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METHOD FOR MANUFACTURING DIAMOND SEMICONDUCTOR SUBSTRATE

Patent code P190016190
File No. 2132
Posted date Jul 24, 2019
Application number P2018-215652
Publication number P2019-094254A
Date of filing Nov 16, 2018
Date of publication of application Jun 20, 2019
Priority data
  • P2017-221758 (Nov 17, 2017) JP
Inventor
  • (In Japanese)関 章憲
  • (In Japanese)川原田 洋
  • (In Japanese)平岩 篤
  • (In Japanese)蔭浦 泰資
Applicant
  • (In Japanese)トヨタ自動車株式会社
  • (In Japanese)学校法人早稲田大学
Title METHOD FOR MANUFACTURING DIAMOND SEMICONDUCTOR SUBSTRATE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a diamond semiconductor substrate, capable of inexpensively obtaining a low resistance diamond semiconductor substrate having defects sufficiently recovered without requiring a high pressure apparatus.
SOLUTION: The method for manufacturing a diamond semiconductor substrate comprises: ion-implanting a diamond substrate; forming a carbon layer on the surface of the ion implanted diamond substrate; and heating the diamond substrate having the formed carbon layer at conditions satisfying the formula (1): -4/5×X+1420≤Y≤-4/5×X+1512 (1) (where, X is a heat treatment temperature; Y is a heating time; and the ranges of X and Y are 1600°C≤X≤1880°C and 8 minutes≤Y≤140 minutes).
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

ダイヤモンド材料は、硬度が極めて高く、耐熱性にも優れている。また、絶縁破壊電圧及び飽和ドリフト速度が大きい、誘電率が小さい等、電気的特性にも優れている。更に、室温付近においては高い熱伝導性を示し、熱放散性も高い。

よって、ダイヤモンド材料は、次世代の耐高温・耐放射線等極限環境用素子や高周波及び高出力素子用の半導体として使用されることが期待され、現在、かかる材料を用いた半導体の開発が進んでいる。

ダイヤモンド材料は、バンドギャップが5.47eVと大きく、通常は絶縁体であるが、ドープ剤(不純物)をドープすることにより半導体化することができる。具体的には、ダイヤモンドの適切な部位に外部からダイヤモンドに対してイオンをイオン注入法により導入し、その必要部位に導電性を付与する。

イオン注入法により半導体を製造する場合、イオン注入後、通常、熱処理を行う必要がある。注入したイオンのほとんどは結晶内で格子位置に置換できず、電気的にアクセプタまたはドナーとして働かずに、いわゆる欠陥としての格子間原子として存在する傾向にある。イオン注入後に熱処理を行うことにより、イオンを結晶格子の置換位置に好適に置き換えると同時に、イオン注入による結晶性の乱れを有効に回復させことができ、結果、イオン注入層を電気的に活性化することができる。

従来、シリコン基板を用いて半導体を製造する際、イオン注入後、800℃程度の比較的低い温度で熱処理を行っている。しかしながら、ダイヤモンドを用いて半導体を製造する際に、シリコン基板の製造に用いられている熱処理方法を適用しても、結晶性の乱れを有効に回復させることができず、イオン注入層を電気的に活性化させることが困難である。

これに対して、特許文献1及び非特許文献1には、ダイヤモンド基板にホウ素イオンを注入した後に1600℃以上で熱処理することが記載され、具体的には特許文献1の実施例に、1600℃で2時間、熱処理を行い、イオン注入層を電気的に活性化する方法が開示されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本開示は、ダイヤモンド半導体基板の製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
ダイヤモンド基板にイオン注入を行うこと、
前記イオン注入が行われたダイヤモンド基板の表面に、カーボン層を形成すること、並びに
前記カーボン層を形成したダイヤモンド基板を、式(1):
-4/5×X+1420≦Y≦-4/5×X+1512 (1)
(式中、前記Xは熱処理温度であり、前記Yは熱処理時間であり、前記X及びYの範囲は、1600℃≦X≦1880℃、及び8分間≦Y≦140分間である)
を満たす条件で熱処理することを含む、ダイヤモンド半導体基板の製造方法。

【請求項2】
 
前記イオン注入のイオンがAlであり、
カーボン層を形成したダイヤモンド基板を、不活性ガス中で、1730℃≦X≦1880℃の熱処理温度で、前記熱処理を行い、前記ダイヤモンド基板に、5×1015~5×1017/cm3のAl濃度を有するAlイオン注入層を形成すること、
を含む、請求項1に記載のダイヤモンド半導体基板の製造方法。

【請求項3】
 
前記Alイオン注入層にBをさらにイオン注入して、5×1015~1×1021/cm3のB濃度を有するBイオン注入層を形成すること、を含む、請求項2に記載のダイヤモンド半導体基板の製造方法。

【請求項4】
 
ダイヤモンド基板、前記ダイヤモンド基板上の5×1015~5×1017/cm3のAl濃度を有するAlイオン注入層、及び前記Alイオン注入層中の5×1015~1×1021/cm3のB濃度を有するBイオン注入層を含む、ダイヤモンド半導体基板。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2018215652thum.jpg
State of application right Published
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