いて行うことができるが、そ
のほかの化学的／機械的方法を用いて、粒子面の研磨を
行ってもよい。層１２の成長の過程で部位１２ｂと部位
１２ａの界面は研磨する必要がないが、その他の部位は
研磨する必要があることは当業者には容易に理解でき
る。また、上記方法によると、粒子の成長の過程で研磨
することなく、１５〜２０μｍの粒子径を有する多結晶
粒子を合成することができることも、当業者には容易に
理解できる。
子１８が１〜２μｍの厚さに成長したとき、成長反応を
停止する。次いで、図１１に示したように、多結晶粒子
１８の表面を研磨し、更にダイヤモンドの蒸着を行う場
合のストレスを低減する。粒子の研磨は、USP4,643,161
に記載されている方法を用いて行うことができるが、そ
のほかの化学的／機械的方法を用いて、粒子面の研磨を
行ってもよい。層１２の成長の過程で部位１２ｂと部位
１２ａの界面は研磨する必要がないが、その他の部位は
研磨する必要があることは当業者には容易に理解でき
る。また、上記方法によると、粒子の成長の過程で研磨
することなく、１５〜２０μｍの粒子径を有する多結晶
粒子を合成することができることも、当業者には容易に
理解できる。
【００４０】次いで、図１２に示したように、１５〜２
０μｍ又はそれ以上の粒径の粒子が得られるまで、最小
量のｐドーピングの条件（ボロン１０18原子／ｃｍ3未
満）で多結晶粒子の成長を続ける。次いで、図１３に示
したように、表面を研磨して層１２の厚さを６〜１２μ
ｍとする。それよりも大きな粒子も成長するかも知れな
い。しかし、多結晶層１２は約６〜１２μｍよりも厚く
する必要はないので、そのような大きな粒子を成長させ
ることは不要である。
０μｍ又はそれ以上の粒径の粒子が得られるまで、最小
量のｐドーピングの条件（ボロン１０18原子／ｃｍ3未
満）で多結晶粒子の成長を続ける。次いで、図１３に示
したように、表面を研磨して層１２の厚さを６〜１２μ
ｍとする。それよりも大きな粒子も成長するかも知れな
い。しかし、多結晶層１２は約６〜１２μｍよりも厚く
する必要はないので、そのような大きな粒子を成長させ
ることは不要である。
【００４１】次に、図１４に示すように、ダイヤモンド
層１２内に高Ｂドープ領域１２Ｃを選択的に形成させ
て、低抵抗ソースコンタクトを設ける。ボロンの選択的
注入は、１０16程度の濃度で、中程度の加速条件で行
う。次いで、約１２００℃で熱処理を行う。このように
して形成されたグラファイト層は、基板を温ＣｒＯ3＋
Ｈ2ＳＯ4中でエッチングすることにより除去し、注入し
たボロンのプロフィールの一部をダイヤモンド層内に残
す。これにより、ボロンの表面濃度は１０20〜１０21原
子／ｃｍ3となる。
層１２内に高Ｂドープ領域１２Ｃを選択的に形成させ
て、低抵抗ソースコンタクトを設ける。ボロンの選択的
注入は、１０16程度の濃度で、中程度の加速条件で行
う。次いで、約１２００℃で熱処理を行う。このように
して形成されたグラファイト層は、基板を温ＣｒＯ3＋
Ｈ2ＳＯ4中でエッチングすることにより除去し、注入し
たボロンのプロフィールの一部をダイヤモンド層内に残
す。これにより、ボロンの表面濃度は１０20〜１０21原
子／ｃｍ3となる。
【００４２】次いで、図１５に示すように、好ましくは
チタンで、かつ厚さが約２００Å〜約４００Åの高融点
金属層１７ｂをＢ−ドープ層１２ｃ上に形成する。当業
者にとっては、そのほかの高融点金属でもよいことは容
易に理解できる。次いで、高融点金属層１７ｂ上に、望
ましくは約１０００Å〜約１５００Åの厚さの金パッシ
ベーション層１７ａを形成する。パッシベーション層１
７ａとしては、そのほかの金属を使用することもでき
る。次いで、約８００℃〜８５０℃で、約１５〜約９０
分間熱処理し、チタン層１７ｂの少なくとも一部をチタ
ン炭化物に変換させ、低抵抗ソースコンタクトを形成さ
せる。前記のソース電極１７の形成工程は、Moazedら(A
pplied Physics Journal, Vol.68, No.5, 1990)によっ
て報告されているダイヤモンド上のオーミックコンタク
トの形成工程と同様である。
チタンで、かつ厚さが約２００Å〜約４００Åの高融点
金属層１７ｂをＢ−ドープ層１２ｃ上に形成する。当業
者にとっては、そのほかの高融点金属でもよいことは容
易に理解できる。次いで、高融点金属層１７ｂ上に、望
ましくは約１０００Å〜約１５００Åの厚さの金パッシ
ベーション層１７ａを形成する。パッシベーション層１
７ａとしては、そのほかの金属を使用することもでき
る。次いで、約８００℃〜８５０℃で、約１５〜約９０
分間熱処理し、チタン層１７ｂの少なくとも一部をチタ
ン炭化物に変換させ、低抵抗ソースコンタクトを形成さ
せる。前記のソース電極１７の形成工程は、Moazedら(A
pplied Physics Journal, Vol.68, No.5, 1990)によっ
て報告されているダイヤモンド上のオーミックコンタク
トの形成工程と同様である。
【００４３】図１６に示したように、必要に応じてゲー
ト絶縁層１４をダイヤモンド層１２上に形成してもよ
い。このゲート絶縁層１４は二酸化シリコンで形成する
のが望ましく、化学気相法又はプラズマ化学気相蒸着法
等、従来の方法によってダイヤモンド層１２上に蒸着さ
せることができる。ゲート絶縁層１４は、絶縁ダイヤモ
ンド、窒化シリコン又は酸化アルミニウムで形成しても
よい。ゲート絶縁層１４は、１００Å〜１０００Å、望
ましくは約６００Åのような厚いゲート絶縁層であって
もよく、ゲート電極とダイヤモンド層１２との間にキャ
リアのトンネリングが起こるような２０Å未満の薄いゲ
ート絶縁層であってもよい。Venkatesanらによる文献
（Journal of the Electrochemical Society, 1992年5
月）にも言及されている。
ト絶縁層１４をダイヤモンド層１２上に形成してもよ
い。このゲート絶縁層１４は二酸化シリコンで形成する
のが望ましく、化学気相法又はプラズマ化学気相蒸着法
等、従来の方法によってダイヤモンド層１２上に蒸着さ
せることができる。ゲート絶縁層１４は、絶縁ダイヤモ
ンド、窒化シリコン又は酸化アルミニウムで形成しても
よい。ゲート絶縁層１４は、１００Å〜１０００Å、望
ましくは約６００Åのような厚いゲート絶縁層であって
もよく、ゲート電極とダイヤモンド層１２との間にキャ
リアのトンネリングが起こるような２０Å未満の薄いゲ
ート絶縁層であってもよい。Venkatesanらによる文献
（Journal of the Electrochemical Society, 1992年5
月）にも言及されている。
【００４４】絶縁層が厚い場合には公知のＭＯＳＦＥＴ
としての作用が得られ、一方絶縁層が薄い場合にはＭＩ
ＳＦＥＴと同様な作用が得られる。また、絶縁層１４を
設けない場合は、ＭＥＳＦＥＴ作用が得られる（Shiomi
ら,1991年 MRS ConferenceProceedings, 975-980頁参
照）。別の方法によってもオーミック及び整流コンタク
トの形成が可能であることは、当業者には容易に理解で
きる。整流コンタクトの別の実施例については、後ほど
図１９との関連で詳しく述べる。
としての作用が得られ、一方絶縁層が薄い場合にはＭＩ
ＳＦＥＴと同様な作用が得られる。また、絶縁層１４を
設けない場合は、ＭＥＳＦＥＴ作用が得られる（Shiomi
ら,1991年 MRS ConferenceProceedings, 975-980頁参
照）。別の方法によってもオーミック及び整流コンタク
トの形成が可能であることは、当業者には容易に理解で
きる。整流コンタクトの別の実施例については、後ほど
図１９との関連で詳しく述べる。
【００４５】次に、図１７に示すように、絶縁層１４上
に又は直接ダイヤモンド層１２上に、ゲート金属導体層
１６を形成する。ゲート導体層は、多結晶シリコン、金
又は従来使用されているその他の導体層であってもよ
い。更に、基板１１の裏面１１ａ上にはドレインコンタ
クト１５を形成する。ドレインコンタクト１５は従来使
用されている金又はその他の導体でもよい。次いで、適
当な熱処理を行う。
に又は直接ダイヤモンド層１２上に、ゲート金属導体層
１６を形成する。ゲート導体層は、多結晶シリコン、金
又は従来使用されているその他の導体層であってもよ
い。更に、基板１１の裏面１１ａ上にはドレインコンタ
クト１５を形成する。ドレインコンタクト１５は従来使
用されている金又はその他の導体でもよい。次いで、適
当な熱処理を行う。
【００４６】図１８は、図１７に記載した実施例の別の
形態を説明するものである。図１８では、図１６の基板
１１が、例えばエッチング等により除去され、ドレイン
コンタクト１５が直接多結晶粒子層の裏面上１２に形成
されている。このようにして、保持体を取り除いた多結
晶粒子層に形成された縦型電界効果トランジスタが得ら
れる。図１８の多結晶粒子層１２は、保持体がなくても
多結晶粒子層の自立性を確保するために、図１乃至１７
に記載した多結晶粒子層よりも厚い方が望ましいこと
は、当業者にとって容易に類推できる。従って、図１８
の多結晶粒子層１２の層１２ｂの厚さは約６５〜８５μ
ｍ、層１２ａの厚さは約１０〜１５μｍで、層１２全体
の厚さは７５〜１００μｍであるのが望ましい。
形態を説明するものである。図１８では、図１６の基板
１１が、例えばエッチング等により除去され、ドレイン
コンタクト１５が直接多結晶粒子層の裏面上１２に形成
されている。このようにして、保持体を取り除いた多結
晶粒子層に形成された縦型電界効果トランジスタが得ら
れる。図１８の多結晶粒子層１２は、保持体がなくても
多結晶粒子層の自立性を確保するために、図１乃至１７
に記載した多結晶粒子層よりも厚い方が望ましいこと
は、当業者にとって容易に類推できる。従って、図１８
の多結晶粒子層１２の層１２ｂの厚さは約６５〜８５μ
ｍ、層１２ａの厚さは約１０〜１５μｍで、層１２全体
の厚さは７５〜１００μｍであるのが望ましい。
【００４７】図１９は、本発明の縦型ダイヤモンド電界
効果トランジスタの他の実施例を示す。本実施例は、図
１に示したものと略同様であるが、この図１９に示した
実施例では別の形態の整流ゲートコンタクト１６が示さ
れている。従来、ダイヤモンドに対する整流コンタクト
は非ダイヤモンドで形成されていた。例えば、２ｂタイ
プのダイヤモンド結晶上の整流コンタクトは、アルミニ
ウム、金、プラチナ、ニッケル、ｎ若しくはｐ型シリコ
ン、シリコンカーバイド、遷移金属シリサイド又は遷移
金属カーバイドの膜を２ｂタイプのダイヤモンド結晶上
に蒸着させることによって形成されていた。アンドープ
ダイヤモンド膜上に形成された金属膜もまた、整流コン
タクトを形成する。このアンドープダイヤモンド膜もそ
れ自体高ドープダイヤモンド膜上に蒸着されたものであ
る。最後に、化学気相蒸着法によってドーピングされた
ダイヤモンド膜上に形成された厚さが約２０Åの薄い二
酸化シリコン膜上に蒸着された金属膜も整流コンタクト
を形成する。
効果トランジスタの他の実施例を示す。本実施例は、図
１に示したものと略同様であるが、この図１９に示した
実施例では別の形態の整流ゲートコンタクト１６が示さ
れている。従来、ダイヤモンドに対する整流コンタクト
は非ダイヤモンドで形成されていた。例えば、２ｂタイ
プのダイヤモンド結晶上の整流コンタクトは、アルミニ
ウム、金、プラチナ、ニッケル、ｎ若しくはｐ型シリコ
ン、シリコンカーバイド、遷移金属シリサイド又は遷移
金属カーバイドの膜を２ｂタイプのダイヤモンド結晶上
に蒸着させることによって形成されていた。アンドープ
ダイヤモンド膜上に形成された金属膜もまた、整流コン
タクトを形成する。このアンドープダイヤモンド膜もそ
れ自体高ドープダイヤモンド膜上に蒸着されたものであ
る。最後に、化学気相蒸着法によってドーピングされた
ダイヤモンド膜上に形成された厚さが約２０Åの薄い二
酸化シリコン膜上に蒸着された金属膜も整流コンタクト
を形成する。
【００４８】それに対して、図１９に示したように、本
発明に係る整流コンタクトは、比較的軽度にドーピング
されたダイヤモンド層１２ａ上に形成されたアンドープ
ダイヤモンド層１６ｃ上に蒸着した比較的高ドープ化さ
れたダイヤモンドの縮退層１６ｄを有する。従って、当
該整流コンタクトは全てダイヤモンドで構成され、非ダ
イヤモンドの材料は使用されていない。この整流コンタ
クトは、高い熱安定性を有し、約５００℃又はそれ以上
の高温環境でもその整流特性を保持することができるも
のと期待される。層１２ａ、１６ｃ及び１６ｄが夫々ｐ
+／アンドープ／ｐ++構造を有することから、光学装
置、高電力離散ダイオード又はその他の応用が考えられ
る。
発明に係る整流コンタクトは、比較的軽度にドーピング
されたダイヤモンド層１２ａ上に形成されたアンドープ
ダイヤモンド層１６ｃ上に蒸着した比較的高ドープ化さ
れたダイヤモンドの縮退層１６ｄを有する。従って、当
該整流コンタクトは全てダイヤモンドで構成され、非ダ
イヤモンドの材料は使用されていない。この整流コンタ
クトは、高い熱安定性を有し、約５００℃又はそれ以上
の高温環境でもその整流特性を保持することができるも
のと期待される。層１２ａ、１６ｃ及び１６ｄが夫々ｐ
+／アンドープ／ｐ++構造を有することから、光学装
置、高電力離散ダイオード又はその他の応用が考えられ
る。
【００４９】ｐ++ダイヤモンド層１６ｄは、それ自体が
金属でなくても、金属に似た導体層の働きをする。整流
コンタクトに結合したオーミックコンタクトを形成する
ためには、１層以上の金属層を使用できることが容易に
類推される。特に、図１９に示したように、チタン層１
６ｅ上に金層１６ｆを形成すると、前述の各層１７ａ及
び１７ｂと同様に、ボンディング金属コンタクトが得ら
れる。
金属でなくても、金属に似た導体層の働きをする。整流
コンタクトに結合したオーミックコンタクトを形成する
ためには、１層以上の金属層を使用できることが容易に
類推される。特に、図１９に示したように、チタン層１
６ｅ上に金層１６ｆを形成すると、前述の各層１７ａ及
び１７ｂと同様に、ボンディング金属コンタクトが得ら
れる。
【００５０】図１９に示したように、化学気相蒸着法、
ｉｎ−ｓｉｔｕドーピング、又はイオン注入法によっ
て、ボロン濃度が約１０16〜１０19原子／ｃｍ3となる
ように比較的低ドープのｐ+膜が設けられている。別の
方法として、層１２ａの表面に低ドープ層を形成しても
よい。次いで、前述の方法によって、膜１２ａを研磨す
る。望ましくは厚さ２０Å〜２００Åのアンドープダイ
ヤモンド膜１６ｃを、膜１２ａ上に選択的に蒸着させ
る。再度研磨してもよい。次いで、比較的高ドープのｐ
++層１６ｄを、図１７に示した高ドープＢ層の形成の場
合と同様に蒸着する。
ｉｎ−ｓｉｔｕドーピング、又はイオン注入法によっ
て、ボロン濃度が約１０16〜１０19原子／ｃｍ3となる
ように比較的低ドープのｐ+膜が設けられている。別の
方法として、層１２ａの表面に低ドープ層を形成しても
よい。次いで、前述の方法によって、膜１２ａを研磨す
る。望ましくは厚さ２０Å〜２００Åのアンドープダイ
ヤモンド膜１６ｃを、膜１２ａ上に選択的に蒸着させ
る。再度研磨してもよい。次いで、比較的高ドープのｐ
++層１６ｄを、図１７に示した高ドープＢ層の形成の場
合と同様に蒸着する。
【００５１】次いで、この注入表面に金属膜を直接蒸着
して、オーミックコンタクトを形成し、ｐ++ダイヤモン
ド層１６ｄにボンディングさせる。接着性を増強するた
めに、金属膜をスパッタリングしてもよい。別の方法と
しては、図１９に示すように、金１６ｆ及びチタン１６
ｅの二重金属被膜を行い、次いで層１７ａ〜１７ｂの形
成の場合と同様に熱処理することもできる。
して、オーミックコンタクトを形成し、ｐ++ダイヤモン
ド層１６ｄにボンディングさせる。接着性を増強するた
めに、金属膜をスパッタリングしてもよい。別の方法と
しては、図１９に示すように、金１６ｆ及びチタン１６
ｅの二重金属被膜を行い、次いで層１７ａ〜１７ｂの形
成の場合と同様に熱処理することもできる。
【００５２】このようにして形成した整流コンタクトを
用いて上部及び下部オーミックコンタクトを接続し、パ
ワー離散ダイオード又は高電圧ダイオードを形成するこ
ともでき、整流コンタクトが必要なあらゆる場面に使用
することもできる。整流コンタクトは金属を必要としな
いが、むしろ縮退型金属導体として、ｐ++層１６ｄを利
用する。このようにして、透過整流コンタクトが得られ
る。
用いて上部及び下部オーミックコンタクトを接続し、パ
ワー離散ダイオード又は高電圧ダイオードを形成するこ
ともでき、整流コンタクトが必要なあらゆる場面に使用
することもできる。整流コンタクトは金属を必要としな
いが、むしろ縮退型金属導体として、ｐ++層１６ｄを利
用する。このようにして、透過整流コンタクトが得られ
る。
【００５３】電界効果トランジスタとしての作用は、ソ
ース、ゲート及びドレイン電極に適当な電圧を印加する
ことにより得られる。このようにして形成した電界効果
トランジスタは、高電流及び高電圧で作動することがで
き、安定して製造することができる。また、縦型構造と
することにより、粒界効果を最小限にとどめることがで
きる。
ース、ゲート及びドレイン電極に適当な電圧を印加する
ことにより得られる。このようにして形成した電界効果
トランジスタは、高電流及び高電圧で作動することがで
き、安定して製造することができる。また、縦型構造と
することにより、粒界効果を最小限にとどめることがで
きる。
【００５４】なお、上述の説明及び図面は、本発明の代
表的な好適実施例に関するものであり、また特定の用語
を使用したが、これらの用語は、本願の特許請求の範囲
にて規定する本発明の範囲を限定するものではなく、即
ち本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、本
発明の特許請求の範囲の記載の中で種々の変形が可能で
あることは勿論である。
表的な好適実施例に関するものであり、また特定の用語
を使用したが、これらの用語は、本願の特許請求の範囲
にて規定する本発明の範囲を限定するものではなく、即
ち本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、本
発明の特許請求の範囲の記載の中で種々の変形が可能で
あることは勿論である。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高電流及び高電圧で作動することができる信頼性が高い
縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタを得ることがで
き、ダイヤモンドの特性を生かした電子素子の開発に多
大の貢献をなす。
高電流及び高電圧で作動することができる信頼性が高い
縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタを得ることがで
き、ダイヤモンドの特性を生かした電子素子の開発に多
大の貢献をなす。
【図１】本発明の実施例に係る縦型ダイヤモンド電界効
果トランジスタを示す断面図である。
果トランジスタを示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る縦型ダイヤモンド電
界効果トランジスタを示す断面図である。
界効果トランジスタを示す断面図である。
【図３】同じくその平面図である。
【図４】同じくその平面図である。
【図５】本発明他の実施例に係る縦型ダイヤモンド電界
効果トランジスタを示す断面図である。
効果トランジスタを示す断面図である。
【図６】同じくその平面図である。
【図７】同じくその平面図である。
【図８】本発明の更に他の実施例に係る縦型ダイヤモン
ド電界効果トランジスタを示す断面図である。
ド電界効果トランジスタを示す断面図である。
【図９】同じくその平面図である。
【図１０】図２に示した縦型ダイヤモンド電界効果トラ
ンジスタの製造方法の第１工程を示す断面図である。
ンジスタの製造方法の第１工程を示す断面図である。
【図１１】同じくその第２工程を示す断面図である。
【図１２】同じくその第３工程を示す断面図である。
【図１３】同じくその第４工程を示す断面図である。
【図１４】同じくその第５工程を示す断面図である。
【図１５】同じくその第６工程を示す断面図である。
【図１６】同じくその第７工程を示す断面図である。
【図１７】同じくその第８工程を示す断面図である。
【図１８】本発明の更に他の実施例における縦型電界効
果トランジスタを示す断面図である。
果トランジスタを示す断面図である。
【図１９】同じく、本発明の他の実施例における縦型電
界効果トランジスタの更に別の実施例を示す断面図であ
る。
界効果トランジスタの更に別の実施例を示す断面図であ
る。
Claims (65)
- 【請求項１】 ドレインコンタクトを有する非ダイヤモ
ンド基板と、前記非ダイヤモンド基板上に形成されたダ
イヤモンド層と、前記ダイヤモンド層上に形成されたソ
ースコンタクトと、前記ソースコンタクトに隣接して前
記ダイヤモンド層上に形成されたゲートと、を有し、前
記ソースコンタクトとドレインコンタクトとの間に、前
記ダイヤモンド層を介する垂直チャンネルが形成されて
いることを特徴とする縦型電界効果トランジスタ。 - 【請求項２】 前記非ダイヤモンド基板は、所定の導電
型の高ドープ単結晶シリコン基板であることを特徴とす
る請求項１に記載の縦型ダイヤモンド電界効果トランジ
スタ。 - 【請求項３】 前記ダイヤモンド層は、前記非ダイヤモ
ンド基板の近傍に、前記所定導電型の高ドープ部分を有
することを特徴とする請求項２に記載の縦型ダイヤモン
ド電界効果トランジスタ。 - 【請求項４】 前記ダイヤモンド層は、前記所定導電型
の前記高ドープ部分上にアンドープ部分又は前記所定導
電型の低ドープ部分を有することを特徴とする請求項３
に記載の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項５】 前記非ダイヤモンド基板は、結晶炭化シ
リコン、立方晶窒化ボロン、結晶銅及び結晶ニッケルか
らなる群から選択された材料で形成されていることを特
徴とする請求項１に記載の縦型ダイヤモンド電界効果ト
ランジスタ。 - 【請求項６】 前記ソースコンタクトに隣接して前記ダ
イヤモンド層内に形成され、オーミックコンタクトを形
成する高ドープ領域を有することを特徴とする請求項１
に記載の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項７】 前記ソースコンタクトは、前記ダイヤモ
ンド層内の前記高ドープ領域上に形成された高融点金属
層と、前記高融点金属層上に形成された非高融点金属層
とを有することを特徴とする請求項６に記載の縦型ダイ
ヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項８】 前記ゲートは、前記ダイヤモンド層上に
形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成
されたゲート電極とを有することを特徴とする請求項１
に記載の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項９】 前記ゲートは、前記ダイヤモンド層上に
形成されたソースコンタクトを取り囲んでいることを特
徴とする請求項１に記載の縦型ダイヤモンド電界効果ト
ランジスタ。 - 【請求項１０】 前記ソースコンタクト及び前記ゲート
は、前記ダイヤモンド層上に櫛の歯状に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の縦型ダイヤモンド電
界効果トランジスタ。 - 【請求項１１】 １対の対向する面を有する多結晶ダイ
ヤモンド粒子からなる単層と、前記多結晶ダイヤモンド
粒子からなる単層の前記対向面の一方の面に形成された
ソースコンタクトと、前記多結晶ダイヤモンド粒子から
なる単層の前記対向面の他方の面に形成されたドレイン
コンタクトと、前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単
層の前記対向面の前記一方の面に形成され前記ソースコ
ンタクトに隣接するゲートと、を有し、前記ソースコン
タクトと前記ドレインコンタクトとの間に、前記多結晶
ダイヤモンド粒子からなる単層を介して垂直のチャンネ
ルが形成されていることを特徴とする縦型ダイヤモンド
電界効果トランジスタ。 - 【請求項１２】 前記ソースコンタクト及び前記ゲート
コンタクトは、いずれも前記多結晶ダイヤモンド粒子か
らなる単層内の複数の前記多結晶ダイヤモンド粒子にま
たがって延びていることを特徴とする請求項１１に記載
の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項１３】 前記ソースコンタクトは、前記多結晶
ダイヤモンド粒子からなる単層内の１個の多結晶ダイヤ
モンド粒子のみの上にあることを特徴とする請求項１１
に記載の縦型電界効果トランジスタ。 - 【請求項１４】 前記多結晶ダイヤモンド粒子は所定の
平均粒径を有し、前記ソースコンタクトは所定の平均粒
径よりも狭いことを特徴とする請求項１１に記載の縦型
ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項１５】 前記多結晶ダイヤモンド粒子は所定の
平均粒径を有し、前記ゲートは所定の平均粒径よりも狭
いことを特徴とする請求項１１に記載の縦型ダイヤモン
ド電界効果トランジスタ。 - 【請求項１６】 更に、前記多結晶ダイヤモンド粒子か
らなる単層の前記対向面の一方の面上に形成された第２
のソースコンタクトと、前記多結晶ダイヤモンド粒子か
らなる単層の前記対向面の一方の面上に前記第２のソー
スコンタクトの近傍に形成された第２のゲートと、を有
し、前記第２のソースコンタクトと前記ドレインコンタ
クトとの間に前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層
に交差する第２の垂直チャンネルが形成され、前記多結
晶ダイヤモンド粒子は所定の平均粒径を有し、前記ソー
スコンタクト及び前記第２のソースコンタクトは前記所
定の平均粒径よりも狭いことを特徴とする請求項１１に
記載の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項１７】 更に、前記多結晶ダイヤモンド粒子か
らなる単層の前記対向面の一方の面上に形成された第２
のソースコンタクトと、前記多結晶ダイヤモンド粒子か
らなる単層の前記対向面の前記一方の面上に、前記ソー
スコンタクトと隣接して形成された第２のゲートと、を
有し、前記第２のソースコンタクトと前記ドレインコン
タクトの間に、前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単
層に交差して第２の垂直チャンネルが形成され、前記多
結晶ダイヤモンド粒子は所定の平均粒径を有し、前記ゲ
ート及び前記第２のゲートは所定の平均粒径よりも狭い
ことを特徴とする請求項１１に記載の縦型ダイヤモンド
電界効果トランジスタ。 - 【請求項１８】 前記ソースコンタクトは、前記一方の
面上に形成され、複数個の相互に電気的に接続されたソ
ースフィンガーを有し、前記ゲートは前記一方の面上に
複数個の相互に電気的に接続されたゲートフィンガーを
有し、前記ソースフィンガー及び前記ゲートフィンガー
は前記一方の面上で櫛の歯状に形成されていることを特
徴とする請求項１１に記載の縦型ダイヤモンド電界効果
トランジスタ。 - 【請求項１９】 前記多結晶ダイヤモンド粒子は所定の
平均粒径を有し、前記ソースフィンガーの一つが所定の
平均粒径よりも狭いことを特徴とする請求項１８に記載
の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項２０】 前記多結晶ダイヤモンド粒子は所定の
平均粒径を有し、前記各ソースフィンガーは所定の平均
粒径よりも狭いことを特徴とする請求項１８に記載の縦
型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項２１】 前記多結晶ダイヤモンド粒子は所定の
平均粒径を有し、１対の隣接するゲートフィンガーの間
隔が所定の平均粒径よりも狭いことを特徴とする請求項
１８に記載の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項２２】 前記多結晶ダイヤモンド粒子は所定の
平均粒径を有し、各対の隣接するゲートフィンガーの間
隔が所定の平均粒径よりも狭いことを特徴とする請求項
１８に記載の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項２３】 第１及び第２の対向面を有する非ダイ
ヤモンド基板と、前記非ダイヤモンド基板の前記第２の
面上に形成された多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層
と、前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層上に形成
されたソースコンタクトと、前記非ダイヤモンド基板の
前記第１の面上に形成されたドレインコンタクトと、前
記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層上に前記ソース
コンタクトに隣接して形成されたゲートと、を有し、前
記ソースコンタクトと前記ドレインコンタクトとの間に
前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層を介して垂直
チャンネルが形成されていることを特徴とする縦型ダイ
ヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項２４】 前記非ダイヤモンド基板が所定導電型
の高ドープ単結晶シリコン基板であることを特徴とする
請求項２３に記載の縦型ダイヤモンド電界効果トランジ
スタ。 - 【請求項２５】 前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる
単層は、前記非ダイヤモンド基板の前記第２の面に隣接
して形成された前記所定導電型の高ドープ部分を有する
ことを特徴とする請求項２４に記載の縦型ダイヤモンド
電界効果トランジスタ。 - 【請求項２６】 前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる
単層が、前記所定導電型の前記高ドープ部分上に形成さ
れた低ドープ部分又はアンドープ部分を有することを特
徴とする請求項２５に記載の縦型ダイヤモンド電界効果
トランジスタ。 - 【請求項２７】 前記非ダイヤモンド基板は、結晶炭化
シリコン、立方晶窒化ボロン、結晶銅及び結晶ニッケル
からなる群から選択された材料で形成されていることを
特徴とする請求項２３に記載の縦型ダイヤモンド電界効
果トランジスタ。 - 【請求項２８】 前記ソースコンタクトに隣接して前記
多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層内に形成され、オ
ーミックコンタクトを形成する高ドープ領域を有するこ
とを特徴とする請求項２３に記載の縦型ダイヤモンド電
界効果トランジスタ。 - 【請求項２９】 前記ソースコンタクトは、前記多結晶
ダイヤモンド粒子からなる単層内の前記高ドープ領域上
に形成された高融点金属層と、前記高融点金属層の上に
形成された非高融点金属層とを有することを特徴とする
請求項２８に記載の縦型ダイヤモンド電界効果トランジ
スタ。 - 【請求項３０】 前記ゲートは、前記多結晶ダイヤモン
ド粒子からなる単層上に形成されたゲート絶縁層と、前
記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極とを有するこ
とを特徴とする請求項２３に記載の縦型ダイヤモンド電
界効果トランジスタ。 - 【請求項３１】 前記ゲートは、前記多結晶ダイヤモン
ド粒子からなる単層上に形成された前記ソースコンタク
トを取り囲んでいることを特徴とする請求項２３に記載
の縦型電界効果トランジスタ。 - 【請求項３２】 前記ソースコンタクト及び前記ゲート
は、前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層上に櫛の
歯状に形成されていることを特徴とする請求項２３に記
載の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項３３】 前記ソースコンタクト及び前記ゲート
コンタクトは、いずれも前記多結晶ダイヤモンド粒子か
らなる単層内の複数の前記多結晶ダイヤモンド粒子にま
たがって延びていることを特徴とする請求項２３に記載
の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項３４】 前記ソースコンタクトは、前記多結晶
ダイヤモンド粒子からなる単層内の１個の多結晶ダイヤ
モンド粒子のみの上にあることを特徴とする請求項２３
に記載の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項３５】 前記多結晶ダイヤモンド粒子は所定の
平均粒径を有し、前記ソースコンタクトは所定の平均粒
径よりも狭いことを特徴とする請求項２３に記載の縦型
ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項３６】 前記多結晶ダイヤモンド粒子は所定の
平均粒径を有し、前記ゲートは所定の平均粒径よりも狭
いことを特徴とする請求項２３に記載の縦型ダイヤモン
ド電界効果トランジスタ。 - 【請求項３７】 前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる
単層上に形成された第２のソースコンタクトと、前記多
結晶ダイヤモンド粒子からなる単層上に前記第２のソー
スコンタクトに隣接して形成された第２のゲートと、を
有し、前記第２のソースコンタクトと前記ドレインコン
タクトとの間に、前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる
単層に交差する第２の垂直チャンネルが形成され、前記
多結晶ダイヤモンド粒子は所定の平均粒径を有し、前記
ソースコンタクト及び前記第２のソースコンタクトは所
定の平均粒径よりも狭いことを特徴とする請求項２３に
記載の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項３８】 前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる
単層上に形成された第２のソースコンタクトと、前記多
結晶ダイヤモンド粒子からなる単層上に前記ソースコン
タクトに隣接して形成された第２のゲートと、を有し、
前記第２のソースコンタクトと前記ドレインコンタクト
の間に前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層に交差
する第２の垂直チャンネルが形成され、前記多結晶ダイ
ヤモンド粒子は所定の平均粒径を有し、前記ゲート及び
前記第２のゲートは所定の平均粒径よりも狭いことを特
徴とする請求項２３に記載の縦型ダイヤモンド電界効果
トランジスタ。 - 【請求項３９】 前記ソースコンタクトは、前記多結晶
ダイヤモンド粒子からなる単層上に形成された複数個の
相互に電気的に接続されたソースフィンガーを有し、前
記ゲートは前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層上
に形成された複数個の相互に電気的に接続されたゲート
フィンガーを有し、前記ソースフィンガーと前記ゲート
フィンガーが櫛の歯状に形成されていることを特徴とす
る請求項３７に記載の縦型ダイヤモンド電界効果トラン
ジスタ。 - 【請求項４０】 前記多結晶ダイヤモンド粒子は所定の
平均粒径を有し、前記ソースフィンガーの一つが所定の
平均粒径よりも狭いことを特徴とする請求項３９に記載
の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項４１】 前記多結晶ダイヤモンド粒子は所定の
平均粒径を有し、前記ソースフィンガーのいずれもが所
定の平均粒径よりも狭いことを特徴とする請求項３９に
記載の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項４２】 前記多結晶ダイヤモンド粒子は所定の
平均粒径を有し、１対の隣接するゲートフィンガーの間
隔が所定の平均粒径よりも狭いことを特徴とする請求項
３９に記載の縦型ダイヤモンド電界効果トランジスタ。 - 【請求項４３】 前記多結晶ダイヤモンド粒子は所定の
平均粒径を有し、各対の隣接するゲートフィンガーの間
隔がいずれも所定の平均粒径よりも狭いことを特徴とす
る請求項３９に記載の縦型ダイヤモンド電界効果トラン
ジスタ。 - 【請求項４４】 非ダイヤモンド基板上にダイヤモンド
層を形成する工程と、前記ダイヤモンド層上に相互に隣
接したソース及びゲートコンタクトを形成する工程と、
前記ダイヤモンド層に対向する前記非ダイヤモンド基板
にドレインコンタクトを形成する工程からなる縦型ダイ
ヤモンド電界効果トランジスタの製造方法。 - 【請求項４５】 前記ダイヤモンド層の形成工程が、前
記非ダイヤモンド基板上に高ドープダイヤモンド層をヘ
テロエピタキシャルに形成し、前記高ドープダイヤモン
ド層に低ドープダイヤモンド層をホモエピタキシャルに
形成する工程からなることを特徴とする請求項４４に記
載の方法。 - 【請求項４６】 前記のダイヤモンド層形成工程が、前
記非ダイヤモンド基板上に高ドープダイヤモンド層をヘ
テロエピタキシャルに形成し、前記高ドープダイヤモン
ド層にアンドープダイヤモンド層をホモエピタキシャル
に形成する工程からなることを特徴とする請求項４４に
記載の方法。 - 【請求項４７】 前記ソース及びゲートコンタクトの形
成工程に先だって、前記ダイヤモンド層の暴露表面に高
ドープ領域を形成する工程を有し、前記ソース及びゲー
トコンタクトの形成工程が、前記ダイヤモンド層上の前
記高ドープ領域に隣接してソースコンタクトを形成する
工程を有することを特徴とする請求項４４に記載の方
法。 - 【請求項４８】 前記ソース及びゲートコンタクトの形
成工程が、前記高ドープ領域上に高融点金属層を形成
し、前記高融点金属層上に非高融点金属層を形成して、
ソースコンタクトを形成する工程を有することを特徴と
する請求項４４に記載の方法。 - 【請求項４９】 前記ソース及びゲートコンタクトの形
成工程に先だって、前記ダイヤモンド層に絶縁層を形成
する工程を有し、前記ソース及びゲートコンタクトの形
成工程が、前記絶縁層上にゲートコンタクトを形成する
工程を有することを特徴とする請求項４４に記載の方
法。 - 【請求項５０】 ダイヤモンド層の形成工程が、前記非
ダイヤモンド基板上に多結晶ダイヤモンド粒子からなる
単層を形成する工程を有することを特徴とする請求項４
４に記載の方法。 - 【請求項５１】 前記ソース及びゲートコンタクトの形
成工程が、前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層内
の複数個の多結晶ダイヤモンド粒子に交差して延びるソ
ース及びゲートコンタクトを形成する工程を有すること
を特徴とする請求項５０に記載の方法。 - 【請求項５２】 前記ソース及びゲートコンタクトの形
成工程が、複数個のソース及びゲートコンタクトを形成
する工程を有し、ソース及びゲートコンタクトの少なく
とも一方が前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層内
の多結晶粒子の平均粒径よりも狭いことを特徴とする請
求項５０に記載の方法。 - 【請求項５３】 ソース及びゲートコンタクトの形成工
程が、複数個のソース及びゲートコンタクトを形成する
工程を有し、ソース及びゲートコンタクトのいずれも前
記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層内の多結晶粒子
の平均粒径よりも狭いことを特徴とする請求項５０に記
載の方法。 - 【請求項５４】 多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層
を形成する工程が、多結晶ダイヤモンド粒子の薄層を形
成し、その多結晶ダイヤモンド粒子薄層の表面を研磨す
る工程を繰り返し実施し、これにより、所定の厚さを有
する多結晶粒子からなる単層を形成することを特徴とす
る請求項５０に記載の方法。 - 【請求項５５】 基板上にダイヤモンド層を形成する工
程と、前記ダイヤモンド層上に相互に隣接したソース及
びゲートコンタクトを形成する工程と、前記基板を除去
する工程と、前記ダイヤモンド層上に前記ソース及びゲ
ートコンタクトと対向するドレインコンタクトを形成す
る工程とを有することを特徴とする縦型ダイヤモンド電
界効果トランジスタの製造方法。 - 【請求項５６】 前記ダイヤモンド層の形成工程が、非
ダイヤモンド基板上に高ドープダイヤモンド層をヘテロ
エピタキシャルに形成する工程と、前記高ドープダイヤ
モンド層上に低ドープダイヤモンド層をホモエピタキシ
ャルに形成する工程とを有することを特徴とする請求項
５５に記載の方法。 - 【請求項５７】 前記ダイヤモンド層の形成工程が、非
ダイヤモンド基板上に高ドープダイヤモンド層をヘテロ
エピタキシャルに形成する工程と、前記高ドープダイヤ
モンド層上にアンドープダイヤモンド層をホモエピタキ
シャルに形成する工程とを有することを特徴とする請求
項５５に記載の方法。 - 【請求項５８】 前記ソース及びゲートコンタクトの形
成工程に先だって、前記ダイヤモンド層の暴露表面に高
ドープ領域を形成する工程を有し、前記ソース及びゲー
トコンタクトの形成工程が前記ダイヤモンド層上に前記
高ドープ領域に隣接してソースコンタクトを形成する工
程を有することを特徴とする請求項５５に記載の方法。 - 【請求項５９】 前記ソース及びゲートコンタクトの形
成工程が、前記高ドープ領域上に高融点金属層を形成す
る工程と、前記高融点金属層上に非高融点金属層を形成
して、ソースコンタクトを形成する工程とを有すること
を特徴とする請求項５５に記載の方法。 - 【請求項６０】 前記ソース及びゲートコンタクトの形
成工程に先だって、前記ダイヤモンド層上に絶縁層を形
成する工程を有し、前記ソース及びゲートコンタクトの
形成工程が、前記絶縁層上にゲートコンタクトを形成す
る工程を有することを特徴とする請求項５５に記載の方
法。 - 【請求項６１】 前記ダイヤモンド層の形成工程が、
前記基板上に多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層を形
成する工程を有することを特徴とする請求項５５に記載
の方法。 - 【請求項６２】 前記ソース及びゲートコンタクトの
形成工程が、前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層
内の複数個の多結晶粒子に交差して延びるソース及びゲ
ートコンタクトを形成する工程を有することを特徴とす
る請求項６１に記載の方法。 - 【請求項６３】 前記ソース及びゲートコンタクトの形
成工程が、複数個のソース及びゲートコンタクトを形成
する工程を有し、前記ソース及びゲートコンタクトの少
なくとも一方が前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単
層内の多結晶粒子の平均粒径よりも狭いことを特徴とす
る請求項６１に記載の方法。 - 【請求項６４】 前記ソース及びゲートコンタクトの
形成工程が、複数個のソース及びゲートコンタクトを形
成する工程を有し、ソース及びゲートコンタクトのいず
れも前記多結晶ダイヤモンド粒子からなる単層内の多結
晶粒子の平均粒径よりも狭いことを特徴とする請求項６
１に記載の方法。 - 【請求項６５】 多結晶ダイヤモンド粒子からなる単
層を形成する工程が、多結晶ダイヤモンド粒子の薄層を
形成し、その多結晶ダイヤモンド粒子薄層の表面を研磨
する工程を繰り返し実施し、所定の厚さの多結晶粒子か
らなる単層を形成することを特徴とする請求項６１に記
載の方法。
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