知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】P2024142244
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】窒化物半導体装置およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/338 20060101AFI20241003BHJP
H01L 29/41 20060101ALI20241003BHJP
H01L 21/76 20060101ALI20241003BHJP
H01L 29/417 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
H01L29/80 U
H01L29/80 H
H01L29/44 L
H01L21/76 L
H01L29/50 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023054353
(22)【出願日】2023-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100133514
【弁理士】
【氏名又は名称】寺山 啓進
(74)【代理人】
【識別番号】100135714
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 一生
(74)【代理人】
【識別番号】100167612
【弁理士】
【氏名又は名称】安藤 直行
(72)【発明者】
【氏名】四方 啓太
【テーマコード（参考）】
4M104
5F032
5F102
【Ｆターム（参考）】
4M104AA04
4M104AA07
4M104BB02
4M104BB04
4M104BB05
4M104BB14
4M104BB36
4M104CC01
4M104CC03
4M104DD08
4M104DD34
4M104DD37
4M104DD52
4M104DD53
4M104DD72
4M104FF02
4M104HH20
5F032AA35
5F032AA54
5F032CA09
5F032CA16
5F032DA09
5F102GB02
5F102GC01
5F102GJ02
5F102GJ03
5F102GJ10
5F102GK04
5F102GL04
5F102GL07
5F102GM04
5F102GQ01
5F102GR01
5F102GR09
5F102GS01
5F102GS09
5F102GT01
5F102GV05
5F102GV07
5F102GV08
5F102HC10
5F102HC15
(57)【要約】
【課題】導電性基板上に窒化物半導体層を形成したデバイス構造を有し、電極と導電性基板の間に形成される寄生容量を低減できる窒化物半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体装置１は、互いに対向する第１面２ａと第２面２ｂで両面を定義された導電性基板１０１と、導電性基板１０１の第１面２ａに設けられ、半導体素子が形成された窒化物半導体層１２を含む基体１０と、基体１０に設けられ、半導体素子と電気的に接続された埋込電極と、埋込電極と対向する領域において導電性基板１０１に形成された溝の内部に配置された絶縁体１８０とを備える。
【選択図】図２Ｂ
【解決手段】窒化物半導体装置１は、互いに対向する第１面２ａと第２面２ｂで両面を定義された導電性基板１０１と、導電性基板１０１の第１面２ａに設けられ、半導体素子が形成された窒化物半導体層１２を含む基体１０と、基体１０に設けられ、半導体素子と電気的に接続された埋込電極と、埋込電極と対向する領域において導電性基板１０１に形成された溝の内部に配置された絶縁体１８０とを備える。
【選択図】図２Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに対向する第１面と第２面で両面を定義された導電性基板と、
前記導電性基板の前記第１面に設けられ、半導体素子が形成された窒化物半導体層を含む基体と、
前記基体に設けられ、前記半導体素子と電気的に接続された電極と、
前記電極と対向する領域において前記導電性基板に形成された溝の内部に配置された絶縁体と
を備える窒化物半導体装置。
前記導電性基板の前記第１面に設けられ、半導体素子が形成された窒化物半導体層を含む基体と、
前記基体に設けられ、前記半導体素子と電気的に接続された電極と、
前記電極と対向する領域において前記導電性基板に形成された溝の内部に配置された絶縁体と
を備える窒化物半導体装置。
【請求項2】
前記基体が、
前記第１面に配置された半絶縁層と、
前記半絶縁層に積層された前記窒化物半導体層と
を含む、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
前記第１面に配置された半絶縁層と、
前記半絶縁層に積層された前記窒化物半導体層と
を含む、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項3】
前記絶縁体が、前記半絶縁層を貫通して形成されて前記溝に連通する開口部の内部を埋め込んでいる、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項4】
前記導電性基板の抵抗率が１Ω・ｃｍ以下であり、前記半絶縁層の抵抗率が１×１０3Ω・ｃｍ以上である、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項5】
前記半絶縁層の抵抗率が１×１０5Ω・ｃｍ以上である、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項6】
前記半絶縁層は、５μｍ以上の厚みを有する、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項7】
前記半絶縁層は、４Ｈ－ＳiＣ結晶構造を備える、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項8】
前記半絶縁層は、６Ｈ－ＳiＣ結晶構造を備える、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項9】
前記半絶縁層は、３Ｃ－ＳiＣ結晶構造を備える、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項10】
前記窒化物半導体層が、
電子走行層と、
前記電子走行層とヘテロ接合を形成する電子供給層と
を備える、
請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
電子走行層と、
前記電子走行層とヘテロ接合を形成する電子供給層と
を備える、
請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項11】
前記半導体素子に設けられたドレイン電極、ソース電極、およびゲート電極を備え、
前記ドレイン電極の一部若しくは前記ゲート電極の一部のいずれか、又は前記ドレイン電極の一部と前記ゲート電極の両方に対向して、前記絶縁体が配置されている、
請求項１０に記載の窒化物半導体装置。
前記ドレイン電極の一部若しくは前記ゲート電極の一部のいずれか、又は前記ドレイン電極の一部と前記ゲート電極の両方に対向して、前記絶縁体が配置されている、
請求項１０に記載の窒化物半導体装置。
【請求項12】
前記ソース電極は、前記導電性基板を貫通する導電性部材を介して、前記導電性基板の前記第２面に形成したグランド電極に接続されている、請求項１１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項13】
前記絶縁体は、ペースト剤を含む絶縁体材料を含む、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項14】
前記絶縁体は、ダイヤモンドライクカーボンを含む絶縁体材料を含む、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項15】
互いに対向する第１面と第２面で両面を定義された導電性基板の前記第１面に、半導体素子が形成された窒化物半導体層を含む基体を形成し、
前記基体をエッチングして開口領域を形成し、
前記開口領域を埋込電極で埋め込み、
前記第２面から前記導電性基板の一部を選択的にエッチングして、前記埋込電極に到達する溝を形成し、
前記溝の内部に絶縁体を形成する
を備える、窒化物半導体装置の製造方法。
前記基体をエッチングして開口領域を形成し、
前記開口領域を埋込電極で埋め込み、
前記第２面から前記導電性基板の一部を選択的にエッチングして、前記埋込電極に到達する溝を形成し、
前記溝の内部に絶縁体を形成する
を備える、窒化物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒化物半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ:High Electron Mobility Transistor）は高速スイッチングデバイスや高周波増幅デバイスとして広く実用化されている。大きなバンドギャップを有する窒化物半導体をＨＥＭＴ構造に使用することで、高速動作と高耐圧化を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－０７７８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
窒化物半導体のＨＥＭＴの電子供給層に例えばＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどの材料が用いられる。窒化物半導体用の基板として一般に半絶縁性ＳｉＣ基板や高抵抗Ｓｉ基板などの抵抗率が高い基板が使用されているが、一般にこれらの基板は販売価格が高く高コストになる。一方で、導電性基板上に高抵抗層を形成し、その上に窒化物半導体層を形成することで、比較的低コストの導電性基板を使用しながら導電性基板の容量カップリングによる損失を低減する方法も提案されている。しかしながら、上記構造だけでは窒化物半導体層に形成した電極と導電性基板の間に生じる寄生容量を十分に低減することができず、所望の高周波特性が得られていない。
【0005】
本開示の目的は、導電性基板上に窒化物半導体層を形成したデバイス構造を有し、電極と導電性基板の間に形成される寄生容量を低減できる窒化物半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決するために、本開示の一態様は、互いに対向する第１面と第２面で両面を定義された導電性基板と、導電性基板の第１面に設けられ、半導体素子が形成された窒化物半導体層を含む基体と、基体に設けられ、半導体素子と電気的に接続された電極と、電極と対向する領域において導電性基板に形成された溝の内部に配置された絶縁体とを備える、窒化物半導体装置である。
【0007】
本開示の他の一態様は、互いに対向する第１面と第２面で両面を定義された導電性基板の第１面に半絶縁層を形成し、半絶縁層の上に窒化物半導体層を形成し、窒化物半導体層をエッチングして開口領域を形成し、開口領域を埋込電極で埋め込み、第２面から導電性基板の一部を選択的にエッチングして埋込電極に到達する溝を形成し、溝の内部に絶縁体を形成する、を備える窒化物半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【0008】
本開示の一態様および他の一態様によれば、導電性基板上に窒化物半導体層を形成したデバイス構造を有し、電極と導電性基板の間に形成される寄生容量を低減できる窒化物半導体装置およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付図面を参照して本開示の窒化物半導体装置の実施形態を説明する。なお、説明を簡単かつ明確にするために、図面に示される構成要素は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。また、理解を容易にするために、断面図では、ハッチング線が省略されている場合がある。添付の図面は、本開示の実施形態を例示するに過ぎず、本開示を制限するものとみなされるべきではない。
【0011】
以下の詳細な記載は、本開示の例示的な実施形態を具体化する装置および方法を含む。この詳細な記載は本来説明のためのものに過ぎず、本開示の実施形態又はこのような実施形態の適用および使用を限定することを意図しない。
【0012】
以下の説明においては、ＸＹ平面に広がる基板に垂直な方向をＺ方向、Ｚ方向に直交し、電極の延伸する方向をＹ方向、Ｚ方向およびＹ方向に垂直な電極の配列する方向をＸ方向とする。
【0013】
（実施形態）
（窒化物半導体装置の平面レイアウト）
図１は、実施形態に係る窒化物半導体装置の平面図である。窒化物半導体装置１は、絶縁層１４と、絶縁層１４上に形成されたソース電極１８およびドレイン電極２０とを含んでいてよい。なお、図１に示される互いに直交するＸＹＺ軸のＺ軸向は、後述する導電性基板１０１の第１面２ａ（図２Ａ～図２Ｃ参照）と直交する方向である。本明細書において使用される「平面視」という用語は、明示的に別段の記載がない限り、Ｚ方向に沿って上方から窒化物半導体装置１を視ることをいう。
（窒化物半導体装置の平面レイアウト）
図１は、実施形態に係る窒化物半導体装置の平面図である。窒化物半導体装置１は、絶縁層１４と、絶縁層１４上に形成されたソース電極１８およびドレイン電極２０とを含んでいてよい。なお、図１に示される互いに直交するＸＹＺ軸のＺ軸向は、後述する導電性基板１０１の第１面２ａ（図２Ａ～図２Ｃ参照）と直交する方向である。本明細書において使用される「平面視」という用語は、明示的に別段の記載がない限り、Ｚ方向に沿って上方から窒化物半導体装置１を視ることをいう。
【0014】
絶縁層１４は、ソース電極１８とドレイン電極２０とを絶縁することができる任意の絶縁体材料から構成することができる。例えば、絶縁層１４は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、ＨｆＯ、ＨｆＮ、ＨｆＯＮ、ＨｆＳｉＯＮ、ＡｌＯＮ、又はそれらの任意の組み合わせを含んでいてよい。
【0015】
ソース電極１８およびドレイン電極２０は、１つ又は複数の導電材料から構成することができる。例えば、ソース電極１８およびドレイン電極２０の各々は、Ａｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｌＳｉＣｕ、ＡｌＣｕ、又はそれらの任意の組み合わせを含んでいてよい。
【0016】
図１に示すように、ソース電極１８は、複数本配置されていてもよい。図示の例では、ソース電極１８は、Ｙ方向に延び、かつ複数のソース電極１８は、Ｘ方向に配列されている。同様に、ドレイン電極２０は、ベース部２０Ａと、ベース部２０Ａに接続された複数のドレインフィンガー２０Ｂとを含んでいてよい。図示の例では、ベース部２０Ａは、Ｘ方向に延び、かつ複数のドレインフィンガー２０Ｂは、Ｙ方向に延びている。なお、本開示において、Ｘ方向およびＹ方向を、それぞれ「第１方向」および「第２方向」とも呼ぶ。複数のソース電極１８と、複数のドレインフィンガー２０Ｂとは、互いに離隔され、交互に配置されていてよい。図示の例では、複数のソース電極１８と、複数のドレインフィンガー２０Ｂとは、Ｘ方向に交互に並んで配列されている。
【0017】
窒化物半導体装置１は、ゲート配線１９Ａと、ゲート配線１９Ａに接続された複数のゲート電極１９とを更に含んでいてよい。図示の例では、ゲート配線１９Ａは、Ｘ方向に延び、かつ複数のゲート電極１９は、Ｙ方向に延びている。各ゲート電極１９は、平面視で複数のソース電極１８のうちの１つと、複数のドレインフィンガー２０Ｂのうちの１つとの間に配置されていてよい。図示の例では、各ゲート電極１９は、平面視で、Ｘ方向に互いに対向するソース電極１８とドレインフィンガー２０Ｂとの間に配置されている。ゲート配線１９Ａは、平面視で、複数のソース電極１８と、複数のドレインフィンガー２０Ｂとの間に延びていてよい。ゲート電極１９のさらなる詳細については、図２Ａを参照して後述する。
【0018】
窒化物半導体装置１は、平面視で２次元電子ガス層を含む活性領域３００と２次元電子ガス層を含まない不活性領域２００を含む。図１において、活性領域３００を破線で囲んで示している。
【0019】
（窒化物半導体装置の断面構造）
図２Ａは、図１のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。図２Ｂは、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。図２Ｃは、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。図２Ｄは、導電性基板１０１と、窒化物半導体層１２を含む基体１０の積層構造の断面図である。
図２Ａは、図１のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。図２Ｂは、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。図２Ｃは、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。図２Ｄは、導電性基板１０１と、窒化物半導体層１２を含む基体１０の積層構造の断面図である。
【0020】
窒化物半導体装置１は、互いに対向する第１面２ａと第２面２ｂとで両面を定義された導電性基板１０１と、導電性基板１０１の第１面２ａに形成された基体１０を含む。導電性基板１０１は、例えば六方晶系の炭化珪素基板（ＳｉＣ基板）である。第１面２ａおよび第２面２ｂは、導電性基板１０１の主面であり、第１面２ａを導電性基板１０１の表面、第２面２ｂを導電性基板１０１の裏面とも称する。第１面２ａは、第１方向（Ｘ方向）および平面視で第１方向と直交する第２方向（Ｙ方向）と平行である。
【0021】
導電性基板１０１は、例えばオフ角θｏｆｆを有するＳｉＣ基板である。第１面２ａは、ｃ面に対して特定の結晶方向にオフ角θｏｆｆで傾斜している。オフ角θｏｆｆは、２°以上６°以下であってよい。より好ましくは、オフ角θｏｆｆは、３°以上５°以下であってよく、更に好ましくは、３．５°以上４．５°以下であってもよい。なお、本開示において、「ｃ面」という用語は、六方晶系のＳｉＣ結晶の（０００１）面を指すものとして用いられている。
【0022】
本実施形態では、特定の結晶方向は、［１１－２０］方向であってよい。すなわち、第１面２ａは、ｃ面に対して［１１－２０］方向に２°以上６°以下のオフ角θｏｆｆで傾斜していてよい。なお、本開示の結晶方向や面を表す指数において、マイナス符号が前に付されている数字（例えば、［１１－２０］方向の場合の「２」）は、バーが上に付された当該数字を意味するものとする。
【0023】
導電性基板１０１は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の４Ｈ－ＳｉＣ基板であってよい。ここで、「４Ｈ」とは、ＳｉＣ結晶のポリタイプを表している。以下では、導電性基板１０１が４Ｈ－ＳｉＣ基板である場合を例示的に説明する。導電性基板１０１の抵抗率は、例えば０．０１Ω・ｃｍ以上０．０３Ω・ｃｍ以下であってよい。本実施形態では、導電性基板１０１の抵抗率は、約０．０２Ω・ｃｍであってよい。また、導電性基板１０１の厚さは、例えば３０μｍ以上３００μｍ以下であってよい。本実施形態では、導電性基板１０１は、１５０μｍの厚さを有していてよい。導電性基板１０１は、４Ｈ－ＳｉＣ基板の他に、６Ｈ－ＳｉＣ結晶構造のＳｉＣ基板であってもよい。また、導電性基板１０１として、炭化珪素（ＳｉＣ）の他にシリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）などの半導体材料を用いてもよい。
【0024】
本実施形態では、図２Ｄに示すように、基体１０は、導電性基板１０１の第１面２ａに形成された半絶縁層１０２と、半絶縁層１０２に積層された窒化物半導体層１２を含む。半絶縁層１０２は、不純物がドーピングされたＧａＮ層であってよい。半絶縁層１０２にドーピングする不純物は、例えば炭素（Ｃ）若しくは鉄（Ｆｅ）であってよい。あるいは、不純物は、ＣおよびＦｅの両方であってもよい。不純物は、アクセプタ濃度Ｎａとドナー濃度Ｎｄとの差（Ｎａ－Ｎｄ）が１×１０17ｃｍ-3程度となるようにＧａＮ層にドーピングされていてよい。半絶縁層１０２の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下であってよい。本実施形態では、半絶縁層１０２は、２μｍの厚さを有していてよい。導電性基板１０１と窒化物半導体層１２の間に半絶縁層１０２を配置することにより、導電性基板１０１と窒化物半導体層１２に形成される半導体素子とを電気的に絶縁することができる。例えば、半絶縁層１０２により、リーク電流を抑制することができる。なお、導電性基板１０１の第１面２ａに窒化物半導体層１２を直接に配置できる場合には、導電性基板１０１と窒化物半導体層１２の間に半絶縁層１０２を配置しなくてもよい。
【0025】
本実施形態では、導電性基板１０１の抵抗率が１Ω・ｃｍ以下であり、半絶縁層１０２の抵抗率が１×１０3Ω・ｃｍ以上であってよい。本実施形態では、半絶縁層１０２の抵抗率が１×１０5Ω・ｃｍ以上であってよい。本実施形態では、半絶縁層１０２は、５μｍ以上の厚みを有していてもよい。本実施形態では、半絶縁層１０２は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造であってもよい。また、半絶縁層１０２は、６Ｈ－ＳｉＣ結晶構造、若しくは、３Ｃ－ＳｉＣ結晶構造であってもよい。
【0026】
窒化物半導体層１２は、電子走行層１２０と、電子走行層１２０に積層された電子供給層１２２を含む。電子走行層１２０は、半絶縁層１０２上に形成されていてよい。電子走行層１２０は、窒化物半導体によって構成されている。電子走行層１２０は、ＧａＮによって構成することができる。本実施形態では、電子走行層１２０は、ドナー型不純物がドーピングされたｎ型ＧａＮ層であってよい。別の例では、電子走行層１２０は、アンドープのＧａＮ層であってもよい。電子走行層１２０の厚さは、０．０５μｍ以上１μｍ以下であってよい。本実施形態では、電子走行層１２０は、約０．２μｍの厚さを有していてよい。
【0027】
電子供給層１２２は、電子走行層１２０よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体によって構成されている。電子供給層１２２には、例えばＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどの材料が用いられる。本実施形態では、電子供給層１２２は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮによって構成されていてよく、ここで、０＜Ｘ≦１であり、より好ましくは、０．１＜Ｘ＜０．３である。なお、Ａｌ組成比が大きくなるほど、ＡｌＧａＮのバンドギャップは大きくなる。本実施形態では、Ｘ＝０．２であってよい。電子供給層１２２の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であってよい。本実施形態では、電子供給層１２２は、約２０ｎｍの厚さを有していてよい。
【0028】
電子走行層１２０と電子供給層１２２とは、互いに異なる格子定数を有する窒化物半導体によって構成されている。したがって、電子走行層１２０を構成する窒化物半導体（例えば、ＧａＮ）と電子供給層１２２を構成する窒化物半導体（例えば、ＡｌＧａＮ）とは、格子不整合系のヘテロ接合を形成する。電子走行層１２０および電子供給層１２２の自発分極と、ヘテロ接合界面付近の結晶歪みに起因するピエゾ分極とによって、ヘテロ接合界面付近における電子走行層１２０の伝導帯のエネルギーレベルはフェルミ準位よりも低くなる。これにより、電子走行層１２０と電子供給層１２２とのヘテロ接合界面に近い位置（例えば、界面から数ｎｍ程度の範囲内）において、電子走行層１２０内に２次元電子ガス層１２１が形成される。２次元電子ガス層１２１を、「２ＤＥＧ」（Two Dimensional Electron Gas）とも表記する。電子走行層１２０内の２次元電子ガス層１２１は、窒化物半導体装置１のチャネルとして機能する。電子走行層１２０に生成される２次元電子ガス層１２１のシートキャリア密度は、電子供給層１２２のＡｌ組成比および厚さのうちの少なくとも一方を増加させることにより増加させることができる。
【0029】
上記のように、窒化物半導体層１２の活性領域３００には、半導体素子としてＨＥＭＴが形成されている。後述するように、例えば、窒化物半導体層１２の一部に選択的にイオン注入することによりイオン注入層１３が形成され、イオン注入層１３が形成された領域が不活性領域２００として画定される。
【0030】
窒化物半導体装置１は、電子供給層１２２上に形成された絶縁層１４を更に含んでいてよい。絶縁層１４に、電子供給層１２２の表面を露出させるソースコンタクト開口１４Ｓ、ドレインコンタクト開口１４Ｄ、およびゲートコンタクト開口１４Ｇが形成されている。ソースコンタクト開口１４Ｓとドレインコンタクト開口１４Ｄとは、Ｘ方向に離隔されている。ゲートコンタクト開口１４Ｇは、Ｘ方向に離隔されたソースコンタクト開口１４Ｓとドレインコンタクト開口１４Ｄとの間に位置している。本実施形態では、絶縁層１４は、ＳｉＮであってよい。絶縁層１４の厚さは、例えば１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってよい。本実施形態では、絶縁層１４は、約１００ｎｍの厚さを有していてよい。
【0031】
窒化物半導体装置１は、窒化物半導体層１２上に配置されたゲート電極１９、ソース電極１８、およびドレイン電極２０を含む。ソース電極１８とドレイン電極２０とは、第１方向（Ｘ方向）に離隔されている。ゲート電極１９は、第１方向に離隔されたソース電極１８とドレイン電極２０との間に配置されている。ソース電極１８、ドレイン電極２０、およびゲート電極１９は、２次元電子ガス層１２１を介した第１方向の電子の走行を可能にするように配置されている。ソース電極１８は、ソースコンタクト開口１４Ｓを介して電子供給層１２２に接している。ドレイン電極２０は、ドレインコンタクト開口１４Ｄを介して電子供給層１２２に接している。ゲート電極１９は、ゲートコンタクト開口１４Ｇを介して電子供給層１２２に接している。
【0032】
ソース電極１８およびドレイン電極２０は、窒化物半導体層１２とオーミックコンタクトを形成することができる任意の材料から構成することができる。本実施形態では、ソース電極１８およびドレイン電極２０は、Ｔｉ層およびＡｌ層を含んでいてよい。その場合、Ｔｉ層は、窒化物半導体層１２とＡｌ層との間に位置していてよい。一例では、Ｔｉ層は、約２０ｎｍの厚さを有すると共に、Ａｌ層は、約３００ｎｍの厚さを有していてよい。別の例では、ソース電極１８およびドレイン電極２０は、Ｔａ層およびＡｌ層を含んでいてもよい。更に別の例では、ソース電極１８およびドレイン電極２０は、Ｔｉ層、Ａｌ層、Ｎｉ層、およびＡｕ層を、下からこの順に含んでいてもよい。
【0033】
ゲート電極１９は、窒化物半導体層１２とショットキー接触する任意の材料から構成することができる。本実施形態では、ゲート電極１９は、Ｎｉ層およびＡｕ層を含んでいてよい。その場合、Ｎｉ層は、窒化物半導体層１２とＡｕ層との間に位置していてよい。一例では、Ｎｉ層は、１０ｎｍの厚さを有すると共に、Ａｕ層は、６００ｎｍの厚さを有していてよい。
【0034】
ゲート電極１９は、第１方向（Ｘ方向）に離隔されたソース電極１８とドレイン電極２０との間に配置されると共に、第２方向（Ｙ方向）に延びている（図１参照）。また、ソース電極１８およびドレイン電極２０も、第２方向（Ｙ方向）に延びている。すなわち、第２方向（Ｙ方向）に延びるソース電極１８、ゲート電極１９、およびドレイン電極２０は、この順に、第１方向（Ｘ方向）に並んでいる。したがって、ソース電極１８とドレイン電極２０との間において、電子走行層１２０の２次元電子ガス層１２１を介して第１方向（Ｘ方向）に電子が走行することができる。ソース電極１８、ゲート電極１９、およびドレイン電極２０は、第１方向（Ｘ方向）（すなわち電子走行方向）が、導電性基板１０１の特定の結晶方向（例えば、［１１－２０］）と所定の関係を満たすように配置されている。
【0035】
図２Ａ～図２Ｃを参照した上記の説明では、１つのソース電極１８、１つのドレイン電極２０、およびこれらの間に配置されたゲート電極１９に焦点を当てているが、窒化物半導体装置１は、窒化物半導体層１２上に配置された複数のゲート電極１９、複数のソース電極１８、および複数のドレイン電極２０を含んでいてよい。複数のソース電極１８の各々は、共通に接続することができる。同様に、複数のドレイン電極２０の各々は、複数のドレインフィンガー２０Ｂ（図１参照）のうちの１つに接続することができる。複数のソース電極１８と、複数のドレイン電極２０とは、第１方向（Ｘ方向）に交互に配置することができる。また、複数のゲート電極１９の各々は、複数のソース電極１８のうちの１つと複数のドレイン電極２０のうちの１つとの間に配置することができる。
【0036】
以下において、導電性基板１０１の第１面２ａ側に配置された電極を「表面電極」又は単に「電極」とも称する。例えば、ソース電極１８、ベース部２０Ａとドレインフィンガー２０Ｂを含むドレイン電極２０、ゲート電極１９とゲート配線１９Ａは、表面電極である。
【0037】
窒化物半導体装置１の活性領域３００では、窒化物半導体層１２は、図２Ａに示すように、電子走行層１２０と、電子走行層１２０とヘテロ接合を形成する電子供給層１２２を備える。つまり、活性領域３００では、電子走行層１２０は、電子供給層１２２との界面に２次元電子ガス層１２１を備える。言い換えると、活性領域３００は、平面視で２次元電子ガス層１２１を含む領域である。一方、不活性領域２００は、平面視で２次元電子ガス層１２１を含まない領域である。言い換えると、不活性領域２００は、窒化物半導体装置１の主電流が流れない領域である。
【0038】
上記のように、実施形態に係る窒化物半導体装置１は、互いに対向する第１面２ａと第２面２ｂで両面を定義された導電性基板１０１と、導電性基板１０１の第１面２ａに設けられ、半導体素子が形成された窒化物半導体層１２を含む基体１０を備える。更に、窒化物半導体装置１は、基体１０に設けられ、窒化物半導体層１２に形成された半導体素子と電気的に接続された表面電極を備える。更に、窒化物半導体装置１は、図２Ａに示す第１埋込電極２２Ａ、図２Ｂに示す第２埋込電極２２Ｂ、および図２Ｃに示す第３埋込電極２２Ｃを備える。
【0039】
図２Ａに示すように、ソース電極１８は、絶縁層１４と窒化物半導体層１２に形成された開口部に配置された第１埋込電極２２Ａを介して、ソース電極１８と対向する領域において導電性基板１０１を貫通する貫通電極２４Ｅと電気的に接続されている。第１埋込電極２２Ａは、貫通電極２４Ｅを介して、導電性基板１０１の第２面２ｂに配置された裏面電極２４Ｂと電気的に接続されている。裏面電極２４Ｂは、例えば窒化物半導体装置１のグランド電極である。ソース電極１８は、導電性基板１０１を貫通する導電性部材である第１埋込電極２２Ａを介して、導電性基板１０１の第２面２ｂに形成したグランド電極に接続されている。
【0040】
図２Ｂに示すように、ドレイン電極２０のベース部２０Ａは、第２埋込電極２２Ｂの上に配置されている。第２埋込電極２２Ｂは、絶縁層１４と窒化物半導体層１２に形成された開口部に配置されている。第２埋込電極２２Ｂは、ドレイン電極２０と電気的に接続された表面電極である。ベース部２０Ａとドレインフィンガー２０Ｂを含むドレイン電極２０および第２埋込電極２２Ｂにより、ドレイン電極が構成されている。
【0041】
図２Ｃに示すように、ゲート電極１９と接続されたゲート配線１９Ａは、第３埋込電極２２Ｃの上に配置されている。第３埋込電極２２Ｃは、絶縁層１４と窒化物半導体層１２に形成された開口部に配置されている。第３埋込電極２２Ｃは、ゲート電極１９と電気的に接続された表面電極である。ゲート電極１９とゲート配線１９Ａおよび第３埋込電極２２Ｃにより、ゲート電極が構成されている。
【0042】
図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、窒化物半導体装置１は、第２埋込電極２２Ｂおよび第３埋込電極２２Ｃと対向する領域において導電性基板１０１に形成された溝の内部に配置された絶縁体１８０を備える。言い換えると、窒化物半導体装置１は、表面電極と対向する領域において導電性基板１０１に形成された溝の内部に配置された絶縁体１８０を備える。図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、絶縁体１８０が、導電性基板１０１を貫通する溝の内部を完全に埋め込んでもよい。本実施形態では、図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、導電性基板１０１に形成された溝に連通し、半絶縁層１０２を貫通して形成された開口部の内部を、絶縁体１８０が埋め込んでいる。
【0043】
上記のように、窒化物半導体装置１では、不活性領域２００において、ドレイン電極２０と電気的に接続する第２埋込電極２２Ｂと裏面電極２４Ｂとの間に絶縁体１８０が設けられている。また、ゲート電極１９と電気的に接続する第３埋込電極２２Ｃと裏面電極２４Ｂとの間に絶縁体１８０が設けられている。つまり、窒化物半導体装置１では、表面電極の一部の直下の導電性基板１０１が除去されて、絶縁体１８０が設けられている。表面電極の直下の導電性基板１０１が除去されているため、表面電極と導電性基板１０１の間に形成される寄生容量が低減される。更に、絶縁体１８０により、表面電極と裏面電極２４Ｂの間の寄生容量が低減される。
【0044】
なお、上記では第２埋込電極２２Ｂと第３埋込電極２２Ｃの両方に対向して絶縁体１８０が配置されている例を示した。しかし、第２埋込電極２２Ｂと対向するように絶縁体１８０を配置し、第３埋込電極２２Ｃと対向する絶縁体１８０を配置しなくてもよい。若しくは、第２埋込電極２２Ｂと対向する絶縁体１８０を配置せず、第３埋込電極２２Ｃと対向するように絶縁体１８０を配置してもよい。第２埋込電極２２Ｂと第３埋込電極２２Ｃのいずれか一方と対向するように絶縁体１８０を配置した場合にも、表面電極と導電性基板１０１の間の寄生容量を低減することができる。
【0045】
以上に説明したように、窒化物半導体装置１は、基体１０に設けられたドレイン電極の一部若しくはゲート電極の一部のいずれか、又はドレイン電極の一部とゲート電極の両方に対向して、導電性基板１０１に形成された溝の内部に絶縁体１８０が配置される。このため、表面電極と導電性基板１０１の間に形成される寄生容量が低減される。その結果、例えば、窒化物半導体装置１の高周波特性の低下が抑制される。
【0046】
なお、活性領域３００においては、表面電極と導電性基板１０１の間に２次元電子ガス層１２１が形成されているため、表面電極と導電性基板１０１の間の寄生容量による窒化物半導体装置１に対する影響は小さい。一方、不活性領域２００では、ゲート配線１９Ａおよびベース部２０Ａと導電性基板１０１の間の寄生容量による窒化物半導体装置１に対する影響が大きい。このため、不活性領域２００に第２埋込電極２２Ｂと第３埋込電極２２Ｃを配置することにより、窒化物半導体装置１に対する寄生容量の影響を低減させる効果が大きい。
【0047】
絶縁体１８０は、ペースト剤を含む絶縁体材料を含んでもよい。また、絶縁体１８０は、ダイヤモンドライクカーボンを含む絶縁体材料を含んでもよい。ペースト剤およびダイヤモンドライクカーボンを含む絶縁体１８０によれば、例えば酸化シリコン膜などを成長させて絶縁体１８０を形成するよりも、溝２５Ｅを埋めるために必要な厚みの絶縁体１８０を容易に形成できる。
【0048】
（変形例）
図３Ａは、実施形態の変形例に係る窒化物半導体装置の図１のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。図３Ｂは、実施形態の変形例に係る窒化物半導体装置の図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。変形例に係る窒化物半導体装置は、図３Ｂに示すように、ドレイン電極２０に接続されたベース部２０Ａの下方に配置された絶縁体１８０が、導電性基板１０１に形成された溝の内部を完全には埋め込まずに、溝の壁面を被覆するように形成されている。その他の構成は上記の実施形態と同様である。
図３Ａは、実施形態の変形例に係る窒化物半導体装置の図１のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。図３Ｂは、実施形態の変形例に係る窒化物半導体装置の図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。変形例に係る窒化物半導体装置は、図３Ｂに示すように、ドレイン電極２０に接続されたベース部２０Ａの下方に配置された絶縁体１８０が、導電性基板１０１に形成された溝の内部を完全には埋め込まずに、溝の壁面を被覆するように形成されている。その他の構成は上記の実施形態と同様である。
【0049】
実施形態の変形例に係る窒化物半導体装置１においても、表面電極の下方の一部の導電性基板１０１を除去して絶縁体１８０を配置することにより、窒化物半導体装置１の寄生容量を低減することができる。
【0050】
【0051】
比較例に係る窒化物半導体装置では、図３Ｄに示すように、ベース部２０Ａと裏面電極２４Ｂの間に、導電性基板１０１と、半絶縁層１０２と、窒化物半導体層１２と、イオン注入層１３と、絶縁層１４とが配置されている。比較例に係る窒化物半導体装置では、不活性領域２００においてドレイン電極２０と導電性基板１０１の間に寄生容量が形成され、高周波動作を劣化させる要因となる。図示は省略するが、ゲート電極１９と導電性基板１０１の間にも寄生容量が形成されるため、高周波動作を劣化させる要因となる。
【0052】
（実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法）
図４Ａ～図１２Ａは、実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法の一工程を示す図１のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。図４Ｂ～図１２Ｂは、実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法の一工程を示す図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。
図４Ａ～図１２Ａは、実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法の一工程を示す図１のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。図４Ｂ～図１２Ｂは、実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法の一工程を示す図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。
【0053】
実施形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法は、以下の製造工程を含む。導電性基板１０１の第１面２ａに半絶縁層１０２を形成する。半絶縁層１０２の上に窒化物半導体層１２を形成し、窒化物半導体層１２をエッチングして開口領域を形成する。導電性基板１０１に対してエッチングの選択比の高い材料の第２埋込電極２２Ｂおよび第３埋込電極２２Ｃで開口領域を埋め込む。窒化物半導体層１２の上に絶縁層１４を形成する。絶縁層１４をエッチングで開口して、窒化物半導体層１２とオーミック接触するドレイン電極２０およびソース電極１８を形成し、窒化物半導体層１２とショットキー接触するゲート電極１９を形成する。導電性基板１０１の第２面２ｂから導電性基板１０１の一部を選択的にエッチングして、第２埋込電極２２Ｂと第３埋込電極２２Ｃに到達する溝を形成し、溝の内部に絶縁体１８０を形成する。以下、図面を参照して、実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法を詳述する。
【0054】
（Ａ）まず、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、互いに対向する第１面２ａと第２面２ｂで両面を定義された導電性基板１０１を準備する。導電性基板１０１としては、例えば抵抗率約０．０２Ω・ｃｍの導電性ＳｉＣ基板を使用する。
【0055】
（Ｂ）次に、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、導電性基板１０１の第１面２ａに半絶縁層１０２を形成する。半絶縁層１０２は、例えば化学的気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法によって、キャリア濃度を２×１０15ｃｍ-3に調整したＳｉＣ層を形成した後、加速エネルギー約５００ｋｅＶ程度に加速された電子線を照射することによって形成する。電子線の照射フルエンス量は、例えば１×１０17ｃｍ-2程度である。電子線の加速エネルギーは約３００～８００ｋｅＶ程度であることが望ましい。
【0056】
（Ｃ）次に、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、半絶縁層１０２上に窒化物半導体層１２を形成する。例えば、電子走行層１２０と電子供給層１２２を積層したＨＥＭＴ構造の半導体素子を窒化物半導体層１２に形成する。
【0057】
（Ｄ）次に、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、イオン注入技術を用いて、窒化物半導体層１２の一部に、不活性領域２００を形成する。例えば、窒化物半導体層１２の表面の一部に選択的にアルゴン（Ａｒ）をイオン注入し、イオン注入層１３を改質層として形成することにより、不活性領域２００を画定してもよい。アルゴン（Ａｒ）の他には、例えば、窒素、酸素のイオン注入を実施してもよい。或いは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）などのドライエッチングによって窒化物半導体層１２の一部を除去して、活性領域３００としてメサ構造を形成してもよい。すなわち、ドライエッチングなどの方法によって２次元電子ガス層１２１が形成された領域を除去することにより不活性領域２００を形成し、不活性領域２００と活性領域３００を分離形成することができる。
【0058】
（Ｅ）次に、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、窒化物半導体層１２の一部を誘導結合プラズマ(ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）エッチング技術を用いてエッチング除去し、半絶縁層１０２の表面２ｃが露出する開口領域を形成する。エッチングガスとしては、例えばＣｌ2やＢＣｌ3などの塩素系ガスを適用可能である。
【0059】
（Ｆ）更に、不活性領域２００および活性領域３００に露出した半絶縁層１０２の表面２ｃに、第１埋込電極２２Ａ、第２埋込電極２２Ｂおよび第３埋込電極２２Ｃを形成する。第１埋込電極２２Ａと、第２埋込電極２２Ｂおよび第３埋込電極２２Ｃを同時に形成してもよい。以下において、第１埋込電極２２Ａ、第２埋込電極２２Ｂおよび第３埋込電極２２Ｃのそれぞれを限定しない場合は「埋込電極」とも表記する。埋込電極の材料は、導電性基板１０１に対してエッチングの選択比の高いものであればよい。例えば、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、ＩＴＯなどが埋込電極の材料に使用可能である。埋込電極の厚さは、例えば約０．３μｍ～３μｍ程度である。埋込電極の形成では、スパッタリング法、真空蒸着法、めっき形成法のような技術が適用可能である。導電性基板１０１に対してエッチングの選択比の高い材料を使用する理由は、後述する工程において窒化物半導体層１２を保護するエッチングストップ層とするためである。
【0060】
（Ｇ）次に、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、窒化物半導体層１２上に、例えばプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：plasma-enhanced chemical vapor deposition）法を用いて絶縁層１４を形成する。絶縁層１４としては、例えば、ＳｉＮ層を用いる。ＳｉＮ層の厚さは、約１００ｎｍである。絶縁層１４の他の材料としては、例えば、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、ＨｆＯ、ＨｆＮ、ＨｆＯＮ、ＨｆＳｉＯＮなどの材料であってもよい。絶縁層１４の他の形成方法としては、ＬＰＣＶＤ（Low pressure chemical vapor deposition）法、スパッタリング法、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxial Growth）法などを使用してもよい。なお、絶縁層１４は、図９Ａに示すように、活性領域３００では、第１埋込電極２２Ａ上にも形成されている。また、絶縁層１４は、図９Ｂに示すように、不活性領域２００では、第２埋込電極２２Ｂとイオン注入層１３上に形成される。
【0061】
（Ｈ）次に、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、絶縁層１４にＲＩＥなどで窓開けを行い、絶縁層１４の窓開けした領域で窒化物半導体層１２とオーミック接触するドレイン電極２０、ソース電極１８を形成する。ソース電極１８は、活性領域３００に形成された第１埋込電極２２Ａ上にも延在し、第１埋込電極２２Ａと活性領域３００に形成されたソース電極１８は電気的に接続する。ドレイン電極２０に接続されたベース部２０Ａは、図１０Ｂに示すように、不活性領域２００に形成された第２埋込電極２２Ｂ上にも延在し、第２埋込電極２２Ｂと活性領域３００に形成されたドレイン電極２０は電気的に接続する。ドレイン電極２０およびソース電極１８のオーミック接触は、窒化物半導体層１２上に電子線（ＥＢ：Electron Beam）蒸着法によりＴｉ／Ａｌを形成し、約５００～５５０℃程度の温度で保持することにより実現することができる。本実施形態ではＴｉ層の厚さは約２０ｎｍ、Ａｌ層の厚さは３００ｎｍ程度である。ドレイン電極２０およびソース電極１８は、例えばＴａ／Ａｌなどにより構成されていてもよい。また成膜装置としてはスパッタリングやＭＢＥなどの装置を使用してもよい。
【0062】
（Ｉ）次に、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、絶縁層１４にＲＩＥなどで窓開けを行い、絶縁層１４の窓開けした領域でゲート電極１９を形成する。ゲート電極１９は、図２Ｃに示すように、不活性領域２００に形成された第３埋込電極２２Ｃ上にも延在し、第３埋込電極２２Ｃと活性領域３００に形成されたゲート電極１９は電気的に接続する。ゲート電極１９は窒化物半導体層１２に対しショットキー接触となるものを使用すればよく、ここではＮｉ／Ａｕの積層構造を使用している。Ｎｉ層の厚さは約１０ｎｍ、Ａｕ層の厚さは約６００ｎｍである。
【0063】
（Ｊ）次に、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、導電性基板１０１を第２面２ｂ側からＲＩＥなどのドライエッチングによりエッチングして、不活性領域２００に導電性基板１０１を貫通する溝２５Ｅを形成する。同時に、活性領域３００に導電性基板１０１を貫通する溝２５Ａを形成する。エッチングガスとしてはＳＦ6／Ｏ2の混合ガスを用いる。ＳＦ6の代わりにＣＦ4、ＣＨＦ3をエッチングガスに使用してもよい。導電性基板１０１を第２面２ｂ側からエッチングする場合には、ドレイン電極２０、ゲート電極１９、およびソース電極１８の側をダミー基板などに貼り付けて、第２面２ｂを上に向けた状態で行ってもよい。エッチングストップ層として埋込電極を形成しておくことにより、窒化物半導体層１２が側面からエッチングされたり、ダミー基板がエッチングされたりすることを防止できる。埋込電極に、導電性基板１０１よりもエッチングレートの低い材料が選択される。
【0064】
（Ｋ）次に、図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、不活性領域２００の導電性基板１０１に形成した溝２５Ｅを絶縁体１８０で埋め込む。絶縁体１８０の抵抗率は、例えば１０Ω・ｃｍ以上である。また、絶縁体１８０に絶縁性ペーストを使用してもよい。また、不活性領域２００の導電性基板１０１に形成した溝２５Ｅを絶縁体１８０で埋め込む際は、図３Ｂに示したように溝２５Ｅを完全に埋め込む必要はなく、溝２５Ｅの一部を被覆するように形成してもよい。
【0065】
（Ｌ）次に、図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、活性領域３００の導電性基板１０１に形成した溝２５Ａを貫通電極２４Ｅで埋め込む。例えば、Ｔｉ／Ｃｕの積層構造をスパッタリング法により形成した後、金メッキを形成することで、貫通電極２４Ｅを形成する。溝２５Ａを貫通電極２４Ｅにより完全に埋める必要はなく、エッチングストップ層となる第１埋込電極２２Ａと裏面電極２４Ｂが接続されるように溝２５Ａの一部を貫通電極２４Ｅで被覆するだけでもよい。
【0066】
（Ｍ）貫通電極２４Ｅを形成後、導電性基板１０１の第２面２ｂに裏面電極２４Ｂを形成する。例えば、第２面２ｂの全面に金属蒸着法を用いて裏面電極２４Ｂを形成する。ソース電極１８は、貫通電極２４Ｅおよび第１埋込電極２２Ａを介して裏面電極２４Ｂと同電位に設定される。
【0067】
（Ｎ）図示は省略するが、ソース電極１８、ゲート電極１９、およびドレイン電極２０上に絶縁層を形成し、この絶縁層に窓開けを行い、ソース電極１８、ゲート電極１９、およびドレイン電極２０上にパッド電極のための積層構造を形成してもよい。
【0068】
（その他の実施形態）
上述のように、一実施形態について記載したが、開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。このように、本実施形態は、ここでは記載しない様々な実施形態などを含む。
上述のように、一実施形態について記載したが、開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。このように、本実施形態は、ここでは記載しない様々な実施形態などを含む。
【0069】
［付記］
本開示から把握できる技術的思想を以下に記載する。なお、限定する意図ではなく理解の補助のために、付記に記載される構成要素には、実施形態中の対応する構成要素の参照符号が付されている。参照符号は、理解の補助のために例として示すものであり、各付記に記載された構成要素は、参照符号で示される構成要素に限定されるべきではない。
本開示から把握できる技術的思想を以下に記載する。なお、限定する意図ではなく理解の補助のために、付記に記載される構成要素には、実施形態中の対応する構成要素の参照符号が付されている。参照符号は、理解の補助のために例として示すものであり、各付記に記載された構成要素は、参照符号で示される構成要素に限定されるべきではない。
【0070】
（付記１）
窒化物半導体装置１は、互いに対向する第１面２ａと第２面２ｂで両面を定義された導電性基板１０１と、導電性基板１０１の第１面２ａに設けられ、半導体素子が形成された窒化物半導体層１２を含む基体１０と、基体１０に設けられ、半導体素子と電気的に接続された電極と、電極と対向する領域において導電性基板１０１に形成された溝の内部に配置された絶縁体１８０とを備える。付記１の窒化物半導体装置１によれば、電極と導電性基板１０１の間に形成される寄生容量を低減することができる。
窒化物半導体装置１は、互いに対向する第１面２ａと第２面２ｂで両面を定義された導電性基板１０１と、導電性基板１０１の第１面２ａに設けられ、半導体素子が形成された窒化物半導体層１２を含む基体１０と、基体１０に設けられ、半導体素子と電気的に接続された電極と、電極と対向する領域において導電性基板１０１に形成された溝の内部に配置された絶縁体１８０とを備える。付記１の窒化物半導体装置１によれば、電極と導電性基板１０１の間に形成される寄生容量を低減することができる。
【0071】
（付記２）
付記１に記載の窒化物半導体装置において、基体１０が、第１面２ａに配置された半絶縁層１０２と、半絶縁層１０２に積層された窒化物半導体層１２とを含む。付記１の窒化物半導体装置１によれば、導電性基板１０１と窒化物半導体層１２の間に半絶縁層１０２を配置することにより、導電性基板１０１と窒化物半導体層１２に形成された半導体素子とを電気的に絶縁することができる。
付記１に記載の窒化物半導体装置において、基体１０が、第１面２ａに配置された半絶縁層１０２と、半絶縁層１０２に積層された窒化物半導体層１２とを含む。付記１の窒化物半導体装置１によれば、導電性基板１０１と窒化物半導体層１２の間に半絶縁層１０２を配置することにより、導電性基板１０１と窒化物半導体層１２に形成された半導体素子とを電気的に絶縁することができる。
【0072】
（付記３）
付記２に記載の窒化物半導体装置において、絶縁体１８０が、半絶縁層１０２を貫通して形成されて溝に連通する開口部の内部を埋め込んでいる。
付記２に記載の窒化物半導体装置において、絶縁体１８０が、半絶縁層１０２を貫通して形成されて溝に連通する開口部の内部を埋め込んでいる。
【0073】
（付記４）
付記２又は３に記載の窒化物半導体装置において、導電性基板１０１の抵抗率が１Ω・ｃｍ以下であり、半絶縁層１０２の抵抗率が１×１０3Ω・ｃｍ以上である。
付記２又は３に記載の窒化物半導体装置において、導電性基板１０１の抵抗率が１Ω・ｃｍ以下であり、半絶縁層１０２の抵抗率が１×１０3Ω・ｃｍ以上である。
【0074】
（付記５）
付記２又は３に記載の窒化物半導体装置において、半絶縁層１０２の抵抗率が１×１０5Ω・ｃｍ以上である。
付記２又は３に記載の窒化物半導体装置において、半絶縁層１０２の抵抗率が１×１０5Ω・ｃｍ以上である。
【0075】
（付記６）
付記２又は３に記載の窒化物半導体装置において、半絶縁層１０２は、５μｍ以上の厚みを有する。
付記２又は３に記載の窒化物半導体装置において、半絶縁層１０２は、５μｍ以上の厚みを有する。
【0076】
（付記７）
付記２又は３に記載の窒化物半導体装置において、半絶縁層１０２は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造を備える。
付記２又は３に記載の窒化物半導体装置において、半絶縁層１０２は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造を備える。
【0077】
（付記８）
付記２又は３に記載の窒化物半導体装置において、半絶縁層１０２は、６Ｈ－ＳｉＣ結晶構造を備える。
付記２又は３に記載の窒化物半導体装置において、半絶縁層１０２は、６Ｈ－ＳｉＣ結晶構造を備える。
【0078】
（付記９）
付記２又は３に記載の窒化物半導体装置において、半絶縁層１０２は、３Ｃ－ＳｉＣ結晶構造を備える。
付記２又は３に記載の窒化物半導体装置において、半絶縁層１０２は、３Ｃ－ＳｉＣ結晶構造を備える。
【0079】
（付記１０）
付記１～９のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、窒化物半導体層１２が、電子走行層１２０と、電子走行層１２０とヘテロ接合を形成する電子供給層１２２とを備える。付記１０の窒化物半導体装置によれば、ＨＥＭＴ構造の半導体素子を有する窒化物半導体装置において、電極と導電性基板の間に形成される寄生容量を低減することができる。
付記１～９のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、窒化物半導体層１２が、電子走行層１２０と、電子走行層１２０とヘテロ接合を形成する電子供給層１２２とを備える。付記１０の窒化物半導体装置によれば、ＨＥＭＴ構造の半導体素子を有する窒化物半導体装置において、電極と導電性基板の間に形成される寄生容量を低減することができる。
【0080】
（付記１１）
付記１０に記載の窒化物半導体装置において、半導体素子に設けられたドレイン電極、ソース電極、およびゲート電極を備え、ドレイン電極の一部若しくはゲート電極の一部のいずれか、又はドレイン電極の一部とゲート電極の両方に対向して、絶縁体１８０が配置されている。付記１１に記載の窒化物半導体装置によれば、ドレイン電極若しくはゲート電極、又はドレイン電極とゲート電極の両方と、導電性基板との間に形成される寄生容量を低減することができる。
付記１０に記載の窒化物半導体装置において、半導体素子に設けられたドレイン電極、ソース電極、およびゲート電極を備え、ドレイン電極の一部若しくはゲート電極の一部のいずれか、又はドレイン電極の一部とゲート電極の両方に対向して、絶縁体１８０が配置されている。付記１１に記載の窒化物半導体装置によれば、ドレイン電極若しくはゲート電極、又はドレイン電極とゲート電極の両方と、導電性基板との間に形成される寄生容量を低減することができる。
【0081】
（付記１２）
付記１０又は１１に記載の窒化物半導体装置において、ソース電極は、導電性基板１０１を貫通する導電性部材を介して、導電性基板１０１の第２面２ｂに形成したグランド電極となる裏面電極２４Ｂに接続されている。付記１２に記載の窒化物半導体装置によれば、ソース電極を第２面２ｂからグランド電極と電気的に接続することができるため、チップ面積を小さくすることができる。
付記１０又は１１に記載の窒化物半導体装置において、ソース電極は、導電性基板１０１を貫通する導電性部材を介して、導電性基板１０１の第２面２ｂに形成したグランド電極となる裏面電極２４Ｂに接続されている。付記１２に記載の窒化物半導体装置によれば、ソース電極を第２面２ｂからグランド電極と電気的に接続することができるため、チップ面積を小さくすることができる。
【0082】
（付記１３）
付記１～１１のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、絶縁体１８０は、ペースト剤を含む絶縁体材料を含む。付記１３に記載の窒化物半導体装置によれば、絶縁体１８０を形成する時間を短縮することができる。
付記１～１１のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、絶縁体１８０は、ペースト剤を含む絶縁体材料を含む。付記１３に記載の窒化物半導体装置によれば、絶縁体１８０を形成する時間を短縮することができる。
【0083】
（付記１４）
付記１～１１のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、絶縁体１８０は、ダイヤモンドライクカーボンを含む絶縁体材料を含む。付記１４に記載の窒化物半導体装置によれば、絶縁体１８０を形成する時間を短縮することができる。特に、溝２５Ｅを絶縁体１８０で完全に埋め込まない場合に、ダイヤモンドライクカーボンが溝２５Ｅを部分的に埋めるために好適に使用される。
付記１～１１のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、絶縁体１８０は、ダイヤモンドライクカーボンを含む絶縁体材料を含む。付記１４に記載の窒化物半導体装置によれば、絶縁体１８０を形成する時間を短縮することができる。特に、溝２５Ｅを絶縁体１８０で完全に埋め込まない場合に、ダイヤモンドライクカーボンが溝２５Ｅを部分的に埋めるために好適に使用される。
【0084】
（付記１５）
窒化物半導体装置の製造方法は、以下の製造工程を含む。互いに対向する第１面２ａと第２面２ｂで両面を定義された導電性基板１０１の第１面２ａに、半絶縁層１０２を形成する。半絶縁層１０２の上に、窒化物半導体層１２を形成する。窒化物半導体層１２をエッチングして開口領域を形成し、開口領域を第２埋込電極２２Ｂと第３埋込電極２２Ｃで埋め込む。第２面２ｂから導電性基板１０１の一部を選択的にエッチングして、第２埋込電極２２Ｂと第３埋込電極２２Ｃに到達する溝２５Ｅを形成し、溝２５Ｅの内部に絶縁体１８０を形成する。付記１５の窒化物半導体装置の製造方法によれば、電極と導電性基板の間に形成される寄生容量を低減した窒化物半導体装置を製造できる。
窒化物半導体装置の製造方法は、以下の製造工程を含む。互いに対向する第１面２ａと第２面２ｂで両面を定義された導電性基板１０１の第１面２ａに、半絶縁層１０２を形成する。半絶縁層１０２の上に、窒化物半導体層１２を形成する。窒化物半導体層１２をエッチングして開口領域を形成し、開口領域を第２埋込電極２２Ｂと第３埋込電極２２Ｃで埋め込む。第２面２ｂから導電性基板１０１の一部を選択的にエッチングして、第２埋込電極２２Ｂと第３埋込電極２２Ｃに到達する溝２５Ｅを形成し、溝２５Ｅの内部に絶縁体１８０を形成する。付記１５の窒化物半導体装置の製造方法によれば、電極と導電性基板の間に形成される寄生容量を低減した窒化物半導体装置を製造できる。
【0085】
（付記１６）
付記１５に記載の窒化物半導体装置において、第２埋込電極２２Ｂと第３埋込電極２２Ｃが、導電性基板１０１に対してエッチングの選択比の高い材料である。付記１６に記載の窒化物半導体装置の製造方法によれば、第２面２ｂから導電性基板１０１をエッチングする工程において、第２埋込電極２２Ｂと第３埋込電極２２Ｃをエッチングストップ層として使用できる。
付記１５に記載の窒化物半導体装置において、第２埋込電極２２Ｂと第３埋込電極２２Ｃが、導電性基板１０１に対してエッチングの選択比の高い材料である。付記１６に記載の窒化物半導体装置の製造方法によれば、第２面２ｂから導電性基板１０１をエッチングする工程において、第２埋込電極２２Ｂと第３埋込電極２２Ｃをエッチングストップ層として使用できる。
【0086】
（付記１７）
付記１５又は付記１６に記載の窒化物半導体装置において、窒化物半導体層１２の上に絶縁層１４を形成する。絶縁層１４をエッチングで開口して、窒化物半導体層１２とオーミック接触するドレイン電極２０およびソース電極１８を形成する。絶縁層１４をエッチングで除去して、窒化物半導体層１２とショットキー接触するゲート電極１９を形成する。付記１７に記載の窒化物半導体装置の製造方法によれば、ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極を有する窒化物半導体装置おいて導電性基板と電極の間に形成される寄生容量を低減することができる。
付記１５又は付記１６に記載の窒化物半導体装置において、窒化物半導体層１２の上に絶縁層１４を形成する。絶縁層１４をエッチングで開口して、窒化物半導体層１２とオーミック接触するドレイン電極２０およびソース電極１８を形成する。絶縁層１４をエッチングで除去して、窒化物半導体層１２とショットキー接触するゲート電極１９を形成する。付記１７に記載の窒化物半導体装置の製造方法によれば、ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極を有する窒化物半導体装置おいて導電性基板と電極の間に形成される寄生容量を低減することができる。
【0087】
以上の説明は単に例示である。本開示の技術を説明する目的のために列挙された構成要素および方法（製造プロセス）以外に、より多くの考えられる組み合わせおよび置換が可能であることを当業者は認識し得る。本開示は、特許請求の範囲を含む本開示の範囲内に含まれるすべての代替、変形、および変更を包含することが意図される。
【符号の説明】
【0088】
１…窒化物半導体装置
２ａ…第１面
２ｂ…第２面
１０…基体
１２…窒化物半導体層
１３…イオン注入層
１４…絶縁層
１８…ソース電極
１９…ゲート電極
１９Ａ…ゲート配線
２０…ドレイン電極
２０Ａ…ベース部
２０Ｂ…ドレインフィンガー
２２Ａ…第１埋込電極
２２Ｂ…第２埋込電極
２２Ｃ…第３埋込電極
２４Ｂ…裏面電極
２４Ｅ…貫通電極
２５Ａ、２５Ｅ…溝
１０１…導電性基板
１０２…半絶縁層
１２０…電子走行層
１２１…２次元電子ガス層
１２２…電子供給層
１８０…絶縁体
２００…不活性領域
３００…活性領域
２ａ…第１面
２ｂ…第２面
１０…基体
１２…窒化物半導体層
１３…イオン注入層
１４…絶縁層
１８…ソース電極
１９…ゲート電極
１９Ａ…ゲート配線
２０…ドレイン電極
２０Ａ…ベース部
２０Ｂ…ドレインフィンガー
２２Ａ…第１埋込電極
２２Ｂ…第２埋込電極
２２Ｃ…第３埋込電極
２４Ｂ…裏面電極
２４Ｅ…貫通電極
２５Ａ、２５Ｅ…溝
１０１…導電性基板
１０２…半絶縁層
１２０…電子走行層
１２１…２次元電子ガス層
１２２…電子供給層
１８０…絶縁体
２００…不活性領域
３００…活性領域
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】