[發明專利]摻硼的金剛石半導體

無效

• 申請號: 200680009050.X
• 申請日: 2006-01-26
• 公開（公告）號: CN101160642A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: R·里納雷斯
• 申請（專利權）人: 阿波羅鉆石公司
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04;H01L29/872;H01L29/16
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊勇;鄭建暉

技術領域

本發明總體涉及金剛石制造，更具體地涉及制造摻硼的金剛石半導體器件。

背景技術

各種各樣的半導體器件被用作基本的電子集成模塊來制造從計算機到蜂窩式電話、家庭娛樂系統、汽車控制系統的各種電子設備。其他的設備將半導體用于不涉及運算和處理能力的目的，例如音頻放大器、工業控制系統和其他類似的目的。

現代半導體一般基于硅，利用摻雜各種元素來改變它們的電氣性能。例如，由于在只有四價電子的硅內沒有第五價電子，所以在硅內摻雜磷產生了過剩電子使其成為n型半導體材料。類似地，由于只有三價電子的硼比硅少一個電子，所以在硅內摻雜硼會產生具有過剩的“空穴”或者缺少電子的p型硅。

當n型硅和p型硅互相接觸時，電流從一個方向上比從另一方向上更容易穿過結流動。可以組合n型和p型材料的更復雜的結構來形成各種類型的晶體管、集成電路和其他類似的器件。

但是，所使用的半導體材料的固有性能限制了某些半導體器件的性能。例如，處理器的速度由組成該處理器集成電路的晶體管和其他器件所消耗的功率值所限制，如果運轉得太快，那么該處理器集成電路會完全熔化。由于隨著更多的消耗一定量的功率的晶體管被封裝到更小的面積內，在確定面積內消耗的熱量增加，因此尺寸的減小也受到了限制。由于單個晶體管或二極管的物理尺寸一般是非常小的，即使諸如高頻、高功率應用中使用的二極管之類的簡單器件亦受到功率限制的困擾。

能夠提供更大消耗功率和更高半導體器件密度的半導體器件是提供更高性能、更小的電子器件所希望的。

發明內容

本發明在一個示例性實施方案中提供了第一和第二摻硼的人造金剛石區域。該第二人造金剛石區域摻有比該第一人造金剛石區域更多的硼，并且與該第一人造金剛石區域物理接觸。在另一示例性實施方案中，該第一和第二人造金剛石區域形成金剛石半導體，諸如肖特基二極管。

附圖說明

圖1示出了與本發明的示例性實施方案一致的具有氫離子注入層的摻硼的金剛石籽晶。

圖2示出了與本發明的示例性實施方案一致的具有長成的摻硼的金剛石的摻硼的金剛石籽晶。

圖3示出了與本發明的示例性實施方案一致的具有在氫注入能級分離的長成的金剛石的摻硼的金剛石籽晶。

圖4示出了與本發明的示例性實施方案一致的由帶有長成的摻硼的金剛石的摻硼的金剛石籽晶形成的肖特基二極管。

圖5示出了與本發明的示例性實施方案一致的用于形成摻硼的金剛石半導體的方法。

圖6示出了與本發明的示例性實施方案一致的具有第一和第二摻硼的金剛石半導體區域的集成電路。

圖7示出了與本發明的示例性實施方案一致的利用摻硼的金剛石半導體的電子器件。

具體實施方式

在以下對本發明的示例性實施方案的詳細描述中，將參照組成本說明書一部分的附圖，并且在其中通過圖示可以實施本發明的具體的簡單實施方案來示出。這些實施方案被足夠詳細地說明，以使得本領域普通技術人員能夠實踐本發明；并且應該了解的是，可以應用其他實施方案，以及在不脫離本發明的實質或范圍的情況下進行邏輯的、機械的、電的和其他變化。因此，以下的描述并不具有限制的意義，本發明的范圍僅由所附的權利要求書限定。

本發明的一個實例提供了摻硼的第一和第二人造金剛石區域。第二人造金剛石區域比第一人造金剛石區域摻有更多的硼，并且與第一人造金剛石區域物理接觸。在另一示例性實施方案中，該第一和第二人造金剛石區域形成金剛石半導體，諸如肖特基二極管。

圖1-4示出了單晶體人造金剛石肖特基二極管的制造方法，該肖特基二極管是諸如能夠使用本發明的制造的金剛石半導體器件的一種實例。圖1示出了硼重摻雜的金剛石籽晶，相對于碳的四價電子其中硼只有三價電子，使得該金剛石成為強p型半導體材料。包含硼的金剛石內的晶格點內缺少電子，留下了能夠接受電子的“空穴”，該“空穴”實際上是移動正電荷。帶負電的硼原子固定在金剛石的晶格內，這意味著硼原子不能移動但是幫助提供了在導電過程中用作電子受主的空穴。

雖然其他實例使用擴散或者離子注入來將硼注入金剛石中，而不管該金剛石是人造的或天然存在的；但是在某些實例中，硼隨著通過化學氣相沉積形成金剛石而生長進金剛石中，或者通過其他工藝加入。金剛石含有硼，該硼至少穿過延伸半微米至幾微米的晶種金剛石101的上部區域摻雜，以使得上層具有相對均勻的硼原子分布，其中該硼原子分布為預期的密度。