特開 2025-132573 半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025132573

(43)【公開日】2025-09-10

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/265 20060101AFI20250903BHJP

【ＦＩ】

H01L21/265 Z

H01L21/265 602A

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024030235

(22)【出願日】2024-02-29

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三宅 裕樹

(72)【発明者】

【氏名】市川 周平

(72)【発明者】

【氏名】長里 喜隆

(57)【要約】

【課題】加熱後イオン注入層の拡散を抑制できる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】酸化物半導体で構成され、一面１０ａを有する半導体基板１０を用意することと、半導体基板１０の一面１０ａから第１導電型または第２導電型の不純物をイオン注入することと、半導体基板１０の加熱後イオン注入層３１を形成する領域の酸素空孔補償を行うことと、不純物を活性化させて加熱後イオン注入層３１を形成する加熱処理を行うことと、を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体装置の製造方法であって、
酸化物半導体で構成され、一面（１０ａ）を有する半導体基板（１０）を用意することと、
前記半導体基板の一面から第１導電型または第２導電型の不純物をイオン注入することと、
前記半導体基板における加熱後イオン注入層（３１、３４、３５、３６）を形成する領域の酸素空孔補償を行うことと、
前記不純物を活性化させて前記加熱後イオン注入層を形成する加熱処理を行うことと、を行う半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記酸素空孔補償を行うことでは、酸素が含まれる酸素含有イオンを注入する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記不純物をイオン注入することでは、前記不純物が未活性の状態となる加熱前イオン注入層（３２）が形成されるように前記不純物をイオン注入し、
前記加熱処理を行うことは、前記不純物をイオン注入することおよび前記酸素空孔補償を行うことの後に行う請求項２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記酸素空孔補償を行うことの後、前記不純物が活性化する温度で前記不純物をイオン注入することにより、前記不純物をイオン注入することおよび前記加熱処理を行うことを同時に行う請求項２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記不純物をイオン注入することおよび前記酸素空孔補償を行うことでは、注入濃度において、酸素濃度が不純物濃度に対して０．１倍以上の濃度となるように、前記酸素含有イオンを注入する請求項２ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記不純物をイオン注入することおよび前記酸素空孔補償を行うことでは、注入濃度において、前記半導体基板の深さ方向において、酸素濃度が不純物濃度よりも全領域で高くなるように、前記不純物をイオン注入すると共に前記酸素含有イオンをイオン注入する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記不純物をイオン注入することおよび前記酸素空孔補償を行うことでは、注入濃度において、前記半導体基板の深さ方向において、前記不純物の終端深さより前記酸素含有イオンの終端深さの方が深くなるように、前記不純物をイオン注入すると共に前記酸素含有イオンをイオン注入する請求項２ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記不純物をイオン注入することおよび前記酸素空孔補償を行うことでは、注入濃度において、前記不純物をイオン注入する際にイオン注入する不純物の総量よりも、前記酸素含有イオンをイオン注入する際の酸素の総量の方が多くなるように、前記不純物をイオン注入すると共に前記酸素含有イオンを注入する請求項７に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記不純物をイオン注入することでは、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｃｌの少なくともいずれか１つのイオンをイオン注入する請求項２ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

【請求項10】

前記半導体基板を用意することでは、Ｇａ_２Ｏ_３系の材料で構成される前記半導体基板を用意する請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

【請求項11】

前記半導体基板を用意することでは、Ｇａ_２Ｏ_３系の材料として、（ＡｌＩｎＧａ）_２Ｏ_３で構成される前記半導体基板を用意する請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、酸化物半導体で構成される半導体基板を有する半導体装置の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、酸化物半導体で構成される半導体基板を有する半導体装置が提案されている。例えば、特許文献１には、半導体装置として、酸化物半導体で構成される半導体基板を用いて構成したショットキーバリアダイオードが提案されている。具体的には、この半導体装置は、ｎ^＋型の基板上に、ｎ^－型の半導体が積層されて半導体基板が構成されている。そして、半導体装置は、半導体層とショットキー接続される第１電極と、基板とオーミック接続される第２電極とを有している。また、この半導体装置では、半導体層のうちの第１電極と接続される部分の外縁部に、電界集中緩和構造としてのガードリング層が形成されている。

【0003】

このような半導体装置におけるガードリング層は、半導体層にｐ型不純物をイオン注入した後に加熱処理が行われ、ｐ型不純物が活性化されることで構成される。つまり、ガードリング層は、加熱後イオン注入層で構成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－３９１９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、本発明者らが検討したところ、酸化物半導体で構成される半導体基板にガードリング層等の加熱後イオン注入層を形成する場合、不純物が拡散することで所望の特性が得られないことが確認された。例えば、上記のようなショットキーバリアダイオードにガードリング層を形成する場合、ガードリング層が所望の範囲より広がって形成されてしまうと、所望の電界緩和機能を得られない可能性がある。

【0006】

本開示は、加熱後イオン注入層の拡散を抑制できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の１つの観点によれば、半導体装置の製造方法は、酸化物半導体で構成され、一面（１０ａ）を有する半導体基板（１０）を用意することと、半導体基板の一面から第１導電型または第２導電型の不純物をイオン注入することと、半導体基板の加熱後イオン注入層（３１、３４、３５、３６）を形成する領域の酸素空孔補償を行うことと、不純物を活性化させて加熱後イオン注入層を形成する加熱処理を行うことと、を行う。

【0008】

これによれば、加熱後イオン注入層を形成する領域の酸素空孔補償を行っている。このため、加熱後イオン注入層を構成する不純物が酸素空孔を介して拡散することが抑制され、半導体装置の特性が変動することを抑制できる。

【0009】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態における半導体装置の断面図である。

【図2A】図１に示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図2B】図２Ａに続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図2C】図２Ｂに続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図2D】図２Ｃに続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図3】図５中のＡ－Ａ線に沿った濃度であって、加熱処理前のＭｇ濃度およびＯ濃度を示す図である。

【図4】図５中のＡ－Ａ線に沿った濃度であって、加熱処理後のＭｇ濃度およびＯ濃度を示す図である。

【図5】図３および図４の実験に用いた半導体基板を示す断面図である。

【図6】図５中のＡ－Ａ線に沿った濃度であって、加熱処理前のＭｇ濃度およびＯ濃度を示す図である。

【図7】図５中のＡ－Ａ線に沿った濃度であって、加熱処理後のＭｇ濃度およびＯ濃度を示す図である。

【図8】Ｍｇ濃度に対するＯ濃度の比と、Ｍｇ終端深さとの関係を示す図である。

【図9】深さと、Ｍｇ濃度およびＯ濃度との関係を説明するための図である。

【図10】深さと、Ｍｇ濃度およびＯ濃度との関係を説明するための図である。

【図11】深さと、Ｍｇ濃度およびＯ濃度との関係を説明するための図である。

【図12】深さと、Ｍｇ濃度およびＯ濃度との関係を説明するための図である。

【図13】加熱前イオン注入層と酸素イオン注入層との関係を示す図である。

【図14】第１実施形態の変形例における半導体装置の断面図である。

【図15】第２実施形態における半導体装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

【0012】

（第１実施形態）
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。第１実施形態では、加熱後イオン注入層を含んで構成されるショットキーバリアダイオードが形成された半導体装置を例に挙げて説明する。まず、本実施形態の半導体装置の構成について説明する。

【0013】

半導体装置は、図１に示されるように、酸化物半導体で構成される半導体基板１０を備えている。本実施形態の半導体基板１０は、Ｓｎ（すなわち、スズ）がドープされたＧａ_２Ｏ_３（すなわち、酸化ガリウム）で構成されるｎ^＋型の基板１１と、基板１１上に配置され、Ｇａ_２Ｏ_３で構成されるｎ^－型の半導体層１２を含んで構成されている。なお、本実施形態の半導体層１２は、基板１１上に成長させられたエピタキシャル層で構成されている。以下、半導体基板１０において、半導体層１２のうちの基板１１と反対側の面を半導体基板１０の一面１０ａとし、基板１１のうちの半導体層１２と反対側の面を半導体基板１０の他面１０ｂとして説明する。

【0014】

半導体基板１０の一面１０ａ側には、半導体層１２とショットキー接続される第１電極２１が配置されている。半導体基板１０の他面１０ｂ側には、基板１１とオーミック接続される第２電極２２が配置されている。

【0015】

半導体層１２には、第１電極２１と接続される部分の外縁部に、ｐ型不純物が活性化されて構成されるガードリング層３１が形成されている。このガードリング層３１は、第１電極２１と半導体層１２とが接続される部分の外縁部に電界が集中することを抑制する電界集中緩和構造を構成するものである。また、このガードリング層３１は、後述するように、ｐ型不純物がイオン注入された後、加熱処理によってｐ型不純物が活性化されることで構成される。本実施形態では、ガードリング層３１が加熱後イオン注入層に相当する。

【0016】

以上が本実施形態の半導体装置の構成である。なお、本実施形態では、ｎ型を第１導電型ということもでき、ｐ型を第２導電型ということもできる。次に、上記半導体装置の製造方法について、図２Ａ～図２Ｄを参照しつつ説明する。

【0017】

まず、図２Ａに示されるように、基板１１上に半導体層１２が積層された半導体基板１０を用意する。

【0018】

次に、図２Ｂに示されるように、半導体層１２上に、ガードリング層３１の形成予定領域が開口した図示しないマスクを配置し、ｐ型不純物をイオン注入して加熱前イオン注入層３２を形成する。なお、ｐ型不純物は、例えば、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｎ（窒素）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）等である。また、イオン注入は、例えば、５００℃の条件で行われる。そして、不純物を５００℃以下でイオン注入した場合、不純物は、活性化していない未活性の状態となっている。このため、この工程では、不純物が活性していない状態である加熱前イオン注入層３２が形成される。

【0019】

ここで、図１に示すガードリング層３１は、ｐ型不純物をイオン注入した後、加熱処理を行ってｐ型不純物を活性化させることで構成される。しかしながら、ｐ型不純物を活性化させる際には、ｐ型不純物が拡散する可能性がある。そして、ｐ型不純物が拡散し過ぎた状態でガードリング層３１が形成されると、ガードリング層３１の特性が変化することで半導体装置の特性が変化する可能性がある。このため、本発明者らは、ガードリング層３１を形成する際のｐ型不純物の拡散について鋭意検討を行った。そして、本発明者らは、ｐ型不純物の拡散は、具体的には後述するが、酸化物半導体（すなわち、Ｇａ_２Ｏ_３）に含まれる酸素空孔を介して発生していると推定した。

【0020】

このため、本実施形態では、ｐ型不純物をイオン注入した後、図２Ｃに示されるように、加熱前イオン注入層３２を含む領域の酸素空孔を補償する酸素空孔補償工程を行う。つまり、ガードリング層３１を形成する領域の酸素空孔を補償する酸素空孔補償工程を行う。本実施形態では、加熱前イオン注入層３２を含む領域に、酸素含有イオンとしての酸素イオンを注入することで酸素空孔補償工程を行う。つまり、本実施形態では、酸素イオンを注入して加熱前イオン注入層３２の酸素空孔を減少させる酸素空孔補償工程を行う。なお、酸素含有イオンとしては、例えば、Ｏ、ＣＯ_２、^１８Ｏ、ＭｇＯ等が挙げられる。また、加熱前イオン注入層３２を形成することと、酸素イオンを注入することとは、いずれを先に行ってもよい。

【0021】

続いて、図２Ｄに示されるように、１０００℃以上の温度で加熱処理を行い、ｐ型不純物を十分に活性化させてガードリング層３１を構成する。その後は特に図示しないが、第１電極２１および第２電極２２を形成することで上記半導体装置が製造される。なお、ガードリング層３１を形成するための加熱処理は、後の別工程で行われる加熱処理と共用するようにしてもよい。

【0022】

次に、酸素イオンとｐ型不純物の拡散との関係について説明する。本発明者らは、酸素イオンとｐ型不純物の拡散との関係について鋭意検討を行い、図３および図４に示される結果を得た。なお、図３および図４は、図５に示されるように、加熱前イオン注入層３２を形成した後、加熱処理を行ってガードリング層３１を形成した際のＡ－Ａ線に沿った濃度と深さとの関係を示している。但し、図５では、ガードリング層３１を簡易的に１つのみ示している。そして、ここでの加熱前イオン注入層３２は、ｐ型不純物としてのＭｇをイオン注入することで構成しており、酸素イオンは、加熱前イオン注入層３２を含む領域にイオン注入されている。また、各イオン注入は、５００℃で行っており、加熱処理は、１０００℃以上で行っている。

【0023】

さらに、図３および図４では、半導体基板１０の一面１０ａから他面１０ｂ側に向かう方向を深さとし、半導体層１２の厚さを８．５μｍとしている。このため、図３および図４中の深さが０μｍは、半導体基板１０の一面１０ａを意味している。また、図４中の加熱処理前Ｍｇ濃度は、図３中のＭｇ濃度と同じである。図４中のＳｎ濃度は、基板１１にドープされているＳｎの濃度を示している。

【0024】

そして、図３は、加熱前イオン注入層３２のＭｇ濃度が１×１０^１８ｃｍ^－３となるように、Ｍｇをイオン注入した結果であり、ここでは、加熱前イオン注入層３２の深さが約０．５μｍとなるようにしている。また、図３は、加熱前イオン注入層３２とほぼ同じ深さまで濃度を変化させて酸素イオンをイオン注入したＯ濃度（すなわち、酸素濃度）の結果も示している。具体的には、図３では、Ｏ濃度が、１．２５×１０^１８ｃｍ^－３、５×１０^１８ｃｍ^－３、１×１０^１９ｃｍ^－３となるように、酸素イオンを注入している。そして、図３および図４では、Ｏ濃度は、Ｍｇ濃度に対するＯ濃度の比として、Ｏ濃度が１．２５×１０^１８ｃｍ^－３である場合を１：１．２５とし、Ｏ濃度が５×１０^１８ｃｍ^－３である場合を１：５とし、Ｏ濃度が１×１０^１９ｃｍ^－３である場合を１：１０として示している。また、図４では、比較例として、酸素イオンを注入していない場合をＭｇ濃度とＯ濃度の比として１：０で示している。なお、ここでの酸素イオンをイオン注入する場合では、ＣＯ_２ガスを質量分離し、取り出した酸素イオンをイオン注入している。

【0025】

図４に示されるように、ガードリング層３１を形成すると、酸素イオンを注入していない場合（すなわち、Ｍｇ：Ｏ＝１：０）、Ｍｇは、加熱処理前のＭｇに対して深さ方向に広く拡散していることが確認される。なお、この例では、Ｍｇが８．５μｍまで拡散しており、基板１１との界面まで拡散していることが確認される。

【0026】

そして、酸素イオンを注入することにより、Ｍｇの終端深さが浅くなることが確認される。つまり、酸素空孔を補償することにより、Ｍｇが拡散し難くなることが確認される。なお、この例では、酸素イオンの注入量が多くなるほどＭｇの終端深さが浅くなることが確認される。つまり、Ｍｇ濃度に対するＯ濃度の比が大きくなるほど、Ｍｇの終端深さが浅くなることが確認される。

【0027】

また、本発明者らは、Ｍｇ濃度を変更して同様の実験を行い、図６および図７に示される結果を得た。なお、図６は、Ｍｇ濃度が１×１０^１９ｃｍ^－３となるようにＭｇをイオン注入した結果であり、ここでは加熱前イオン注入層３２の深さが約０．５μｍとなるようにしている。そして、図６は、加熱前イオン注入層３２とほぼ同じ深さまで濃度を変化させて酸素イオンをイオン注入した結果を示している。具体的には、図６では、^１８Ｏ濃度が、１×１０^１８ｃｍ^－３、１．２５×１０^１９ｃｍ^－３、１×１０^２０ｃｍ^－３となるように、酸素イオンをイオン注入している。そして、図６および図７では、^１８Ｏ濃度は、Ｍｇ濃度に対する^１８Ｏ濃度の比として、^１８Ｏ濃度が１×１０^１８ｃｍ^－３である場合を１：０．１とし、^１８Ｏ濃度が１．２５×１０^１９ｃｍ^－３である場合を１：１．２５とし、^１８Ｏ濃度が１×１０^２０ｃｍ^－３である場合を１：１０として示している。なお、ここでの酸素イオンをイオン注入する場合では、酸素含有イオンとしての^１８Ｏ（すなわち、酸素同位体）をイオン注入している。

【0028】

また、図７中の加熱処理前Ｍｇ濃度は、図６中のＭｇ濃度と同じである。図７中の加熱処理前^１８Ｏ濃度は、図６中の加熱処理前^１８Ｏ濃度が１×１０^２０ｃｍ^－３（すなわち、Ｍｇ：^１８Ｏ＝１：１０）である場合と同じである。そして、図７中の加熱処理後^１８Ｏ濃度は、半導体基板１０に含まれる全体の^１８Ｏ濃度である。

【0029】

図７に示されるように、ガードリング層３１を形成すると、Ｍｇ濃度と^１８Ｏ濃度との比が１：０．１である場合においても、図４中の酸素イオンをイオン注入しない場合（すなわち、Ｍｇ：^１８Ｏ＝１：０）と比較して、Ｍｇの拡散が抑制されることが確認される。つまり、酸素イオンを注入することでＭｇの拡散を抑制することができ、少なくとも^１８Ｏ濃度がＭｇ濃度の０．１倍以上であれば、十分にＭｇの拡散を抑制することができることが確認される。

【0030】

そして、この例では、Ｍｇ濃度と^１８Ｏ濃度との比が１：１０である場合、ＭｇおよびＯがほとんど拡散しないことも確認される。なお、加熱処理後^１８Ｏ濃度は、半導体基板１０に含まれる全体の^１８Ｏ濃度であり、深さが約０．５μｍ以下の範囲では、深さが０．５μｍより深い場所と比較すると、イオン注入された酸素同位体が含まれるために酸素同位体の分だけ高くなっている。

【0031】

また、図７の結果では、Ｍｇ濃度と^１８Ｏ濃度との比が１：０．１の方が、Ｍｇ濃度と^１８Ｏ濃度との比が１：１．２５よりＭｇが拡散しないことが確認される。これについては明確な理由は明らかでないが、本発明者らは、Ｍｇの注入量と、酸素同位体（すなわち、酸素イオン）の注入量との関係について、Ｍｇをイオン注入する際に形成され得る酸素空孔と、酸素同位体で酸素空孔が補償される量との関係の影響であると推定している。

【0032】

そして、図４および図７の関係を纏めると、図８に示されるようになる。図８に示されるように、Ｍｇ濃度に対するＯ濃度の比であるＯ／Ｍｇが１．２５より大きい範囲では、Ｏ／Ｍｇを大きくするほどＭｇが拡散し難くなることが確認される。なお、図８中の加熱処理前Ｍｇ深さは、加熱処理を行う前のＭｇの終端深さであり、図３および図６では約０．５μｍとなっている。

【0033】

また、以上の結果を纏めると、酸素空孔補償工程を行う場合、Ｍｇ濃度とＯ濃度との関係は、加熱処理前の状態において以下となるようにすることが好ましい。

【0034】

まず、図９に示されるように、ｐ型不純物としてＭｇをイオン注入する場合、Ｏ濃度は、Ｍｇ濃度の０．１倍以上となるようにイオン注入されることが好ましい。これにより、Ｍｇが拡散することを十分に抑制できる。なお、上記ではｐ型不純物としてのＭｇイオンを注入する例を説明したが、後述する他の不純物をイオン注入しても、Ｏ濃度が注入される不純物の濃度の０．１倍以上であれば同様の効果が得られる。

【0035】

そして、上記のように、Ｍｇは、加熱処理されて活性化される際、酸素空孔を介して拡散されると推定される。このため、図１０～図１２に示されるように、酸素イオンは、ガードリング層３１を形成するための不純物よりも深くまでイオン注入されることが好ましい。つまり、加熱処理前の状態において、Ｏ濃度の終端深さは、Ｍｇ濃度の終端深さより深くされることが好ましい。これにより、Ｍｇが深さ方向に拡散することを抑制し易くできる。この場合、図１３に示されるように、酸素イオンが注入される領域を酸素イオン注入層３３とすると、酸素イオン注入層３３は、全体的に加熱前イオン注入層３２を囲むように形成されることが好ましい。言い換えると、酸素イオン注入層３３内のみに加熱前イオン注入層３２がある状態とすることが好ましい。これにより、Ｍｇが半導体基板１０の面方向に拡散することも抑制できる。

【0036】

そして、図１０に示されるように、Ｏ濃度は、深さ方向において、Ｍｇ濃度よりも全領域で高くされることが好ましい。但し、図１１に示されるように、Ｏ濃度は、一部がＭｇ濃度より低くても、酸素空孔を補償することでＭｇの拡散を抑制することができる。また、図１２に示されるように、酸素イオンは、イオン注入される総量が、イオン注入されるＭｇの総量よりも多くされることが好ましい。これにより、酸素空孔を補償し易くなり、Ｍｇの拡散を抑制することができる。

【0037】

なお、図１０～図１２においては、ガードリング層３１を形成するためのｐ型不純物としてＭｇを例に挙げて説明しているが、他のｐ型不純物をイオン注入する場合においても同様である。また、ここでは、ｐ型不純物をイオン注入してガードリング層３１を形成する例を説明したが、ｎ型不純物をイオン注入して加熱後イオン注入層を形成する場合においても同様である。例えば、酸化物半導体で構成される半導体基板１０に不純物をイオン注入して加熱後イオン注入層を形成する場合、採用される不純物としては、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｃｌの少なくともいずれか１つが挙げられる。

【0038】

以上説明した本実施形態によれば、加熱処理を行ってガードリング層３１（すなわち、加熱後イオン注入層）を形成する前に酸素空孔補償工程を行っている。このため、ガードリング層３１を構成する不純物が酸素空孔を介して拡散することが抑制され、半導体装置の特性が変動することを抑制できる。

【0039】

また、本実施形態では、酸素空孔補償工程を行うことで不純物が拡散することを抑制できる。このため、加熱処理を行って不純物を活性化させる際、１０００℃以上の高温で加熱処理を行うことができ、不純物を十分に活性化させることができる。

【0040】

（１）本実施形態では、酸素含有イオンをイオン注入することで酸素空孔補償工程を行っている。このため、容易な方法で酸素空孔補償を行うことができる。

【0041】

（２）本実施形態では、加熱後イオン注入層を形成する不純物として、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｃｌの少なくともいずれか１つのイオンをイオン注入して加熱後イオン注入層を形成することができる。このため、不純物の選択自由度の向上を図ることができる。

【0042】

（３）本実施形態では、Ｍｇをイオン注入してガードリング層３１を形成する場合、加熱処理前のＯ濃度がＭｇ濃度（すなわち、不純物の注入濃度）の０．１倍以上となるように酸素含有イオンをイオン注入することにより、加熱処理を行った際に十分にＭｇの拡散を抑制することができる。

【0043】

（４）本実施形態では、加熱処理前のＯ濃度が不純物濃度よりも全体的に高くすることにより、加熱処理を行った際に不純物の拡散を抑制し易くできる。

【0044】

（５）本実施形態では、加熱処理前の酸素含有イオンの終端深さの方が不純物の終端深さよりも深くなるようにすることにより、加熱処理を行った際に不純物の拡散を抑制し易くできる。

【0045】

（６）本実施形態では、加熱前イオン注入層３２を形成する際にイオン注入する不純物の総量よりも酸素含有イオンをイオン注入する際の総量の方が多くなるようにすることにより、加熱処理を行った際に不純物の拡散を抑制し易くできる。

【0046】

（第１実施形態の変形例）
上記第１実施形態の変形例について説明する。上記第１実施形態において、半導体装置は、図１４に示されるように、半導体層１２のうちの第１電極２１と接続される部分の内縁部に、ドナー補償層３４を形成したジャンクションバリアショットキーダイオードが形成されて構成されていてもよい。この場合、ドナー補償層３４は、ガードリング層３１と同様に、ｐ型不純物がイオン注入された後に活性化された加熱後イオン注入層で構成される。このため、ドナー補償層３４が形成される部分についても酸素空孔補償工程を行うことにより、ドナー補償層３４が拡散することを抑制できる。

【0047】

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、半導体素子を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0048】

本実施形態の半導体装置は、図１５に示されるように、ＭＯＳＦＥＴが形成されて構成されている。具体的には、この半導体装置は、第１実施形態と同様の半導体基板１０を備えている。そして、半導体基板１０には、一面１０ａ側に、ドナー補償層としてのチャネル層３５が形成されている。チャネル層３５の表層部には、ｎ型のソース層３６が形成されている。

【0049】

なお、チャネル層３５は、ｐ型不純物がイオン注入された後にｐ型不純物が活性化されることで構成されている。ソース層３６は、ｎ型不純物がイオン注入された後にｐ型不純物が活性化されることで構成されている。このため、本実施形態では、チャネル層３５およびソース層３６が加熱後イオン注入層に相当する。

【0050】

また、半導体基板１０の一面１０ａ上には、チャネル層３５上に、酸化膜等で構成されるゲート絶縁膜３７が配置されている。そして、ゲート絶縁膜３７上には、ドープトポリシリコン等で構成されるゲート電極３８が配置されている。

【0051】

半導体基板１０の一面１０ａ上には、チャネル層３５およびソース層３６と接続され、ソース電極として機能する第１電極２１が配置されている。半導体基板１０の他面１０ｂ側には、基板１１と接続され、ドレイン電極として機能する第２電極２２が配置されている。

【0052】

このような半導体装置は、半導体基板１０を用意した後、チャネル層３５およびソース層３６を形成すると共に、ゲート絶縁膜３７、ゲート電極３８、第１電極２１、第２電極２２等を形成することで製造される。

【0053】

そして、チャネル層３５は、ｐ型不純物がイオン注入された後にｐ型不純物が活性化されることで構成され、ソース層３６は、ｎ型不純物がイオン注入された後にｎ型不純物が活性化させることで構成される。このため、本実施形態では、チャネル層３５を形成する際には、ｐ型不純物をイオン注入すると共に酸素含有イオンを注入し、その後に加熱処理を行うことでチャネル層３５を形成する。同様に、ソース層３６を形成する際には、ｎ型不純物をイオン注入すると共に酸素含有イオンを注入し、その後に加熱を行うことでチャネル層３５を形成する。この場合、チャネル層３５を形成する際の酸素含有イオンをイオン注入する工程と、ソース層３６を形成する際の酸素含有イオンをイオン注入する工程とは、同じ工程で行ってもよい。

【0054】

以上説明した本実施形態のように、加熱後イオン注入層で構成されるチャネル層３５およびソース層３６を含む半導体装置としても、酸素空孔補償工程を行うことにより、チャネル層３５およびソース層３６を構成する不純物が拡散することを抑制できる。

【0055】

（他の実施形態）
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【0056】

上記各実施形態では、加熱処理を１０００℃以上で行う例について説明したが、加熱処理は、不純物が活性化されるのであれば１０００℃未満で行ってもよく、例えば、５００℃を超える温度であって、１０００℃未満の温度で行ってもよい。

【0057】

また、上記各実施形態において、酸素空孔補償工程は、酸素含有イオンをイオン注入するのではなく、他の方法で行ってもよい。例えば、半導体基板１０に不純物をイオン注入する前に、大気中で加熱処理を行い、大気中の酸素を半導体基板１０に取り込むことで酸素空孔を補償するようにしてもよい。

【0058】

さらに、上記各実施形態において、酸素空孔補償工程を行った後、不純物をイオン注入することと加熱処理を行って不純物を活性化させることとを同時に行ってもよい。例えば、酸素空孔補償工程を行った後、１０００℃の温度条件で不純物をイオン注入することにより、不純物をイオン注入しつつ、当該不純物を活性化させるようにしてもよい。これによれば、不純物を活性化させるためのみの加熱処理が不要となり、製造工程の削減を図ることができる。

【0059】

さらに、上記各実施形態では、半導体基板１０がｎ型とされている例を説明したが、半導体基板１０がｐ型とされ、ｎ型不純物をイオン注入して加熱後イオン注入層を構成するようにしてもよい。

【0060】

また、上記各実施形態では、半導体基板１０がＧａ_２Ｏ_３で構成される例について説明した。しかしながら、半導体基板１０は、酸化物半導体で構成されるものであればよく、例えば、Ｇａ_２Ｏ_３系の材料としての（ＡｌＩｎＧａ）_２Ｏ_３等で構成されていてもよい。

【0061】

そして、上記第２実施形態では、プレーナゲート型のＭＯＦＥＴが形成された半導体装置を説明したが、半導体装置は、トレンチゲート型のＭＯＳＦＥＴが形成されて構成されていてもよい。また、半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ以外に、同様の構造のＩＧＢＴが形成されて構成されていてもよい。ＩＧＢＴの場合、上記第１実施形態におけるｎ^＋型の基板１１をｐ^＋型の基板（すなわち、コレクタ層）に変更する以外は、上記第２実施形態と同様の構成である。

【0062】

［本発明の開示］
上記した本開示については、例えば以下に示す観点として把握することができる。

【0063】

［第１の観点］
半導体装置の製造方法であって、
酸化物半導体で構成され、一面（１０ａ）を有する半導体基板（１０）を用意することと、
前記半導体基板の一面から第１導電型または第２導電型の不純物をイオン注入することと、
前記半導体基板における加熱後イオン注入層（３１、３４、３５、３６）を形成する領域の酸素空孔補償を行うことと、
前記不純物を活性化させて前記加熱後イオン注入層を形成する加熱処理を行うことと、を行う半導体装置の製造方法。

【0064】

［第２の観点］
前記酸素空孔補償を行うことでは、酸素が含まれる酸素含有イオンを注入する第１の観点に記載の半導体装置の製造方法。

【0065】

［第３の観点］
前記不純物をイオン注入することでは、前記不純物が未活性の状態となる加熱前イオン注入層（３２）が形成されるように前記不純物をイオン注入し、
前記加熱処理を行うことは、前記不純物をイオン注入することおよび前記酸素空孔補償を行うことの後に行う第２の観点に記載の半導体装置の製造方法。

【0066】

［第４の観点］
前記酸素空孔補償を行うことの後、前記不純物が活性化する温度で前記不純物をイオン注入することにより、前記不純物をイオン注入することおよび前記加熱処理を行うことを同時に行う第２の観点に記載の半導体装置の製造方法。

【0067】

［第５の観点］
前記不純物をイオン注入することおよび前記酸素空孔補償を行うことでは、注入濃度において、酸素濃度が不純物濃度に対して０．１倍以上の濃度となるように、前記酸素含有イオンを注入する第２ないし第４の観点のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

【0068】

［第６の観点］
前記不純物をイオン注入することおよび前記酸素空孔補償を行うことでは、注入濃度において、前記半導体基板の深さ方向において、酸素濃度が不純物濃度よりも全領域で高くなるように、前記不純物をイオン注入すると共に前記酸素含有イオンをイオン注入する第５の観点に記載の半導体装置の製造方法。

【0069】

［第７の観点］
前記不純物をイオン注入することおよび前記酸素空孔補償を行うことでは、注入濃度において、前記半導体基板の深さ方向において、前記不純物の終端深さより前記酸素含有イオンの終端深さの方が深くなるように、前記不純物をイオン注入すると共に前記酸素含有イオンをイオン注入する第２ないし第４の観点のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

【0070】

［第８の観点］
前記不純物をイオン注入することおよび前記酸素空孔補償を行うことでは、注入濃度において、前記不純物をイオン注入する際にイオン注入する不純物の総量よりも、前記酸素含有イオンをイオン注入する際の酸素の総量の方が多くなるように、前記不純物をイオン注入すると共に前記酸素含有イオンを注入する第７の観点に記載の半導体装置の製造方法。

【0071】

［第９の観点］
前記不純物をイオン注入することでは、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｃｌの少なくともいずれか１つのイオンをイオン注入する第２ないし第８の観点のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

【0072】

［第１０の観点］
前記半導体基板を用意することでは、Ｇａ_２Ｏ_３系の材料で構成される前記半導体基板を用意する第１ないし第９の観点のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

【0073】

［第１１の観点］
前記半導体基板を用意することでは、Ｇａ_２Ｏ_３系の材料として、（ＡｌＩｎＧａ）_２Ｏ_３で構成される前記半導体基板を用意する第１０の観点に記載の半導体装置の製造方法。

【符号の説明】

【0074】

１０ 半導体基板
１０ａ 一面
３１ ガードリング層（加熱後イオン注入層）
３２ 加熱前イオン注入層

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】