【手続補正書】
【提出日】平成15年9月2日(2003.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンドの表面を水素終端した領域にニッケル（Ｎi），タングステン（Ｗ），鉄（Ｆe），銅（Ｃu）のいずれかからなるゲート電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを設けたことを特徴とする水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ。
【請求項２】
ＭＥＳＦＥＴが、金もしくは白金からなるオーミックコンタクトを形成したドレインおよびソースを有する請求項１に記載の水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ。
【請求項３】
ダイヤモンドの表面を水素終端した領域とダイヤモンドの表面を非水素終端させた絶縁領域とに分離し、水素終端した領域にニッケル（Ｎi），タングステン（Ｗ），鉄（Ｆe），銅（Ｃu）のいずれかからなるゲート電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを設けたことを特徴とする素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ。
【請求項４】
非水素終端させた領域が、水素終端ダイヤモンドの表面を酸素プラズマ処理によって酸素置換して得られた酸素終端ダイヤモンドで構成される請求項３に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ。
【請求項５】
非水素終端させた領域が、水素終端ダイヤモンドの表面をアルゴンイオン照射することによって非水素終端した非水素終端ダイヤモンドで構成される請求項３に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ。
【請求項６】
ダイヤモンドの表面を酸素終端し、次いで、半導体素子を形成する領域のダイヤモンド表面を水素処理することによって水素終端し、該水素終端領域にニッケル（Ｎi），タングステン（Ｗ），鉄（Ｆe），銅（Ｃu）のいずれかからなるゲート電極を有するＭＥＳＦＥＴを形成することを特徴とする素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの製造方法。
【請求項７】
ＭＥＳＦＥＴは、水素終端領域上にソース電極あるいはドレイン電極となる金属を蒸着してオーミックコンタクトを形成する工程と、両コンタクトの間のゲート電極となる金属を蒸着する工程からなる請求項６に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの製造方法。
【請求項８】
ダイヤモンドの表面を水素終端する工程と、デプレッション型ＭＥＳＦＥＴを形成する領域にソース電極およびドレイン電極となる材料でマスクを形成する工程と、このマスクを用いてデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを形成する領域以外のダイヤモンド表面を絶縁領域とする処理を施す工程と、前記マスクをソース電極およびドレイン電極とする工程と、両電極間にニッケル（Ｎi），タングステン（Ｗ），鉄（Ｆe），銅（Ｃu）のいずれかからなるゲート電極を形成する工程とからなることを特徴とする素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの製造方法。
【請求項９】
絶縁領域を形成する工程が、デプレッション型ＭＥＳＦＥＴ形成領域に設けたソース電極およびドレイン電極として用いられる金属をマスクとして用いてデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを形成する領域以外のダイヤモンド表面を酸素処理またはアルゴンイオン照射して絶縁領域とする工程である請求項８に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの製造方法。
【請求項１０】
絶縁領域を形成する工程が、デプレッション型ＭＥＳＦＥＴ形成領域に設けたソース電極およびドレイン電極として用いられる金属とレジストとをマスクとして用いてデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを形成する領域以外のダイヤモンド表面にアルゴンイオン照射して絶縁領域とする工程である請求項８に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの製造方法。
【請求項１１】
ダイヤモンドの表面を水素終端した領域とダイヤモンド表面を非水素終端させた絶縁領域とに分離し、水素終端した領域の少なくとも一つにニッケル（Ｎi），タングステン（Ｗ），鉄（Ｆe），銅（Ｃu）のいずれかからなるゲート電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴと、水素終端した領域の少なくとも他の一つに鉛（Ｐb）、アルミニウム（Ａl）のいずれかからなるエンハンスメント型ＭＥＳＦＥＴを設けたことを特徴とする素子分離された水素終端ダイヤモンドＭＥＳＦＥＴを用いた電子回路。
【請求項１２】
ダイヤモンドの表面を水素終端した領域にダイヤモンド表面とのショットキー障壁の高さが０．７ｅＶ以下の金属材料からなるゲート電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを設けたことを特徴とする水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ。
【請求項１３】
ダイヤモンドがホモエピタキシャルダイヤモンドもしくはヘテロエピタキシャルダイヤモンドである請求項１２記載の水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ。
【請求項１４】
ＭＥＳＦＥＴが、金もしくは白金からなるオーミックコンタクトを形成したドレインおよびソースを有する請求項１２または請求項１３に記載の水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ。
【請求項１５】
ダイヤモンドの表面を水素終端した領域とダイヤモンドの表面を非水素終端させた絶縁領域とに分離し、水素終端した領域にダイヤモンド表面とのショットキー障壁の高さが０．７ｅＶ以下であり閾値電圧が０Ｖ以上である金属材料からなるゲート電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを設けたことを特徴とする素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ。
【請求項１６】
非水素終端させた領域が、水素終端ダイヤモンドの表面を酸素プラズマ処理によって酸素置換して得られた酸素終端ダイヤモンドで構成される請求項１５に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ。
【請求項１７】
非水素終端させた領域が、水素終端ダイヤモンドの表面をアルゴンイオン照射することによって非水素終端した非水素終端ダイヤモンドで構成される請求項１５に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ。
【請求項１８】
ダイヤモンドの表面を水素終端する工程と、デプレッション型ＭＥＳＦＥＴを形成する領域にソース電極およびドレイン電極となる材料でマスクを形成する工程と、このマスクを用いてデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを形成する領域以外のダイヤモンド表面を絶縁領域とする処理を施す工程と、前記マスクをソース電極およびドレイン電極とする工程と、両電極間にダイヤモンド表面とのショットキー障壁の高さが０．７ｅＶ以下であり閾値電圧が０Ｖ以上である金属材料からなるゲート電極を形成する工程とからなることを特徴とする素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの製造方法。
【請求項１９】
絶縁領域を形成する工程が、デプレッション型ＭＥＳＦＥＴ形成領域に設けたソース電極およびドレイン電極として用いられる金属をマスクとして用いてデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを形成する領域以外のダイヤモンド表面を酸素処理またはアルゴンイオン照射して絶縁領域とする工程である請求項１８に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの製造方法。
【請求項２０】
絶縁領域を形成する工程が、デプレッション型ＭＥＳＦＥＴ形成領域に設けたソース電極およびドレイン電極として用いられる金属とレジストとをマスクとして用いてデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを形成する領域以外のダイヤモンド表面にアルゴンイオン照射して絶縁領域とする工程である請求項１８に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
図１３は、上述した従来のＦＥＴの構造の概念を示す平面図であり、図１４は、図１３でＢ−Ｂ線で示される断面を示す一部断面図である。このＦＥＴ８０は、基板８１の上に、不純物が注入されていないダイヤモンド層８２を形成し、その上に硼素Ｂを注入した層８３を設けた後、環状のｐ＋領域８４と、この環状領域と同心円状に配置された円状のｐ＋領域８５を形成するとともに、前記環状領域８４と円状領域８５との間に環状の非注入領域８６を形成し、各領域の上にそれぞれソースオーミックコンタクト８７、ドレインオーミックコンタクト８８およびゲート電極８９を形成して構成される。すなわち、上述のＦＥＴは、外への電流リークを防ぐために図１３に示すように素子形状を円形に形成する必要があり、素子を微細化したり高密度に集積するには適していなかった。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
さらに、デプレッション型ＭＥＳＦＥＴを得るには、一般に電気陰性度の高い金属をゲート電極として用いればよいと考えられたが、実際にダイヤモンドの表面にＭＥＳＦＥＴを形成すると、その特性モードが電気陰性度の傾向と整合しない金属があることを見出した。
すなわち、図１５に示すように、銅（Ｃu）、ニッケル（Ｎi）のように電気陰性度が高い金属を用いたＭＥＳＦＥＴでは、その閾値電圧が０Ｖ以上となりデプレッションモードのＭＥＳＦＥＴを得ることができ、また、鉛（Ｐb）、アルミニウム（Ａl）のように電気陰性度の低い金属を用いたＭＥＳＦＥＴでは、その閾値電圧は０Ｖ以下となりエンハンスメントモードのＭＥＳＦＥＴを得ることができるが、クロム（Ｃr）の場合は、鉛（Ｐb）よりも電気陰性度が低いにもかかわらずＭＥＳＦＥＴの閾値電圧は銅（Ｃu）と並ぶ程度の正の電圧となりデプレッションモードとなることを見出した。
このことから、ダイヤモンド表面にＭＥＳＦＥＴを形成するに当たっては、ゲート電極として使用する金属の電気陰性度を指標として動作モードを設定することは適切でないことを意味している。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、ダイヤモンドの表面を水素終端した領域にニッケル（Ｎi），タングステン（Ｗ），鉄（Ｆe），銅（Ｃu）のいずれかからなるゲート電極を設けてデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを構成した。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
この出願の発明は、素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴにおいて、ダイヤモンドの表面を水素終端した領域とダイヤモンド表面を非水素終端させた絶縁領域とに分離し、水素終端した領域にＮi，Ｗ，Ｆe，Ｃuのいずれかからなるゲート電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴとした。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
さらに、この出願の発明は、ダイヤモンドの表面を水素終端した領域とダイヤモンド表面を非水素終端させた絶縁領域とに分離し、水素終端した領域の少なくとも一つにニッケル（Ｎi），タングステン（Ｗ），鉄（Ｆe），銅（Ｃu）のいずれかからなるゲート電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴと、水素終端した領域の少なくとも他の一つに鉛（Ｐb）、アルミニウム（Ａl）のいずれかからなるエンハンスメント型ＭＥＳＦＥＴを設けたことを特徴とする素子分離された水素終端ダイヤモンドＭＥＳＦＥＴを用いて電子回路を構成した。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
さらに、この出願の発明は、ダイヤモンドの表面を水素終端した領域にダイヤモンド表面とのショットキー障壁の高さが０．７ｅＶ以下であり閾値電圧が０Ｖ以上である金属材料からなるゲート電極を設けてデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを構成した。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
この出願の発明は、素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴにおいて、ダイヤモンドの表面を水素終端した領域とダイヤモンド表面を非水素終端させた絶縁領域とに分離し、水素終端した領域にダイヤモンド表面とのショットキー障壁の高さが０．７ｅＶ以下であり閾値電圧が０Ｖ以上である金属材料からなるゲート電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴとした。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
さらに、この出願の発明は、ダイヤモンドの表面を水素終端した領域とダイヤモンド表面を非水素終端させた絶縁領域とに分離し、水素終端した領域の少なくとも一つにダイヤモンド表面とのショットキー障壁の高さが０．７ｅＶ以下であり閾値電圧が０Ｖ以上である金属材料からなるゲート電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴと、水素終端した領域の少なくとも他の一つに鉛（Ｐb）、アルミニウム（Ａl）のいずれかからなるエンハンスメント型ＭＥＳＦＥＴを設けたことを特徴とする素子分離された水素終端ダイヤモンドＭＥＳＦＥＴを用いて電子回路を構成した。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
ゲート電極としては、銅のほかに、ニッケル（Ｎi），タングステン（Ｗ），鉄（Ｆe）を用いることができる。加えて、ゲート電極として、ＭＥＳＦＥＴの閾値電圧が０Ｖ以上となる金属材料を用いることができる。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
ゲート電極として、ニッケル（Ｎi），タングステン（Ｗ），鉄（Ｆe）を用いたデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ、および、ゲート電極として、ＭＥＳＦＥＴの閾値電圧が０Ｖ以上となる金属材料すなわちダイヤモンド表面との間にショットキー障壁を形成しショットキー障壁の高さが０．７ｅＶ以下であり閾値電圧が０Ｖ以上である金属を用いたデプレッション型ＭＥＳＦＥＴも上記と同様に構成することができる。
さらに、ダイヤモンドとしてホモエピタキシャルダイヤモンドを例にとったが、本発明は、これに限らず表面が平滑になっているヘテロエピタキシャルダイヤモンドであってもよい。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
上述の実施例では、オーミック電極材料として金を、ショットキーバリア電極として銅を用いて説明したが、オーミック電極材料としては電気陰性度の高いものであれば良く、金の他に白金（Ｐt）を用いることができ、また、ショットキーバリアを形成する電極材料としては、銅の他にニッケル（Ｎi）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆe）などを用いることができる。
ダイヤモンドに対してデプレッション型ＭＥＳＦＥＴが作製できる適当な障壁高さを持つショットキーバリアを形成できる電極材料としては、さらに、ハフニウム（Ｈf）、モリブデン（Ｍo）、カドミウム（Ｃd）、パラジウム（Ｐd）、コバルト（Ｃo）、ジルコニウム（Ｚr）、錫（Ｓn）、アンチモン（Ｓb）などがある。


【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
次に、水素終端ダイヤモンドＭＥＳＦＥＴの動作モードを決定する指標として、従来考えられていた電気陰性度に代わる指標について説明する。
すなわち、水素終端ダイヤモンドＭＥＳＦＥＴのゲート電極のショットキー障壁高さとＭＥＳＦＥＴの閾値電圧との関係を示す図１２を用いて、ゲート電極の材料の選択について説明する。
図に示すように、ＭＥＳＦＥＴにおけるゲート電極材料について、横軸にショットキー障壁の高さ（ｅＶ）をとり、縦軸にＭＥＳＦＥＴの閾値電圧（Ｖ）によって各金属の測定結果を現すと、ショットキー障壁高さが０．７ｅＶ以下の銅（Ｃu），クロム（Ｃr），鉄（Ｆe），ニッケル（Ｎi）の各金属では閾値電圧が０Ｖ以上となり、ショットキー障壁高さが０．７ｅＶを超える亜鉛（Ｚn），鉛（Ｐb），アルミニウム（Ａl）の各金属では閾値電圧が負となることを見出した。すなわち、ショットキー障壁高さをもって水素終端ダイヤモンドＭＥＳＦＥＴの動作モードの指標とすることができる。
したがって、ショットキー障壁の高さが０．７ｅＶ以下の金属を用いることによってＭＥＳＦＥＴの閾値の値を０Ｖ以上とすることができ、ダイヤモンド薄膜上の水素終端領域にデプレッション型のＭＥＳＦＥＴを形成することができ、ショットキー障壁の高さが０．７ｅＶ以上の金属を用いることによってＭＥＳＦＥＴの閾値の値を負とすることができ、ダイヤモンド薄膜上の水素終端領域にエンハンスメント型のＭＥＳＦＥＴを形成することができる。


【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、水素終端したホモエピタキシャルダイヤモンドの表面に、所望の障壁のショットキーバリアを形成する銅やニッケル、タングステン、鉄等の金属を用いた蒸着によってゲート電極を形成し、電気陰性度の高い金や白金等の金属の蒸着によってソース電極およびドレイン電極を形成することによって、デプレッションモードで動作し、相互コンダクタンスが大きなＭＥＳＦＥＴを得ることができ、各素子間のダイヤモンドの表面を非水素終端とすることによって、簡単な製造工程と手段によって各素子間を絶縁分離することができ、複数のデプレッション型ＭＥＳＦＥＴが集積されたダイヤモンド半導体デバイスを形成することができる。


【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの構造を示す平面図。
【図２】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの構造を示す断面図。
【図３】ダイヤモンドの終端の構造を示す概念図。
【図４】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの絶縁分離を形成する工程の一例を示す図。
【図５】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの絶縁分離を形成する工程の他の例を示す図。
【図６】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの製造工程を示す工程図。
【図７】図６に示す工程で得た水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの特性を示す図。
【図８】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの特性を示す図。
【図９】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの絶縁分離を形成する工程の第３の例を示す図。
【図１０】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの絶縁分離を形成する工程の第４の例を示す図。
【図１１】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴとダイヤモンドエンハンスメント型ＭＥＳＦＥＴからなるインバータの回路構成を示す回路図。
【図１２】ＭＥＳＦＥＴのゲート電極の各種金属ごとのショットキー障壁高さと閾値電圧の対応を説明する図。
【図１３】従来のダイヤモンド半導体の構造を示す平面図。
【図１４】従来のダイヤモンド半導体の構造を示す断面図。
【図１５】ゲート電極金属の電気陰性度とＭＥＳＦＥＴの閾値電圧との関係を示す図。
【手続補正３０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2003188191.tif 000001
【手続補正３１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2003188191.tif 000002
【手続補正３２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2003188191.tif 000003
【手続補正３３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2003188191.tif 000004
【手続補正３４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１８
【補正方法】削除
【補正の内容】