(57)【要約】【課題】高温でも動作する可変容量素子を提供する。【解決手段】基板１の上側に、ダイヤモンド半導体２、第１の金属電極３、第１の絶縁膜４、および第２の金属電極５が形成されており、前記ダイヤモンド半導体は、基板側から順に、ドーパント濃度が２×１０20ｃｍ-3以上の高濃度ドープダイヤモンド半導体２２とドーパント濃度が５×１０17ｃｍ-3以下の低濃度ドープダイヤモンド半導体２１とで構成されており、且つ、前記高濃度ダイヤモンド半導体２２および第１の金属電極３は電気的に接続されており、前記第１の絶縁膜４は、前記低濃度ダイヤモンド半導体２１と前記第２の金属電極５との間に介在していることを特徴とする可変容量素子。【選択図】図１
2010177278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上側に、ダイヤモンド半導体、第１の金属電極、第１の絶縁膜、および第２の金属電極が形成されており、
前記ダイヤモンド半導体は、基板側から順に、ドーパント濃度が２×１０20ｃｍ-3以上の高濃度ドープダイヤモンド半導体とドーパント濃度が５×１０17ｃｍ-3以下の低濃度ドープダイヤモンド半導体とで構成されており、且つ、前記高濃度ダイヤモンド半導体および第１の金属電極は電気的に接続されており、
前記第１の絶縁膜は、前記低濃度ダイヤモンド半導体と前記第２の金属電極との間に介在していることを特徴とする可変容量素子。
【請求項２】
前記低濃度ドープダイヤモンド半導体のドーパント濃度は１×１０16ｃｍ-3以下である請求項１に記載の可変容量素子。
【請求項３】
前記第２の金属電極の上に第２の絶縁膜が形成されており、
前記第２の絶縁膜の上に前記第１の金属電極の一部が形成されている請求項１または２に記載の可変容量素子。
【請求項４】
前記高濃度ドープダイヤモンド半導体および前記低濃度ドープダイヤモンド半導体がホウ素をドープしたｐ型ダイヤモンド半導体である請求項１〜３のいずれかに記載の可変容量素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温でも動作する可変容量素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電容量を調節できる可変容量素子は、様々な電子回路に使用されている。その中でも、誘電体として空乏層を用いる可変容量素子は、電圧で空乏層の厚さを制御することによって電気的に静電容量を調節できる。空乏層を用いる可変容量素子は、一般に「バラクタ」又は「バリキャップ」と呼ばれ、以下ではこれを「バラクタ」と略称することがある。
【０００３】
バラクタは、ｐｎ接合のｐ型半導体とｎ型半導体との界面、またはＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造の絶縁膜と半導体との界面などに形成される空乏層の厚みを電圧によって制御することで静電容量を調節できる。このようなバラクタに関して、従来から様々な技術が開示されている（例えば特許文献１及び２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−４５７８９号公報
【特許文献２】特開２００３−２１８２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のバラクタは、特許文献１及び２で開示されているように、シリコン半導体を使用している。このシリコン半導体は、一般に１５０℃以下でしか正常に動作しないと言われており、シリコン半導体を使用する従来のバラクタは、動作温度の上限が約１００℃程度である。１００℃を超えるとドーパントの活性化率が高くなり、静電容量の変化量が小さくなる（バラクタとして使用できなくなる）。そのためシリコン半導体を使用するバラクタは、せいぜい１００℃程度までしか実用化できない。よって、従来のバラクタを、生産現場などの高温環境下で動作するセンサ等に使用するためには、断熱性パッケージで保護する必要があり、従来のバラクタを使用するセンサ等は、小型化や省エネルギー化が困難である。
【０００６】
本発明は前記のような事情を考慮してなされたものであって、その目的は、高温でも動作する可変容量素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成し得た本発明の可変容量素子は、
基板の上側に、ダイヤモンド半導体、第１の金属電極、第１の絶縁膜、および第２の金属電極が形成されており、
前記ダイヤモンド半導体は、基板側から順に、ドーパント濃度が２×１０20ｃｍ-3以上の高濃度ドープダイヤモンド半導体とドーパント濃度が５×１０17ｃｍ-3以下の低濃度ドープダイヤモンド半導体とで構成されており、且つ、前記高濃度ダイヤモンド半導体および第１の金属電極は電気的に接続されており、
前記第１の絶縁膜は、前記低濃度ダイヤモンド半導体と前記第２の金属電極との間に介在していることを特徴とする。
【０００８】
前記低濃度ドープダイヤモンド半導体の好ましいドーパント濃度は１×１０16ｃｍ-3以下である。
【０００９】
前記第２の金属電極の上（直上）に第２の絶縁膜が形成されており、前記第２の絶縁膜の上（直上）に前記第１の金属電極の一部が形成されている可変容量素子が好ましい。
【００１０】
前記高濃度ドープダイヤモンド半導体および前記低濃度ドープダイヤモンド半導体がホウ素をドープしたｐ型ダイヤモンド半導体であることが好ましい実施態様である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、金属電極（Ｍｅｔａｌ）、絶縁膜（Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）及び半導体（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）のＭＩＳ構造においてダイヤモンド半導体を使用することによって、１００℃を超える高温でも動作する可変容量素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施態様の可変容量素子を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第２実施態様の可変容量素子を示す概略断面図である。
【図３】実施例１で作製した可変容量素子の１６０℃でのＣ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図４】実施例で作製した可変容量素子の１６０℃でのＣ−Ｖ特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の可変容量素子は、ドーパント濃度（特にＢ濃度）が約５×１０17ｃｍ-3以下の低濃度ドープダイヤモンド半導体を構成要素として含むダイヤモンド半導体膜を用いたところに特徴がある。このようにダイヤモンド半導体を使用することによって、高温でも動作できる可変容量素子を作製できる。さらにドーパント濃度を充分に小さくすることによって、空乏層の厚みを大きくすることができ、静電容量の変化量が大きい可変容量素子を作製できる。以下、図１を参照しながら本発明の好ましい実施態様を説明する。但し本発明は図１の実施態様に限定されるものではない。
【００１４】
図１に示す本発明の可変容量素子は、基板１の上側に、ダイヤモンド半導体、第１の金属電極３、第１の絶縁膜４、および第２の金属電極５が形成されており、
前記ダイヤモンド半導体は、基板側から順に、ドーパント濃度が２×１０20ｃｍ-3以上の高濃度ドープダイヤモンド半導体２２とドーパント濃度が５×１０17ｃｍ-3以下の低濃度ドープダイヤモンド半導体２１とで構成されており、且つ、前記高濃度ダイヤモンド半導体２２および第１の金属電極３は電気的に接続されており、
前記第１の絶縁膜４は、前記低濃度ダイヤモンド半導体２１と前記第２の金属電極５との間に介在していることを特徴とする。
【００１５】
本発明の可変容量素子は、第１の絶縁膜４と接触している低濃度ドープダイヤモンド半導体２１中の空乏層の厚みが印加電圧によって変化することで、静電容量を変化させることができる。以下、本発明の可変容量素子の構成について、基板から順に説明していく。
【００１６】
本発明では基板１に特に限定は無いが、その表面がダイヤモンドである基板を使用することが好ましい。表面がダイヤモンドであれば、その上にダイヤモンド半導体を形成しやすい。表面がダイヤモンドである基板１として、例えばシリコン等の半導体基板上に絶縁性ダイヤモンド層を形成したヘテロエピタキシャル・ダイヤモンド基板、および単結晶ダイヤモンド基板などが挙げられる。
【００１７】
ダイヤモンド半導体は、低濃度ドープダイヤモンド半導体２１および高濃度ドープダイヤモンド半導体２２から構成される。低濃度ドープダイヤモンド半導体２１および高濃度ドープダイヤモンド半導体２２は、ホウ素（Ｂ）をドープしたｐ型ダイヤモンド半導体であることが好ましい。Ｂは、ダイヤモンドに導電性を付与できるドーパントの中で、活性化エネルギーの最も小さいドーパントだからである。Ｂの濃度により、絶縁性〜金属的伝導までの広い範囲での電気特性の制御が可能である。
【００１８】
低濃度ドープダイヤモンド半導体２１のドーパント濃度（特にＢ濃度）は、５×１０17ｃｍ-3以下である。このようにドーパント濃度を充分に小さくすることによって、空乏層の厚みを大きくすることができ、静電容量の変化量が大きい可変容量素子を作製できる。またこの半導体２１のドーパント濃度を充分に抑制することによって、可変容量素子の動作時のキャリア濃度を比較的小さくすることができる。
【００１９】
低濃度ドープダイヤモンド半導体２１のドーパント濃度は、好ましくは１×１０１６ｃｍ−３以下である。こうすることによって、比較的大きな市場が想定される１５０〜３００℃という高温でも、静電容量の変化量が大きいバラクタを実現できる。それは次の機構によるものと考えられる。即ち、ダイヤモンドのドーパントであるホウ素はアクセプタとして働き、低濃度の場合、その活性化エネルギーは０．３７ｅＶであることが知られている。これは、シリコン中の低濃度ホウ素の活性化エネルギー（０．０４５ｅＶ）に比べて大きい。なおホウ素濃度が上がるにつれ、活性化エネルギーは小さくなる。活性化エネルギーが小さくなり、環境温度からの熱エネルギーとの差が小さくなるとドーパントからキャリアが活性化（熱活性化）されやすくなる。つまり活性化率が上がる。熱活性化が頻繁に起こる活性化エネルギーと環境温度では、それだけ空乏層が広がりにくい。つまり、バイアスを増しても容量は変化しにくい（下がりにくい）ことになる。これが、温度上昇に伴って、静電容量が変化しにくくなる主な理由であると考えられる。
【００２０】
本発明者らは、ドーパント濃度が十分低い場合、活性化エネルギーが大きいばかりでなく、そもそもドーパントから発生するキャリア濃度が低いため、温度による活性化キャリアの変化率が低く、その結果、高温でも静電容量の大きな変化量を維持できると考えるに至った。このような観点に基づき、高温でも静電容量の大きな変化量を実用上十分確保し得る低濃度ドープダイヤモンド半導体２１の好ましいドーパント濃度を１×１０１６ｃｍ−３以下に設定した次第である。
【００２１】
なお、低濃度ドープダイヤモンド半導体２１のドーパント濃度の下限は特に限定されない。しかしアクセプタ型のドーパント（例えばホウ素）を用いる場合、窒素のようなドナー的不純物が入ると補償効果により、実質的にアクセプタ型のドーパントの作用が打ち消される。この窒素はダイヤモンド中に入りやすい不純物として知られており、ダイヤモンドの成長中に大気が窒素源となることから、現実にはその濃度を抑えることが困難である。したがって、アクセプタ型のドーパント濃度を低減しすぎると、意図せずに混入した窒素の濃度よりも低くなってしまい、キャリア源としての効果が発揮されなくなる。したがって、少なくとも極力窒素濃度を上回る濃度以上にアクセプタ型のドーパントを設定することが好ましい。詳細には、極限窒素濃度でアクセプタ型のドーパント（特にホウ素）の下限を定めることが好ましい。
【００２２】
低濃度ドープダイヤモンド半導体２１中のドーパント濃度は均一である必要は無く、半導体２１中でこの濃度が連続的に変更していても良い。但し低濃度ドープダイヤモンド半導体２１の全ての箇所で、ドーパント濃度は５×１０17ｃｍ-3以下である必要がある。さらに低濃度ドープダイヤモンド半導体２１と高濃度ドープダイヤモンド半導体２２との間に遷移ドープダイヤモンド半導体（遷移層）が存在していても良い。即ち本発明の可変容量素子は、「絶縁膜／低濃度ドープダイヤモンド半導体（５×１０17ｃｍ-3以下）／遷移ドープダイヤモンド半導体（５×１０17ｃｍ-3超〜２×１０20ｃｍ-3未満）／高濃度ドープダイヤモンド半導体（２×１０20ｃｍ-3以上）／基板」という構成であっても良い。この遷移ドープダイヤモンド半導体は、薄いほど良く、その厚みの上限は、好ましくは１μｍ程度であり、より好ましくは１００ｎｍ程度である。遷移ドープダイヤモンド半導体は存在しないことが最も好ましい。
【００２３】
低濃度ドープダイヤモンド半導体２１の厚さは、要求される静電容量に応じて、任意に設できるが、その下限は、通常１ｎｍ、好ましくは１０ｎｍである。上記の下限は、高濃度ダイヤモンド半導体からの量子論的な電荷（キャリア）のしみだしと、厚みが小さいことによって容量変化が小さくなることなどを考慮して決定される。また低濃度ドープダイヤモンド半導体２１の厚さが大きいほど、容量の変化量の大きな可変容量素子を作製できる。しかしこの厚さが大きくなりすぎると、電圧降下による駆動電圧が高くなる。また、成膜時間が長くなってコスト高になり、実用的な範囲を超えてしまう。そこで低濃度ドープダイヤモンド半導体２１の厚さは、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下である。例えば、電極面積０．０１ｍｍ2の素子において、厚み１０μｍの低濃度ダイヤモンド全体に空乏層が広がった場合のダイヤ膜の容量ＣＤは、下式により約０．１ｐＦとなる。
容量ＣＤ
＝ε×Ｓ／ｄ
＝５．７×８．８６×１０-14［Ｆ／ｃｍ］×０．０１［ｍｍ2］／１０［μｍ］
≒０．１ｐＦ
（上記式中、ε：誘電体の誘電率、Ｓ：電極の面積、ｄ：電極間の距離）
素子全体の容量Ｃは、
１／Ｃ＝１／ＣI＋１／ＣＤ
となる。
（上記式中、ＣI：絶縁膜の容量）
【００２４】
本発明の可変容量素子では、基板上にまず高濃度ドープダイヤモンド半導体２２を形成し、この上に低濃度ドープダイヤモンド半導体２１を形成する。このような構成を採用することによって、品質の高い低濃度ドープダイヤモンド半導体２１を形成でき、可変容量素子の特性を向上させることができる。
【００２５】
高濃度ドープダイヤモンド半導体２２のドーパント濃度（特にＢ濃度）は、２×１０20ｃｍ-3以上、好ましくは５×１０20ｃｍ-3以上（このときの抵抗率は約１０ｍΩｃｍ）である。ドーパント濃度が２×１０20ｃｍ-3以上であれば、半導体２２のキャリア活性率はほぼ１００％となり、半導体２２は金属的な挙動を示す。このようにドーパント濃度を高めることによって、高濃度ドープダイヤモンド半導体２２と第１の金属電極３との間の接触抵抗を低減することができ、可変容量素子の特性を向上させることができる。しかし高濃度ドープダイヤモンド半導体２２のドーパント濃度が高くなりすぎると、半導体２２の結晶性が崩れる。そこで半導体２２のドーパント濃度（特にＢ濃度）は、好ましくは１×１０22ｃｍ-3以下、より好ましくは５×１０21ｃｍ-3以下である。高濃度ドープダイヤモンドのドーパント濃度が１×１０22ｃｍ-3を超えると、結晶性が崩れ結晶欠陥が著しく増加する。その結果、この上部に形成する低濃度ドープダイヤモンドの結晶性も悪くなり、転位が増加し、容量素子の高速反応性や容量変化特性が劣化する。
【００２６】
高濃度ドープダイヤモンド半導体２２の厚さが薄すぎると、高濃度ドープダイヤモンドにまで空乏層が広がり、金属電極界面とのオーミック特性がとれなくなる。一方、逆に厚すぎると、成膜コストが高くなるほか、電圧降下が大きくなる。半導体２２の厚さは、好ましくは１０ｎｍ〜１０μｍである。
【００２７】
第１の金属電極３は、高濃度ドープダイヤモンド半導体２２と電気的に接続している。第１の金属電極３は、オーミック電極を形成するものであれば良く、例えばＰｔ、Ｍｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｖおよびこれらの合金が挙げられる。これらの中でもＰｔおよびその合金が好ましい。
【００２８】
第１の絶縁膜４として、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化窒素（ＳｉＮ）、ハフニア（ＨｆＯ2）、ＺｒＯ2、ＨｆＳｉＯ2、ＢａＺｒＯ3、ＬａＡｌＯ3、ＺｒＳｉＯ3など、或いはこれらを主成分とする化合物、混合物または積層膜を使用できる。これらの中でもアルミナが好ましい。
【００２９】
コンデンサの静電容量を大きくするため、第１の絶縁膜４の厚さは、耐電圧性が保たれる範囲で小さいほど良い。絶縁膜の厚さは、好ましくは、２０〜１００ｎｍである。なお、上記下限は、絶縁耐圧６ＭＶ／ｃｍ、１０Ｖまで印加するとして設定された値である。
【００３０】
本発明の構造では、電極／絶縁膜／低濃度ダイヤモンド／高濃度ダイヤモンド／電極の構造である。通常の可変容量素子は、ｐｎ接合を逆方向にバイアスし接合近傍の空乏層厚の変化を利用しているが、本発明では、低濃度ドープダイヤモンドの空乏層厚変化を利用し、さらに絶縁膜を設けているところに特徴がある。
【００３１】
上記のように絶縁膜を入れることにより、順バイアスでも使用できるといった効果がある。ただし、低濃度ドープダイヤモンド層のドーパント濃度が非常に低い場合にそれが可能となる。低濃度ドープダイヤモンド層のドーパント濃度が比較的高い場合、逆バイアスから順バイアスに変化させると、低濃度ドープダイヤモンド内が全て導電性となり、容量は絶縁膜のみの容量になる。すなわち、固定容量素子になる。これは順バイアスをさらに上げても変わらない。なお「順バイアス」とは、第１の金属電極を基準として、第２の金属電極が負電圧となっている状態を指し、「逆バイアス」とはその逆の状態を指す。
【００３２】
一方、低濃度ドープダイヤモンド層のドーパント濃度が十分低い場合、実質アンドープダイヤモンドとして振る舞う。なぜなら、逆バイアスから順バイアスに変化させても（実質アンドープの）低濃度ドープダイヤモンド層内にほとんどキャリアが発生しないため、空乏層厚の変化の仕方が異なるはずであると考えた。逆バイアスから順バイアスに変化させると、ある一定のバイアス以上で、キャリアが低濃度ドープダイヤモンドから発生するのではなく、高濃度ドープダイヤモンド層から、層間のポテンシャルバリアを越えてキャリアが注入され、絶縁膜直下の低濃度ドープダイヤモンド層内に蓄積してキャリア蓄積層が形成される。一方、キャリア蓄積層と高濃度ドープダイヤモンド層との間には依然として空乏層が存在する。バイアスをさらに増加させると、注入されるキャリアが増加し、蓄積層の厚さが増加するに伴い空乏層は薄くなる。さらにバイアスを増大させると空乏層厚が薄くなり、絶縁膜の容量に漸近する。このような動作が可能なドーパント濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下である。
【００３３】
このとき、高濃度ドープダイヤモンドと低濃度ドープダイヤモンドのドーパントは、いずれもホウ素であることが望ましい。こうすることによって、高濃度ドープダイヤモンドと低濃度ドープダイヤモンドとの界面にできるポテンシャルバリアがほぼ０．３７／２＝０．１９ｅＶになる。温度Ｔ（単位：ケルビンＫ）の熱エネルギーはｋB・Ｔであるので（ｋB：ボルツマン定数）、２７℃＝３００Ｋでは、１．３８×１０-23×３００（Ｊ）＝１．３８×１０-23×３００／（１．６０×１０-19）（ｅＶ）＝０．０２５９（ｅＶ）となり、また、３００℃＝５７３Ｋでは、０．０４９４ｅＶとなる。この値はポテンシャルバリア０．１９ｅＶに比べて十分小さく、つまり３００℃でも十分バリアとして働くことを意味する。
【００３４】
第２の金属電極５としては、特に第１の絶縁膜４に酸化物を使用する場合、絶縁膜との密着性を向上させるために、Ｃｕ、Ａｌなどの酸化物を形成しやすい金属およびその合金が好ましい。特に金属電極５として、仕事関数の大きいＡｌまたはその合金が好適である。
【００３５】
本発明の可変容量素子の好ましい実施態様では、図２に示すように、第２の金属電極５の上（直上）に第２の絶縁膜６が形成されており、第２の絶縁膜６の上（直上）に第１の金属電極３の一部が形成されている。この好ましい実施態様では、「第１の金属電極３の一部／ダイヤモンド半導体（高濃度ドープダイヤモンド半導体２２および低濃度ドープダイヤモンド半導体２１）／第１の絶縁膜４／第２の金属電極５」の部分で可変容量素子（バラクタ）を形成し、「第２の金属電極５／第２の絶縁膜６／第１の金属電極３の一部」で固定容量素子を形成する。そのためこの実施態様の可変容量素子では、固定容量素子部分によって静電容量を増大させることができる。
【００３６】
図２に示す実施態様では固定容量素子の部分は１つであるが、本発明の可変容量素子では、さらに絶縁膜および金属電極を重ねることで、固定容量素子の部分を２つ以上形成しても良い。
【００３７】
図２に示すように固定容量素子部分を積層した本発明の可変容量素子は、固定容量素子を基板の別の領域に形成した場合と比べて、容量素子の面積あたりの静電容量を高めることができる。言い換えれば、この実施態様の可変容量素子は、同じ静電容量であれば、基板上の占有面積を低減させることができる。ダイヤモンド基板は非常に高価であるため、基板の占有面積を抑えることができれば、コストを大幅に低減させることができる。
【００３８】
第２の絶縁膜６には、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化窒素（ＳｉＮ）、ハフニア（ＨｆＯ2）、ＺｒＯ2、ＨｆＳｉＯ2、ＢａＺｒＯ3、ＬａＡｌＯ3、ＺｒＳｉＯ3など、或いはこれらを主成分とする化合物、混合物または積層膜を使用できる。第１の絶縁膜４および第２の絶縁膜６には、同じ材料を用いても良く、別の材料を用いても良い。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記・下記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４０】
実施例１
本実施例では、図１に示す構成の可変容量素子を作製した。
【００４１】
まず基板１として、シリコン基板上にヘテロエピタキシャル・ダイヤモンドを成膜したヘテロエピタキシャル・ダイヤモンド基板を使用した。このヘテロエピタキシャル・ダイヤモンド基板は、以下のようにして作製した。
【００４２】
特開平０７−０６９７８９号公報の実施例に記載されたバイアス印加による高配向ダイヤモンド膜の作製方法に基づき、シリコン（１００）基板上にダイヤモンドの（１００）面を表面とするヘテロエピタキシャル・ダイヤモンドを成膜した。このヘテロエピタキシャル・ダイヤモンド膜を、膜厚が３００μｍ以上であり、ダイヤモンド結晶粒の大きさが平均１００μｍとなるまで成長させた。次いでダイヤモンド表面を機械研磨し、その算術平均粗さＲａを５ｎｍ未満とした。
【００４３】
前記基板１上に、アルミナ膜を蒸着し、リソグラフィ技術によってパターンを形成してから、下記条件のマイクロ波プラズマＣＶＤ法でボロンをドープしたダイヤモンド半導体を成膜し、アルミナ膜を除去することによって、高濃度ドープダイヤモンド半導体２２を形成した。なお下記のドーパント濃度は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定した。
（１）高濃度ドープダイヤモンド半導体２２の成膜条件
・使用装置：２．４５ＧＨｚのマイクロ波ＣＶＤ装置
・反応ガス：水素、メタン０．５体積％及びジボラン０．０５体積％の混合ガス
・反応容器内の圧力：６．６ｋＰａ（５０Ｔｏｒｒ）
・基板温度：８００℃
（２）高濃度ドープダイヤモンド半導体２２の物性
・ドーパント（ボロン）濃度：６×１０20ｃｍ-3
・厚さ：約４０ｎｍ
【００４４】
前記高濃度ドープダイヤモンド半導体２２上に、ボロンをドープした低濃度ドープダイヤモンド半導体２１を形成した。なお成膜条件は、ジボラン濃度を０．１体積ｐｐｍとしたこと以外は、前記高濃度ドープダイヤモンド半導体２２の場合と同様である。
低濃度ドープダイヤモンド半導体２１の物性
・ドーパント（ボロン）濃度：２×１０17ｃｍ-3
・厚さ：約３０ｎｍ
【００４５】
前記高濃度ドープダイヤモンド半導体２２上に、第１の金属電極３として、厚さが約１００ｎｍである白金電極をスパッタ法で形成した。
【００４６】
前記高濃度ドープダイヤモンド半導体２２、低濃度ドープダイヤモンド半導体２１および白金電極３上に、第１の絶縁膜４としてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）膜を、原子層堆積法により次のようにして形成した。トリメチルアルミニウム（以下「ＴＭＡ」と略称する）及び純水を、それぞれ高純度窒素ガスでバブリングしてから、原料ガスとして反応容器に交互に導入した。ＴＭＡ及び純水の供給時間および反応容器内の圧力は、それぞれ１〜２秒および２〜３ｋＰａであり、ＴＭＡと純水との供給の間に５〜２０秒の窒素ガスによるパージを行い、これを３００回繰り返すことによって、厚さが約３５ｎｍであるアルミナ膜を形成した。なおアルミナ成膜中、基板を３５０℃に維持した。
【００４７】
前記第１の絶縁膜４上に、第２の金属電極５として、厚さが約２００ｎｍであるアルミニウム電極を抵抗加熱蒸着法で形成した。
【００４８】
上述のようにして作製した可変容量素子のＣ（静電容量）−Ｖ（電圧）特性を１６０℃で測定した。その結果を図３に示す。図３には、測定データ◆をプロットすると共に、スムージング処理した線も示している。図３で示されているように、ＭＩＳ構造でダイヤモンド半導体を用いた本発明の可変容量素子は、第２の金属電極に正電圧を印加すると、静電容量が減少する傾向を示し、１６０℃の高温でも可変容量素子として動作できる。なお、図には示していないが、１６０℃以外の温度条件下でも同様の実験を行なっており、多少の温度依存性は見られるものの、図３と同様の傾向が見られたことを確認している。
【００４９】
実施例２及び３、並びに比較例１
上記の実施例１において、低濃度ドープダイヤモンド半導体および高濃度ドープダイヤモンド半導体の各ドーパント濃度および各膜厚を表１に示すように変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２及び３、並びに比較例１の可変容量素子を製造し、そのＣ−Ｖ特性を１６０℃で測定した。表１には、参考のため、上記実施例１の上記値も併記している。なお、比較例１は、本発明の低濃度ダイヤモンド半導体のドーパント濃度の要件を満たしていない例である。
【００５０】
また、実施例１〜３及び比較例１のＣ−Ｖ特性を示すグラフを図４に示す。
【００５１】
【表１】
2010177278.tif 000003
【００５２】
これらの結果より、本発明の要件を満足する実施例１〜３の可変容量素子は、１６０℃の高温でも可変容量素子として動作できることが確認された。
【符号の説明】
【００５３】
１  基板
２１  低濃度ドープダイヤモンド半導体
２２  高濃度ドープダイヤモンド半導体
３  第１の金属電極
４  第１の絶縁膜
５  第２の金属電極
６  第２の絶縁膜
【図３】
2010177278.tif 000004
【図４】
2010177278.tif 000005
【図１】
2010177278.tif 000006
【図２】
2010177278.tif 000007