【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24HK0044

利用課題名 / Title

微細加工技術を用いたダイヤモンド検出器および半導体デバイスの研究

利用した実施機関 / Support Institute

北海道大学 / Hokkaido Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

カーボン系材料/ Carbon related materials,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,ALD,CVD,PVD,スパッタリング/ Sputtering,成形/ Molding,リソグラフィ/ Lithography,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,ダイシング/ Dicing,エレクトロデバイス/ Electronic device

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

奥野 朝陽

所属名 / Affiliation

北海道大学　工学院　量子理工学専攻

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

金子純一

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

大西　広,中村 圭佑,細井 浩貴,小島 俊哉,石 旭,山﨑 郁乃,細井 浩貴,工藤 昌輝,遠堂 敬史,纐纈 ゆかり,アグス スバギョ,末岡 和久,松尾 保孝

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

HK-604：レーザー描画装置
HK-611：多元スパッタ装置
HK-620：ICP高密度プラズマエッチング装置（フッ素）
HK-626：光学干渉式膜厚計
HK-708：触針式プロファイラー（段差計）

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

耐放射線性・高温動作ダイヤモンド IC の実現を目指し、IC 開発に向けた基盤技術構築の一部としてダイヤモンド基板上への抵抗とコンデンサの試作と評価を行った。  

実験 / Experimental

北海道大学創成科学研究棟 クリーンルームの装置群を使用してダイヤモンド上へNiCr抵抗とAl₂O₃コンデンサの試作を行った。先行研究を参考に、コンデンサの誘電体層にはAl₂O₃を使用し、静電容量:3nF, 1nF, 300pF, 100pFとなるように設計した[1]。抵抗用金属として温度による抵抗率変化が小さいNiCrを用いた[1]。抵抗値:100kΩ, 30kΩ, 10kΩ, 3kΩとなるように設計した。「レーザー描画装置 HEIDERBERG INSTRUMENTS DWL66HK」を使用してダイヤモンド上に抵抗部分と電極のパターンを描画した。「反応性イオンエッチング装置 RIE-101iPH」を使用して、パターン現像後にレジスト残渣除去を行った。「多元スパッタULVAC QAM-4-STS」は、電極用の金属の成膜に使用した。抵抗用金属であるNiCrの成膜と、コンデンサの誘電体層であるAl₂O₃の成膜は自機関の装置で行った。

結果と考察 / Results and Discussion

図1、図2にEDP社製10mm角単結晶基板上に作製したコンデンサ、抵抗の光学像と断面図を示す。
図3に、試作したコンデンサの室温における周波数-静電容量特性を示す。設計容量100pFに対して、試作したコンデンサの容量は27pFと低く、10kHzを超えたところで減少した。先行研究[1]ではp型Si上にコンデンサを作製し、設計容量に対する実際の容量のずれは5%程度であった。今回の試作で先行研究と異なる点は、電極にp+ダイヤモンド層を使用したこと、同一電極(p+層)上に多数のコンデンサを作製したことである。Al₂O₃の成膜方法は先行研究と同じであり、Al₂O₃膜の厚さ、電極面積は概ね設計値通りであった。原因としてp+層に印加電圧をかけた結果、空乏層が広がり、静電容量が低下した可能性が考えられる。また、周波数の増加とともにAl₂O₃の誘電率が下がったため[2]、静電容量が10kHz以上で減少した可能性がある。今後、原因を切り分けるための実験が必要となる。
図4に、試作した抵抗の設計値(kΩ)に対する実測値(kΩ)を示す。おおむね設計値通りの抵抗値が得られた。IC化に向け、コンデンサの設計値からのずれを市販コンデンサの容量許容差である±20%に近づけること、抵抗の線幅をさらに狭めることが必要である。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1：作製したコンデンサの光学像(上)と断面図(下)

図2：作製した抵抗の光学像(上)と断面図(下)

図3：作製したコンデンサ(100pF)の周波数-静電容量特性例

図4：試作したNiCr抵抗の設計値(kΩ)に対する実測値(kΩ)の例

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

クリーンルームのスタッフの皆様には、装置の講習や不具合対応、プロセス条件の相談など、さまざまな場面でご支援いただきました。
心より感謝申し上げます。参考文献：[1]福島大貴, 令和5年度修士論文, 北海道大学工学院量子理工学専攻 [2] Serhat Orkun Tan et al., Engineering Science and Technology, 27(2022)101017

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 奥野朝陽 他, 応用物理学会秋季学術講演会(新潟),　令和6年9月20日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件