(57)【要約】【課題】安定な特性を有する半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、半導体装置は、第１〜第３電極、第１半導体層、第２半導体層、窒化物層及び酸化物層を含む。窒化物層における窒素（Ｎ）の濃度に対する、窒化物層におけるシリコン（Ｓｉ）の濃度の比Ｓｉ／Ｎは、０．６８以上０．７２以下である。第２半導体層は、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１）を含む。酸化物層は、シリコン及び酸素を含む。酸化物層の第３酸化物領域は、第３部分領域と第３電極との間に設けられ、第３部分領域及び第３電極と接する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
第２電極であって、前記第２電極から前記第１電極への方向は第１方向に沿う、前記第２電極と、
第３電極であって、前記第３電極の前記第１方向における位置は、前記第１電極の前記第１方向における位置と、前記第２電極の前記第１方向における位置と、の間にある、前記第３電極と、
Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む第１半導体層であって、前記第１半導体層は、第１〜第５部分領域を含み、前記第４部分領域から前記第１電極への方向、前記第５部分領域から前記第２電極への方向、及び、前記第３部分領域から前記第３電極への方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿い、前記第１部分領域は、前記第１方向において、前記第４部分領域と前記第３部分領域との間にあり、前記第２部分領域は、前記第１方向において、前記第３部分領域と前記第５部分領域との間にある、前記第１半導体層と、
シリコン及び窒素を含む窒化物層であって、前記窒化物層における窒素（Ｎ）の濃度に対する、前記窒化物層におけるシリコン（Ｓｉ）の濃度の比Ｓｉ／Ｎは、０．６８以上０．７２以下であり、前記窒化物層は、第１窒化物領域及び第２窒化物領域を含む、前記窒化物層と、
Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１）を含む第２半導体層であって、前記第２半導体層は、第１半導体領域及び第２半導体領域を含み、前記第１半導体領域は、前記第２方向において前記第１部分領域と前記第１窒化物領域との間に設けられ、前記第１窒化物領域と接し、前記第２半導体領域は、前記第２方向において前記第２部分領域と前記第２窒化物領域との間に設けられ、前記第２窒化物領域と接する、前記第２半導体層と、
シリコン及び酸素を含む酸化物層であって、前記酸化物層における窒素の濃度は、前記窒化物層における窒素の濃度よりも低く、前記酸化物層は、第１〜第３酸化物領域を含み、前記第１窒化物領域の少なくとも一部は、前記第１酸化物領域と前記第２半導体領域との間に設けられ、前記第２窒化物領域の少なくとも一部は、前記第２酸化物領域と前記第２半導体領域との間に設けられ、前記第３酸化物領域は、前記第３部分領域と前記第３電極との間に設けられ、前記第３部分領域及び前記第３電極と接する、前記酸化物層と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記第１窒化物領域の前記第２方向に沿う第１厚さは、１０ｎｍ以下である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１厚さは、０．２ｎｍ以上である、請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記比Ｓｉ／Ｎは、０．６９以上０．７１以下である、請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１窒化物領域の少なくとも一部は、前記第１酸化物領域と接し、
前記第２窒化物領域の少なくとも一部は、前記第２酸化物領域と接した、請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１窒化物領域と前記第１酸化物領域との間に設けられた第１中間領域と、
前記第２窒化物領域と前記第２酸化物領域との間に設けられた第２中間領域と、
をさらに備え、
前記第１中間領域は、シリコンと酸素と窒素とを含み、
前記第２中間領域は、シリコンと酸素と窒素とを含む、請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第３酸化物領域の少なくとも一部は、前記第１方向において、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間にある、請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第３酸化物領域の一部は、前記第１方向において、前記第１部分領域と前記第２部分領域との間にある、請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第３電極領域の一部は、前記第１方向において、前記第１半導体領域の少なくとも一部と、前記第２半導体領域の少なくとも一部と、の間にある、請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第３電極は、第１〜第３電極領域を含み、
前記第３電極領域の前記第１方向における位置は、前記第１電極領域の前記第１方向における位置と、前記第２電極領域の前記第１方向における位置と、の間にあり、
前記酸化物領域は、第４酸化物領域及び第５酸化物領域をさらに含み、
前記窒化物層は、第３窒化物領域及び第４窒化物領域をさらに含み、
前記第４酸化物領域は、前記第２方向において、前記第３窒化物領域と前記第１電極領域との間にあり、
前記第５酸化物領域は、前記第２方向において、前記第４窒化物領域と前記第２電極領域との間にあり、
前記第３酸化物領域は、前記第３部分領域と前記第３電極領域との間に設けられ、前記第３部分領域及び前記第３電極領域と接する、請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第３酸化物領域の前記第２方向に沿う厚さは、前記第４酸化物領域の前記第２方向に沿う厚さよりも薄く、前記第５酸化物領域の前記第２方向に沿う厚さよりも薄い、請求項１０記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第３酸化物領域の前記第２方向に沿う前記厚さと、前記第４酸化物領域の前記第２方向に沿う前記厚さと、の差の絶対値は、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、請求項１１記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第４酸化物領域の前記第２方向に沿う前記厚さは、前記第１酸化物領域の前記第２方向に沿う厚さよりも厚く、
前記第５酸化物領域の前記第２方向に沿う前記厚さは、前記第２酸化物領域の前記第２方向に沿う厚さよりも厚い、請求項１１または１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第１電極領域の前記第１方向に沿う長さは、５μｍ以下である、請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記第１電極領域の前記第１方向に沿う長さは、前記第１電極領域と前記第１電極との間の前記第１方向に沿う長さの０．０３５倍以上０．３５倍以下である、請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記窒化物層における、シリコンと水素との結合の濃度は、６×１０２１ｃｍ−３以下である、請求項１〜１５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記第３酸化物領域における水素の濃度は、２×１０１９ｃｍ−３以下である、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記第１電極は、ドレイン電極であり、
前記第２電極は、ソース電極であり、
前記第３電極は、ゲート電極である、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１９】
Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む第１半導体層と、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１）を含む第２半導体層と、シリコン及び窒素を含む窒化物層と、を含む積層体を熱処理し、前記第２半導体層は、前記第１半導体層と前記窒化物層との間に設けられ、前記窒化物層における窒素（Ｎ）の濃度に対する、前記窒化物層におけるシリコン（Ｓｉ）の濃度の比Ｓｉ／Ｎは、０．６８以上０．７２以下であり、
前記熱処理後の前記窒化物層の一部及び前記第２半導体層の一部を除去し、
前記窒化物層の残りの部分、及び、前記第２半導体層の残りの部分に、シリコン及び酸素を含む酸化物層を形成し、前記酸化物層における窒素の濃度は、前記窒化物層における窒素の濃度よりも低く、
電極を形成し、前記電極と、前記第２半導体層の前記残りの部分と、の間に、前記酸化物層が設けられた、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば窒化物半導体を用いた半導体装置がある。半導体装置において、安定した特性が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１０３７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、安定な特性を有する半導体装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、半導体装置は、第１〜第３電極、第１半導体層、第２半導体層、窒化物層及び酸化物層を含む。前記第２電極から前記第１電極への方向は第１方向に沿う。前記第３電極の前記第１方向における位置は、前記第１電極の前記第１方向における位置と、前記第２電極の前記第１方向における位置と、の間にある。前記第１半導体層は、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む。前記第１半導体層は、第１〜第５部分領域を含む。前記第４部分領域から前記第１電極への方向、前記第５部分領域から前記第２電極への方向、及び、前記第３部分領域から前記第３電極への方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿う。前記第１部分領域は、前記第１方向において、前記第４部分領域と前記第３部分領域との間にある。前記第２部分領域は、前記第１方向において、前記第３部分領域と前記第５部分領域との間にある。前記窒化物層は、シリコン及び窒素を含む。前記窒化物層における窒素（Ｎ）の濃度に対する、前記窒化物層におけるシリコン（Ｓｉ）の濃度の比Ｓｉ／Ｎは、０．６８以上０．７２以下である。前記窒化物層は、第１窒化物領域及び第２窒化物領域を含む。前記第２半導体層は、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１）を含む。前記第２半導体層は、第１半導体領域及び第２半導体領域を含む。前記第１半導体領域は、前記第２方向において前記第１部分領域と前記第１窒化物領域との間に設けられ、前記第１窒化物領域と接する。前記第２半導体領域は、前記第２方向において前記第２部分領域と前記第２窒化物領域との間に設けられ、前記第２窒化物領域と接する。前記酸化物層は、シリコン及び酸素を含む。前記酸化物層における窒素の濃度は、前記窒化物層における窒素の濃度よりも低い。前記酸化物層は、第１〜第３酸化物領域を含む。前記第１窒化物領域の少なくとも一部は、前記第１酸化物領域と前記第２半導体領域との間に設けられる。前記第２窒化物領域の少なくとも一部は、前記第２酸化物領域と前記第２半導体領域との間に設けられる。前記第３酸化物領域は、前記第３部分領域と前記第３電極との間に設けられ、前記第３部分領域及び前記第３電極と接する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図２】図２は、窒化物層の特性を例示するグラフ図である。
【図３】図３は、窒化物層の特性を例示するグラフ図である。
【図４】図４は、窒化物層の特性を例示するグラフ図である。
【図５】図５は、窒化物層の特性を例示するグラフ図である。
【図６】図６は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。
【図７】図７は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。
【図８】図８は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。
【図９】図９は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。
【図１０】図１０は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。
【図１１】図１１は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。
【図１２】図１２は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。
【図１３】図１３は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。
【図１４】図１４は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図１５】図１５は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図１６】図１６は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図１７】図１７は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図１８】図１８は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。
【図１９】図１９（ａ）〜図１９（ｄ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１実施形態）  
図１は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。  
図１に示すように、実施形態に係る半導体装置１１０は、第１〜第３電極５１〜５３、第１半導体層１０、第２半導体層２０、窒化物層３０及び酸化物層４０を含む。
【０００９】
第２電極５２から第１電極５１への方向は、第１方向に沿う。第１方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向に対して垂直な１つの方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
【００１０】
第３電極５３の第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第１電極５１の第１方向における位置と、第２電極５２の第１方向における位置と、の間にある。例えば、第３電極５３は、Ｘ軸方向において、第１電極５１と第２電極５２との間にある。
【００１１】
第１半導体層１０は、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む。組成比ｘ１は、例えば、０以上０．２以下でも良い。第１半導体層１０は、例えば、ＧａＮ層である。
【００１２】
第１半導体層１０は、第１〜第５部分領域ｐ１〜ｐ５を含む。第４部分領域ｐ４から第１電極５１への方向は、第２方向に沿う。第２方向は、第１方向（Ｘ軸方向）と交差する。第２方向は、Ｚ軸方向でも良い。
【００１３】
第５部分領域ｐ５から第２電極５２への方向は、上記の第２方向（例えば、Ｚ軸方向）に沿う。第３部分領域ｐ３から第３電極５３への方向は、上記の第２方向（例えば、Ｚ軸方向）に沿う。
【００１４】
第１部分領域ｐ１は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第４部分領域ｐ４と第３部分領域ｐ３との間にある。第２部分領域ｐ２は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第３部分領域ｐ３と第５部分領域ｐ５との間にある。
【００１５】
窒化物層３０は、シリコン及び窒素を含む。窒化物層３０における窒素（Ｎ）の濃度に対する、窒化物層３０におけるシリコン（Ｓｉ）の濃度の比Ｓｉ／Ｎは、０．６８以上０．７２以下である。窒化物層３０は、「N-rich層」である。窒化物層３０は、第１窒化物領域３１及び第２窒化物領域３２を含む。
【００１６】
第２半導体層２０は、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１）を含む。組成比ｘ２は、例えば、０．０５以上、０．３５以下である。第２半導体層２０は、例えば、ＡｌＧａＮ層である。
【００１７】
第２半導体層２０は、第１半導体領域２１及び第２半導体領域２２を含む。第１半導体領域２１は、第２方向（例えば、Ｚ軸方向）において、第１部分領域ｐ１と第１窒化物領域３１との間に設けられる。第１半導体領域２１は、第１窒化物領域３１と接する。第２半導体領域２２は、第２方向（例えば、Ｚ軸方向）において、第２部分領域ｐ２と第２窒化物領域３２との間に設けられる。第２半導体領域２２は、第２窒化物領域３２と接する。
【００１８】
酸化物層４０は、シリコン及び酸素を含む。酸化物層４０における窒素の濃度は、窒化物層３０における窒素の濃度よりも低い。酸化物層４０は、例えば、ＳｉＯ２層である。酸化物層４０は、第１〜第３酸化物領域４１〜４３を含む。第１窒化物領域３１の少なくとも一部は、第１酸化物領域４１と第２半導体領域２１との間に設けられる。第２窒化物領域３２の少なくとも一部は、第２酸化物領域４２と第２半導体領域２２との間に設けられる。第３酸化物領域４３は、第３部分領域ｐ３と第３電極５３との間に設けられる。
【００１９】
例えば、第１窒化物領域３１の上記の少なくとも一部は、第１酸化物領域４１と接する。例えば、第２窒化物領域３２の上記の少なくとも一部は、第２酸化物領域４２と接する。例えば、第３酸化物領域４３は、第３部分領域ｐ３及び第３電極５３と接する。
【００２０】
この例では、基板５ｓ及びバッファ層５ｂが設けられている。基板５ｓと第１半導体層１０との間に、バッファ層５ｂが設けられる。基板５ｓは、例えば、サファイア基板でも良い。基板５ｓは、例えば、シリコン基板でも良い。バッファ層５ｂは、例えば、複数の窒化物層を含んでも良い。例えば、バッファ層５ｂにおいて、組成が異なる複数の窒化物層が積層されても良い。
【００２１】
例えば、基板５ｓの上にバッファ層５ｂが設けられる。バッファ層５ｂの上に、第１半導体層１０が設けられる。第１半導体層１０の上に、第２半導体層２０が設けられる。第２半導体層２０の一部の上に、窒化物層３０が設けられる。第２半導体層２０の別の一部の上に、酸化物層４０の第３酸化物領域４３が設けられる。第３酸化物領域４３の上に第３電極５３が設けられる。第１電極５１は、例えば、第２半導体層２０の一部（第１半導体領域２１）と電気的に接続される。第２電極５２は、例えば、第２半導体層２０の別の一部（第２半導体領域２２）と電気的に接続される。
【００２２】
第１電極５１は、例えば、ドレイン電極として機能する。第２電極５２は、例えば、ソース電極として機能する。第３電極５３は、例えば、ゲート電極として機能する。酸化物層４０の少なくとも一部（例えば、第３酸化物領域４３）は、ゲート絶縁膜として機能する。
【００２３】
例えば、第３電極５３の電位に応じて、第１電極５１と第２電極５２との間に流れる電流が制御できる。半導体装置１１０は、例えば、ＨＥＭＴ（high-electron mobility transistor）である。例えば、半導体装置１１０は、ノーマリオフで動作しても良い。
【００２４】
既に説明したように、実施形態に係る半導体装置１１０においては、第２半導体層２０と接する層として、「N-rich」の窒化物層３０が設けられる。窒化物層３０においては、比Ｓｉ／Ｎは、０．６８以上０．７２以下である。これにより、安定した特性が得られる。例えば、安定した電流が得られる。例えば、高い耐圧が得られる。半導体装置１１０の特性の例については、後述する。
【００２５】
図１に示すように、第３酸化物領域４３の少なくとも一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第１半導体領域２１と第２半導体領域２２との間に設けられても良い。例えば、第３酸化物領域４３の一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第１部分領域ｐ１と第２部分領域ｐ２との間にあっても良い。このような構成により、高いしきい値が得られる。例えば、ノーマリオフの動作が得やすくなる。
【００２６】
この例では、第３電極５３は、第１〜第３電極領域５３ａ〜５３ｃを含む。第３電極領域５３ｃの第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第１電極領域５３ａの第１方向における位置と、第２電極領域５３ｂの前記第１方向における位置と、の間にある。
【００２７】
一方、酸化物層４０は、第１〜第３酸化物領域４１〜４３に加えて、第４酸化物領域４４及び第５酸化物領域４５を含んでも良い。
【００２８】
窒化物層３０は、第３窒化物領域３３及び第４窒化物領域３４をさらに含んでも良い。第１方向（Ｘ軸方向）において、第１窒化物領域３１と第２窒化物領域３２との間に、第３窒化物領域３３が位置する。第１方向（Ｘ軸方向）において、第３窒化物領域３３と第２窒化物領域３２との間に、第４窒化物領域３４が位置する。
【００２９】
第４酸化物領域４４は、第２方向（例えば、Ｚ軸方向）において、第３窒化物領域３３と第１電極領域５３ａとの間にある。第５酸化物領域４５は、第２方向において、第４窒化物領域３４と第２電極領域５３ｂとの間にある。
【００３０】
第３酸化物領域４３は、第３部分領域ｐ３と第３電極領域５３ｃとの間に設けられる。
【００３１】
第１〜第５酸化物領域４１〜４５のそれぞれの、第２方向（Ｚ軸方向）に沿う厚さを厚さｔ１〜ｔ５とする。１つの例において、第３酸化物領域４３の第２方向に沿う厚さｔ３は、第４酸化物領域４４の第２方向に沿う厚さｔ４よりも薄くても良い。厚さｔ３は、第５酸化物領域４５の第２方向に沿う厚さｔ５よりも薄くても良い。
【００３２】
厚さｔ３は、例えば、目的とするしきい値電圧が得られるように設定される。１つの例において、厚さｔ３は、例えば、２５ｎｍ以上３５ｎｍ以下である。
【００３３】
一方、厚さｔ４及び厚さｔ５を厚くすることで、第４酸化物領域４４及び第５酸化物領域４５における電界が低くできる。例えば、耐圧が向上できる。例えば、第４酸化物領域４４及び第５酸化物領域４５における破壊、または、長時間の連続動作に伴う特性の変動が抑制できる。
【００３４】
例えば、第１厚さｔ１及び第２厚さｔ２のそれぞれは、例えば、２５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第１厚さｔ１は、第４厚さｔ４と同じでも良い。第２厚さｔ２は、第５厚さｔ５と同じでも良い。後述するように、これらの厚さが互いに異なっても良い。
【００３５】
第１電極領域５３ａの第１方向（Ｘ軸方向）に沿う長さを長さＬ１とする。長さＬ１が過度に長いと、第１電極５１と第１電極領域５３ａとの間における電界が過度に高くなる。これにより、例えば、特性の変動が生じ易くなる場合がある。長さＬ１が過度に短いと、第１電極領域５３ａのフィールドプレートとしての機能が小さくなる。長さＬ１を適切に設定することで、特性の変動が抑制できる。
【００３６】
１つの例において、長さＬ１は、５μｍ以下である。第１電極領域５３ａの第１方向に沿う長さＬ１は、第１電極領域５３ａと第１電極５１との間の第１方向に沿う長さＬＤの０．０３５倍以上０．３５倍以下でも良い。
【００３７】
実施形態において、例えば、窒化物層３０の厚さは、第３酸化物領域４３の厚さｔ３よりも薄い。第１窒化物領域３１の第２方向（例えば、Ｚ軸方向）に沿う厚さを、第１厚さｔ３１とする。第２窒化物領域３２の第２方向（例えば、Ｚ軸方向）に沿う厚さを、第２厚さｔ３２とする。第１厚さｔ３１及び第２厚さｔ３２のそれぞれは、例えば、厚さｔ３よりも薄い。第１厚さｔ３１及び第２厚さｔ３２と、特性と、の関係の例については、後述する。
【００３８】
以下、窒化物層３０の特性に関する実験結果の例について説明する。以下に説明する実験においては、ＭＩＳ（metal-insulator semiconductor）を有する試料について、評価が行われる。試料は、シリコン基板と、シリコン基板の上に設けられた窒化物層と、窒化物層の上に設けられた電極と、を含む。この窒化物層は、シリコン及び窒素を含む。シリコン基板を規準にして、正の電圧が電極に印加される。シリコン基板と電極との間に流れる電流（リーク電流）が測定される。
【００３９】
図２は、窒化物層の特性を例示するグラフ図である。  
図２の横軸は、電界ＥＦ（ＭＶ／ｃｍ）である。電界ＥＦと、窒化物層の厚さと、の積が印加された電圧に対応する。縦軸は、リーク電流ＩＬ（Ａ）である。図２には、第１測定ＭＳ−１の結果、及び、第２測定ＭＳ−２の結果が記載されている。第１測定ＭＳ−１においては、試料を作製した後で、熱処理を行う前に、測定が行われる。第２測定ＭＳ−２においては、試料を作製した後に熱処理を行った後で、測定が行われる。熱処理において、窒素雰囲気中で、７００℃で、５分の処理が行われる。
【００４０】
図２に示すように、電界ＥＦが高くなると、リーク電流ＩＬが大きくなる。熱処理を行った後で測定された第２測定ＭＳ−２においては、熱処理を行う前の第１測定ＭＳ−１に比べて、リーク電流ＩＬが大きい。
【００４１】
図２の結果は、ＭＩＳ構造の試料における結果である。例えば、窒化物半導体を用いた半導体装置において、リーク電流ＩＬが大きいと、装置の破壊、または、特性の変動などが生じやすくなる。
【００４２】
一般に、ＳｉまたはＳｉＣなどの半導体を用いた半導体装置においては、絶縁膜として、これらの半導体の表面部分から熱酸化により得られるシリコン酸化膜を用いることができる。これに対して、ＡｌＧａＮなどを含む窒化物半導体を用いた半導体装置においては、絶縁膜として、熱酸化による酸化膜を用いることが困難である。
【００４３】
このため、ＡｌＧａＮなどを含む窒化物半導体を用いた半導体装置においては、絶縁膜として、シリコンを含む膜などが、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）などにより形成される。ＣＶＤなどにより形成された膜には、多くの不純物が含まれる。このため、不純物の除去を目的として、膜を形成した後に熱処理が行われる。
【００４４】
しかしながら、図２に示したように、熱処理を行うと、リーク電流ＩＬが大きくなることが分かった。熱処理により、例えば、窒化物層の質が変化すると考えられる。例えば、熱処理により、窒化物層とＡｌＧａＮ層との間の界面の質が劣化する可能性がある。
【００４５】
このリーク電流ＩＬの増大は、窒化物層中のダングリングボンドの量と関係する可能性がある。窒化物層中のダングリングボンドの量は、窒化物層におけるシリコンと窒素の比率と関係する可能性がある。
【００４６】
以下、窒化物層における組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）と、ダングリングボンドと、の関係の測定結果の例について説明する。以下の試料においては、ＧａＮ層の上に、シリコン及び窒素を含む窒化物層がＣＶＤにより形成される。窒化物層の組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、窒化物層を形成する際のアンモニアの流量により、制御される。
【００４７】
図３は、窒化物層の特性を例示するグラフ図である。  
図３の横軸は、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）である。組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、窒化物層における窒素（Ｎ）の濃度に対する、窒化物層におけるシリコン（Ｓｉ）の濃度の比、である。化学量論的組成のシリコン窒化物は、Ｓｉ３Ｎ４である。化学量論的組成のシリコン窒化物における組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、０．７５である。組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）が０．７５よりも高いときに、シリコンリッチ（「Si-rich」）である。組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）が０．７５よりも低いときに、窒素リッチ（「N-rich」）である。図３の縦軸は、ダングリングボンドの濃度Ｃ１（×１０１８ｃｍ−３）である。ダングリングボンドの濃度Ｃ１は、ＥＳＲ（Electron Spin Resonance）により測定される。
【００４８】
図３において、第１測定ＭＳ−１（熱処理前の測定）の結果、及び、第２測定ＭＳ−２（熱処理後の測定）の結果が例示されている。
【００４９】
図３から分かるように、第１測定ＭＳ−１と第２測定ＭＳ−２とで、ダングリングボンドの濃度Ｃ１が異なる。組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）が高い（例えば０．９４）ときは、第１測定ＭＳ−１（熱処理前の測定）よりも、第２測定ＭＳ−２（熱処理後の測定）において、ダングリングボンドの濃度Ｃ１が上昇する。
【００５０】
これに対して、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）が低い（例えば０．７）ときには、第１測定ＭＳ−１（熱処理前の測定）よりも、第２測定ＭＳ−２（熱処理後の測定）において、ダングリングボンドの濃度Ｃ１が低減することが分かった。組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）を低くし、窒素リッチにすることで、熱処理を行った後において、ダングリングボンドの濃度Ｃ１を低くすることができる。
【００５１】
図４は、窒化物層の特性を例示するグラフ図である。  
図４の横軸は、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）である。図４の縦軸は、窒化物層における、Ｓｉと水素との結合（Ｓｉ−Ｈ）の濃度ＢＣ（Ｓｉ−Ｈ）（ｃｍ−３）である。Ｓｉと水素との結合の濃度ＢＣ（Ｓｉ−Ｈ）は、ＦＴ−ＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）により評価される。図４は、熱処理前の結果に対応する。
【００５２】
図４に示すように、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）が低いと、Ｓｉと水素との結合の濃度ＢＣ（Ｓｉ−Ｈ）は低くなる。
【００５３】
例えば、「Si-rich」の窒化物層においては、層中に多くのＳｉ−Ｈ基が存在している。熱処理により、Ｓｉ−Ｈの結合が切断され、この水素（Ｈ）が消失する。残ったＳｉにおいて、未結合欠損(ダングリングボンド)が多く形成されると考えられる。このダングリングボンドにより、例えば、リーク電流が増大し易くなると考えられる。
【００５４】
「Si-rich」の窒化物層においては、例えば、窒化物層とＡｌＧａＮ層との間の界面において、Ｇａまたは窒素の離脱が生じやすいと考えられる。界面におけるダングリングボンドが増大し易いと考えられる。これにより、信頼性が劣化し易いと考えられる。
【００５５】
「N-rich」の窒化物層においては、Ｓｉ−Ｈ基の濃度ＢＣ（Ｓｉ−Ｈ）を低くできる。これにより、例えば、リーク電流が抑制できると考えられる。「N-rich」の窒化物層においては、窒化物層とＡｌＧａＮ層との間の界面において、Ｇａまたは窒素の消失が抑制できる。例えば、界面におけるダングリングボンドが抑制される。例えば、高い信頼性が得られる。
【００５６】
以下、窒化物層における組成比と、窒化物層に流れる電流と、の関係の測定結果の例について説明する。以下に説明する試料は、ＭＩＳ構造を有する。このＭＩＳ構造においては、ＧａＮ層の上に、シリコン及び窒素を含む窒化物層がＣＶＤにより形成される。窒化物層の組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、窒化物層を形成する際のアンモニアの流量により制御される。この窒化物層の上に、電極が設けられる。ＧａＮ層と電極との間に電圧が印加され、このときに流れる電流が測定される。電圧（電界）がＧａＮ層に対して正のときの電流、及び、負のときの電流が測定される。正のときの特性は、半導体装置における順方向耐圧試験に対応する。正のときの特性は、半導体装置における逆方向耐圧試験に対応する。
【００５７】
図５は、窒化物層の特性を例示するグラフ図である。  
図５の横軸は、電界ＥＦ（ＭＶ／ｃｍ）である。縦軸は、電流密度ＣＤ（Ａ／ｃｍ２）である。図５には、「Si-rich」の試料、「N-rich」の試料、及び、「Stoich」の試料に関する測定結果が示されている。「Si-rich」の試料において、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は０．９４である。「N-rich」の試料において、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は０．６９である。「Stoich」の試料において、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、０．７６である。組成比は、ＲＢＳ法（Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって測定される。
【００５８】
図５に示すように、「N-rich」の試料、及び、「Stoich」の試料においては、「Si-rich」の試料と比べて、電流密度ＣＤが低い。
【００５９】
正の電界ＥＦにおいては、どの試料においても、電界ＥＦは約１０ＭＶ／ｃｍにおいて、電流密度ＣＤが急激に上昇する。電流密度ＣＤの急激な上昇は、素子破壊に対応する。正の電界ＥＦに対する耐性は、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）に実質的に依存しない。
【００６０】
一方、負の電界ＥＦにおいて、「N-rich」の試料、及び、「Stoich」の試料においては、電流密度ＣＤの急激な上昇は観察されない。これに対して、「Si-rich」の試料においては、電界ＥＦは約−１２ＭＶ／ｃｍにおいて、電流密度ＣＤが急激に上昇する。
【００６１】
このように、「N-rich」の試料、及び、「Stoich」の試料において、良好な電圧耐性が得られる。
【００６２】
上記のように、「N-rich」の窒化物層により、熱処理後におけるダングリングボンドの濃度Ｃ１が低くできる（図３参照）。「N-rich」の窒化物層により、例えば、Ｓｉ−Ｈ基の濃度ＢＣ（Ｓｉ−Ｈ）を低くできる（図４参照）。さらに、「N-rich」の窒化物層により、良好な電圧耐性が得られる（図５参照）。例えば、素子の破壊が抑制される。例えば、安定な特性を有する半導体装置を提供できる。
【００６３】
以下、窒化物層における組成比と、その窒化物層を用いた半導体装置の特性と、の関係について説明する。この半導体装置は、図１に関して説明した構成を有する。図１に関して説明した窒化物層３０において、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）が変更される。
【００６４】
図６は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。  
図６の横軸は、ドレイン電圧ＶＤ（Ｖ）である。ドレイン電圧ＶＤは、第１電極５１に印加される電圧に対応する。縦軸は、ドレイン電流ＩＤ（Ａ）である。図６には、「Si-rich」の試料、「N-rich」の試料、及び、「Stoich」の試料に関する測定結果が示されている。「Si-rich」の試料において、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は０．９４である。「N-rich」の試料において、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は０．６９である。「Stoich」の試料において、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、０．７６である。図６は、熱処理後の測定結果を示す。
【００６５】
図６に示すように、「Si-rich」の試料においては、ドレイン電圧ＶＤが低いときに、ドレイン電流ＩＤが大きい。ドレイン電圧ＶＤが約３０Ｖのときに、ドレイン電流ＩＤが急激に上昇する。急激な上昇は、半導体装置の破壊に対応する。
【００６６】
図６に示すように、「Stoich」の試料においては、ドレイン電圧ＶＤが約５２Ｖを超えると、ドレイン電流ＩＤが大きくなる。ドレイン電圧ＶＤが約１２０Ｖのときに、ドレイン電流ＩＤが急激に上昇する。急激の上昇は、半導体装置の破壊に対応する。
【００６７】
これに対して、図６に示すように、「N-rich」の試料においては、ドレイン電圧ＶＤが上昇したときも、ドレイン電流ＩＤは小さい。このように、「N-rich」の試料においては、高い耐圧が得られる。
【００６８】
例えば、窒化物層３０を「N-rich」の膜とすることで、窒化物層３０中のダングリングボンド(欠陥)を少なくできると考えられる。これにより、リーク電流が抑制されると考えられる。熱処理後においても、例えば、逆方向リークが抑制される。熱処理後においても、例えば、良好なデバイス耐圧が得られる。
【００６９】
「N-rich」の膜により、例えば、第２半導体層２０（例えばＡｌＧａＮ層）からの窒素の離脱が抑制されると考えられる。例えば、界面欠陥が低減されると考えられる。界面欠陥が低減されることで、例えば、逆方向リークが抑制されると考えられる。界面欠陥が低減される。良好なデバイス耐圧が得られる。
【００７０】
以下、電流コラプスの例について説明する。例えば、ＧａＮパワーデバイスにおいて、ドレイン電極に電圧ストレスを印加し続けると、オン抵抗が上昇することがある。ドレイン電圧ストレスに起因してオン抵抗が上昇する現象は、例えば、電流コラプスである。
【００７１】
図７は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。  
図７の横軸は、ストレスとなるドレイン電圧ＶＤ（Ｖ）である。縦軸は、抵抗増加率ＣＣ１である。抵抗増加率ＣＣ１は、ストレスを加えないとき（ドレイン電圧ＶＤが０のとき）の抵抗に対する、ストレスを加えたときの抵抗の比である。図７に示すように、ストレスとなるドレイン電圧ＶＤが大きいと、抵抗増加率ＣＣ１が上昇する。
【００７２】
発明者は、実験により、窒化物層３０の形成条件により、抵抗増加率ＣＣ１が変化することを見いだした。以下、窒化物層３０を形成する際の原料ガスの１つであるアンモニアの流量を変えたときの、抵抗増加率ＣＣ１の測定結果について説明する。試料は、図１に例示した構成を有する。
【００７３】
図８は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。  
図８の横軸は、窒化物層３０を形成する際のアンモニアの流量ＦＬ（ｓｃｃｍ）である。縦軸は、抵抗増加率ＣＣ１である。この例では、ストレスとなるドレイン電圧ＶＤは、１７５Ｖである。アンモニアの流量ＦＬが大きいと、「N-rich」の膜が得られる。アンモニアの流量ＦＬが小さいと、「Si-rich」の膜が得られる。図８から分かるように、アンモニアの流量ＦＬが大きく「N-rich」の窒化物層３０において、低い抵抗増加率ＣＣ１が得られることが分かった。
【００７４】
図９は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。  
図９の横軸は、窒化物層３０における組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）である。縦軸は、抵抗増加率ＣＣ１である。この例では、ストレスとなるドレイン電圧ＶＤは、１７５Ｖである。試料は、図１に例示した構成を有する。
【００７５】
図９から分かるように、窒化物層３０における組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）が低くなると、抵抗増加率ＣＣ１が低くなる。組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）が０．７２２以下において、抵抗増加率ＣＣ１の低下が顕著である。
【００７６】
実施形態において、窒化物層３０における組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、０．７２２以下であることが好ましい。組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、０．７２以下であることがさらに好ましい。組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、０．７０２以下であることがさらに好ましい。低い抵抗増加率ＣＣ１が得られる。
【００７７】
窒化物層３０における組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）を０．７５よりも低く（例えば０．７２２以下など）にすることで、第２半導体層２０（ＡｌＧａＮ層）と窒化物層３０との間の界面準位が減少すると考えられる。これにより、抵抗増加率ＣＣ１が低減できると考えられる。例えば、電流コラプスが抑制される。
【００７８】
以下、ＰＢＴＩ（Positive Bias Temperature Instability）に関して説明する。ＧａＮパワーデバイスのオン時において、ゲート電極（例えば第３電極５３）に正の電圧（例えば＋１０Ｖなど）が加えられる。このとき、ＰＢＴＩが生じ、例えば、しきい値電圧が変動（例えば低下）する。以下、ＰＢＴＩの評価結果の例について説明する。
【００７９】
図１０は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。  
図１０の横軸は、ゲートストレス時間ｔｓ（ｓ）である。縦軸は、しきい値電圧変動量ΔＶｔｈ１（Ｖ）である。しきい値電圧変動量ΔＶｔｈ１は、ゲートストレス時間ｔｓが０のときのしきい値電圧と、ゲートストレスが加えられた後におけるしきい値電圧と、の差の絶対値である。図１０には、「Si-rich」の試料の測定結果、「N-rich」の試料の測定結果、及び、「Stoich」の測定試料が例示されている。
【００８０】
図１０から分かるように、「Si-rich」の試料、及び、「Stoich」の試料においては、しきい値電圧変動量ΔＶｔｈ１（絶対値）が小さい。「N-rich」の試料においては、しきい値電圧変動量ΔＶｔｈ１（絶対値）が大きい。このように、「N-rich」の窒化物層３０の場合、ＰＢＴＩ特性が低くなる場合がある。
【００８１】
以下、窒化物層３０における組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）と、ＰＢＴＩ特性と、の関係の評価結果の例について説明する。
【００８２】
図１１は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。  
図１１の横軸は、窒化物層３０における組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）である。縦軸は、しきい値電圧変動量ΔＶｔｈ１（Ｖ）である。図１１は、室温でゲートストレスが加えられたときの結果を示す。
【００８３】
図１１から分かるように、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）が過度に低いと、しきい値電圧変動量ΔＶｔｈ１（Ｖ）が大きくなる。組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、０．６７以上であることが好ましい。組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、０．６８以上であることがさらに好ましい。組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、０．６９以上であることがさらに好ましい。例えば、しきい値電圧の変動が抑制できる。
【００８４】
実施形態において、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、例えば、０．６８以上０．７２以下であることが好ましい。電流コラプスを抑制しつつ、しきい値電圧の変動を抑制できる。実施形態において、組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、０．６９以上０．７１以下であることがさらに好ましい。電流コラプス（抵抗増加率ＣＣ１）をさらに抑制しつつ、しきい値電圧の変動をさらに抑制できる。
【００８５】
以下、窒化物層３０の厚さを変えたときの特性の例について説明する。以下に説明する試料は、図１に例示した構成を有する。窒化物層３０における組成比Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）は、０．６９である。
【００８６】
図１２は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。  
図１２の横軸は、窒化物層３０の厚さｔ３０（ｎｍ）である。厚さｔ３０は、例えば、第１厚さｔ３１（図１参照）に対応する。厚さｔ３０は、第２厚さｔ３２（図１参照）と実質的に同じである。図１２の縦軸は、ドレイン電圧ストレスを加えたときの抵抗増加率ＣＣ１である。図１２に示すように、厚さｔ３０が厚いと、抵抗増加率ＣＣ１が大きい。
【００８７】
実施形態において、厚さｔ３０は、１０ｎｍ以下であることが好ましい。厚さｔ３０は、５ｎｍ以下でも良い。例えば、抵抗増加率ＣＣ１を抑制できる。
【００８８】
実施形態において、第１窒化物領域３１の第２方向（例えばＺ軸方向）に沿う第１厚さｔ３１は、例えば、１０ｎｍ以下であることが好ましい。第１厚さｔ３１は、５ｎｍ以下でも良い。第１厚さｔ３１は、０．２ｎｍ以上であることが好ましい。第１厚さｔ３１が０．２ｎｍ以上であることで、例えば、均一な層が得やすくなる。例えば、窒化物層３０の下に設けられるＡｌＧａＮ層（第２半導体層２０）の酸化を抑制し易くなる。
【００８９】
図１３は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。  
図１３の横軸は、第１電極領域５３ａの第１方向（Ｘ軸方向）に沿う長さＬ１（μｍ）である。例えば、長さＬ１は、例えば、オーバーラップ長に対応する。この例では、第１電極領域５３ａと第１電極５１との間の第１方向に沿う長さＬＤ（図１参照）は、１４μｍである。図１３の縦軸は、ドレイン電圧ストレスを加えたときの抵抗増加率ＣＣ１である。図１３には、ストレスとなるドレイン電圧ＶＤが１２５Ｖの時の特性と、１７５Ｖの時の特性と、が示されている。
【００９０】
図１３から分かるように、長さＬ１が短いと、低い抵抗増加率ＣＣ１が得られる。ストレスとなるドレイン電圧ＶＤが高いと、この減少は顕著である。
【００９１】
実施形態において、長さＬ１は、５μｍ以下であることが好ましい。長さＬ１の長さＬＤに対する比は、例えば、０．３５以下であることが好ましい。低い抵抗増加率ＣＣ１が得られる。
【００９２】
図１４は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。  
図１４に示すように、実施形態に係る半導体装置１１１も、第１〜第３電極５１〜５３、第１半導体層１０、第２半導体層２０、窒化物層３０及び酸化物層４０を含む。半導体装置１１１においては、第３電極５３の下端の位置が、半導体装置１１０におけるそれよりも下である。半導体装置１１１におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０の構成と同様である。以下、半導体装置１１１における第３電極５３の例について説明する。
【００９３】
図１４に示すように、第３電極領域５３ｃの一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第１半導体領域２１の少なくとも一部と、第２半導体領域２２の少なくとも一部と、の間にある。例えば、第３電極領域５３ｃの下端は、第２半導体層２０の上端よりも下に位置しても良い。例えば、目的とするしきい値電圧が得やすくなる。例えば、素子がノーマリオフ化し易くなる。
【００９４】
図１５は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。  
図１５に示すように、実施形態に係る半導体装置１１２も、第１〜第３電極５１〜５３、第１半導体層１０、第２半導体層２０、窒化物層３０及び酸化物層４０を含む。半導体装置１１２においては、酸化物層４０は、第１酸化物膜４０Ａ及び第２酸化物膜４０Ｂを含む。半導体装置１１２におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０の構成と同様である。以下、半導体装置１１２における酸化物層４０の例について説明する。
【００９５】
図１５に示すように、酸化物層４０は、第１酸化物膜４０Ａ及び第２酸化物膜４０Ｂを含む。第２酸化物膜４０Ｂは、第１酸化物膜４０Ａと窒化物層３０との間に設けられる。第１酸化物膜４０Ａ及び第２酸化物膜４０Ｂのそれぞれは、例えば酸化シリコン膜である。第１酸化物膜４０Ａと第２酸化物膜４０Ｂとの間の境界が明確でなくても良い。
【００９６】
例えば、窒化物層３０の上に、第２酸化物膜４０Ｂが形成される。例えば、第３部分領域ｐ３、及び、第２酸化物膜４０Ｂの上に、第１酸化物膜４０Ａが形成される。
【００９７】
第１窒化物領域３１の上方において、第１酸化物膜４０Ａ及び第２酸化物膜４０Ｂが、第１酸化物領域４１となる。第２窒化物領域３２の上方において、第１酸化物膜４０Ａ及び第２酸化物膜４０Ｂが、第２酸化物領域４２となる。この例では、第３部分領域ｐ３と第３電極との間においては、第２酸化物膜４０Ｂは設けられていない。
【００９８】
第２酸化物膜４０Ｂの厚さは、例えば、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００９９】
このような構成においては、酸化物層４０の厚さは、場所により異なる。第３酸化物領域４３の第２方向（例えばＺ軸方向）に沿う厚さｔ３は、第４酸化物領域４４の第２方向に沿う厚さｔ４よりも薄い。厚さｔ３と厚さｔ４の差の絶対値は、例えば、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第３酸化物領域４３の厚さｔ３は、第１酸化物領域４１の第２方向に沿う厚さｔ１よりも薄くても良い。厚さｔ３と厚さｔ１の差の絶対値は、例えば、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第３酸化物領域４３の厚さｔ３は、第５酸化物領域４５の第２方向に沿う厚さｔ５よりも薄くても良い。厚さｔ３と厚さｔ５の差の絶対値は、例えば、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第３酸化物領域４３の厚さｔ３は、第２酸化物領域４２の第２方向に沿う厚さｔ２よりも薄くても良い。厚さｔ３と厚さｔ２の差の絶対値は、例えば、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【０１００】
半導体装置１１２においては、第４酸化物領域４４（第１電極領域５３ａに対応する部分における酸化物層４０）の厚さｔ４が、第３酸化物領域４３（第３電極領域５３ｃに対応する部分）の厚さｔ３よりも厚い。これにより、第４酸化物領域４４において、電界が抑制される。これにより、第４酸化物領域４４における特性の劣化などが抑制できる。例えば、ＰＢＴＩによる特性変動などが抑制できる。
【０１０１】
図１６は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。  
図１６に示すように、実施形態に係る半導体装置１１３も、第１〜第３電極５１〜５３、第１半導体層１０、第２半導体層２０、窒化物層３０及び酸化物層４０を含む。半導体装置１１３においては、第１中間領域３５ａ及び第２中間領域３５ｂがさらに設けられる。半導体装置１１３におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１２の構成と同様である。以下、半導体装置１１３における第１中間領域３５ａ及び第２中間領域３５ｂの例について説明する。
【０１０２】
図１６に示すように、第１中間領域３５ａは、第１窒化物領域３１と第１酸化物領域４１との間に設けられる。第２中間領域３５ｂは、第２窒化物領域３２と第２酸化物領域４２との間に設けられる。第１中間領域３５ａは、シリコンと酸素と窒素とを含む。第２中間領域３５ｂは、シリコンと酸素と窒素とを含む。第１中間領域３５ａ及び第２中間領域３５ｂ（中間領域３５）は、例えば、ＳｉＯＮ領域である。窒化物層３０と酸化物層４０との間にこのような中間領域３５が設けられても良い。
【０１０３】
図１７は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。  
図１７に示すように、実施形態に係る半導体装置１１４も、第１〜第３電極５１〜５３、第１半導体層１０、第２半導体層２０、窒化物層３０及び酸化物層４０を含む。半導体装置１１４においては、第２酸化物膜４０Ｂが窒化物層３０の一部に設けられている。半導体装置１１４におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１２の構成と同様である。以下、半導体装置１１４における第２酸化物膜４０Ｂの例について説明する。
【０１０４】
第２酸化物膜４０Ｂの一部は、第２方向（例えばＺ軸方向）において、第１電極領域５３ａと第１窒化物領域３１との間に設けられる。第２酸化物膜４０Ｂの別の一部は、第２方向（例えばＺ軸方向）において、第２電極領域５３ｂと第２窒化物領域３２との間に設けられる。
【０１０５】
これにより、例えば、第４酸化物領域４４の第２方向（例えば、Ｚ軸方向）に沿う厚さｔ４は、局所的に厚くなる。例えば、第５酸化物領域４５の第２方向（例えば、Ｚ軸方向）に沿う厚さｔ５は、局所的に厚くなる。
【０１０６】
例えば、厚さｔ４は、第１酸化物領域４１の第２方向（例えばＺ軸方向）に沿う厚さｔ１よりも厚い。厚さｔ５は、第２酸化物領域４２の第２方向に沿う厚さｔ２よりも厚い。
【０１０７】
半導体装置１１４においては、第４酸化物領域４４の厚さｔ４が、第３酸化物領域４３の厚さｔ３よりも厚い。これにより、第４酸化物領域４４において、電界が抑制される。これにより、第４酸化物領域４４における特性の劣化などが抑制できる。例えば、ＰＢＴＩによる特性変動などが抑制できる。厚さｔ５が、第３酸化物領域４３の厚さｔ３よりも厚い。これにより、第５酸化物領域４５において、電界が抑制される。これにより、第５酸化物領域４５における特性の劣化などが抑制できる。例えば、ＰＢＴＩによる特性変動などが抑制できる。
【０１０８】
例えば、厚さｔ４と厚さｔ１との差は、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。例えば、厚さｔ５と厚さｔ２との差は、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【０１０９】
図１８は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。  
図１８は、半導体装置のＰＢＴＩ特性を例示している。図１８の横軸は、第４酸化物領域４４の厚さｔ４（ｎｍ）と第１厚さｔ３１（ｎｍ）のの合計の厚さである。図１８の縦軸は、しきい値電圧変動量ΔＶｔｈ１（Ｖ）である。図１８は、室温でゲートストレスが加えられたときの結果を示す。
【０１１０】
図１８から分かるように、合計の厚さが大きいと、しきい値電圧変動量ΔＶｔｈ１が減少する。これは、第４酸化物領域４４において、電界が抑制されたためによると考えられる。第４酸化物領域４４の厚さｔ４を厚くすることで、ＰＢＴＩによる特性変動を抑制できる。例えば、厚さｔ４は、３０ｎｍ以上であることが好ましい。
【０１１１】
厚さｔ３と厚さｔ４との差が大きすぎると、例えば、カバレッジが悪化し素子破壊が生じやすくなる。厚さｔ３と厚さｔ４との差の絶対値は、例えば、１００ｎｍ以下であることが望ましい。良好なカバレッジが得やすくなる。例えば、素子破壊が抑制される。
【０１１２】
上記の実施形態において、窒化物層３０における、Ｓｉと水素との結合の濃度ＢＣ（Ｓｉ−Ｈ）（図４参照）は、例えば、６×１０２１ｃｍ−３以下である。窒化物層３０における、Ｓｉのダングリングボンドの濃度Ｃ１（図３参照）は、例えば、４×１０１８ｃｍ−３以下である。
【０１１３】
実施形態において、第３酸化物領域４３における水素の濃度は、低いことが好ましい。第３酸化物領域４３における水素の濃度は、例えば、２×１０１９ｃｍ−３以下である。これにより、特性がより安定化する。例えば、ＰＢＴＩによる素子の特性変動が生じ難くなる。
【０１１４】
例えば、ノーマリオフのデバイスにおいて絶縁膜に要求される特性は、ノーマリオンのデバイスにおいて絶縁膜に要求される特性とは異なると考えられる。例えば、上記の電流コラプスを低減するために絶縁膜に要求される特性は、ノーマリオフで特異的である。「N-rich」な窒化物層３０を用いることで、ノーマリオフのデバイスにおいて特性の変動を効果的に抑制できる。
【０１１５】
（第２実施形態）  
第２実施形態は、半導体層装置の製造方法に係る。  
図１９（ａ）〜図１９（ｄ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。  
図１９（ａ）に示すように、積層体ＳＢが準備される。積層体ＳＢは、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む第１半導体層１０と、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１）を含む第２半導体層２０と、シリコン及び窒素を含む窒化物層３０と、を含む。第２半導体層２０は、第１半導体層１０と窒化物層３０との間に設けられる。窒化物層３０における窒素（Ｎ）の濃度に対する、窒化物層３０におけるシリコン（Ｓｉ）の濃度の比Ｓｉ／Ｎは、０．６８以上０．７２以下である。例えば、窒化物層３０は、第２半導体層２０と接する。この例では、基板５ｓの上にバッファ層５ｂが設けられ、バッファ層５ｂの上に積層体ＳＢが設けられる。
【０１１６】
窒化物層３０は、例えば、ＣＶＤなどの手法により形成される。窒化物層３０における比Ｓｉ／Ｎは、原料ガス（例えばアンモニア）の流量などを制御することで制御される。
【０１１７】
実施形態に係る製造方法においては、窒化物層３０の形成の後に、積層体ＳＢを熱処理する。熱処理は、例えば、窒素雰囲気で、７００℃以上で、５分以上の処理が行われる。
【０１１８】
例えば、図１９（ｂ）に示すように、熱処理後の窒化物層３０の一部、及び、第２半導体層２０の一部が除去されても良い。
【０１１９】
例えば、図１９（ｃ）に示すように、窒化物層３０の残りの部分、及び、第２半導体層２０の残りの部分に、シリコン及び酸素を含む酸化物層４０を形成する。酸化物層４０における窒素の濃度は、窒化物層３０における窒素の濃度よりも低い。
【０１２０】
例えば、図１９（ｄ）に示すように、電極（例えば第３電極５３）を形成する。電極（第３電極５３）と、第２半導体層２０の上記の残りの部分と、の間に、上記の酸化物層４０の少なくとも一部が設けられる。適宜、他の電極が形成される。これにより、例えば、半導体装置１１０が得られる。実施形態に係る製造方法によれば、安定な特性を有する半導体装置の製造方法が提供できる。
【０１２１】
実施形態によれば、安定な特性を有する半導体装置及びその製造方法が提供できる。
【０１２２】
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【０１２３】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体装置に含まれる電極、半導体層、窒化物層、酸化物層及び基板などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１２４】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１２５】
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１２６】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと解される。
【０１２７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２８】
５ｂ…バッファ層、  ５ｓ…基板、  １０…第１半導体層、  ２０…第２半導体層、  ２１、２２…第１、第２半導体領域、  ３０…窒化物層、  ３１〜３４…第１〜第４窒化物領域、  ３５…中間領域、  ３５ａ、３５ｂ…第１、第２中間領域、  ４０…酸化物層、  ４０Ａ、４０Ｂ…第１、第２酸化物膜、  ４１〜４５…第１〜第５酸化物領域、  ５１〜５３…第１〜第３電極、  ５３ａ〜５３ｃ…第１〜第３電極領域、  ΔＶｔｈ１…しきい値電圧変動量、  １１０〜１１４…半導体装置、  ＢＣ（Ｓｉ−Ｈ）…濃度、  Ｃ１…ダングリングボンドの濃度、  ＣＣ１…抵抗増加率、  ＣＤ…電流密度、  ＥＦ…電界、  ＦＬ…流量、  ＩＤ…ドレイン電流、  ＩＬ…リーク電流、  Ｌ１、ＬＤ…長さ、  ＭＳ−１、ＭＳ−２…第１、第２測定、  Ｒ１（Ｓｉ／Ｎ）…組成比、  ＳＢ…積層体、  ＶＤ…ドレイン電圧、  ｐ１〜ｐ５…第１〜第５部分領域、  ｔ１〜ｔ５…厚さ、  ｔ３０…厚さ、  ｔ３１、ｔ３２…第１、第２厚さ、  ｔｓ…ゲートストレス時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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