半導体装置及びその製造方法
【課題】半導体装置において、デバイス特性及び信頼性を向上させる。
【解決手段】半導体装置を、半導体基板６上に形成された化合物半導体積層構造１と、少なくとも化合物半導体積層構造１の表面に露出している部分を覆う第１絶縁膜４と、第１絶縁膜４上に形成された第２絶縁膜５とを備えるものとし、第１絶縁膜４を、引張応力が作用する膜とし、第２絶縁膜５を、第１絶縁膜４よりも水素を多く含んでおり、引張応力が作用する膜とする。
【解決手段】半導体装置を、半導体基板６上に形成された化合物半導体積層構造１と、少なくとも化合物半導体積層構造１の表面に露出している部分を覆う第１絶縁膜４と、第１絶縁膜４上に形成された第２絶縁膜５とを備えるものとし、第１絶縁膜４を、引張応力が作用する膜とし、第２絶縁膜５を、第１絶縁膜４よりも水素を多く含んでおり、引張応力が作用する膜とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、高出力用途の化合物半導体装置であって、化合物半導体表面に絶縁膜［例えばシリコン窒化（ＳｉＮ）膜］を備えるものに用いて好適の半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置、特に高出力用途に使用される化合物半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）では、図１１に示すように、例えばイオン注入等の手法によって注入領域１００を設けて活性領域を確定された化合物半導体積層構造１０１の表面上に、一対のオーミック電極１０２及びゲート電極１０３が形成されている。そして、化合物半導体積層構造１０１の表面及びオーミック電極１０２を覆うように絶縁膜（例えばシリコン窒化膜など）１０４が形成されている。
【０００３】
このような高出力用途の化合物半導体装置の性能（信頼性を含む）は、化合物半導体積層構造１０１の表面と絶縁膜１０４との界面（半導体表面／絶縁膜接触界面）の状態や化合物半導体積層構造１０１の表面を覆う絶縁膜１０４自体の性質に大きく左右される。
例えば、高出力用途の化合物半導体装置では、化合物半導体積層構造１０１の表面を覆う絶縁膜１０４はゲート電極１０３に接しているため、絶縁膜１０４に高電界が印加され、絶縁膜１０４を介してゲート電極１０３から化合物半導体積層構造１０１内へリーク電流が流れてしまい、デバイスの寿命（信頼性）に影響を与えている。これまで、各研究機関等において、良質な表面保護用絶縁膜とデバイスの寿命（信頼性）について多くの検討がなされ、且つ、現在も続けられている。
【０００４】
なお、先行技術調査を行なった結果、以下の特許文献１が得られた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−７７１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、化合物半導体表面を保護する化合物半導体装置用絶縁膜（例えばシリコン窒化膜）に要求される性能としては、化合物半導体表面に対する安定化作用、及び、絶縁膜自体の良好な絶縁特性の２点がある。
ここで、化合物半導体表面に対する安定化作用とは、化合物半導体表面に絶縁膜を形成することによって、化合物半導体表面の化学的変化現象の抑制及びこれに伴う表面電位の変化を抑制する作用を言う。
【０００７】
例えば、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた絶縁膜とは、絶縁膜内部に水素（Ｈ）終端されたボンド等を多く含む絶縁膜を言う。このような絶縁膜は化合物半導体表面に対する化学的作用が大きく、場合によっては、化合物半導体表面に存在する不安定な原子結合状態を正常に戻す作用が期待される。
一方、絶縁膜自体の良好な絶縁特性とは、高電界印加時であっても絶縁膜中を流れるリーク電流が少ない特性を言う。特に、ＳｉＮ膜においては、珪素（Ｓｉ）及び窒素（Ｎ）原子の化学結合状態によって膜中リーク電流が大きく変化する。
【０００８】
例えば、それ自体が良好な絶縁特性を有する絶縁膜とは、絶縁膜内部の結合手に空きが無い状態の絶縁膜を言う。このような絶縁膜は、絶縁膜内部を流れる電流が微小であるため、絶縁膜を通してのリーク電流が抑制され、膜中通電による膜質の変化を緩和できることになる。
しかしながら、絶縁膜の化合物半導体表面に対する安定化作用が十分でないと、デバイス動作時の電流変動などデバイス特性に影響を与えることになる。
【０００９】
また、絶縁膜自体の良好な絶縁特性が得られないと、リーク電流が流れてしまい、化合物半導体装置の性能を低下させることになる。
このような絶縁膜の化合物半導体表面に対する安定化作用を向上させることと絶縁膜自体の良好な絶縁特性が得られるようにすることは、絶縁膜の化学結合の観点から本質的に両立が難しい。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、デバイス特性の向上及び性能変動を抑制させることができるようにした、半導体装置及びそ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】
【００１１】
このため、本半導体装置は、半導体基板上に積層された複数の化合物半導体層からなる化合物半導体積層構造と、少なくとも前記化合物半導体積層構造を構成する化合物半導体層の表面に露出している部分を覆う第１絶縁膜と、第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜とを備え、第１絶縁膜は、引張応力が作用する膜であり、第２絶縁膜は、第１絶縁膜よりも水素を多く含んでおり、引張応力が作用する膜であることを要件とする。
また、本半導体装置の製造方法は、半導体基板上に複数の化合物半導体層を積層させて化合物半導体積層構造を形成し、少なくとも化合物半導体積層構造を構成する化合物半導体層の表面に露出している部分が覆われるように第１絶縁膜を形成し、第１絶縁膜上に前記第１絶縁膜よりも含有水素量の大きい第２絶縁膜を形成する工程を含み、第１絶縁膜を形成する工程において、Ｎ２をＮ原料ガスとして供給してシリコン窒化膜を形成し、第２絶縁膜を形成する工程において、少なくともＮＨ３をＮ原料ガスとして供給してシリコン窒化膜を形成することを要件とする。
【発明の効果】
【００１２】
したがって、本半導体装置及びその製造方法によれば、デバイス特性の向上及びデバイス性能変動を抑制させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の構成を示す模式的断面図である。
【図２】高周波プラズマＣＶＤ法で、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給して形成されたＳｉＮ膜に含まれるＳｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度（個／ｃｍ3）と屈折率との関係を示す図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施形態にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の課題を説明するための模式的断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｈ）は、本発明の第１実施形態にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図５】高周波プラズマＣＶＤ法で、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給して形成されたＳｉＮ膜の屈折率とストレスとの関係を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の構成を示す模式的断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の構成を示す模式的断面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の各実施形態の変形例にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の構成を示す模式的断面図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ｃ）はこの第１実施形態の変形例にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の他の構成例を示す模式的断面図である。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例にかかる半導体装置（ＭＩＳゲートＦＥＴ）の構成を示す模式的断面図である。
【図１１】従来の半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の構成を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる半導体装置及びその製造方法について説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図１〜図５を参照しながら説明する。
【００１５】
本実施形態にかかる半導体装置は、化合物半導体からなる化合物半導体装置［ここでは、ショットキー型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ；Field Effect Transistor）（ショットキーゲートＦＥＴ）］であって、例えば図１に示すように、半導体基板６上に積層された複数の化合物半導体層７〜１０からなる化合物半導体積層構造１と、化合物半導体積層構造１にショットキー接触しているゲート電極２と、化合物半導体積層構造１にオーミック接触しているオーミック電極３と、少なくとも化合物半導体積層構造１の表面に露出している部分を覆う第１絶縁膜４と、第１絶縁膜４上に形成された第２絶縁膜５とを備える。
【００１６】
ここで、化合物半導体積層構造１は、例えば図１に示すように、半絶縁性のＳｉＣ基板（半導体基板）６上に、バッファ層７、ＧａＮ電子走行層８、ＡｌＧａＮ電子供給層９、ＧａＮ表面層（キャップ層）１０を順に積層させた構造になっている。そして、ＧａＮ表面層１０上にゲート電極２が形成されており、ＡｌＧａＮ電子供給層９上にソース電極／ドレイン電極として機能する一対のオーミック電極３が形成されている。なお、図１中、符号１１は素子分離領域を示している。
【００１７】
第１絶縁膜４は、図１に示すように、絶縁性に優れた絶縁膜であり、少なくとも化合物半導体積層構造１を構成する化合物半導体層（ここではＧａＮ表面層１０）の表面に露出している部分に接するように形成されている。
ここでは、第１絶縁膜４は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）である。
本実施形態では、第１絶縁膜４としてのＳｉＮ膜（第１ＳｉＮ膜）は、絶縁性に優れた絶縁膜、即ち、Ｓｉ−Ｈ結合の数とＮ−Ｈ結合の数を足した合計が少なく（Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度が低く）、かつ、化学的量性比の正しい（Ｎ／Ｓｉ比が４／３になっている）ストイキオメトリ絶縁膜として構成されている。
【００１８】
この第１ＳｉＮ膜４の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は、２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）になっている。つまり、第１ＳｉＮ膜４は、屈折率としてはほぼストイキオメトリに位置する絶縁膜として構成されている。
ここで、図２は、高周波プラズマＣＶＤ法で、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給して形成されたＳｉＮ膜に含まれるＳｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度（個／ｃｍ3）と屈折率との関係を示す図である。
【００１９】
本実施形態では、第１ＳｉＮ膜４をストイキオメトリ絶縁膜として構成すべく、第１ＳｉＮ膜４の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）が１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲内になるようにしている。このため、図２に示すように、第１ＳｉＮ膜４に含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度は、１．１×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲内（ここでは、７．０×１０21個／ｃｍ3よりも大きく１．３×１０22個／ｃｍ3よりも小さい範囲内）になっている。また、第１ＳｉＮ膜４に含まれるＮ−Ｈ結合の濃度は、６．０×１０21個／ｃｍ3又はその近傍の範囲内（ここでは５．０×１０21個／ｃｍ3よりも大きく１．０×１０22個／ｃｍ3よりも小さい範囲内）になっている。
【００２０】
また、第１ＳｉＮ膜４は、これに含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度（図２中、Ｓｉ−Ｈ＋Ｎ−Ｈ）が、１．７×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲になっている。つまり、第１ＳｉＮ膜４は、Ｓｉ−Ｈ結合濃度とＮ−Ｈ結合濃度を足した合計濃度が低く、水素が少ししか含まれていない低水素含有絶縁膜になっている。なお、ＳｉＮ膜に含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は、屈折率が２．０の場合に最小値となる。
【００２１】
このようにストイキオメトリ絶縁膜として構成される第１ＳｉＮ膜４は、結合状態が脆弱な結合が少なく、電気伝導に寄与するイオンの量が少ないため、優れた絶縁性を有する。このため、第１ＳｉＮ膜４によって、ゲート電極２から化合物半導体積層構造１へのリーク電流経路が遮断されることになる。
第２絶縁膜５は、図１に示すように、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた絶縁膜であり、第１絶縁膜４の表面に接するように形成されている。
【００２２】
ここでは、第２絶縁膜５は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）である。
本実施形態では、この第２絶縁膜５としてのＳｉＮ膜（第２ＳｉＮ膜）は、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた絶縁膜、即ち、Ｓｉ−Ｈ結合の数とＮ−Ｈ結合の数を足した合計が多く（Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度が高く）、かつ、化学的量性比がずれている（Ｎ／Ｓｉ比が４／３からずれている）非ストイキオメトリ絶縁膜として構成されている。
【００２３】
この第２ＳｉＮ膜５の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は、２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）外になっている。つまり、第２ＳｉＮ膜５は、屈折率としてはストイキオメトリからずれた絶縁膜として構成されている。
この場合、第２ＳｉＮ膜５の屈折率を２．０又はその近傍の範囲外にするには、屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも高めにする方法と、屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも低めにする方法とがある。
【００２４】
屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも高めにすると、第２ＳｉＮ膜５中に含まれるＳｉ−Ｈ結合が増大し、第２ＳｉＮ膜５は、化合物半導体表面に対して化学的作用を生じさせうる水素を多く含むものとなる。
一方、屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも低めにすると、第２ＳｉＮ膜５中に含まれるＮ−Ｈ結合が増大し、第２ＳｉＮ膜５は、化合物半導体表面に対して化学的作用を生じさせうる水素を多く含むものとなる。
【００２５】
このように、第２ＳｉＮ膜５の屈折率が２．０又はその近傍の範囲外になっていれば、第２ＳｉＮ膜５は、化合物半導体表面に対して化学的作用を生じさせうる水素を多く含むものとなる。
しかしながら、Ｎ−Ｈ結合の結合エネルギはＳｉ−Ｈ結合の結合エネルギよりも大きいため、反応性の観点からは、Ｓｉ−Ｈ結合を多く含む方が有利である。
【００２６】
このため、第２ＳｉＮ膜５の屈折率は２．０又はその近傍の範囲よりも高めにするのが好ましい。
本実施形態では、第２ＳｉＮ膜５を非ストイキオメトリ絶縁膜として構成すべく、第２ＳｉＮ膜５の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）が１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲外（ここでは２．１以上）になるようにしている。このため、図２に示すように、第２ＳｉＮ膜５に含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度は、１．１×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外（ここでは１．３×１０22個／ｃｍ3以上）になっている。また、第２ＳｉＮ膜５に含まれるＮ−Ｈ結合の濃度は、６．０×１０21個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外（ここでは５．０×１０21個／ｃｍ3以下）になっている。
【００２７】
また、第２ＳｉＮ膜５は、これに含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度（図２中、Ｓｉ−Ｈ＋Ｎ−Ｈ）が、１．８×１０22個／ｃｍ3以上（好ましくは２．０×１０22個／ｃｍ3以上）になっている。つまり、第２絶縁膜５は、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度が高く、水素を多く含む高水素含有絶縁膜になっている。このように、第２絶縁膜５は、第１絶縁膜４よりも水素を多く含む含有水素量の大きい絶縁膜として構成されている。
【００２８】
このように構成される第２ＳｉＮ膜５は、多くの水素を含有し、これらの水素がＳｉ又はＮと結合しており、また、Ｎ／Ｓｉ比が４／３のストイキオメトリＳｉＮ膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）と比較して、化学的安定性が低下したものとなる。
なお、ここでは、上述の考察に基づいて、第２ＳｉＮ膜５の屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも高めにするようにしているが、これに限られるものではなく、屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも低めにする（即ち、１．９以下にする）ようにしても良い。この場合、第２ＳｉＮ膜５に含まれるＮ−Ｈ結合の濃度は、１．０×１０22個／ｃｍ3以上（６．０×１０21個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外）になる。また、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度は、７．０×１０21個／ｃｍ3以下（１．１×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外）になる。さらに、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度（図２中、Ｓｉ−Ｈ＋Ｎ−Ｈ）は、１．７×１０22個／ｃｍ3又はその近傍よりも大きくなる（好ましくは２．０×１０22個／ｃｍ3以上になる）。
【００２９】
ところで、化合物半導体表面には、結晶構成元素の酸化物や水素終端及び水酸基終端されたボンドが多く存在する。
このような化合物半導体表面上に、上述の第１ＳｉＮ膜４を介して、上述のように構成される第２ＳｉＮ膜５を設けると、第１ＳｉＮ膜上に形成された第２ＳｉＮ膜中に含まれる水素が、成膜中の熱エネルギ等によって化合物半導体表面に拡散し、あるいは、成膜時に反応炉内部に存在するラジカル水素が第１絶縁膜を透過して化合物半導体表面に拡散し、例えば化合物半導体表面の酸素と反応して脱水反応を起こしたり、化合物半導体表面の水素又は水酸基と反応を起こしたりする。
【００３０】
このような反応が進行することで、化合物半導体表面に存在する不安定な原子結合状態が安定化されるため、第２ＳｉＮ膜５を設けない場合（即ち酸化物やボンドが多く存在する場合）と比較して、化合物半導体表面の化学的変化現象及びこれに伴うデバイス動作中の表面電位の変化が抑制され、デバイス特性を向上させることができる。
なお、第２ＳｉＮ膜５の膜厚が厚くなると膜内をリーク電流が流れてしまうおそれがあるため、２層構造絶縁膜全体の絶縁性能を維持するために、第２絶縁膜５は、化合物半導体表面の改質を成し遂げることができる程度に薄い膜厚にするのが好ましい。この膜厚は、半導体材料及び変性の度合いで異なる。
【００３１】
このように、本実施形態では、化合物半導体積層構造１の表面を覆う保護膜として、性質の異なる絶縁膜を積層させた２層構造の絶縁膜（複層絶縁膜；積層構造絶縁膜）が設けられている。つまり、図１に示すように、化合物半導体側に、第１絶縁膜４として、絶縁性に優れたストイキオメトリ絶縁膜を設け、表面側に、第２絶縁膜５として、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた非ストイキオメトリ絶縁膜を設けている。これにより、絶縁膜の絶縁性向上（低ゲートリーク電流化）と化合物半導体表面の化学的安定性の向上の両立を可能とし、デバイス特性の向上及びデバイス性能変動が抑制させた高性能な半導体装置を実現している。
【００３２】
このような構成は、以下のような考察に基づいて見出されたものである。
化合物半導体装置の化合物半導体表面には、トラップ等に代表される結合状態の不安定なボンドが存在する。
例えば、結晶種に依存するが、多くの場合、化合物半導体表面は結晶構成元素の酸化物で覆われている。この酸化物は、電子に対してトラップとして働くことがあり、デバイス特性を低下させる。
【００３３】
また、例えば、化合物半導体表面が酸化することなく、結合手が切れた状態、もしくは、水素（Ｈ）で終端された状態になっていることも想定される。この場合も、酸化物が形成されている場合と同様に、電子に対するトラップとして作用することがあり、デバイス特性を低下させる。
この場合、不安定状態を解消してデバイス特性を向上させるために、化合物半導体表面上に成膜する絶縁膜として、非ストイキオメトリ絶縁膜（例えばＳｉ−Ｈ結合及びＮ−Ｈ結合を多く含むＳｉＮ膜）を使用することが考えられる。
【００３４】
非ストイキオメトリ絶縁膜を使用することによって、結合手が完全に結ばれていない系では、空いた結合手がエネルギ的に安定な状態に遷移しようとする。この遷移が、化合物半導体表面を安定な状態に変化させると考えられる。また、このような非ストイキオメトリ絶縁膜に多く含まれる水素（Ｈ）や成膜中のラジカル水素（ラジカルＨ）が化合物半導体表面に到達し、化合物半導体表面を安定な状態に変化させると考えられる。
【００３５】
この結果、化合物半導体表面の化学的変化現象及びこれに伴うデバイス動作中の表面電位の変化が抑制され、デバイス特性が向上する。
しかしながら、このような非ストイキオメトリ絶縁膜（ＳｉＮ膜）は、原子の結合手が安定な状態で結ばれていないため、絶縁性能が低く、リーク電流が流れてしまう。例えば、このような絶縁膜（ＳｉＮ膜）を用いてＭＩＭキャパシタを形成した場合、絶縁膜を介して電流が流れてしまう。
【００３６】
ここで、ショットキーゲート型の化合物半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）では、ゲート電極は化合物半導体積層構造の表面にショットキー接合されている（例えば図３参照）。なお、一定のゲート印加電圧以下では、ショットキー接合を通じて流れる電流は微小である。
しかしながら、例えば絶縁膜に高い電圧が印加されると、絶縁膜を介してゲート電極から化合物半導体積層構造へリーク電流経路が形成される場合がある。
【００３７】
このリーク電流経路を流れるゲートリーク電流量は、デバイスの信頼性に影響を与える。
このような点を考慮すると、ゲートリーク電流を抑制して信頼性を向上させるために、化学的量性比の正しい絶縁膜（ストイキオメトリ絶縁膜）を使用することが考えられる。
しかしながら、ストイキオメトリ絶縁膜は、化学的に極めて安定であり、上述のような化合物半導体表面の安定化作用（改質作用）はほとんど期待できない。
【００３８】
そこで、化合物半導体表面に対する安定化作用（改質作用）によるデバイス特性の向上と、低ゲートリーク電流化を両立させるべく、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、非ストイキオメトリ絶縁膜（ＳｉＮ膜）とストイキオメトリ絶縁膜（ＳｉＮ膜）の２層構造にすることが考えられる。
しかしながら、例えば図３（Ａ）に示すように、ストイキオメトリＳｉＮ膜を表面側に配置し、非ストイキオメトリＳｉＮ膜を化合物半導体側に配置すると、図３（Ａ）中、矢印で示すように、リーク電流経路が形成されてしまう。一般に、この部分には大きな電界が集中し、電流が流れやすい状態になっており、この部分に電流が流れると、絶縁膜内部及び絶縁膜と化合物半導体との接触部が破壊されてしまうおそれがあり、ひいてはデバイスの破壊につながるおそれがある。
【００３９】
これに対し、図３（Ｂ）に示すように、非ストイキオメトリＳｉＮ膜を表面側に配置し、ストイキオメトリＳｉＮ膜を化合物半導体側に配置した場合、リーク電流経路は形成されない。
このような点を考慮して、上述のように、化合物半導体側に、第１絶縁膜４として、絶縁性に優れたストイキオメトリ絶縁膜を設け、表面側に、第２絶縁膜５として、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた非ストイキオメトリ絶縁膜を設けている。
【００４０】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について、図４を参照しながら説明する。
まず、図４（Ａ）に示すように、半絶縁性のＳｉＣ基板（半導体基板）６上に、バッファ層７、ＧａＮからなる電子走行層８、ＡｌＧａＮからなる電子供給層９、ＧａＮからなる表面層１０を、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によって、順にエピタキシャル成長させ、複数の化合物半導体層７〜１０を積層してなる化合物半導体積層構造１を形成する。なお、バッファ層７は、ＳｉＣ基板１の表面の格子欠陥が電子走行層８に伝播するのを防ぐ役割がある。
【００４１】
次に、図４（Ｂ）に示すように、素子を形成しない領域（素子分離領域；注入領域）１１を不活性化する目的で、この領域１１に例えばＡｒを注入し、素子間分離を行なう。これにより、活性領域が確定される。
次いで、図４（Ｃ）に示すように、例えばフォトリソグラフィによってオーミック電極形成領域を規定し、例えばドライエッチングによって表面層１０を除去する。
【００４２】
そして、図４（Ｃ）に示すように、例えば真空蒸着法によって、Ｔｉ（例えば厚さ２０ｎｍ）、Ａｌ（例えば厚さ２００ｎｍ）を順に蒸着させた後、リフトオフして、電子供給層９上に一対のオーミック電極３を形成する。その後、熱処理を加えることによって、電子供給層９とオーミック電極３との間でオーミックコンタクトを形成する。
次に、図４（Ｄ）に示すように、オーミック電極３が形成された化合物半導体積層構造１の表面全体を覆うように、第１絶縁膜（第１ＳｉＮ膜）４、第２絶縁膜（第２ＳｉＮ膜）５を順に形成する。
【００４３】
具体的には、まず、図４（Ｄ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ（ＰＣＶＤ）法を用いて、オーミック電極３が形成された化合物半導体積層構造１の表面上に第１絶縁膜４を成膜する。
ここでは、第１絶縁膜４として、絶縁性に優れたストイキオメトリ絶縁膜を形成すべく、例えば、高周波プラズマＣＶＤ法を用い、プラズマ励起周波数１３．５６ＭＨｚ、出力（高周波出力）５０Ｗ、ガス流量ＳｉＨ4／Ｎ2／Ｈｅ＝２ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍとして、例えば２０ｎｍのシリコン窒化膜（第１ＳｉＮ膜）を成膜する。
【００４４】
このようにして形成された第１ＳｉＮ膜４に含有されるＳｉ−Ｈ結合濃度は１．１×１０22個／ｃｍ3となり、Ｎ−Ｈ結合濃度は６．０×１０21個／ｃｍ3となった。なお、Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いた透過型測定によって計測した。ここでは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は、１．７×１０22個／ｃｍ3となった。
【００４５】
また、第１ＳｉＮ膜４の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は２．０となった。なお、屈折率は、エリプソメトリ法を用いて計測した。また、ＳｉＮ膜は、屈折率が２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）で、概ね、ストイキオメトリ、即ち、Ｎ／Ｓｉ比が４／３になって化学的量性比の正しい膜となるため、ストイキオメトリ絶縁膜としての第１ＳｉＮ膜４が形成されたことになる。
【００４６】
次に、図４（Ｄ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ（ＰＣＶＤ）法を用いて、第１絶縁膜４上に第２絶縁膜５を成膜する。
ここでは、第２絶縁膜５として、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた非ストイキオメトリ絶縁膜を形成すべく、例えば、高周波プラズマＣＶＤ法を用い、プラズマ励起周波数１３．５６ＭＨｚ、出力（高周波出力）５０Ｗ、ガス流量ＳｉＨ4／Ｎ2／Ｈｅ＝３ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍとして、例えば２０ｎｍのシリコン窒化膜（第２ＳｉＮ膜）を成膜する。
【００４７】
このようにして形成された第２ＳｉＮ膜５に含有されるＳｉ−Ｈ結合濃度は１．６×１０22個／ｃｍ3となり、Ｎ−Ｈ結合濃度は４．０×１０21個／ｃｍ3となった。なお、Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いた透過型測定によって計測した。ここでは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は２．０×１０22個／ｃｍ3となった。
【００４８】
また、第２ＳｉＮ膜５の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は２．３となった。なお、屈折率は、エリプソメトリ法を用いて計測した。また、ＳｉＮ膜は、屈折率が２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）外になった場合、Ｎ／Ｓｉ比が４／３からずれて化学的量性比の正しい膜にならないため、非ストイキオメトリ絶縁膜としての第２ＳｉＮ膜５が形成されたことになる。
【００４９】
このように、本実施形態では、所望の原料ガス流量等の成膜条件でストイキオメトリ絶縁膜（第１絶縁膜）４を形成し、原料ガス流量等の成膜条件を変化させて非ストイキオメトリ絶縁膜（第２絶縁膜）５を形成している。
つまり、第１絶縁膜４としてのストイキオメトリ絶縁膜を形成する工程において、ＳｉＨ4をＳｉ原料ガスとして供給して、Ｎ／Ｓｉ比が４／３の第１ＳｉＮ膜（化学的量性比の正しいＳｉＮ膜；ストイキオメトリ絶縁膜）４を形成し、第２絶縁膜５としての非ストイキオメトリ絶縁膜を形成する工程において、Ｓｉ原料ガスであるＳｉＨ4の流量を増加させて、Ｎ／Ｓｉ比が４／３よりも小さい第２ＳｉＮ膜（非ストイキオメトリ絶縁膜）５を形成している。
【００５０】
ここで、非ストイキオメトリＳｉＮ膜を成膜するには、ストイキオメトリＳｉＮ膜が成膜される原料ガス流量に対して、Ｓｉ原料ガスであるＳｉＨ4の流量を変化させたり、Ｎ原料ガスであるＮ2の流量を変化させたりすれば良い。例えば、Ｓｉ原料ガスであるＳｉＨ4の流量を増加させると、屈折率が大きくなり、Ｎ／Ｓｉ比が小さくなった非ストイキオメトリＳｉＮ膜が成膜される。また、Ｎ原料ガスであるＮ2の流量を増加させると、屈折率が小さくなり、Ｎ／Ｓｉ比が大きくなった非ストイキオメトリＳｉＮ膜が成膜される。
【００５１】
なお、本実施形態では、図４（Ｄ）に示すように、オーミック電極３が形成された化合物半導体積層構造１の表面全体を覆うように、第１絶縁膜（ストイキオメトリ絶縁膜）４及び第２絶縁膜（非ストイキオメトリ絶縁膜）５を形成しているが、これに限られるものではなく、少なくとも化合物半導体積層構造を構成する化合物半導体層の表面に露出している部分が覆われるように、第１絶縁膜（ストイキオメトリ絶縁膜）及び第２絶縁膜（非ストイキオメトリ絶縁膜）を形成すれば良い。
【００５２】
次に、図４（Ｅ）に示すように、全面にレジスト１２を塗布し、例えばリソグラフィによって、レジスト１２にゲート電極形成領域に相当するレジスト開口１２Ａを形成する。
そして、図４（Ｆ）に示すように、レジスト１２をマスクとして、例えばＳＦ6をエッチングガスとして用いて、第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５をドライエッチングし、第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５に開口１３を形成する。
【００５３】
次いで、レジストを除去した後、図４（Ｇ）に示すように、下層レジスト（商品名ＰＭＧＩ：米国マイクロケム社製）１４Ａ及び上層レジスト（商品名ＰＦＩ３２−Ａ８：住友化学社製）１４Ｂからなる多層レジスト（庇形成用多層レジスト）１４を例えばスピンコート法によって塗布し、例えば紫外線露光によって例えば０．８μｍ幅の開口１５を上層レジスト１４Ａに形成する。
【００５４】
次に、上層レジスト１４Ａをマスクとして、下層レジスト１４Ｂを例えばアルカリ現像液でウェットエッチングする。このエッチングによって、下層レジスト１４Ｂに開口１６が形成され、図４（Ｇ）に示すような庇構造が形成される。
次いで、図４（Ｇ）に示すように、上層レジスト１４Ａ及び下層レジスト１４Ｂをマスクとして、全面にゲートメタル（Ｎｉ：例えば厚さ１０ｎｍ程度／Ａｕ：例えば厚さ３００ｎｍ程度）を蒸着する。なお、ここでは、図示の便宜上、上層レジスト上に堆積されるゲートメタルの図示を省略している。
【００５５】
そして、加温した有機溶剤を用いてリフトオフを行ない、図４（Ｈ）に示すように、電子供給層９上にゲート電極２を形成する。
その後、層間絶縁膜やコンタクト孔、各種配線等の形成工程を経て、本半導体装置を完成させる。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、デバイス特性及び信頼性を向上させることができるという利点がある。
【００５６】
実際に、上述のような方法及び条件によって形成した第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５を備える化合物半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）では、化合物半導体表面のトラップに起因するドレイン電流の変動が抑制され、また、絶縁膜の内部を流れるゲートリーク電流量も著しく低下し、この結果、デバイスの故障率が大幅に向上した。
ところで、上述の実施形態では、図１に示すように、第１絶縁膜４と第２絶縁膜５とを積層させた積層構造絶縁膜とし、第１絶縁膜４をストイキオメトリ絶縁膜（第１ＳｉＮ膜）とし、第２絶縁膜５を非ストイキオメトリ膜（第２ＳｉＮ膜）とすることで、絶縁膜全体の絶縁性向上（低ゲートリーク電流化）と化合物半導体表面の化学的安定性の向上の両立を可能としているが、さらに、第１絶縁膜（ストイキオメトリＳｉＮ膜）４及び第２絶縁膜（非ストイキオメトリＳｉＮ膜）５に作用する応力を制御することで、デバイス性能及び表面改質作用を高めるとともに、応力を緩和し、絶縁膜全体の低応力化を実現することができる。
【００５７】
ここで、図５は、高周波プラズマＣＶＤ法で、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給して形成されたＳｉＮ膜の屈折率とストレスとの関係を示す図である。なお、図５中、縦軸のストレスの値は、プラスが引張応力であり、マイナスが圧縮応力を示している。
図５に示すように、高周波プラズマＣＶＤ法で、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給して形成されるＳｉＮ膜は、屈折率が２．１又はその近傍よりも小さくなっていると（ここでは２．１７よりも小さくなっていると）引張応力が作用し、屈折率が２．１又はその近傍よりも大きくなっていると（ここでは２．１７以上になっていると）圧縮応力が作用する。
【００５８】
例えば、上述の実施形態では、高周波プラズマＣＶＤ法で、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給して、図１に示すように、一対のオーミック電極３が形成された化合物半導体積層構造１の表面上に、第１絶縁膜４として、屈折率が２．０又はその近傍の範囲内になっているストイキオメトリＳｉＮ膜を形成し、第２絶縁膜５として、屈折率が２．０又はその近傍の範囲外になっている非ストイキオメトリＳｉＮ膜を形成している。
【００５９】
このため、上述の実施形態では、第１絶縁膜４として形成されるストイキオメトリＳｉＮ膜には、引張応力が作用する。
一方、第２絶縁膜５として形成される非ストイキオメトリＳｉＮ膜は、屈折率が２．１又はその近傍よりも大きくなるようにすれば（ここでは２．１７以上になるようにすれば）、圧縮応力が作用することになる。
【００６０】
したがって、このような応力が作用する第１絶縁膜４と第２絶縁膜５との組み合わせよる２層構造絶縁膜の場合、第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５の厚さを調整することで、応力を緩和し、絶縁膜全体の低応力化を実現することができる。
特に、第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５の厚さを適切に選択することで、絶縁膜全体の応力をゼロ（ゼロストレス）にすることができる。例えば図５に示すように、ストイキオメトリ絶縁膜としての第１ＳｉＮ膜４の屈折率が２．０程度となり、非ストイキオメトリ絶縁膜としての第２ＳｉＮ膜５の屈折率が２．３程度となるようにし、第１ＳｉＮ膜４の厚さと第２ＳｉＮ膜５の厚さを同じにすれば、ゼロストレスを実現できることになる。
【００６１】
このように、絶縁膜全体の低応力化を図った化合物半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）では、第１絶縁膜４が、第２絶縁膜５に作用する圧縮応力を緩和しうる厚さを有するものとなっているか、又は、第２絶縁膜５が、第１絶縁膜４に作用する引張応力を緩和しうる厚さを有するものとなっている。なお、第１絶縁膜４と第２絶縁膜５は、同じ厚さになる場合もあるし、異なる厚さになる場合もある。
【００６２】
なお、化合物半導体積層構造１上に形成される第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５は、これらに作用する応力が圧縮側又は引張側に大きく偏らないようにすることが望ましい。また、完全応力緩和は必須条件ではなく、第1絶縁膜４と第2絶縁膜５の膜厚比率は適宜選択できる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図６を参照しながら説明する。
【００６３】
本実施形態にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の製造方法は、上述の第１実施形態のものに対し、第２絶縁膜を形成する工程において、少なくともＮＨ3をＮ原料ガス（窒素原料ガス）として供給してシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する点が異なる。
つまり、第１絶縁膜を形成する工程においては、上述の第１実施形態と同様に［図４（Ｄ）参照］、Ｎ2をＮ原料ガス（窒素原料ガス）として供給してシリコン窒化膜（第１ＳｉＮ膜；Ｎ2ベースＳｉＮ膜）４を形成するのに対し、第２絶縁膜を形成する工程においては、ＮＨ3をＮ原料ガス（窒素原料ガス）として供給してシリコン窒化膜（第２ＳｉＮ膜；ＮＨ3ベースＳｉＮ膜）５Ａを形成する点が異なる［図６参照］。
【００６４】
具体的には、上述の第１実施形態と同様に［図４（Ｄ）参照］、第１絶縁膜４として、絶縁性に優れたストイキオメトリ絶縁膜を形成すべく、例えば、高周波プラズマＣＶＤ法を用い、プラズマ励起周波数１３．５６ＭＨｚ、出力（高周波出力）５０Ｗ、ガス流量ＳｉＨ4／Ｎ2／Ｈｅ＝２ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍとして、例えば２０ｎｍのシリコン窒化膜（第１ＳｉＮ膜；Ｎ2ベース・ストイキオメトリＳｉＮ膜）を成膜
する［図６参照］。
【００６５】
このようにして形成された第１ＳｉＮ膜４に含有されるＳｉ−Ｈ結合濃度は１．１×１０22個／ｃｍ3となり、Ｎ−Ｈ結合濃度は６．０×１０21個／ｃｍ3となった。なお、Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いた透過型測定によって計測した。ここでは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は１．７×１０22個／ｃｍ3となった。
【００６６】
また、第１ＳｉＮ膜４の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は２．０となった。なお、屈折率は、エリプソメトリ法を用いて計測した。
一方、第２絶縁膜５Ａを形成する工程は、上述の第１実施形態と異なり、第２絶縁膜５Ａとして、例えば、高周波プラズマＣＶＤ法を用い、プラズマ励起周波数１３．５６ＭＨｚ、出力（高周波出力）５０Ｗ、ガス流量ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2／Ｈｅ＝５ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍとして、例えば２０ｎｍのシリコン窒化膜（第２ＳｉＮ膜；ＮＨ3ベース・非ストイキオメトリＳｉＮ膜）を成膜する［図６参照］。
【００６７】
このようにして形成された第２ＳｉＮ膜５Ａに含有されるＳｉ−Ｈ結合濃度は２．４×１０22個／ｃｍ3となり、Ｎ−Ｈ結合濃度は６．０×１０21個／ｃｍ3となった。なお、Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いた透過型測定によって計測した。ここでは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は３．０×１０22個／ｃｍ3となった。
【００６８】
また、第２ＳｉＮ膜５Ａの屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は２．３となった。なお、屈折率は、エリプソメトリ法を用いて計測した。また、ＳｉＮ膜は、屈折率が２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）外になった場合、Ｎ／Ｓｉ比が４／３からずれて化学的量性比の正しい膜にならないため、非ストイキオメトリ絶縁膜としての第２ＳｉＮ膜５Ａが形成されたことになる。
【００６９】
このように、本実施形態では、第１絶縁膜４の成膜時よりも水素（水素終端基；水素プラズマ密度）を増やした状態で第２絶縁膜５Ａを形成している。
なお、ここでは、第２絶縁膜５Ａを形成する工程において、窒素原料ガスとして、ＮＨ3だけでなく、Ｎ2も供給しているが、これに限られるものではなく、Ｎ2を供給せずに、ＮＨ3だけを供給するようにしても良い。
【００７０】
このように、本実施形態では、以下の考察に基づいて、プラズマＣＶＤ（ＰＣＶＤ）法を用い、プラズマ中に水素プラズマが過剰な状態で第２絶縁膜５Ａの成膜を行なうようにしている。
上述の第１実施形態において説明したように、水素の拡散あるいはラジカル水素の打ち込みによって、結晶構成元素の酸化物や水素終端及び水酸基終端されたボンドを還元又は正常な結合状態に戻す必要がある。
【００７１】
そこで、上述の第１実施形態では、第２絶縁膜５として、水素を多く含み、化学的に不安定な非ストイキオメトリ絶縁膜を用いている。
しかしながら、同様の効果は、例えばプラズマＣＶＤによって第２絶縁膜を成膜する際に、プラズマ中の水素濃度を上昇させることによって実現することができる。つまり、化合物半導体表面の化学的不安定性は、ラジカル水素を多く含む環境下で第２絶縁膜を成膜することによって解消することができる。プラズマ中の水素濃度を上昇させて、ラジカル水素を多く含む環境にするには、窒素材料ガスとしてＮＨ3を用いれば良い。
【００７２】
なお、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法の他の工程は、上述の第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
ところで、上述のような製造方法によって製造された半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）は、以下のように構成されることになる。
本実施形態では、図６に示すように、第２絶縁膜５ＡとしてのＳｉＮ膜（第２ＳｉＮ膜；ＮＨ3ベースＳｉＮ膜）は、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた絶縁膜、即ち、Ｓｉ−Ｈ結合及びＮ−Ｈ結合の合計が多く（Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度の合計濃度が高く）、化学的量性比がずれている（Ｎ／Ｓｉ比が４／３からずれている）非ストイキオメトリ絶縁膜（ＮＨ3ベース・非ストイキオメトリＳｉＮ膜）として構成されている。なお、図６では、上述の第１実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
【００７３】
この第２ＳｉＮ膜５Ａの屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は、２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）外になっている。つまり、第２ＳｉＮ膜５Ａは、屈折率としてはストイキオメトリからずれた絶縁膜として構成されている。
本実施形態では、第２ＳｉＮ膜５Ａを非ストイキオメトリ絶縁膜として構成すべく、第２ＳｉＮ膜５の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）が１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲外（ここでは２．１以上）になるようにしている。
【００７４】
ここで、高周波プラズマＣＶＤ法で、ＮＨ3をＮ原料ガスとして供給して形成されたＳｉＮ膜に含まれるＳｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度と屈折率との関係を示す特性線は、上述の第１実施形態で説明したような、高周波プラズマＣＶＤ法で、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給して形成されたＳｉＮ膜に含まれるＳｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度と屈折率との関係を示す特性線（図２参照）に対して、Ｓｉ−Ｈ，Ｎ−Ｈ結合濃度が高くなる側（図２中、上側）へシフトすることになる。
【００７５】
このため、第２ＳｉＮ膜５Ａに含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度は、１．７×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外（ここでは２．０×１０22個／ｃｍ3以上）になっている。また、第２ＳｉＮ膜５Ａに含まれるＮ−Ｈ結合の濃度は、９．０×１０21個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外（ここでは８．０×１０21個／ｃｍ3以下）になっている。
また、第２ＳｉＮ膜５Ａは、これに含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度が、２．８×１０22個／ｃｍ3以上になっている（少なくとも２．０×１０22個／ｃｍ3以上になっていれば良い）。つまり、第２絶縁膜５Ａは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度が高く、水素を多く含む高水素含有絶縁膜になっている。このように、第２絶縁膜５Ａは、第１絶縁膜４よりも水素を多く含む含有水素量の大きい絶縁膜として構成されている。
【００７６】
このように構成される第２ＳｉＮ膜５Ａは、多くの水素を含有し、これらの水素がＳｉ又はＮと結合しており、また、Ｎ／Ｓｉ比が４／３のストイキオメトリＳｉＮ膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）と比較して、化学的安定性が低下したものとなる。
なお、ここでは、第２ＳｉＮ膜５Ａの屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも高めにするようにしているが、これに限られるものではなく、屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも低めにする（即ち、１．９以下にする）ようにしても良い。この場合、第２ＳｉＮ膜５Ａに含まれるＮ−Ｈ結合の濃度は、１．５×１０22個／ｃｍ3以上（９．０×１０21個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外）になる。また、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度は、１．１×１０22個／ｃｍ3以下（１．７×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外）になる。さらに、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は、２．７×１０22個／ｃｍ3以上になる（少なくとも２．０×１０22個／ｃｍ3以上になれば良い）。
【００７７】
なお、その他の構成は、上述の第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態のものと同様に、デバイス特性の向上及び性能変動を抑制させることができるという利点がある。
【００７８】
特に、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、変性した化合物半導体表面に対する改質作用（安定化作用）は、成膜された第２ＳｉＮ膜５Ａに含まれるＳｉ−Ｈ結合やＮ−Ｈ結合によってのみ成し遂げられるのではなく、第２ＳｉＮ膜５Ａの成膜中にプラズマ中に存在する水素プラズマによっても実現されることになる。このため、化合物半導体表面の化学的安定性及びデバイス特性を、より向上させることができる。
【００７９】
実際に、上述のような方法及び条件によって形成した第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５Ａを備える化合物半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）では、化合物半導体表面のトラップに起因するドレイン電流の変動が抑制され、また、絶縁膜の内部を流れるゲートリーク電流量も著しく低下し、この結果、デバイスの故障率が大幅に向上した。
なお、上述の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を用いる場合、化合物半導体表面に対する改質作用（安定化作用）は、第２ＳｉＮ膜５Ａの成膜中にプラズマ中に存在する水素プラズマによっても実現されるため、上述の実施形態のように、第２絶縁膜５Ａとして、水素を多く含み、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた非ストイキオメトリ絶縁膜（屈折率としてはストイキオメトリからずれた絶縁膜）を形成する必要はない。つまり、第２絶縁膜５Ａの屈折率に制限はなく、第２絶縁膜５ＡとしてのＳｉＮ膜の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）を２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）になるようにして、第２絶縁膜として、水素を多く含み、屈折率としてはストイキオメトリに位置する絶縁膜（ＮＨ3ベース・ストイキオメトリＳｉＮ膜；ＮＨ3ベースＳｉＮ膜）を形成しても良い。
【００８０】
この場合、第２ＳｉＮ膜としてのＮＨ3ベース・ストイキオメトリＳｉＮ膜に含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度は、１．７×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲内（ここでは１．１×１０22個／ｃｍ3よりも大きく２．０×１０22個／ｃｍ3よりも小さい範囲内）になれば良い。また、Ｎ−Ｈ結合の濃度は、９．０×１０21個／ｃｍ3又はその近傍の範囲内（ここでは８．０×１０21個／ｃｍ3よりも大きく１．５×１０22個／ｃｍ3よりも小さい範囲内）になれば良い。さらに、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は、２．６×１０22個／ｃｍ3以上（少なくとも２．０×１０22個／ｃｍ3以上）になれば良い。
【００８１】
これにより、屈折率としては非ストイキオメトリに位置する絶縁膜として形成する場合と比較して、絶縁膜全体の絶縁性を高めることができ、より絶縁性の優れた絶縁膜を実現できることになる。但し、化合物半導体表面に対する安定化作用がより優れた絶縁膜を実現するには、上述の実施形態のように、屈折率としては非ストイキオメトリに位置する絶縁膜として形成するのが好ましい。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図７を参照しながら説明する。
【００８２】
本実施形態にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）は、上述の第２実施形態のものに対し、図７に示すように、さらに第２絶縁膜５Ａ上に第３絶縁膜２０を備える点が異なる。なお、図７では、上述の第２実施形態（図６参照）と同一のものには同一の符号を付している。
つまり、上述の第２実施形態では、第２絶縁膜（ＮＨ3ベース・ストイキオメトリＳｉＮ膜）５Ａとして、水素を多く含み、屈折率としては非ストイキオメトリに位置する絶縁膜［屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）が２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）外になっているＳｉＮ膜］を形成することになる。
【００８３】
この場合、第２絶縁膜５Ａは、その物理的性質（高周波プラズマＣＶＤ法で、ＮＨ3を
Ｎ原料ガスとして供給して形成されたＳｉＮ膜のストレスと屈折率との関係；図５に示す特性よりも全体的に上方（引張側）へシフトしたものとなる）から、引張応力が作用する膜となる。
一方、第１絶縁膜４として形成されるストイキオメトリＳｉＮ膜も、その物理的性質（図５参照）から、引張応力が作用する膜となる。
【００８４】
このため、本半導体装置は、絶縁膜全体の応力を緩和し、絶縁膜全体の低応力化を実現するために、図７に示すように、第２絶縁膜５Ａ上に、第１絶縁膜４に作用する引張応力及び第２絶縁膜５Ａに作用する引張応力を緩和しうる圧縮応力が作用する第３絶縁膜（ここではシリコン窒化膜；第３ＳｉＮ膜）２０が設けられている。これにより、絶縁膜全体をゼロストレスとすることが可能となる。
【００８５】
このような圧縮応力が作用する第３絶縁膜（ＳｉＮ膜）２０は、例えば低周波ＲＦ（３８０ｋＨｚ）によって励起されたプラズマによって（即ち、低周波プラズマＣＶＤ法によって）成膜することができる。
なお、その他の構成は、上述の第２実施形態及びその変形例と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００８６】
このように構成される半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）に備えられる第１絶縁膜４、第２絶縁膜５Ａ及び第３絶縁膜２０は、以下の方法で製造することができる。
まず、第１絶縁膜４として、絶縁性に優れたストイキオメトリ絶縁膜を形成すべく、例えば、高周波プラズマＣＶＤ法を用い、プラズマ励起周波数１３．５６ＭＨｚ、出力（高周波出力）５０Ｗ、ガス流量ＳｉＨ4／Ｎ2／Ｈｅ＝２ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍとして、例えば１０ｎｍのシリコン窒化膜（第１ＳｉＮ膜；Ｎ2ベースＳｉＮ膜）を成膜する［図７参照］。
【００８７】
このようにして形成された第１ＳｉＮ膜４に含有されるＳｉ−Ｈ結合濃度は１．１×１０22個／ｃｍ3となり、Ｎ−Ｈ結合濃度は６．０×１０21個／ｃｍ3となった。なお、Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いた透過型測定によって計測した。ここでは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は１．７×１０22個／ｃｍ3となった。
【００８８】
また、第１ＳｉＮ膜４の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は２．０となった。なお、屈折率は、エリプソメトリ法を用いて計測した。
このようにして、第１絶縁膜４を形成する工程において、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲（即ち、屈折率が２．０又はその近傍の範囲）で、Ｎ／Ｓｉ比が４／３になって化学的量性比の正しいストイキオメトリ絶縁膜としての第１ＳｉＮ膜４を形成する。このように、高周波プラズマＣＶＤ法で、窒素原料ガスとしてＮ2を用いて形成された第１絶縁膜（Ｎ2ベース・ストイキオメトリＳｉＮ膜）４は、引張応力が作用する膜となる。
【００８９】
次に、第１絶縁膜４上に第２絶縁膜５Ａを形成すべく、例えば、高周波プラズマＣＶＤ法を用い、プラズマ励起周波数１３．５６ＭＨｚ、出力（高周波出力）５０Ｗ、ガス流量ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2／Ｈｅ＝５ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍとして、例えば１０ｎｍのシリコン窒化膜（第２ＳｉＮ膜；ＮＨ3ベースＳｉＮ膜）を成膜する［図７参照］。
【００９０】
このようにして形成された第２ＳｉＮ膜５Ａに含有されるＳｉ−Ｈ結合濃度は２．４×１０22個／ｃｍ3となり、Ｎ−Ｈ結合濃度は６．０×１０21個／ｃｍ3となった。なお、Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いた透過型測定によって計測した。ここでは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は３．０×１０22個／ｃｍ3となった。
【００９１】
また、第２ＳｉＮ膜５Ａの屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は２．３となった。なお、屈折率は、エリプソメトリ法を用いて計測した。また、ここでは、第２ＳｉＮ膜５Ａは、高周波プラズマＣＶＤ法で、窒素原料ガスとしてＮＨ3を用いて形成されるため、屈折率が２．３でも引張応力が作用することになる。
このようにして、第２絶縁膜５Ａを形成する工程において、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲（即ち、屈折率が２．０又はその近傍の範囲）外で、化学的量性比がずれている（Ｎ／Ｓｉ比が４／３からずれている）非ストイキオメトリ絶縁膜としての第２ＳｉＮ膜５Ａを形成する。このように、高周波プラズマＣＶＤ法で、窒素原料ガスとしてＮＨ3を用いて形成された第２絶縁膜（ＮＨ3ベース・ストイキオメトリＳｉＮ膜）５Ａは、引張法力が作用する膜となる。
【００９２】
次いで、第２絶縁膜５Ａ上に第３絶縁膜２０を形成すべく、例えば、低周波プラズマＣＶＤ法を用い、プラズマ励起周波数３８０ｋＨｚ、出力（低周波出力）５０Ｗ、ガス流量ＳｉＨ4／Ｎ2／Ｈｅ＝１０ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍとして、例えば２０ｎｍのシリコン窒化膜（第３ＳｉＮ膜；低周波ＳｉＮ膜）を成膜する［図７参照］。
このようにして形成された第３ＳｉＮ膜２０に含有されるＳｉ−Ｈ結合濃度は０．８×１０22個／ｃｍ3となり、Ｎ−Ｈ結合濃度は３．０×１０21個／ｃｍ3となった。なお、Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いた透過型測定によって計測した。ここでは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は３．１×１０22個／ｃｍ3となった。
【００９３】
また、第３ＳｉＮ膜２０の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は２．０となった。なお、屈折率は、エリプソメトリ法を用いて計測した。
さらに、第３ＳｉＮ膜２０の膜密度は、２．９〜３．０ｇ／ｃｍ3となった。つまり、第３ＳｉＮ膜２０は、第１ＳｉＮ膜４又は第２ＳｉＮ膜５Ａと比較して、膜密度が高くなった（ここでは約１０％程度）。
【００９４】
このようにして低周波励起のプラズマＣＶＤ法によって成膜された第３絶縁膜２０は、圧縮応力が作用する膜となる。
このようにして、低周波プラズマＣＶＤ法によって堆積した第３ＳｉＮ膜２０は、成膜時のイオンエネルギーが高いため、緻密で結合欠陥の少ない膜になる。このため、第３ＳｉＮ膜２０は、耐水性に優れ、デバイスの信頼性向上にも大きく寄与することになる。つまり、高周波プラズマＣＶＤ法（プラズマ励起周波数１３．５６ＭＨｚ）によって成膜された絶縁膜（ＳｉＮ膜）のみを備える半導体装置（ここではショットキーゲートＦＥＴ）よりも高い耐水性能を有する半導体装置（ここではショットキーゲートＦＥＴ）を実現できることになる。
【００９５】
なお、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法の他の工程は、上述の第２実施形態及びその変形例と同様であるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第２実施形態及びその変形例のものと同様に、デバイス特性及び信頼性を向上させることができるという利点がある。
【００９６】
また、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、上述の第２実施形態及びその変形例のものと同様に、変性した化合物半導体表面に対する改質作用（安定化作用）は、成膜された第２ＳｉＮ膜５Ａに含まれるＳｉ−Ｈ結合やＮ−Ｈ結合によってのみ成し遂げられるのではなく、第２ＳｉＮ膜５Ａの成膜中にプラズマ中に存在する水素プラズマによっても実現されることになる。このため、化合物半導体表面の化学的安定性及びデバイス特性を、より向上させることができる。
【００９７】
実際に、上述のような方法及び条件によって形成した第１絶縁膜４、第２絶縁膜５Ａ及び第３絶縁膜２０を備える化合物半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）では、化合物半導体表面のトラップに起因するドレイン電流の変動が抑制され、また、絶縁膜の内部を流れるゲートリーク電流量も著しく低下し、この結果、デバイスの故障率が大幅に向上した。
【００９８】
特に、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５Ａによって、絶縁膜全体の絶縁性向上（低ゲートリーク電流化）及び化合物半導体表面の化学的安定性の向上を図りながら、第３絶縁膜２０によって、絶縁膜全体の低応力化を実現することができる。
［その他］
なお、上述の各実施形態では、ショットキーゲートＦＥＴを例に挙げて説明しているが、本発明は、例えばＭＩＳゲートＦＥＴ（ＭＩＳゲート型ＦＥＴ；例えば図１０参照）などの他の半導体装置にも適用することができる。また、上述の各実施形態におけるショットキーゲートＦＥＴ及びＭＩＳゲートＦＥＴにおいては、要求される諸特性によって、化合物半導体積層構造を、ＧａＮ表面層を備えないものとして構成することもできる。
【００９９】
また、上述の各実施形態及び各変形例の半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）に備えられるゲート電極の形状は、上述の各実施形態及び各変形例のものに限られるものではない。例えば図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、上述の各実施形態及び各変形例の半導体装置を、マッシュルーム型のゲート電極２Ａを備えるものとして構成することもできる。なお、図８（Ａ）は、上述の第１実施形態（図１参照）の変形例を示しており、図８（Ｂ）は、上述の第２実施形態（図６参照）の変形例を示しており、図８（Ｃ）は、上述の第３実施形態（図７参照）の変形例を示している。
【０１００】
このようなマッシュルーム型のゲート電極２Ａを備える半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）は、以下のようにして製造することができる。
なお、ここでは、図８（Ａ）に示す構造の半導体装置を製造する場合を例に挙げて説明するが、図８（Ｂ），（Ｃ）に示す他の構造の半導体装置も同様の方法で製造することができる。
【０１０１】
まず、上述の第１実施形態［図４（Ａ）〜（Ｄ）参照］と同様に、化合物半導体積層構造１を形成し、素子間分離を行ない、オーミック電極３を形成し、第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５を形成する。
次に、図９（Ａ）に示すように、ポジ型電子線レジスト（商品名ＺＥＰ５２０−Ａ７；日本ゼオン社製）であるファインゲート用レジスト２１を、例えば３００ｎｍ程度の厚さになるように、例えばスピンコート法によって塗布し、例えば１８０℃で５分間熱処理する。
【０１０２】
次に、図９（Ａ）に示すように、下層レジスト２２Ａ及び上層レジスト２２Ｂからなる多層レジスト（庇形成用多層レジスト）２２を形成する。
つまり、まず、アルカリ可溶性樹脂（商品名ＰＭＧＩ；米国マイクロケム社製）である下層レジスト２２Ａを、例えば５００ｎｍ程度の厚さになるように、例えばスピンコート法によって塗布し、例えば１８０℃で３分間熱処理する。
【０１０３】
次いで、下層レジスト２２Ａ上に、ポジ型電子線レジスト（商品名ＺＥＰ５２０−Ａ７；日本ゼオン社製）である上層レジスト２２Ｂを、例えば２００ｎｍ程度の厚さになるように、例えばスピンコート法によって塗布し、例えば１８０℃で２分間熱処理する。
次に、図９（Ａ）に示すように、例えば電子線描画によって、基板６側から、ファインゲート開口２３，リフトオフ用庇状オーバゲート開口２４を形成する。
【０１０４】
次いで、図９（Ａ）に示すように、ファインゲート開口２３を介して第１絶縁膜（ＳｉＮ膜；表面保護膜）４及び第２絶縁膜（ＳｉＮ膜；表面保護膜）５をエッチングして、第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５に開口（ゲート開口）２５を形成した後、上層レジスト２２Ｂ、下層レジスト２２Ａ及びファインゲート用レジスト２１をマスクとして、全面にゲートメタル［電極金属；Ｎｉ（厚さ１０ｎｍ）／Ａｕ（厚さ３００ｎｍ）］を蒸着する。なお、ここでは、図示の便宜上、上層レジスト２２Ｂ上に堆積されるゲートメタルは省略している。
【０１０５】
次に、加温した有機溶剤を用いてリフトオフを行ない、図９（Ｂ）に示すように、化合物半導体積層構造１上に、マッシュルーム型のゲート電極２Ａを形成する。このように、ゲート電極２Ａを、その上部（傘部分）に対して下部（柄部分）が狭くなっているマッシュルーム形状にすることによって、高周波特性等に優れた半導体装置（ＦＥＴ）を実現することができる。
【０１０６】
さらに、必要に応じて、図９（Ｃ）に示すように、ゲート電極２Ａを含む化合物半導体積層構造１の表面全体を覆うように、他の絶縁膜（ここではＳｉＮ膜）２６を形成する。これにより、化合物半導体積層構造１の全体が他の絶縁膜２６によって被覆されるため、耐湿性等の信頼性が向上することになる。
その後、層間絶縁膜やコンタクト孔、各種の配線等の形成工程を経て、半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）が完成する。
【０１０７】
また、上述の各実施形態及び各変形例の半導体装置を構成する化合物半導体積層構造は、ＧａＮ系の化合物半導体材料からなるものとして構成しているが、これに限られるものではない。例えば、ＩｎＰ系の化合物半導体材料からなるものとして構成することもできる。この場合、化合物半導体積層構造は、例えば、半絶縁性のＩｎＰ基板上に、バッファ層、ＩｎＧａＡｓ電子走行層、ＩｎＡｌＡｓ電子供給層、ＩｎＰエッチングストッパ層、ＩｎＧａＡｓ低抵抗層を順に積層させたものとして構成すれば良い。
【０１０８】
また、本発明は、上述した各実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。
以下、上述の各実施形態及び各変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
半導体基板上に積層された複数の化合物半導体層からなる化合物半導体積層構造と、
少なくとも前記化合物半導体積層構造を構成する化合物半導体層の表面に露出している部分を覆う第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜とを備え、
前記第２絶縁膜は、前記第１絶縁膜よりも水素を多く含んでいることを特徴とする半導体装置。
【０１０９】
（付記２）
前記第１絶縁膜は、ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、付記１記載の半導体装置。
（付記３）
前記第１絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度が１．１×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲内であることを特徴とする、付記１又は２に記載の半導体装置
。
【０１１０】
（付記４）
前記第１絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が１．９よりも大きく２．１よりも小さいことを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
（付記５）
前記第２絶縁膜は、非ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【０１１１】
（付記６）
前記第２絶縁膜は、シリコン窒化膜であって、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度が１．１×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外であることを特徴とする、付記５記載の半導体装置。
（付記７）
前記第２絶縁膜は、シリコン窒化膜であって、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度が１．７×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外であることを特徴とする、付記５記載の半導体装置。
【０１１２】
（付記８）
前記第２絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が２．１以上であることを特徴とする、付記５〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
（付記９）
前記第２絶縁膜は、シリコン窒化膜であって、Ｎ−Ｈ結合の濃度が１．０×１０22個／ｃｍ3以上であることを特徴とする、付記５記載の半導体装置。
【０１１３】
（付記１０）
前記第２絶縁膜は、シリコン窒化膜であって、Ｎ−Ｈ結合の濃度が１．５×１０22個／ｃｍ3以上であることを特徴とする、付記５記載の半導体装置。
（付記１１）
前記第２絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が１．９以下であることを特徴とする、付記５、９、１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【０１１４】
（付記１２）
前記第２絶縁膜は、ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
（付記１３）
前記第２絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が１．９よりも大きく２．１よりも小さいことを特徴とする、付記１２記載の半導体装置。
【０１１５】
（付記１４）
前記第１絶縁膜は、引張応力が作用する膜であり、
前記第２絶縁膜は、圧縮応力が作用する膜であり、
前記第１絶縁膜が前記第２絶縁膜に作用する圧縮応力を緩和しうる厚さを有するか、又は、前記第２絶縁膜が前記第１絶縁膜に作用する引張応力を緩和しうる厚さを有することを特徴とする、付記１〜６、８、９、１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【０１１６】
（付記１５）
前記第２絶縁膜上に形成された第３絶縁膜をさらに備え、
前記第１絶縁膜は、引張応力が作用する膜であり、
前記第２絶縁膜は、引張応力が作用する膜であり、
前記第３絶縁膜は、前記第１絶縁膜に作用する引張応力及び前記第２絶縁膜に作用する引張応力を緩和しうる圧縮応力が作用する膜であることを特徴とする、付記１〜５、７、８、１０〜１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【０１１７】
（付記１６）
半導体基板上に複数の化合物半導体層を積層させて化合物半導体積層構造を形成し、
少なくとも前記化合物半導体積層構造を構成する化合物半導体層の表面に露出している部分が覆われるように第１絶縁膜を形成し、
前記第１絶縁膜上に前記第１絶縁膜よりも含有水素量の大きい第２絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１１８】
（付記１７）
前記第１絶縁膜を形成する工程において、ＳｉＨ4をＳｉ原料ガスとして供給して、Ｎ／Ｓｉ比が４／３のシリコン窒化膜を形成し、
前記第２絶縁膜を形成する工程において、ＳｉＨ4の流量を増加させて、Ｎ／Ｓｉ比が４／３よりも小さいシリコン窒化膜を形成することを特徴とする、付記１６記載の半導体装置の製造方法。
【０１１９】
（付記１８）
前記第１絶縁膜を形成する工程において、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給してシリコン窒化膜を形成し、
前記第２絶縁膜を形成する工程において、少なくともＮＨ3をＮ原料ガスとして供給してシリコン窒化膜を形成することを特徴とする、付記１６記載の半導体装置の製造方法。
【０１２０】
（付記１９）
前記第２絶縁膜上に、低周波励起のプラズマＣＶＤ法によって第３絶縁膜を形成することを特徴とする、付記１８記載の半導体装置の製造方法。
（付記２０）
前記第１絶縁膜は、ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、付記１６〜１９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１２１】
１ 化合物半導体積層構造
２ ゲート電極
２Ａ マッシュルーム型のゲート電極
３ オーミック電極
４ 第１絶縁膜（第１ＳｉＮ膜；ストイキオメトリ絶縁膜）
５ 第２絶縁膜（第２ＳｉＮ膜；非ストイキオメトリ絶縁膜）
５Ａ 第２絶縁膜（第２ＳｉＮ膜；ＮＨ3ベースＳｉＮ膜）
６ ＳｉＣ基板（半導体基板）
７ バッファ層
８ ＧａＮ電子走行層
９ ＡｌＧａＮ電子供給層
１０ ＧａＮ表面層
１１ 素子分離領域（注入領域）
１２ レジスト
１２Ａ レジスト開口
１４ 多層レジスト
１４Ａ 下層レジスト
１４Ｂ 上層レジスト
１５，１６ 開口
２０ 第３絶縁膜（第３ＳｉＮ膜）
２１ ファインゲート用レジスト
２２ 多層レジスト
２２Ａ 下層レジスト
２２Ｂ 上層レジスト
２３ ファインゲート開口
２４ リフトオフ用庇状オーバゲート開口
２５ 開口
２６ 絶縁膜（ＳｉＮ膜）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、高出力用途の化合物半導体装置であって、化合物半導体表面に絶縁膜［例えばシリコン窒化（ＳｉＮ）膜］を備えるものに用いて好適の半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置、特に高出力用途に使用される化合物半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）では、図１１に示すように、例えばイオン注入等の手法によって注入領域１００を設けて活性領域を確定された化合物半導体積層構造１０１の表面上に、一対のオーミック電極１０２及びゲート電極１０３が形成されている。そして、化合物半導体積層構造１０１の表面及びオーミック電極１０２を覆うように絶縁膜（例えばシリコン窒化膜など）１０４が形成されている。
【０００３】
このような高出力用途の化合物半導体装置の性能（信頼性を含む）は、化合物半導体積層構造１０１の表面と絶縁膜１０４との界面（半導体表面／絶縁膜接触界面）の状態や化合物半導体積層構造１０１の表面を覆う絶縁膜１０４自体の性質に大きく左右される。
例えば、高出力用途の化合物半導体装置では、化合物半導体積層構造１０１の表面を覆う絶縁膜１０４はゲート電極１０３に接しているため、絶縁膜１０４に高電界が印加され、絶縁膜１０４を介してゲート電極１０３から化合物半導体積層構造１０１内へリーク電流が流れてしまい、デバイスの寿命（信頼性）に影響を与えている。これまで、各研究機関等において、良質な表面保護用絶縁膜とデバイスの寿命（信頼性）について多くの検討がなされ、且つ、現在も続けられている。
【０００４】
なお、先行技術調査を行なった結果、以下の特許文献１が得られた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−７７１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、化合物半導体表面を保護する化合物半導体装置用絶縁膜（例えばシリコン窒化膜）に要求される性能としては、化合物半導体表面に対する安定化作用、及び、絶縁膜自体の良好な絶縁特性の２点がある。
ここで、化合物半導体表面に対する安定化作用とは、化合物半導体表面に絶縁膜を形成することによって、化合物半導体表面の化学的変化現象の抑制及びこれに伴う表面電位の変化を抑制する作用を言う。
【０００７】
例えば、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた絶縁膜とは、絶縁膜内部に水素（Ｈ）終端されたボンド等を多く含む絶縁膜を言う。このような絶縁膜は化合物半導体表面に対する化学的作用が大きく、場合によっては、化合物半導体表面に存在する不安定な原子結合状態を正常に戻す作用が期待される。
一方、絶縁膜自体の良好な絶縁特性とは、高電界印加時であっても絶縁膜中を流れるリーク電流が少ない特性を言う。特に、ＳｉＮ膜においては、珪素（Ｓｉ）及び窒素（Ｎ）原子の化学結合状態によって膜中リーク電流が大きく変化する。
【０００８】
例えば、それ自体が良好な絶縁特性を有する絶縁膜とは、絶縁膜内部の結合手に空きが無い状態の絶縁膜を言う。このような絶縁膜は、絶縁膜内部を流れる電流が微小であるため、絶縁膜を通してのリーク電流が抑制され、膜中通電による膜質の変化を緩和できることになる。
しかしながら、絶縁膜の化合物半導体表面に対する安定化作用が十分でないと、デバイス動作時の電流変動などデバイス特性に影響を与えることになる。
【０００９】
また、絶縁膜自体の良好な絶縁特性が得られないと、リーク電流が流れてしまい、化合物半導体装置の性能を低下させることになる。
このような絶縁膜の化合物半導体表面に対する安定化作用を向上させることと絶縁膜自体の良好な絶縁特性が得られるようにすることは、絶縁膜の化学結合の観点から本質的に両立が難しい。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、デバイス特性の向上及び性能変動を抑制させることができるようにした、半導体装置及びそ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】
【００１１】
このため、本半導体装置は、半導体基板上に積層された複数の化合物半導体層からなる化合物半導体積層構造と、少なくとも前記化合物半導体積層構造を構成する化合物半導体層の表面に露出している部分を覆う第１絶縁膜と、第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜とを備え、第１絶縁膜は、引張応力が作用する膜であり、第２絶縁膜は、第１絶縁膜よりも水素を多く含んでおり、引張応力が作用する膜であることを要件とする。
また、本半導体装置の製造方法は、半導体基板上に複数の化合物半導体層を積層させて化合物半導体積層構造を形成し、少なくとも化合物半導体積層構造を構成する化合物半導体層の表面に露出している部分が覆われるように第１絶縁膜を形成し、第１絶縁膜上に前記第１絶縁膜よりも含有水素量の大きい第２絶縁膜を形成する工程を含み、第１絶縁膜を形成する工程において、Ｎ２をＮ原料ガスとして供給してシリコン窒化膜を形成し、第２絶縁膜を形成する工程において、少なくともＮＨ３をＮ原料ガスとして供給してシリコン窒化膜を形成することを要件とする。
【発明の効果】
【００１２】
したがって、本半導体装置及びその製造方法によれば、デバイス特性の向上及びデバイス性能変動を抑制させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の構成を示す模式的断面図である。
【図２】高周波プラズマＣＶＤ法で、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給して形成されたＳｉＮ膜に含まれるＳｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度（個／ｃｍ3）と屈折率との関係を示す図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施形態にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の課題を説明するための模式的断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｈ）は、本発明の第１実施形態にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図５】高周波プラズマＣＶＤ法で、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給して形成されたＳｉＮ膜の屈折率とストレスとの関係を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の構成を示す模式的断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の構成を示す模式的断面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の各実施形態の変形例にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の構成を示す模式的断面図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（Ｃ）はこの第１実施形態の変形例にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の他の構成例を示す模式的断面図である。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例にかかる半導体装置（ＭＩＳゲートＦＥＴ）の構成を示す模式的断面図である。
【図１１】従来の半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の構成を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる半導体装置及びその製造方法について説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図１〜図５を参照しながら説明する。
【００１５】
本実施形態にかかる半導体装置は、化合物半導体からなる化合物半導体装置［ここでは、ショットキー型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ；Field Effect Transistor）（ショットキーゲートＦＥＴ）］であって、例えば図１に示すように、半導体基板６上に積層された複数の化合物半導体層７〜１０からなる化合物半導体積層構造１と、化合物半導体積層構造１にショットキー接触しているゲート電極２と、化合物半導体積層構造１にオーミック接触しているオーミック電極３と、少なくとも化合物半導体積層構造１の表面に露出している部分を覆う第１絶縁膜４と、第１絶縁膜４上に形成された第２絶縁膜５とを備える。
【００１６】
ここで、化合物半導体積層構造１は、例えば図１に示すように、半絶縁性のＳｉＣ基板（半導体基板）６上に、バッファ層７、ＧａＮ電子走行層８、ＡｌＧａＮ電子供給層９、ＧａＮ表面層（キャップ層）１０を順に積層させた構造になっている。そして、ＧａＮ表面層１０上にゲート電極２が形成されており、ＡｌＧａＮ電子供給層９上にソース電極／ドレイン電極として機能する一対のオーミック電極３が形成されている。なお、図１中、符号１１は素子分離領域を示している。
【００１７】
第１絶縁膜４は、図１に示すように、絶縁性に優れた絶縁膜であり、少なくとも化合物半導体積層構造１を構成する化合物半導体層（ここではＧａＮ表面層１０）の表面に露出している部分に接するように形成されている。
ここでは、第１絶縁膜４は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）である。
本実施形態では、第１絶縁膜４としてのＳｉＮ膜（第１ＳｉＮ膜）は、絶縁性に優れた絶縁膜、即ち、Ｓｉ−Ｈ結合の数とＮ−Ｈ結合の数を足した合計が少なく（Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度が低く）、かつ、化学的量性比の正しい（Ｎ／Ｓｉ比が４／３になっている）ストイキオメトリ絶縁膜として構成されている。
【００１８】
この第１ＳｉＮ膜４の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は、２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）になっている。つまり、第１ＳｉＮ膜４は、屈折率としてはほぼストイキオメトリに位置する絶縁膜として構成されている。
ここで、図２は、高周波プラズマＣＶＤ法で、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給して形成されたＳｉＮ膜に含まれるＳｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度（個／ｃｍ3）と屈折率との関係を示す図である。
【００１９】
本実施形態では、第１ＳｉＮ膜４をストイキオメトリ絶縁膜として構成すべく、第１ＳｉＮ膜４の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）が１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲内になるようにしている。このため、図２に示すように、第１ＳｉＮ膜４に含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度は、１．１×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲内（ここでは、７．０×１０21個／ｃｍ3よりも大きく１．３×１０22個／ｃｍ3よりも小さい範囲内）になっている。また、第１ＳｉＮ膜４に含まれるＮ−Ｈ結合の濃度は、６．０×１０21個／ｃｍ3又はその近傍の範囲内（ここでは５．０×１０21個／ｃｍ3よりも大きく１．０×１０22個／ｃｍ3よりも小さい範囲内）になっている。
【００２０】
また、第１ＳｉＮ膜４は、これに含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度（図２中、Ｓｉ−Ｈ＋Ｎ−Ｈ）が、１．７×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲になっている。つまり、第１ＳｉＮ膜４は、Ｓｉ−Ｈ結合濃度とＮ−Ｈ結合濃度を足した合計濃度が低く、水素が少ししか含まれていない低水素含有絶縁膜になっている。なお、ＳｉＮ膜に含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は、屈折率が２．０の場合に最小値となる。
【００２１】
このようにストイキオメトリ絶縁膜として構成される第１ＳｉＮ膜４は、結合状態が脆弱な結合が少なく、電気伝導に寄与するイオンの量が少ないため、優れた絶縁性を有する。このため、第１ＳｉＮ膜４によって、ゲート電極２から化合物半導体積層構造１へのリーク電流経路が遮断されることになる。
第２絶縁膜５は、図１に示すように、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた絶縁膜であり、第１絶縁膜４の表面に接するように形成されている。
【００２２】
ここでは、第２絶縁膜５は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）である。
本実施形態では、この第２絶縁膜５としてのＳｉＮ膜（第２ＳｉＮ膜）は、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた絶縁膜、即ち、Ｓｉ−Ｈ結合の数とＮ−Ｈ結合の数を足した合計が多く（Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度が高く）、かつ、化学的量性比がずれている（Ｎ／Ｓｉ比が４／３からずれている）非ストイキオメトリ絶縁膜として構成されている。
【００２３】
この第２ＳｉＮ膜５の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は、２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）外になっている。つまり、第２ＳｉＮ膜５は、屈折率としてはストイキオメトリからずれた絶縁膜として構成されている。
この場合、第２ＳｉＮ膜５の屈折率を２．０又はその近傍の範囲外にするには、屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも高めにする方法と、屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも低めにする方法とがある。
【００２４】
屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも高めにすると、第２ＳｉＮ膜５中に含まれるＳｉ−Ｈ結合が増大し、第２ＳｉＮ膜５は、化合物半導体表面に対して化学的作用を生じさせうる水素を多く含むものとなる。
一方、屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも低めにすると、第２ＳｉＮ膜５中に含まれるＮ−Ｈ結合が増大し、第２ＳｉＮ膜５は、化合物半導体表面に対して化学的作用を生じさせうる水素を多く含むものとなる。
【００２５】
このように、第２ＳｉＮ膜５の屈折率が２．０又はその近傍の範囲外になっていれば、第２ＳｉＮ膜５は、化合物半導体表面に対して化学的作用を生じさせうる水素を多く含むものとなる。
しかしながら、Ｎ−Ｈ結合の結合エネルギはＳｉ−Ｈ結合の結合エネルギよりも大きいため、反応性の観点からは、Ｓｉ−Ｈ結合を多く含む方が有利である。
【００２６】
このため、第２ＳｉＮ膜５の屈折率は２．０又はその近傍の範囲よりも高めにするのが好ましい。
本実施形態では、第２ＳｉＮ膜５を非ストイキオメトリ絶縁膜として構成すべく、第２ＳｉＮ膜５の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）が１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲外（ここでは２．１以上）になるようにしている。このため、図２に示すように、第２ＳｉＮ膜５に含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度は、１．１×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外（ここでは１．３×１０22個／ｃｍ3以上）になっている。また、第２ＳｉＮ膜５に含まれるＮ−Ｈ結合の濃度は、６．０×１０21個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外（ここでは５．０×１０21個／ｃｍ3以下）になっている。
【００２７】
また、第２ＳｉＮ膜５は、これに含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度（図２中、Ｓｉ−Ｈ＋Ｎ−Ｈ）が、１．８×１０22個／ｃｍ3以上（好ましくは２．０×１０22個／ｃｍ3以上）になっている。つまり、第２絶縁膜５は、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度が高く、水素を多く含む高水素含有絶縁膜になっている。このように、第２絶縁膜５は、第１絶縁膜４よりも水素を多く含む含有水素量の大きい絶縁膜として構成されている。
【００２８】
このように構成される第２ＳｉＮ膜５は、多くの水素を含有し、これらの水素がＳｉ又はＮと結合しており、また、Ｎ／Ｓｉ比が４／３のストイキオメトリＳｉＮ膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）と比較して、化学的安定性が低下したものとなる。
なお、ここでは、上述の考察に基づいて、第２ＳｉＮ膜５の屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも高めにするようにしているが、これに限られるものではなく、屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも低めにする（即ち、１．９以下にする）ようにしても良い。この場合、第２ＳｉＮ膜５に含まれるＮ−Ｈ結合の濃度は、１．０×１０22個／ｃｍ3以上（６．０×１０21個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外）になる。また、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度は、７．０×１０21個／ｃｍ3以下（１．１×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外）になる。さらに、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度（図２中、Ｓｉ−Ｈ＋Ｎ−Ｈ）は、１．７×１０22個／ｃｍ3又はその近傍よりも大きくなる（好ましくは２．０×１０22個／ｃｍ3以上になる）。
【００２９】
ところで、化合物半導体表面には、結晶構成元素の酸化物や水素終端及び水酸基終端されたボンドが多く存在する。
このような化合物半導体表面上に、上述の第１ＳｉＮ膜４を介して、上述のように構成される第２ＳｉＮ膜５を設けると、第１ＳｉＮ膜上に形成された第２ＳｉＮ膜中に含まれる水素が、成膜中の熱エネルギ等によって化合物半導体表面に拡散し、あるいは、成膜時に反応炉内部に存在するラジカル水素が第１絶縁膜を透過して化合物半導体表面に拡散し、例えば化合物半導体表面の酸素と反応して脱水反応を起こしたり、化合物半導体表面の水素又は水酸基と反応を起こしたりする。
【００３０】
このような反応が進行することで、化合物半導体表面に存在する不安定な原子結合状態が安定化されるため、第２ＳｉＮ膜５を設けない場合（即ち酸化物やボンドが多く存在する場合）と比較して、化合物半導体表面の化学的変化現象及びこれに伴うデバイス動作中の表面電位の変化が抑制され、デバイス特性を向上させることができる。
なお、第２ＳｉＮ膜５の膜厚が厚くなると膜内をリーク電流が流れてしまうおそれがあるため、２層構造絶縁膜全体の絶縁性能を維持するために、第２絶縁膜５は、化合物半導体表面の改質を成し遂げることができる程度に薄い膜厚にするのが好ましい。この膜厚は、半導体材料及び変性の度合いで異なる。
【００３１】
このように、本実施形態では、化合物半導体積層構造１の表面を覆う保護膜として、性質の異なる絶縁膜を積層させた２層構造の絶縁膜（複層絶縁膜；積層構造絶縁膜）が設けられている。つまり、図１に示すように、化合物半導体側に、第１絶縁膜４として、絶縁性に優れたストイキオメトリ絶縁膜を設け、表面側に、第２絶縁膜５として、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた非ストイキオメトリ絶縁膜を設けている。これにより、絶縁膜の絶縁性向上（低ゲートリーク電流化）と化合物半導体表面の化学的安定性の向上の両立を可能とし、デバイス特性の向上及びデバイス性能変動が抑制させた高性能な半導体装置を実現している。
【００３２】
このような構成は、以下のような考察に基づいて見出されたものである。
化合物半導体装置の化合物半導体表面には、トラップ等に代表される結合状態の不安定なボンドが存在する。
例えば、結晶種に依存するが、多くの場合、化合物半導体表面は結晶構成元素の酸化物で覆われている。この酸化物は、電子に対してトラップとして働くことがあり、デバイス特性を低下させる。
【００３３】
また、例えば、化合物半導体表面が酸化することなく、結合手が切れた状態、もしくは、水素（Ｈ）で終端された状態になっていることも想定される。この場合も、酸化物が形成されている場合と同様に、電子に対するトラップとして作用することがあり、デバイス特性を低下させる。
この場合、不安定状態を解消してデバイス特性を向上させるために、化合物半導体表面上に成膜する絶縁膜として、非ストイキオメトリ絶縁膜（例えばＳｉ−Ｈ結合及びＮ−Ｈ結合を多く含むＳｉＮ膜）を使用することが考えられる。
【００３４】
非ストイキオメトリ絶縁膜を使用することによって、結合手が完全に結ばれていない系では、空いた結合手がエネルギ的に安定な状態に遷移しようとする。この遷移が、化合物半導体表面を安定な状態に変化させると考えられる。また、このような非ストイキオメトリ絶縁膜に多く含まれる水素（Ｈ）や成膜中のラジカル水素（ラジカルＨ）が化合物半導体表面に到達し、化合物半導体表面を安定な状態に変化させると考えられる。
【００３５】
この結果、化合物半導体表面の化学的変化現象及びこれに伴うデバイス動作中の表面電位の変化が抑制され、デバイス特性が向上する。
しかしながら、このような非ストイキオメトリ絶縁膜（ＳｉＮ膜）は、原子の結合手が安定な状態で結ばれていないため、絶縁性能が低く、リーク電流が流れてしまう。例えば、このような絶縁膜（ＳｉＮ膜）を用いてＭＩＭキャパシタを形成した場合、絶縁膜を介して電流が流れてしまう。
【００３６】
ここで、ショットキーゲート型の化合物半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）では、ゲート電極は化合物半導体積層構造の表面にショットキー接合されている（例えば図３参照）。なお、一定のゲート印加電圧以下では、ショットキー接合を通じて流れる電流は微小である。
しかしながら、例えば絶縁膜に高い電圧が印加されると、絶縁膜を介してゲート電極から化合物半導体積層構造へリーク電流経路が形成される場合がある。
【００３７】
このリーク電流経路を流れるゲートリーク電流量は、デバイスの信頼性に影響を与える。
このような点を考慮すると、ゲートリーク電流を抑制して信頼性を向上させるために、化学的量性比の正しい絶縁膜（ストイキオメトリ絶縁膜）を使用することが考えられる。
しかしながら、ストイキオメトリ絶縁膜は、化学的に極めて安定であり、上述のような化合物半導体表面の安定化作用（改質作用）はほとんど期待できない。
【００３８】
そこで、化合物半導体表面に対する安定化作用（改質作用）によるデバイス特性の向上と、低ゲートリーク電流化を両立させるべく、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、非ストイキオメトリ絶縁膜（ＳｉＮ膜）とストイキオメトリ絶縁膜（ＳｉＮ膜）の２層構造にすることが考えられる。
しかしながら、例えば図３（Ａ）に示すように、ストイキオメトリＳｉＮ膜を表面側に配置し、非ストイキオメトリＳｉＮ膜を化合物半導体側に配置すると、図３（Ａ）中、矢印で示すように、リーク電流経路が形成されてしまう。一般に、この部分には大きな電界が集中し、電流が流れやすい状態になっており、この部分に電流が流れると、絶縁膜内部及び絶縁膜と化合物半導体との接触部が破壊されてしまうおそれがあり、ひいてはデバイスの破壊につながるおそれがある。
【００３９】
これに対し、図３（Ｂ）に示すように、非ストイキオメトリＳｉＮ膜を表面側に配置し、ストイキオメトリＳｉＮ膜を化合物半導体側に配置した場合、リーク電流経路は形成されない。
このような点を考慮して、上述のように、化合物半導体側に、第１絶縁膜４として、絶縁性に優れたストイキオメトリ絶縁膜を設け、表面側に、第２絶縁膜５として、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた非ストイキオメトリ絶縁膜を設けている。
【００４０】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について、図４を参照しながら説明する。
まず、図４（Ａ）に示すように、半絶縁性のＳｉＣ基板（半導体基板）６上に、バッファ層７、ＧａＮからなる電子走行層８、ＡｌＧａＮからなる電子供給層９、ＧａＮからなる表面層１０を、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によって、順にエピタキシャル成長させ、複数の化合物半導体層７〜１０を積層してなる化合物半導体積層構造１を形成する。なお、バッファ層７は、ＳｉＣ基板１の表面の格子欠陥が電子走行層８に伝播するのを防ぐ役割がある。
【００４１】
次に、図４（Ｂ）に示すように、素子を形成しない領域（素子分離領域；注入領域）１１を不活性化する目的で、この領域１１に例えばＡｒを注入し、素子間分離を行なう。これにより、活性領域が確定される。
次いで、図４（Ｃ）に示すように、例えばフォトリソグラフィによってオーミック電極形成領域を規定し、例えばドライエッチングによって表面層１０を除去する。
【００４２】
そして、図４（Ｃ）に示すように、例えば真空蒸着法によって、Ｔｉ（例えば厚さ２０ｎｍ）、Ａｌ（例えば厚さ２００ｎｍ）を順に蒸着させた後、リフトオフして、電子供給層９上に一対のオーミック電極３を形成する。その後、熱処理を加えることによって、電子供給層９とオーミック電極３との間でオーミックコンタクトを形成する。
次に、図４（Ｄ）に示すように、オーミック電極３が形成された化合物半導体積層構造１の表面全体を覆うように、第１絶縁膜（第１ＳｉＮ膜）４、第２絶縁膜（第２ＳｉＮ膜）５を順に形成する。
【００４３】
具体的には、まず、図４（Ｄ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ（ＰＣＶＤ）法を用いて、オーミック電極３が形成された化合物半導体積層構造１の表面上に第１絶縁膜４を成膜する。
ここでは、第１絶縁膜４として、絶縁性に優れたストイキオメトリ絶縁膜を形成すべく、例えば、高周波プラズマＣＶＤ法を用い、プラズマ励起周波数１３．５６ＭＨｚ、出力（高周波出力）５０Ｗ、ガス流量ＳｉＨ4／Ｎ2／Ｈｅ＝２ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍとして、例えば２０ｎｍのシリコン窒化膜（第１ＳｉＮ膜）を成膜する。
【００４４】
このようにして形成された第１ＳｉＮ膜４に含有されるＳｉ−Ｈ結合濃度は１．１×１０22個／ｃｍ3となり、Ｎ−Ｈ結合濃度は６．０×１０21個／ｃｍ3となった。なお、Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いた透過型測定によって計測した。ここでは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は、１．７×１０22個／ｃｍ3となった。
【００４５】
また、第１ＳｉＮ膜４の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は２．０となった。なお、屈折率は、エリプソメトリ法を用いて計測した。また、ＳｉＮ膜は、屈折率が２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）で、概ね、ストイキオメトリ、即ち、Ｎ／Ｓｉ比が４／３になって化学的量性比の正しい膜となるため、ストイキオメトリ絶縁膜としての第１ＳｉＮ膜４が形成されたことになる。
【００４６】
次に、図４（Ｄ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ（ＰＣＶＤ）法を用いて、第１絶縁膜４上に第２絶縁膜５を成膜する。
ここでは、第２絶縁膜５として、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた非ストイキオメトリ絶縁膜を形成すべく、例えば、高周波プラズマＣＶＤ法を用い、プラズマ励起周波数１３．５６ＭＨｚ、出力（高周波出力）５０Ｗ、ガス流量ＳｉＨ4／Ｎ2／Ｈｅ＝３ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍとして、例えば２０ｎｍのシリコン窒化膜（第２ＳｉＮ膜）を成膜する。
【００４７】
このようにして形成された第２ＳｉＮ膜５に含有されるＳｉ−Ｈ結合濃度は１．６×１０22個／ｃｍ3となり、Ｎ−Ｈ結合濃度は４．０×１０21個／ｃｍ3となった。なお、Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いた透過型測定によって計測した。ここでは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は２．０×１０22個／ｃｍ3となった。
【００４８】
また、第２ＳｉＮ膜５の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は２．３となった。なお、屈折率は、エリプソメトリ法を用いて計測した。また、ＳｉＮ膜は、屈折率が２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）外になった場合、Ｎ／Ｓｉ比が４／３からずれて化学的量性比の正しい膜にならないため、非ストイキオメトリ絶縁膜としての第２ＳｉＮ膜５が形成されたことになる。
【００４９】
このように、本実施形態では、所望の原料ガス流量等の成膜条件でストイキオメトリ絶縁膜（第１絶縁膜）４を形成し、原料ガス流量等の成膜条件を変化させて非ストイキオメトリ絶縁膜（第２絶縁膜）５を形成している。
つまり、第１絶縁膜４としてのストイキオメトリ絶縁膜を形成する工程において、ＳｉＨ4をＳｉ原料ガスとして供給して、Ｎ／Ｓｉ比が４／３の第１ＳｉＮ膜（化学的量性比の正しいＳｉＮ膜；ストイキオメトリ絶縁膜）４を形成し、第２絶縁膜５としての非ストイキオメトリ絶縁膜を形成する工程において、Ｓｉ原料ガスであるＳｉＨ4の流量を増加させて、Ｎ／Ｓｉ比が４／３よりも小さい第２ＳｉＮ膜（非ストイキオメトリ絶縁膜）５を形成している。
【００５０】
ここで、非ストイキオメトリＳｉＮ膜を成膜するには、ストイキオメトリＳｉＮ膜が成膜される原料ガス流量に対して、Ｓｉ原料ガスであるＳｉＨ4の流量を変化させたり、Ｎ原料ガスであるＮ2の流量を変化させたりすれば良い。例えば、Ｓｉ原料ガスであるＳｉＨ4の流量を増加させると、屈折率が大きくなり、Ｎ／Ｓｉ比が小さくなった非ストイキオメトリＳｉＮ膜が成膜される。また、Ｎ原料ガスであるＮ2の流量を増加させると、屈折率が小さくなり、Ｎ／Ｓｉ比が大きくなった非ストイキオメトリＳｉＮ膜が成膜される。
【００５１】
なお、本実施形態では、図４（Ｄ）に示すように、オーミック電極３が形成された化合物半導体積層構造１の表面全体を覆うように、第１絶縁膜（ストイキオメトリ絶縁膜）４及び第２絶縁膜（非ストイキオメトリ絶縁膜）５を形成しているが、これに限られるものではなく、少なくとも化合物半導体積層構造を構成する化合物半導体層の表面に露出している部分が覆われるように、第１絶縁膜（ストイキオメトリ絶縁膜）及び第２絶縁膜（非ストイキオメトリ絶縁膜）を形成すれば良い。
【００５２】
次に、図４（Ｅ）に示すように、全面にレジスト１２を塗布し、例えばリソグラフィによって、レジスト１２にゲート電極形成領域に相当するレジスト開口１２Ａを形成する。
そして、図４（Ｆ）に示すように、レジスト１２をマスクとして、例えばＳＦ6をエッチングガスとして用いて、第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５をドライエッチングし、第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５に開口１３を形成する。
【００５３】
次いで、レジストを除去した後、図４（Ｇ）に示すように、下層レジスト（商品名ＰＭＧＩ：米国マイクロケム社製）１４Ａ及び上層レジスト（商品名ＰＦＩ３２−Ａ８：住友化学社製）１４Ｂからなる多層レジスト（庇形成用多層レジスト）１４を例えばスピンコート法によって塗布し、例えば紫外線露光によって例えば０．８μｍ幅の開口１５を上層レジスト１４Ａに形成する。
【００５４】
次に、上層レジスト１４Ａをマスクとして、下層レジスト１４Ｂを例えばアルカリ現像液でウェットエッチングする。このエッチングによって、下層レジスト１４Ｂに開口１６が形成され、図４（Ｇ）に示すような庇構造が形成される。
次いで、図４（Ｇ）に示すように、上層レジスト１４Ａ及び下層レジスト１４Ｂをマスクとして、全面にゲートメタル（Ｎｉ：例えば厚さ１０ｎｍ程度／Ａｕ：例えば厚さ３００ｎｍ程度）を蒸着する。なお、ここでは、図示の便宜上、上層レジスト上に堆積されるゲートメタルの図示を省略している。
【００５５】
そして、加温した有機溶剤を用いてリフトオフを行ない、図４（Ｈ）に示すように、電子供給層９上にゲート電極２を形成する。
その後、層間絶縁膜やコンタクト孔、各種配線等の形成工程を経て、本半導体装置を完成させる。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、デバイス特性及び信頼性を向上させることができるという利点がある。
【００５６】
実際に、上述のような方法及び条件によって形成した第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５を備える化合物半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）では、化合物半導体表面のトラップに起因するドレイン電流の変動が抑制され、また、絶縁膜の内部を流れるゲートリーク電流量も著しく低下し、この結果、デバイスの故障率が大幅に向上した。
ところで、上述の実施形態では、図１に示すように、第１絶縁膜４と第２絶縁膜５とを積層させた積層構造絶縁膜とし、第１絶縁膜４をストイキオメトリ絶縁膜（第１ＳｉＮ膜）とし、第２絶縁膜５を非ストイキオメトリ膜（第２ＳｉＮ膜）とすることで、絶縁膜全体の絶縁性向上（低ゲートリーク電流化）と化合物半導体表面の化学的安定性の向上の両立を可能としているが、さらに、第１絶縁膜（ストイキオメトリＳｉＮ膜）４及び第２絶縁膜（非ストイキオメトリＳｉＮ膜）５に作用する応力を制御することで、デバイス性能及び表面改質作用を高めるとともに、応力を緩和し、絶縁膜全体の低応力化を実現することができる。
【００５７】
ここで、図５は、高周波プラズマＣＶＤ法で、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給して形成されたＳｉＮ膜の屈折率とストレスとの関係を示す図である。なお、図５中、縦軸のストレスの値は、プラスが引張応力であり、マイナスが圧縮応力を示している。
図５に示すように、高周波プラズマＣＶＤ法で、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給して形成されるＳｉＮ膜は、屈折率が２．１又はその近傍よりも小さくなっていると（ここでは２．１７よりも小さくなっていると）引張応力が作用し、屈折率が２．１又はその近傍よりも大きくなっていると（ここでは２．１７以上になっていると）圧縮応力が作用する。
【００５８】
例えば、上述の実施形態では、高周波プラズマＣＶＤ法で、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給して、図１に示すように、一対のオーミック電極３が形成された化合物半導体積層構造１の表面上に、第１絶縁膜４として、屈折率が２．０又はその近傍の範囲内になっているストイキオメトリＳｉＮ膜を形成し、第２絶縁膜５として、屈折率が２．０又はその近傍の範囲外になっている非ストイキオメトリＳｉＮ膜を形成している。
【００５９】
このため、上述の実施形態では、第１絶縁膜４として形成されるストイキオメトリＳｉＮ膜には、引張応力が作用する。
一方、第２絶縁膜５として形成される非ストイキオメトリＳｉＮ膜は、屈折率が２．１又はその近傍よりも大きくなるようにすれば（ここでは２．１７以上になるようにすれば）、圧縮応力が作用することになる。
【００６０】
したがって、このような応力が作用する第１絶縁膜４と第２絶縁膜５との組み合わせよる２層構造絶縁膜の場合、第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５の厚さを調整することで、応力を緩和し、絶縁膜全体の低応力化を実現することができる。
特に、第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５の厚さを適切に選択することで、絶縁膜全体の応力をゼロ（ゼロストレス）にすることができる。例えば図５に示すように、ストイキオメトリ絶縁膜としての第１ＳｉＮ膜４の屈折率が２．０程度となり、非ストイキオメトリ絶縁膜としての第２ＳｉＮ膜５の屈折率が２．３程度となるようにし、第１ＳｉＮ膜４の厚さと第２ＳｉＮ膜５の厚さを同じにすれば、ゼロストレスを実現できることになる。
【００６１】
このように、絶縁膜全体の低応力化を図った化合物半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）では、第１絶縁膜４が、第２絶縁膜５に作用する圧縮応力を緩和しうる厚さを有するものとなっているか、又は、第２絶縁膜５が、第１絶縁膜４に作用する引張応力を緩和しうる厚さを有するものとなっている。なお、第１絶縁膜４と第２絶縁膜５は、同じ厚さになる場合もあるし、異なる厚さになる場合もある。
【００６２】
なお、化合物半導体積層構造１上に形成される第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５は、これらに作用する応力が圧縮側又は引張側に大きく偏らないようにすることが望ましい。また、完全応力緩和は必須条件ではなく、第1絶縁膜４と第2絶縁膜５の膜厚比率は適宜選択できる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図６を参照しながら説明する。
【００６３】
本実施形態にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）の製造方法は、上述の第１実施形態のものに対し、第２絶縁膜を形成する工程において、少なくともＮＨ3をＮ原料ガス（窒素原料ガス）として供給してシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する点が異なる。
つまり、第１絶縁膜を形成する工程においては、上述の第１実施形態と同様に［図４（Ｄ）参照］、Ｎ2をＮ原料ガス（窒素原料ガス）として供給してシリコン窒化膜（第１ＳｉＮ膜；Ｎ2ベースＳｉＮ膜）４を形成するのに対し、第２絶縁膜を形成する工程においては、ＮＨ3をＮ原料ガス（窒素原料ガス）として供給してシリコン窒化膜（第２ＳｉＮ膜；ＮＨ3ベースＳｉＮ膜）５Ａを形成する点が異なる［図６参照］。
【００６４】
具体的には、上述の第１実施形態と同様に［図４（Ｄ）参照］、第１絶縁膜４として、絶縁性に優れたストイキオメトリ絶縁膜を形成すべく、例えば、高周波プラズマＣＶＤ法を用い、プラズマ励起周波数１３．５６ＭＨｚ、出力（高周波出力）５０Ｗ、ガス流量ＳｉＨ4／Ｎ2／Ｈｅ＝２ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍとして、例えば２０ｎｍのシリコン窒化膜（第１ＳｉＮ膜；Ｎ2ベース・ストイキオメトリＳｉＮ膜）を成膜
する［図６参照］。
【００６５】
このようにして形成された第１ＳｉＮ膜４に含有されるＳｉ−Ｈ結合濃度は１．１×１０22個／ｃｍ3となり、Ｎ−Ｈ結合濃度は６．０×１０21個／ｃｍ3となった。なお、Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いた透過型測定によって計測した。ここでは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は１．７×１０22個／ｃｍ3となった。
【００６６】
また、第１ＳｉＮ膜４の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は２．０となった。なお、屈折率は、エリプソメトリ法を用いて計測した。
一方、第２絶縁膜５Ａを形成する工程は、上述の第１実施形態と異なり、第２絶縁膜５Ａとして、例えば、高周波プラズマＣＶＤ法を用い、プラズマ励起周波数１３．５６ＭＨｚ、出力（高周波出力）５０Ｗ、ガス流量ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2／Ｈｅ＝５ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍとして、例えば２０ｎｍのシリコン窒化膜（第２ＳｉＮ膜；ＮＨ3ベース・非ストイキオメトリＳｉＮ膜）を成膜する［図６参照］。
【００６７】
このようにして形成された第２ＳｉＮ膜５Ａに含有されるＳｉ−Ｈ結合濃度は２．４×１０22個／ｃｍ3となり、Ｎ−Ｈ結合濃度は６．０×１０21個／ｃｍ3となった。なお、Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いた透過型測定によって計測した。ここでは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は３．０×１０22個／ｃｍ3となった。
【００６８】
また、第２ＳｉＮ膜５Ａの屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は２．３となった。なお、屈折率は、エリプソメトリ法を用いて計測した。また、ＳｉＮ膜は、屈折率が２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）外になった場合、Ｎ／Ｓｉ比が４／３からずれて化学的量性比の正しい膜にならないため、非ストイキオメトリ絶縁膜としての第２ＳｉＮ膜５Ａが形成されたことになる。
【００６９】
このように、本実施形態では、第１絶縁膜４の成膜時よりも水素（水素終端基；水素プラズマ密度）を増やした状態で第２絶縁膜５Ａを形成している。
なお、ここでは、第２絶縁膜５Ａを形成する工程において、窒素原料ガスとして、ＮＨ3だけでなく、Ｎ2も供給しているが、これに限られるものではなく、Ｎ2を供給せずに、ＮＨ3だけを供給するようにしても良い。
【００７０】
このように、本実施形態では、以下の考察に基づいて、プラズマＣＶＤ（ＰＣＶＤ）法を用い、プラズマ中に水素プラズマが過剰な状態で第２絶縁膜５Ａの成膜を行なうようにしている。
上述の第１実施形態において説明したように、水素の拡散あるいはラジカル水素の打ち込みによって、結晶構成元素の酸化物や水素終端及び水酸基終端されたボンドを還元又は正常な結合状態に戻す必要がある。
【００７１】
そこで、上述の第１実施形態では、第２絶縁膜５として、水素を多く含み、化学的に不安定な非ストイキオメトリ絶縁膜を用いている。
しかしながら、同様の効果は、例えばプラズマＣＶＤによって第２絶縁膜を成膜する際に、プラズマ中の水素濃度を上昇させることによって実現することができる。つまり、化合物半導体表面の化学的不安定性は、ラジカル水素を多く含む環境下で第２絶縁膜を成膜することによって解消することができる。プラズマ中の水素濃度を上昇させて、ラジカル水素を多く含む環境にするには、窒素材料ガスとしてＮＨ3を用いれば良い。
【００７２】
なお、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法の他の工程は、上述の第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
ところで、上述のような製造方法によって製造された半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）は、以下のように構成されることになる。
本実施形態では、図６に示すように、第２絶縁膜５ＡとしてのＳｉＮ膜（第２ＳｉＮ膜；ＮＨ3ベースＳｉＮ膜）は、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた絶縁膜、即ち、Ｓｉ−Ｈ結合及びＮ−Ｈ結合の合計が多く（Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度の合計濃度が高く）、化学的量性比がずれている（Ｎ／Ｓｉ比が４／３からずれている）非ストイキオメトリ絶縁膜（ＮＨ3ベース・非ストイキオメトリＳｉＮ膜）として構成されている。なお、図６では、上述の第１実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
【００７３】
この第２ＳｉＮ膜５Ａの屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は、２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）外になっている。つまり、第２ＳｉＮ膜５Ａは、屈折率としてはストイキオメトリからずれた絶縁膜として構成されている。
本実施形態では、第２ＳｉＮ膜５Ａを非ストイキオメトリ絶縁膜として構成すべく、第２ＳｉＮ膜５の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）が１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲外（ここでは２．１以上）になるようにしている。
【００７４】
ここで、高周波プラズマＣＶＤ法で、ＮＨ3をＮ原料ガスとして供給して形成されたＳｉＮ膜に含まれるＳｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度と屈折率との関係を示す特性線は、上述の第１実施形態で説明したような、高周波プラズマＣＶＤ法で、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給して形成されたＳｉＮ膜に含まれるＳｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度と屈折率との関係を示す特性線（図２参照）に対して、Ｓｉ−Ｈ，Ｎ−Ｈ結合濃度が高くなる側（図２中、上側）へシフトすることになる。
【００７５】
このため、第２ＳｉＮ膜５Ａに含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度は、１．７×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外（ここでは２．０×１０22個／ｃｍ3以上）になっている。また、第２ＳｉＮ膜５Ａに含まれるＮ−Ｈ結合の濃度は、９．０×１０21個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外（ここでは８．０×１０21個／ｃｍ3以下）になっている。
また、第２ＳｉＮ膜５Ａは、これに含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度が、２．８×１０22個／ｃｍ3以上になっている（少なくとも２．０×１０22個／ｃｍ3以上になっていれば良い）。つまり、第２絶縁膜５Ａは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度が高く、水素を多く含む高水素含有絶縁膜になっている。このように、第２絶縁膜５Ａは、第１絶縁膜４よりも水素を多く含む含有水素量の大きい絶縁膜として構成されている。
【００７６】
このように構成される第２ＳｉＮ膜５Ａは、多くの水素を含有し、これらの水素がＳｉ又はＮと結合しており、また、Ｎ／Ｓｉ比が４／３のストイキオメトリＳｉＮ膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）と比較して、化学的安定性が低下したものとなる。
なお、ここでは、第２ＳｉＮ膜５Ａの屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも高めにするようにしているが、これに限られるものではなく、屈折率を２．０又はその近傍の範囲よりも低めにする（即ち、１．９以下にする）ようにしても良い。この場合、第２ＳｉＮ膜５Ａに含まれるＮ−Ｈ結合の濃度は、１．５×１０22個／ｃｍ3以上（９．０×１０21個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外）になる。また、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度は、１．１×１０22個／ｃｍ3以下（１．７×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外）になる。さらに、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は、２．７×１０22個／ｃｍ3以上になる（少なくとも２．０×１０22個／ｃｍ3以上になれば良い）。
【００７７】
なお、その他の構成は、上述の第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態のものと同様に、デバイス特性の向上及び性能変動を抑制させることができるという利点がある。
【００７８】
特に、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、変性した化合物半導体表面に対する改質作用（安定化作用）は、成膜された第２ＳｉＮ膜５Ａに含まれるＳｉ−Ｈ結合やＮ−Ｈ結合によってのみ成し遂げられるのではなく、第２ＳｉＮ膜５Ａの成膜中にプラズマ中に存在する水素プラズマによっても実現されることになる。このため、化合物半導体表面の化学的安定性及びデバイス特性を、より向上させることができる。
【００７９】
実際に、上述のような方法及び条件によって形成した第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５Ａを備える化合物半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）では、化合物半導体表面のトラップに起因するドレイン電流の変動が抑制され、また、絶縁膜の内部を流れるゲートリーク電流量も著しく低下し、この結果、デバイスの故障率が大幅に向上した。
なお、上述の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を用いる場合、化合物半導体表面に対する改質作用（安定化作用）は、第２ＳｉＮ膜５Ａの成膜中にプラズマ中に存在する水素プラズマによっても実現されるため、上述の実施形態のように、第２絶縁膜５Ａとして、水素を多く含み、化合物半導体表面に対する安定化作用に優れた非ストイキオメトリ絶縁膜（屈折率としてはストイキオメトリからずれた絶縁膜）を形成する必要はない。つまり、第２絶縁膜５Ａの屈折率に制限はなく、第２絶縁膜５ＡとしてのＳｉＮ膜の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）を２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）になるようにして、第２絶縁膜として、水素を多く含み、屈折率としてはストイキオメトリに位置する絶縁膜（ＮＨ3ベース・ストイキオメトリＳｉＮ膜；ＮＨ3ベースＳｉＮ膜）を形成しても良い。
【００８０】
この場合、第２ＳｉＮ膜としてのＮＨ3ベース・ストイキオメトリＳｉＮ膜に含まれるＳｉ−Ｈ結合の濃度は、１．７×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲内（ここでは１．１×１０22個／ｃｍ3よりも大きく２．０×１０22個／ｃｍ3よりも小さい範囲内）になれば良い。また、Ｎ−Ｈ結合の濃度は、９．０×１０21個／ｃｍ3又はその近傍の範囲内（ここでは８．０×１０21個／ｃｍ3よりも大きく１．５×１０22個／ｃｍ3よりも小さい範囲内）になれば良い。さらに、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は、２．６×１０22個／ｃｍ3以上（少なくとも２．０×１０22個／ｃｍ3以上）になれば良い。
【００８１】
これにより、屈折率としては非ストイキオメトリに位置する絶縁膜として形成する場合と比較して、絶縁膜全体の絶縁性を高めることができ、より絶縁性の優れた絶縁膜を実現できることになる。但し、化合物半導体表面に対する安定化作用がより優れた絶縁膜を実現するには、上述の実施形態のように、屈折率としては非ストイキオメトリに位置する絶縁膜として形成するのが好ましい。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図７を参照しながら説明する。
【００８２】
本実施形態にかかる半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）は、上述の第２実施形態のものに対し、図７に示すように、さらに第２絶縁膜５Ａ上に第３絶縁膜２０を備える点が異なる。なお、図７では、上述の第２実施形態（図６参照）と同一のものには同一の符号を付している。
つまり、上述の第２実施形態では、第２絶縁膜（ＮＨ3ベース・ストイキオメトリＳｉＮ膜）５Ａとして、水素を多く含み、屈折率としては非ストイキオメトリに位置する絶縁膜［屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）が２．０又はその近傍の範囲（即ち、１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲）外になっているＳｉＮ膜］を形成することになる。
【００８３】
この場合、第２絶縁膜５Ａは、その物理的性質（高周波プラズマＣＶＤ法で、ＮＨ3を
Ｎ原料ガスとして供給して形成されたＳｉＮ膜のストレスと屈折率との関係；図５に示す特性よりも全体的に上方（引張側）へシフトしたものとなる）から、引張応力が作用する膜となる。
一方、第１絶縁膜４として形成されるストイキオメトリＳｉＮ膜も、その物理的性質（図５参照）から、引張応力が作用する膜となる。
【００８４】
このため、本半導体装置は、絶縁膜全体の応力を緩和し、絶縁膜全体の低応力化を実現するために、図７に示すように、第２絶縁膜５Ａ上に、第１絶縁膜４に作用する引張応力及び第２絶縁膜５Ａに作用する引張応力を緩和しうる圧縮応力が作用する第３絶縁膜（ここではシリコン窒化膜；第３ＳｉＮ膜）２０が設けられている。これにより、絶縁膜全体をゼロストレスとすることが可能となる。
【００８５】
このような圧縮応力が作用する第３絶縁膜（ＳｉＮ膜）２０は、例えば低周波ＲＦ（３８０ｋＨｚ）によって励起されたプラズマによって（即ち、低周波プラズマＣＶＤ法によって）成膜することができる。
なお、その他の構成は、上述の第２実施形態及びその変形例と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００８６】
このように構成される半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）に備えられる第１絶縁膜４、第２絶縁膜５Ａ及び第３絶縁膜２０は、以下の方法で製造することができる。
まず、第１絶縁膜４として、絶縁性に優れたストイキオメトリ絶縁膜を形成すべく、例えば、高周波プラズマＣＶＤ法を用い、プラズマ励起周波数１３．５６ＭＨｚ、出力（高周波出力）５０Ｗ、ガス流量ＳｉＨ4／Ｎ2／Ｈｅ＝２ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍとして、例えば１０ｎｍのシリコン窒化膜（第１ＳｉＮ膜；Ｎ2ベースＳｉＮ膜）を成膜する［図７参照］。
【００８７】
このようにして形成された第１ＳｉＮ膜４に含有されるＳｉ−Ｈ結合濃度は１．１×１０22個／ｃｍ3となり、Ｎ−Ｈ結合濃度は６．０×１０21個／ｃｍ3となった。なお、Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いた透過型測定によって計測した。ここでは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は１．７×１０22個／ｃｍ3となった。
【００８８】
また、第１ＳｉＮ膜４の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は２．０となった。なお、屈折率は、エリプソメトリ法を用いて計測した。
このようにして、第１絶縁膜４を形成する工程において、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲（即ち、屈折率が２．０又はその近傍の範囲）で、Ｎ／Ｓｉ比が４／３になって化学的量性比の正しいストイキオメトリ絶縁膜としての第１ＳｉＮ膜４を形成する。このように、高周波プラズマＣＶＤ法で、窒素原料ガスとしてＮ2を用いて形成された第１絶縁膜（Ｎ2ベース・ストイキオメトリＳｉＮ膜）４は、引張応力が作用する膜となる。
【００８９】
次に、第１絶縁膜４上に第２絶縁膜５Ａを形成すべく、例えば、高周波プラズマＣＶＤ法を用い、プラズマ励起周波数１３．５６ＭＨｚ、出力（高周波出力）５０Ｗ、ガス流量ＳｉＨ4／ＮＨ3／Ｎ2／Ｈｅ＝５ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍとして、例えば１０ｎｍのシリコン窒化膜（第２ＳｉＮ膜；ＮＨ3ベースＳｉＮ膜）を成膜する［図７参照］。
【００９０】
このようにして形成された第２ＳｉＮ膜５Ａに含有されるＳｉ−Ｈ結合濃度は２．４×１０22個／ｃｍ3となり、Ｎ−Ｈ結合濃度は６．０×１０21個／ｃｍ3となった。なお、Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いた透過型測定によって計測した。ここでは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は３．０×１０22個／ｃｍ3となった。
【００９１】
また、第２ＳｉＮ膜５Ａの屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は２．３となった。なお、屈折率は、エリプソメトリ法を用いて計測した。また、ここでは、第２ＳｉＮ膜５Ａは、高周波プラズマＣＶＤ法で、窒素原料ガスとしてＮＨ3を用いて形成されるため、屈折率が２．３でも引張応力が作用することになる。
このようにして、第２絶縁膜５Ａを形成する工程において、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が１．９よりも大きく２．１よりも小さい範囲（即ち、屈折率が２．０又はその近傍の範囲）外で、化学的量性比がずれている（Ｎ／Ｓｉ比が４／３からずれている）非ストイキオメトリ絶縁膜としての第２ＳｉＮ膜５Ａを形成する。このように、高周波プラズマＣＶＤ法で、窒素原料ガスとしてＮＨ3を用いて形成された第２絶縁膜（ＮＨ3ベース・ストイキオメトリＳｉＮ膜）５Ａは、引張法力が作用する膜となる。
【００９２】
次いで、第２絶縁膜５Ａ上に第３絶縁膜２０を形成すべく、例えば、低周波プラズマＣＶＤ法を用い、プラズマ励起周波数３８０ｋＨｚ、出力（低周波出力）５０Ｗ、ガス流量ＳｉＨ4／Ｎ2／Ｈｅ＝１０ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ／１０００ｓｃｃｍとして、例えば２０ｎｍのシリコン窒化膜（第３ＳｉＮ膜；低周波ＳｉＮ膜）を成膜する［図７参照］。
このようにして形成された第３ＳｉＮ膜２０に含有されるＳｉ−Ｈ結合濃度は０．８×１０22個／ｃｍ3となり、Ｎ−Ｈ結合濃度は３．０×１０21個／ｃｍ3となった。なお、Ｓｉ−Ｈ結合濃度及びＮ−Ｈ結合濃度は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いた透過型測定によって計測した。ここでは、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度とＮ−Ｈ結合の濃度を足した合計濃度は３．１×１０22個／ｃｍ3となった。
【００９３】
また、第３ＳｉＮ膜２０の屈折率（波長６３３ｎｍの光に対する屈折率）は２．０となった。なお、屈折率は、エリプソメトリ法を用いて計測した。
さらに、第３ＳｉＮ膜２０の膜密度は、２．９〜３．０ｇ／ｃｍ3となった。つまり、第３ＳｉＮ膜２０は、第１ＳｉＮ膜４又は第２ＳｉＮ膜５Ａと比較して、膜密度が高くなった（ここでは約１０％程度）。
【００９４】
このようにして低周波励起のプラズマＣＶＤ法によって成膜された第３絶縁膜２０は、圧縮応力が作用する膜となる。
このようにして、低周波プラズマＣＶＤ法によって堆積した第３ＳｉＮ膜２０は、成膜時のイオンエネルギーが高いため、緻密で結合欠陥の少ない膜になる。このため、第３ＳｉＮ膜２０は、耐水性に優れ、デバイスの信頼性向上にも大きく寄与することになる。つまり、高周波プラズマＣＶＤ法（プラズマ励起周波数１３．５６ＭＨｚ）によって成膜された絶縁膜（ＳｉＮ膜）のみを備える半導体装置（ここではショットキーゲートＦＥＴ）よりも高い耐水性能を有する半導体装置（ここではショットキーゲートＦＥＴ）を実現できることになる。
【００９５】
なお、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法の他の工程は、上述の第２実施形態及びその変形例と同様であるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第２実施形態及びその変形例のものと同様に、デバイス特性及び信頼性を向上させることができるという利点がある。
【００９６】
また、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、上述の第２実施形態及びその変形例のものと同様に、変性した化合物半導体表面に対する改質作用（安定化作用）は、成膜された第２ＳｉＮ膜５Ａに含まれるＳｉ−Ｈ結合やＮ−Ｈ結合によってのみ成し遂げられるのではなく、第２ＳｉＮ膜５Ａの成膜中にプラズマ中に存在する水素プラズマによっても実現されることになる。このため、化合物半導体表面の化学的安定性及びデバイス特性を、より向上させることができる。
【００９７】
実際に、上述のような方法及び条件によって形成した第１絶縁膜４、第２絶縁膜５Ａ及び第３絶縁膜２０を備える化合物半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）では、化合物半導体表面のトラップに起因するドレイン電流の変動が抑制され、また、絶縁膜の内部を流れるゲートリーク電流量も著しく低下し、この結果、デバイスの故障率が大幅に向上した。
【００９８】
特に、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５Ａによって、絶縁膜全体の絶縁性向上（低ゲートリーク電流化）及び化合物半導体表面の化学的安定性の向上を図りながら、第３絶縁膜２０によって、絶縁膜全体の低応力化を実現することができる。
［その他］
なお、上述の各実施形態では、ショットキーゲートＦＥＴを例に挙げて説明しているが、本発明は、例えばＭＩＳゲートＦＥＴ（ＭＩＳゲート型ＦＥＴ；例えば図１０参照）などの他の半導体装置にも適用することができる。また、上述の各実施形態におけるショットキーゲートＦＥＴ及びＭＩＳゲートＦＥＴにおいては、要求される諸特性によって、化合物半導体積層構造を、ＧａＮ表面層を備えないものとして構成することもできる。
【００９９】
また、上述の各実施形態及び各変形例の半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）に備えられるゲート電極の形状は、上述の各実施形態及び各変形例のものに限られるものではない。例えば図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、上述の各実施形態及び各変形例の半導体装置を、マッシュルーム型のゲート電極２Ａを備えるものとして構成することもできる。なお、図８（Ａ）は、上述の第１実施形態（図１参照）の変形例を示しており、図８（Ｂ）は、上述の第２実施形態（図６参照）の変形例を示しており、図８（Ｃ）は、上述の第３実施形態（図７参照）の変形例を示している。
【０１００】
このようなマッシュルーム型のゲート電極２Ａを備える半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）は、以下のようにして製造することができる。
なお、ここでは、図８（Ａ）に示す構造の半導体装置を製造する場合を例に挙げて説明するが、図８（Ｂ），（Ｃ）に示す他の構造の半導体装置も同様の方法で製造することができる。
【０１０１】
まず、上述の第１実施形態［図４（Ａ）〜（Ｄ）参照］と同様に、化合物半導体積層構造１を形成し、素子間分離を行ない、オーミック電極３を形成し、第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５を形成する。
次に、図９（Ａ）に示すように、ポジ型電子線レジスト（商品名ＺＥＰ５２０−Ａ７；日本ゼオン社製）であるファインゲート用レジスト２１を、例えば３００ｎｍ程度の厚さになるように、例えばスピンコート法によって塗布し、例えば１８０℃で５分間熱処理する。
【０１０２】
次に、図９（Ａ）に示すように、下層レジスト２２Ａ及び上層レジスト２２Ｂからなる多層レジスト（庇形成用多層レジスト）２２を形成する。
つまり、まず、アルカリ可溶性樹脂（商品名ＰＭＧＩ；米国マイクロケム社製）である下層レジスト２２Ａを、例えば５００ｎｍ程度の厚さになるように、例えばスピンコート法によって塗布し、例えば１８０℃で３分間熱処理する。
【０１０３】
次いで、下層レジスト２２Ａ上に、ポジ型電子線レジスト（商品名ＺＥＰ５２０−Ａ７；日本ゼオン社製）である上層レジスト２２Ｂを、例えば２００ｎｍ程度の厚さになるように、例えばスピンコート法によって塗布し、例えば１８０℃で２分間熱処理する。
次に、図９（Ａ）に示すように、例えば電子線描画によって、基板６側から、ファインゲート開口２３，リフトオフ用庇状オーバゲート開口２４を形成する。
【０１０４】
次いで、図９（Ａ）に示すように、ファインゲート開口２３を介して第１絶縁膜（ＳｉＮ膜；表面保護膜）４及び第２絶縁膜（ＳｉＮ膜；表面保護膜）５をエッチングして、第１絶縁膜４及び第２絶縁膜５に開口（ゲート開口）２５を形成した後、上層レジスト２２Ｂ、下層レジスト２２Ａ及びファインゲート用レジスト２１をマスクとして、全面にゲートメタル［電極金属；Ｎｉ（厚さ１０ｎｍ）／Ａｕ（厚さ３００ｎｍ）］を蒸着する。なお、ここでは、図示の便宜上、上層レジスト２２Ｂ上に堆積されるゲートメタルは省略している。
【０１０５】
次に、加温した有機溶剤を用いてリフトオフを行ない、図９（Ｂ）に示すように、化合物半導体積層構造１上に、マッシュルーム型のゲート電極２Ａを形成する。このように、ゲート電極２Ａを、その上部（傘部分）に対して下部（柄部分）が狭くなっているマッシュルーム形状にすることによって、高周波特性等に優れた半導体装置（ＦＥＴ）を実現することができる。
【０１０６】
さらに、必要に応じて、図９（Ｃ）に示すように、ゲート電極２Ａを含む化合物半導体積層構造１の表面全体を覆うように、他の絶縁膜（ここではＳｉＮ膜）２６を形成する。これにより、化合物半導体積層構造１の全体が他の絶縁膜２６によって被覆されるため、耐湿性等の信頼性が向上することになる。
その後、層間絶縁膜やコンタクト孔、各種の配線等の形成工程を経て、半導体装置（ショットキーゲートＦＥＴ）が完成する。
【０１０７】
また、上述の各実施形態及び各変形例の半導体装置を構成する化合物半導体積層構造は、ＧａＮ系の化合物半導体材料からなるものとして構成しているが、これに限られるものではない。例えば、ＩｎＰ系の化合物半導体材料からなるものとして構成することもできる。この場合、化合物半導体積層構造は、例えば、半絶縁性のＩｎＰ基板上に、バッファ層、ＩｎＧａＡｓ電子走行層、ＩｎＡｌＡｓ電子供給層、ＩｎＰエッチングストッパ層、ＩｎＧａＡｓ低抵抗層を順に積層させたものとして構成すれば良い。
【０１０８】
また、本発明は、上述した各実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。
以下、上述の各実施形態及び各変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
半導体基板上に積層された複数の化合物半導体層からなる化合物半導体積層構造と、
少なくとも前記化合物半導体積層構造を構成する化合物半導体層の表面に露出している部分を覆う第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜とを備え、
前記第２絶縁膜は、前記第１絶縁膜よりも水素を多く含んでいることを特徴とする半導体装置。
【０１０９】
（付記２）
前記第１絶縁膜は、ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、付記１記載の半導体装置。
（付記３）
前記第１絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度が１．１×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲内であることを特徴とする、付記１又は２に記載の半導体装置
。
【０１１０】
（付記４）
前記第１絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が１．９よりも大きく２．１よりも小さいことを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
（付記５）
前記第２絶縁膜は、非ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【０１１１】
（付記６）
前記第２絶縁膜は、シリコン窒化膜であって、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度が１．１×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外であることを特徴とする、付記５記載の半導体装置。
（付記７）
前記第２絶縁膜は、シリコン窒化膜であって、Ｓｉ−Ｈ結合の濃度が１．７×１０22個／ｃｍ3又はその近傍の範囲外であることを特徴とする、付記５記載の半導体装置。
【０１１２】
（付記８）
前記第２絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が２．１以上であることを特徴とする、付記５〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
（付記９）
前記第２絶縁膜は、シリコン窒化膜であって、Ｎ−Ｈ結合の濃度が１．０×１０22個／ｃｍ3以上であることを特徴とする、付記５記載の半導体装置。
【０１１３】
（付記１０）
前記第２絶縁膜は、シリコン窒化膜であって、Ｎ−Ｈ結合の濃度が１．５×１０22個／ｃｍ3以上であることを特徴とする、付記５記載の半導体装置。
（付記１１）
前記第２絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が１．９以下であることを特徴とする、付記５、９、１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【０１１４】
（付記１２）
前記第２絶縁膜は、ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
（付記１３）
前記第２絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が１．９よりも大きく２．１よりも小さいことを特徴とする、付記１２記載の半導体装置。
【０１１５】
（付記１４）
前記第１絶縁膜は、引張応力が作用する膜であり、
前記第２絶縁膜は、圧縮応力が作用する膜であり、
前記第１絶縁膜が前記第２絶縁膜に作用する圧縮応力を緩和しうる厚さを有するか、又は、前記第２絶縁膜が前記第１絶縁膜に作用する引張応力を緩和しうる厚さを有することを特徴とする、付記１〜６、８、９、１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【０１１６】
（付記１５）
前記第２絶縁膜上に形成された第３絶縁膜をさらに備え、
前記第１絶縁膜は、引張応力が作用する膜であり、
前記第２絶縁膜は、引張応力が作用する膜であり、
前記第３絶縁膜は、前記第１絶縁膜に作用する引張応力及び前記第２絶縁膜に作用する引張応力を緩和しうる圧縮応力が作用する膜であることを特徴とする、付記１〜５、７、８、１０〜１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【０１１７】
（付記１６）
半導体基板上に複数の化合物半導体層を積層させて化合物半導体積層構造を形成し、
少なくとも前記化合物半導体積層構造を構成する化合物半導体層の表面に露出している部分が覆われるように第１絶縁膜を形成し、
前記第１絶縁膜上に前記第１絶縁膜よりも含有水素量の大きい第２絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１１８】
（付記１７）
前記第１絶縁膜を形成する工程において、ＳｉＨ4をＳｉ原料ガスとして供給して、Ｎ／Ｓｉ比が４／３のシリコン窒化膜を形成し、
前記第２絶縁膜を形成する工程において、ＳｉＨ4の流量を増加させて、Ｎ／Ｓｉ比が４／３よりも小さいシリコン窒化膜を形成することを特徴とする、付記１６記載の半導体装置の製造方法。
【０１１９】
（付記１８）
前記第１絶縁膜を形成する工程において、Ｎ2をＮ原料ガスとして供給してシリコン窒化膜を形成し、
前記第２絶縁膜を形成する工程において、少なくともＮＨ3をＮ原料ガスとして供給してシリコン窒化膜を形成することを特徴とする、付記１６記載の半導体装置の製造方法。
【０１２０】
（付記１９）
前記第２絶縁膜上に、低周波励起のプラズマＣＶＤ法によって第３絶縁膜を形成することを特徴とする、付記１８記載の半導体装置の製造方法。
（付記２０）
前記第１絶縁膜は、ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、付記１６〜１９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１２１】
１ 化合物半導体積層構造
２ ゲート電極
２Ａ マッシュルーム型のゲート電極
３ オーミック電極
４ 第１絶縁膜（第１ＳｉＮ膜；ストイキオメトリ絶縁膜）
５ 第２絶縁膜（第２ＳｉＮ膜；非ストイキオメトリ絶縁膜）
５Ａ 第２絶縁膜（第２ＳｉＮ膜；ＮＨ3ベースＳｉＮ膜）
６ ＳｉＣ基板（半導体基板）
７ バッファ層
８ ＧａＮ電子走行層
９ ＡｌＧａＮ電子供給層
１０ ＧａＮ表面層
１１ 素子分離領域（注入領域）
１２ レジスト
１２Ａ レジスト開口
１４ 多層レジスト
１４Ａ 下層レジスト
１４Ｂ 上層レジスト
１５，１６ 開口
２０ 第３絶縁膜（第３ＳｉＮ膜）
２１ ファインゲート用レジスト
２２ 多層レジスト
２２Ａ 下層レジスト
２２Ｂ 上層レジスト
２３ ファインゲート開口
２４ リフトオフ用庇状オーバゲート開口
２５ 開口
２６ 絶縁膜（ＳｉＮ膜）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に積層された複数の化合物半導体層からなる化合物半導体積層構造と、
少なくとも前記化合物半導体積層構造を構成する化合物半導体層の表面に露出している部分を覆う第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜とを備え、
前記第１絶縁膜は、引張応力が作用する膜であり、
前記第２絶縁膜は、前記第１絶縁膜よりも水素を多く含んでおり、引張応力が作用する膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１絶縁膜は、ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２絶縁膜は、非ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２絶縁膜は、ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２絶縁膜上に形成された第３絶縁膜をさらに備え、
前記第３絶縁膜は、前記第１絶縁膜に作用する引張応力及び前記第２絶縁膜に作用する引張応力を緩和しうる圧縮応力が作用する膜であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体基板上に複数の化合物半導体層を積層させて化合物半導体積層構造を形成し、
少なくとも前記化合物半導体積層構造を構成する化合物半導体層の表面に露出している部分が覆われるように第１絶縁膜を形成し、
前記第１絶縁膜上に前記第１絶縁膜よりも含有水素量の大きい第２絶縁膜を形成する工程を含み、
前記第１絶縁膜を形成する工程において、Ｎ２をＮ原料ガスとして供給してシリコン窒化膜を形成し、
前記第２絶縁膜を形成する工程において、少なくともＮＨ３をＮ原料ガスとして供給してシリコン窒化膜を形成することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１絶縁膜は、引張応力が作用する膜であり、
前記第２絶縁膜は、引張応力が作用する膜であることを特徴とする、請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１絶縁膜は、ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、請求項６又は７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第２絶縁膜は、非ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２絶縁膜は、ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１絶縁膜を形成する工程において、高周波励起のプラズマＣＶＤ法によって前記シリコン窒化膜を形成し、
前記第２絶縁膜を形成する工程において、高周波励起のプラズマＣＶＤ法によって前記シリコン窒化膜を形成することを特徴とする、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２絶縁膜上に、低周波励起のプラズマＣＶＤ法によって第３絶縁膜を形成することを特徴とする、請求項６〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体基板上に積層された複数の化合物半導体層からなる化合物半導体積層構造と、
少なくとも前記化合物半導体積層構造を構成する化合物半導体層の表面に露出している部分を覆う第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜とを備え、
前記第１絶縁膜は、引張応力が作用する膜であり、
前記第２絶縁膜は、前記第１絶縁膜よりも水素を多く含んでおり、引張応力が作用する膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１絶縁膜は、ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２絶縁膜は、非ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２絶縁膜は、ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２絶縁膜上に形成された第３絶縁膜をさらに備え、
前記第３絶縁膜は、前記第１絶縁膜に作用する引張応力及び前記第２絶縁膜に作用する引張応力を緩和しうる圧縮応力が作用する膜であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体基板上に複数の化合物半導体層を積層させて化合物半導体積層構造を形成し、
少なくとも前記化合物半導体積層構造を構成する化合物半導体層の表面に露出している部分が覆われるように第１絶縁膜を形成し、
前記第１絶縁膜上に前記第１絶縁膜よりも含有水素量の大きい第２絶縁膜を形成する工程を含み、
前記第１絶縁膜を形成する工程において、Ｎ２をＮ原料ガスとして供給してシリコン窒化膜を形成し、
前記第２絶縁膜を形成する工程において、少なくともＮＨ３をＮ原料ガスとして供給してシリコン窒化膜を形成することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１絶縁膜は、引張応力が作用する膜であり、
前記第２絶縁膜は、引張応力が作用する膜であることを特徴とする、請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１絶縁膜は、ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、請求項６又は７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第２絶縁膜は、非ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２絶縁膜は、ストイキオメトリ絶縁膜であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１絶縁膜を形成する工程において、高周波励起のプラズマＣＶＤ法によって前記シリコン窒化膜を形成し、
前記第２絶縁膜を形成する工程において、高周波励起のプラズマＣＶＤ法によって前記シリコン窒化膜を形成することを特徴とする、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２絶縁膜上に、低周波励起のプラズマＣＶＤ法によって第３絶縁膜を形成することを特徴とする、請求項６〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１６６０８４（Ｐ２０１０−１６６０８４Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８６７９６（Ｐ２０１０−８６７９６）
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【分割の表示】特願２００７−３４１１７６（Ｐ２００７−３４１１７６）の分割
【原出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、総務省、「無線アクセス用ミリ波帯無線伝送システムの実現のための基盤技術の研究開発」のうち、「高出力ＧａＮ系ＨＥＭＴの超高周波化技術」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【分割の表示】特願２００７−３４１１７６（Ｐ２００７−３４１１７６）の分割
【原出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、総務省、「無線アクセス用ミリ波帯無線伝送システムの実現のための基盤技術の研究開発」のうち、「高出力ＧａＮ系ＨＥＭＴの超高周波化技術」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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