拡散接合によるシリコン整流素子の創製

• 研究課題/領域番号: 09450269
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 材料加工・処理
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 大橋 修 新潟大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (00283002)
• 研究分担者: 吉岡 隆幸 新潟大学, 大学院・自然科学研究科, 助手 (30303176) ; 松原 幸治 新潟大学, 工学部, 助手 (20283004) ; 新田 勇 新潟大学, 大学院・自然科学研究科, 助教授 (30159082)
• 研究期間 (年度): 1997 – 1999
• 研究課題ステータス: 完了 (1999年度)
• 配分額: 14,100千円 (直接経費: 14,100千円); 1999年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円); 1998年度: 5,100千円 (直接経費: 5,100千円); 1997年度: 7,400千円 (直接経費: 7,400千円)
• キーワード: シリコン / 拡散接合 / P-N接合 / 直接接合 / イオン衝撃 / 単結晶 / 表面皮膜 / PN接合 / 表面被膜

研究概要

シリコンウェハーの間に酸化物を挟んだSOI(Silicon on Insulator)構造はデバイスとして理想的な構造であることから、近年注目されている。このSOI構造形成にシリコンウェハー同士の直接接合が試みられている。しかし、その接合機構は必ずしも明らかではない。
そこで、P形及びN形シリコンの単結晶の接合に、加圧・加熱して接合する拡散接合法を適用し、接合条件因子(接合温度、時間、表面処理など)の接合部の電気抵抗、整流特性、表面皮膜の挙動への影響を検討し、P-N接合部の形成の指針を得ることを目的とした。
その結果、拡散接合によってPN接合部を形成することができる。接合部の形成には接合温度の上昇とともに、シリコン材料が変形して接合面同士が接触し、接合面上の酸化皮膜が母材への拡散によって一部消失する。接合部の電子顕微鏡観察から、酸化皮膜が厚い場合は、接合部に非晶質の酸化物相が残る。この界面は広い範囲で平滑であり、接合界面の酸化皮膜はドープ材の相互拡散を抑制することから、高い温度で接合した接合部の整流特性の劣化を抑制する。また、厚い酸化物膜内にドープ材が拡散することにより電流が流れ、厚い酸化皮膜を介してのも整流特性が発現することが予想された。
整流特性の向上のためには、空隙が生じないように平坦で、酸化物が残留しないような清浄で且つ均一な表面組成同士を拡散相が生じないように、低い温度で接合するすることが必要であることが明らかとなった。