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(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】P2024143445
(43)【公開日】2024-10-11
(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 29/417 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
H01L29/80 U
H01L29/80 H
H01L29/44 L
H01L29/44 S
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 2023056135
(22)【出願日】2023-03-30
(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
5F102
【Ｆターム（参考）】
4M104AA04
4M104AA07
4M104BB02
4M104BB04
4M104BB05
4M104BB14
4M104BB17
4M104BB36
4M104CC01
4M104DD33
4M104DD34
4M104DD37
4M104DD52
4M104DD53
4M104DD72
4M104DD79
4M104EE06
4M104EE14
4M104EE16
4M104EE17
4M104FF02
4M104GG12
4M104HH20
5F102GB01
5F102GB02
5F102GC01
5F102GD01
5F102GJ02
5F102GJ03
5F102GJ10
5F102GK04
5F102GK08
5F102GL04
5F102GL07
5F102GM04
5F102GQ01
5F102GR01
5F102GR09
5F102GS09
5F102GV05
5F102GV06
5F102GV07
5F102GV08
5F102HC01
5F102HC10
5F102HC15
(57)【要約】
【課題】簡易な構造で基板の反りを低減する窒化物半導体装置を提供する。
【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とで両面を定義された基板１０と、基板１０の第１面２ａに設けられ、活性領域３００と不活性領域２００を含む窒化物半導体層１２を備える。不活性領域２００は、窒化物半導体層１２の少なくとも一部が除去されて基板１０に到達する開口領域１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０を有する。
【選択図】図１
【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とで両面を定義された基板１０と、基板１０の第１面２ａに設けられ、活性領域３００と不活性領域２００を含む窒化物半導体層１２を備える。不活性領域２００は、窒化物半導体層１２の少なくとも一部が除去されて基板１０に到達する開口領域１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに対向する第１面と第２面とで両面を定義された基板と、
前記基板の前記第１面に設けられ、活性領域と不活性領域を含む窒化物半導体層と
を備え、
前記不活性領域は、前記窒化物半導体層の少なくとも一部が除去されて前記基板に到達する開口領域を有する、窒化物半導体装置。
前記基板の前記第１面に設けられ、活性領域と不活性領域を含む窒化物半導体層と
を備え、
前記不活性領域は、前記窒化物半導体層の少なくとも一部が除去されて前記基板に到達する開口領域を有する、窒化物半導体装置。
【請求項2】
前記窒化物半導体層は、
第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層とヘテロ接合を形成する第２の窒化物半導体層とを備え、
前記第１の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層との界面に、２次元電子ガス層を備え、
前記活性領域は、平面視で前記２次元電子ガス層を含む、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層とヘテロ接合を形成する第２の窒化物半導体層とを備え、
前記第１の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層との界面に、２次元電子ガス層を備え、
前記活性領域は、平面視で前記２次元電子ガス層を含む、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項3】
前記基板は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の炭化珪素基板である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項4】
前記基板は、６Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の炭化珪素基板である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項5】
前記基板は、シリコン基板である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項6】
前記基板の反りは、１００ｍｍ換算で１μｍ以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項7】
前記基板は、前記窒化物半導体層に向いた方向に１００ｍｍ換算で１０μｍ以上の凸の反りを有し、前記窒化物半導体層が前記基板に対し働く応力が引っ張り応力である、請求項１～４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項8】
前記基板は、前記窒化物半導体層に向いた方向に１００ｍｍ換算で２０μｍ以上の凸の反りを有し、前記窒化物半導体層が前記基板に対し働く応力が引っ張り応力である、請求項１～４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項9】
前記基板は、前記窒化物半導体層に向いた方向と逆方向に１００ｍｍ換算で１０μｍ以上の凸の反りを有し、前記窒化物半導体層が前記基板に対し働く応力が圧縮応力である、請求項１～４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項10】
前記基板は、前記窒化物半導体層に向いた方向と逆方向に１００ｍｍ換算で２０μｍ以上の凸の反りを有し、前記窒化物半導体層が前記基板に対し働く応力が圧縮応力である、請求項１～４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項11】
前記第２の窒化物半導体層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、
前記ソース電極は、前記基板を貫通する導電層を介して、前記基板の前記第２面に形成したグランド電極に接続されている、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
前記ソース電極は、前記基板を貫通する導電層を介して、前記基板の前記第２面に形成したグランド電極に接続されている、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項12】
前記ゲート電極は、前記ドレイン電極と前記ソース電極の間に配置される、請求項１１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項13】
前記開口領域は、前記活性領域から見て、前記ドレイン電極、前記ソース電極、および前記ゲート電極が配列される第１方向に位置する前記不活性領域に少なくとも配置される、請求項１１又は１２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項14】
前記開口領域は、前記活性領域から見て、前記ドレイン電極、前記ソース電極、および前記ゲート電極が延びる第２方向に位置する前記不活性領域に少なくとも配置される、請求項１１又は１２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面とで両面を定義された基板の前記第１面に窒化物半導体層を形成し、
前記窒化物半導体層に活性領域と不活性領域を形成し、
前記窒化物半導体層の一部を選択的にエッチングして、前記活性領域に前記窒化物半導体層を貫通する貫通領域を形成し、前記不活性領域に前記窒化物半導体層を貫通する開口領域を形成し、
前記貫通領域を前記基板に対してエッチングの選択比の高い材料の導電層で埋め込み、
前記窒化物半導体層の上に絶縁層を形成し、
前記絶縁層をエッチングで開口して、前記窒化物半導体層とオーミック接触するドレイン電極およびソース電極を形成し、
前記絶縁層をエッチングで除去して、前記窒化物半導体層とショットキー接触するゲート電極を形成し、
前記基板の前記第２面から前記基板の一部を選択的にエッチングして、前記導電層に到達する貫通孔を形成し、
前記貫通孔に、前記導電層に接触する第１電極層を形成し、
前記第２面に前記第１電極層に接触する第２電極層を形成する、窒化物半導体装置の製造方法。
前記窒化物半導体層に活性領域と不活性領域を形成し、
前記窒化物半導体層の一部を選択的にエッチングして、前記活性領域に前記窒化物半導体層を貫通する貫通領域を形成し、前記不活性領域に前記窒化物半導体層を貫通する開口領域を形成し、
前記貫通領域を前記基板に対してエッチングの選択比の高い材料の導電層で埋め込み、
前記窒化物半導体層の上に絶縁層を形成し、
前記絶縁層をエッチングで開口して、前記窒化物半導体層とオーミック接触するドレイン電極およびソース電極を形成し、
前記絶縁層をエッチングで除去して、前記窒化物半導体層とショットキー接触するゲート電極を形成し、
前記基板の前記第２面から前記基板の一部を選択的にエッチングして、前記導電層に到達する貫通孔を形成し、
前記貫通孔に、前記導電層に接触する第１電極層を形成し、
前記第２面に前記第１電極層に接触する第２電極層を形成する、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。また、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】
本開示の目的は、簡易な構造で基板の反りを低減す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】
【0005】
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面とで両面を定義された基板と、基板の第１面に設けられ、活性領域と不活性領域を含む窒化物半導体層を備え、不活性領域は、窒化物半導体層の少なくとも一部が除去されて基板に到達する開口領域を有する窒化物半導体装置である。
【0006】
本開示の他の一態様は、互いに対向する第１面と第２面とで両面を定義された基板の第１面に窒化物半導体層を形成し、窒化物半導体層に活性領域と不活性領域を形成し、窒化物半導体層の一部を選択的にエッチングして、活性領域に窒化物半導体層を貫通する貫通領域を形成し、不活性領域に窒化物半導体層を貫通する開口領域を形成し、貫通領域を基板に対してエッチングの選択比の高い材料の導電層で埋め込み、窒化物半導体層の上に絶縁層を形成し、絶縁層をエッチングで開口して、窒化物半導体層とオーミック接触するドレイン電極およびソース電極を形成し、絶縁層をエッチングで除去して、窒化物半導体層とショットキー接触するゲート電極を形成し、基板の第２面から基板の一部を選択的にエッチングして導電層に到達する貫通孔を形成し、貫通孔に導電層に接触する第１電極層を形成し、第２面に第１電極層に接触する第２電極層を形成する、窒化物半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【0007】
本開示の一態様および他の一態様によれば、簡易な構造で基板の反りを低減す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】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。
【0010】
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、本開示の実施形態また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。
【0011】
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。
【0012】
（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１６と、絶縁層１６上に形成されたソース電極１８Ｅおよびドレイン電極２０Ｅ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、後述する基板１０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１６と、絶縁層１６上に形成されたソース電極１８Ｅおよびドレイン電極２０Ｅ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、後述する基板１０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。
【0013】
絶縁層１６は、ソース電極１８Ｅとドレイン電極２０Ｅとを絶縁することができる任意の絶縁材料から構成することができる。例えば、絶縁層１６は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、ＨｆＯ、ＨｆＮ、ＨｆＯＮ、ＨｆＳｉＯＮ、ＡｌＯＮ、またはそれらの任意の組み合わせを含んでいてよい。
【0014】
ソース電極１８Ｅおよびドレイン電極２０Ｅは、１つまた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１８Ｅおよびドレイン電極２０Ｅの各々は、Ａｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｌＳｉＣｕ、ＡｌＣｕ、またはそれらの任意の組み合わせを含んでいてよい。
【0015】
図１に示すように、ソース電極１８Ｅ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１８Ｅは、Ｙ方向に延び、かつ複数のソース電極１８Ｅは、Ｘ方向に配列されている。同様に、ドレイン電極２０Ｅ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１８Ｅと、複数のドレインフィンガー２０Ｂとは、互いに離隔されつつ、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１８Ｅ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。
【0016】
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とをさらに含んでいてよい。ゲート配線１９Ａおよび複数のゲート電極１９は、ソース電極１８Ｅおよびドレイン電極２０Ｅよりも下層に配置されると共に、絶縁層１６によって覆われていてよい。
【0017】
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１８Ｅ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～図２Ｃを参照して後述する。
【0018】
また、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。窒化物半導体装置１は、不活性領域２００の少なくとも一部に、窒化物半導体層１２が除去され、基板１０に到達する開口領域１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０を含む。開口領域の詳細については後述する。
【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、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層と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、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層と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基板１０と、基板１０の第１面２ａに配置された窒化物半導体層１２を含む。基板１０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、基板１０の主面であり、第１面２ａを基板１０の表面、第２面２ｂを基板１０の裏面とも称する。第１面２ａは、基板１０のうち、窒化物半導体層１２がエピタキシャル成長される面である。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】
基板１０は、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、さらに好ましくは、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】
基板１０は、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、基板１０が４Ｈ－ＳｉＣ基板である場合を例示的に説明する。基板１０は、導電性であってよい。基板１０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、基板１０の抵抗率は、約０．０２Ω・ｃｍであってよい。また、基板１０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、基板１０は、１５０μｍの厚さを有していてよい。
【0024】
窒化物半導体層１２は、基板１０の第１面２ａ上にエピタキシャル成長されている。本実施形態では、窒化物半導体層１２は、基板１０上に形成されたバッファ層と、バッファ層上に形成された半絶縁性層とを含んでいてよい。
【0025】
バッファ層は、例えば、基板１０と半絶縁性層との間の熱膨張係数の不整合に起因する基板１０の反りや、窒化物半導体装置１におけるクラックの発生を抑制することができる任意の材料によって構成することができる。例えば、バッファ層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層、および異なるアルミニウム（Ａｌ）組成を有するグレーテッドＡｌＧａＮ層のうちの少なくとも１つを含むことができる。バッファ層は、単一のＡｌＮ層、単一のＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造を有する層、ＡｌＮ／ＡｌＧａＮ超格子構造を有する層、またはＡｌＮ／ＧａＮ超格子構造を有する層によって構成されていてもよい。本実施形態では、バッファ層は、基板１０の第１面２ａ上に形成されたＡｌＮ層である第１バッファ層と、ＡｌＮ層上に形成されたＡｌＧａＮ層である第２バッファ層を含んでいてよい。バッファ層の厚さは、５ｎｍ以上２μｍ以下であってよい。本実施形態では、バッファ層は、約０．８μｍの厚さを有していてよい。
【0026】
半絶縁性層は、不純物がドーピングされたＧａＮ層であってよい。半絶縁性層は、リーク電流を抑制するために設けることができる。不純物は、例えば炭素（Ｃ）もしくは鉄（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。半絶縁性層の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下であってよい。本実施形態では、半絶縁性層は、２μｍの厚さを有していてよい。
【0027】
窒化物半導体層１２は、図２Ｃに示すように、第１の窒化物半導体層としての電子走行層１２０と、第１の窒化物半導体層とヘテロ接合を形成する第２の窒化物半導体層としての電子供給層１２２とを備える。第１の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層との界面に、２次元電子ガス層１２１を備える。活性領域３００は、平面視で２次元電子ガス層１２１を含む。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。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。
【0028】
電子走行層１２０は、半絶縁性層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。
【0029】
第２の窒化物半導体層である電子供給層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。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。
【0030】
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が形成されている。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。
【0031】
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をさらに含んでいてよい。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。絶縁層１４は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、ＨｆＯ、ＨｆＮ、ＨｆＯＮ、ＨｆＳｉＯＮ、ＡｌＯＮ、またはそれらの任意の組み合わせを含んでいてよい。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。さらに別の例では、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、窒化物半導体層１２に近い側からこの順に含んでいてもよい。
【0035】
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。
【0036】
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、基板１０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。
【0037】
窒化物半導体装置１は、絶縁層１４上に形成された絶縁層１６をさらに含んでいてよい。絶縁層１６に、ソース電極１８の表面を露出させる第１開口１６Ｓと、ドレイン電極２０の表面を露出させる第２開口１６Ｄとが形成されている。絶縁層１６は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、ＨｆＯ、ＨｆＮ、ＨｆＯＮ、ＨｆＳｉＯＮ、ＡｌＯＮ、またはそれらの任意の組み合わせを含んでいてよい。本実施形態では、絶縁層１６は、ＳｉＯ２であってよい。また、絶縁層１６は、約５００ｎｍの厚さを有していてよい。
【0038】
ソース電極１８Ｅおよびドレイン電極２０Ｅは、絶縁層１６上に形成されている。ソース電極１８Ｅは、第１開口１６Ｓを介してソース電極１８に接続されている。ドレイン電極２０Ｅは、第２開口１６Ｄを介してドレイン電極２０に接続されている。
【0039】
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。しかし、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、第１開口１６Ｓを介して、複数のソース電極１８Ｅ（図１参照）のうちの１つ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、第２開口１６Ｄを介して、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１８Ｅと、複数のドレイン電極２０Ｅ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１８Ｅのうちの１つと複数のドレイン電極２０Ｅのうちの１つとの間に配置することができる。
【0040】
実施形態に係る窒化物半導体装置１は、図１、図２Ａおよび図２Ｂ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基板１０と、基板１０上に設けられ、活性領域３００と不活性領域２００とを備える窒化物半導体層１２とを備える。基板１０は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造のＳｉＣ基板の他に、６Ｈ－ＳｉＣ結晶構造のＳｉＣ基板であってもよい。６Ｈ－ＳｉＣ結晶構造は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造と共にＳｉＣ基板として使用される頻度が高い。また、基板１０は、シリコン基板（Ｓｉ基板）であってもよい。Ｓｉ基板と窒化物半導体との熱膨張係数の差が大きいため、基板１０にＳｉ基板を用いた場合に、後述する基板１０の反りを抑制することによる効果が大きい。
【0041】
上記のように、基板１０にＳｉＣ基板又はＳｉ基板などが使用される。このため、基板１０と窒化物半導体層１２との格子定数の違いにより、例えば基板１０に窒化物半導体層１２を形成した後に基板１０を冷却したときなどに、基板１０と窒化物半導体層１２の積層体（以下、「基体」とも称する。）に反りが生じる。基板１０と窒化物半導体層１２の接触面積が大きいほど、基体の反りは大きい。窒化物半導体装置１では、基体の反りを抑制するために、不活性領域２００に、窒化物半導体層１２の一部が除去されて基板１０に到達する開口領域１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０が形成されている。以下において、開口領域１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０のそれぞれを限定しない場合は、「開口領域１００」とも表記する。窒化物半導体層１２に開口領域１００を形成することにより、基板１０と窒化物半導体層１２の接触面積が小さくなり、窒化物半導体装置１における基体の反りを抑制することができる。
【0042】
開口領域１０２、１０３、１０４、１０５、１０７、１０８、１０９、１１０は、活性領域３００から見てドレイン電極２０、ソース電極１８、およびゲート電極１９が延びる第２方向（Ｙ方向）に位置する不活性領域２００に配置されている。開口領域は、図示の例では複数配置されているが、一体的に形成されていてもよい。
【0043】
開口領域１０１、１０６は、活性領域３００から見てドレイン電極２０、ソース電極１８、およびゲート電極１９が配列される第１方向（Ｘ方向）に位置する不活性領域２００に配置されている。言い換えると、窒化物半導体装置１は、平面視で基板１０のＸ方向の端部に開口領域１０１、１０６が配置されている。開口領域１０１、１０６は、開口領域１０２、１０３、１０４、１０５、１０７、１０８、１０９、１１０に比べて相対的に大きな面積を有する。
【0044】
図２Ｄは、基板１０と窒化物半導体層１２が上に凸の反りを有する例の断面図である。ここで、反りの方向を示す「上」は、基板１０から見て窒化物半導体層１２に向いた方向である。図２Ｄに示すように、基板１０と窒化物半導体層１２が上に凸の反りを有する場合には、窒化物半導体層１２が基板１０に対して働く応力は、矢印ＴＳで示す方向の引っ張り応力である。また、図２Ｅは、基板１０と窒化物半導体層１２が下に凸の反りを有する例の断面図である。ここで、反りの方向を示す「下」は、基板１０から見て窒化物半導体層１２に向いた方向の逆方向である。図２Ｅに示すように、基板１０と窒化物半導体層１２が下に凸の反りを有する場合には、窒化物半導体層１２が基板１０に対して働く応力は、矢印ＣＳで示す方向の圧縮応力である。なお、図２Ｄでは、Ｘ方向に引っ張り応力が働く例を示しているが、Ｙ方向に引っ張り応力が働く場合もある。また、図２Ｅでは、Ｘ方向に圧縮応力が働く例を示しているが、Ｙ方向に圧縮応力が働く場合もある。
【0045】
実施形態に係る窒化物半導体装置１において、基板１０の反りは、１００ｍｍ換算で１μｍ以下であってもよい。
【0046】
また、基板１０は、１００ｍｍ換算で１０μｍ以上の上に凸の反りを有し、窒化物半導体層１２が基板１０に対し働く応力が引っ張り応力であってもよい。例えば、基板１０が単体で第１面２ａが凸の１０μｍ以上の反りを有している場合に、窒化物半導体層１２により基板１０に引っ張り応力が働く場合には、基板１０の単体での反りと引っ張り応力による反りが同じ方向になる。したがって、窒化物半導体層１２に開口領域１００を形成することによる効果がより有効である。更に、基板１０が、１００ｍｍ換算で２０μｍ以上の上に凸の反りを有し、窒化物半導体層１２が基板１０に対し働く応力が引っ張り応力である場合にも、窒化物半導体層１２に開口領域１００を形成することによる効果は有効である。
【0047】
また、基板は、１００ｍｍ換算で１０μｍ以上の下に凸の反りを有し、窒化物半導体層１２が基板１０に対し働く応力が圧縮応力であってもよい。例えば、基板１０が単体で第２面２ｂが凸の１０μｍ以上の反りを有している場合に、窒化物半導体層１２により基板１０に圧縮応力が働く場合には、基板１０の単体での反りと圧縮応力による反りが同じ方向になる。したがって、窒化物半導体層１２に開口領域１００を形成することによる効果がより有効である。更に、基板１０が、１００ｍｍ換算で２０μｍ以上の下に凸の反りを有し、窒化物半導体層１２が基板１０に対し働く応力が圧縮応力である場合にも、窒化物半導体層１２に開口領域１００を形成することによる効果は有効である。
【0048】
窒化物半導体層１２の電子供給層１２２には例えばＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどの材料が用いられる。エピタキシャル成長用の基板１０としては、ＳｉＣの他にシリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）などの半導体材料がしばしば用いられる。エピタキシャル成長用の基板１０と窒化物半導体層１２との熱膨張係数の差に起因してエピタキシャル膜形成後に結晶成長装置を室温まで冷却する際、基板１０に反りが発生する。
【0049】
このとき、窒化物半導体層１２が基板１０に対し働く応力が圧縮応力なのか引っ張り応力なのかは、結晶成長の条件や装置の冷却の仕方に依存する。一般的には圧縮応力が働いている場合の方が半導体デバイスとしての性能は高いとされている。ＳｉＣなどの化合物半導体基板は結晶成長時の熱勾配や熱揺らぎに起因して単体でも基板反りを有することがある。基板単体の反りの方向とエピタキシャル膜が基板１０に働く応力による反りの向きが一致した場合にはより大きな基板１０の反りが発生することになる。基板１０の反りを改善する方法としては、結晶成長時に電子走行層に応力を意図的に内包させることで結果として基板１０の反りを相殺する方法も可能である。例えば、エピタキシャル構造のバッファ層としてＡｌＮ／ＧａＮの積層構造を多周期にわたって形成する超格子バッファ又は組成違いのＡｌＧａＮ層を数層組み合わせたグレーデッドバッファを形成する。これにより、結晶成長時に電子走行層に応力を意図的に内包させることで結果として基板降温時にかかる応力を相殺し基板１０の反りを低減することができる。しかしながら、バッファ層の形成などにより応力を意図的に電子走行層に内包させる方法は、デバイスの構造が複雑化し結晶成長に要する時間が長くなるため、製造コストが増大する。
【0050】
実施形態に係る窒化物半導体装置１では、窒化物半導体層１２に形成された開口領域により、窒化物半導体層１２が基板１０に対し働く応力による基板１０の反りが低減される。このため、窒化物半導体装置１によれば、簡易な構造で基板１０の反りを低減することができる。したがって、製造コストの増大を抑制することができる。
【0051】
（製造方法）
図３Ａ～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３Ｂ～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３Ａ～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３Ｂ～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。
【0052】
実施形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法は、以下の工程を含む。基板１０の第１面２ａに窒化物半導体層１２を形成し、窒化物半導体層１２に活性領域３００と不活性領域２００を形成する。窒化物半導体層１２をエッチングして、活性領域３００に貫通領域２５Ｅを形成し、不活性領域に開口領域１００を形成する。貫通領域２５Ｅを、基板１０に対してエッチングの選択比の高い材料の導電層２２で埋め込む。窒化物半導体層１２上に絶縁層１４を形成し、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。第２面２ｂから基板１０の一部を選択的にエッチングして、導電層２２に到達する貫通孔２５Ａを形成する。貫通孔２５Ａに、導電層２２に接触する第１電極層２４Ｅを形成し、基板１０の第２面２ｂに第１電極層２４Ｅに接触する第２電極層２４Ｂ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。
【0053】
（Ａ）まず、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、エピタキシャル成長法により、基板１０の第１面２ａに窒化物半導体層１２を形成する。以下の説明において、基板１０はＳｉＣ基板であるとする。ＳｉＣ基板は単体としての反りが大きい傾向にあるため、窒化物半導体層１２に開口領域を形成することによる基板１０の反りを抑制する効果が大きい。
【0054】
（Ｂ）次に、図４Ａおよび図４Ｂ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の第１面２ａの一部に、不活性領域２００を形成する。ここでは、窒化物半導体層１２の第１面２ａに例えばアルゴン（Ａｒ）をイオン注入して窒化物半導体層１２の第１面２ａ近傍に改質層を形成して、不活性領域２００を形成している。アルゴン（Ａｒ）の他には、例えば、窒素、酸素などのイオン注入を実施してもよい。また、不活性領域２００にする窒化物半導体層１２の一部の上部を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除去して、活性領域３００としてメサ構造を形成することにより不活性領域２００を形成することもできる。ドライエッチングなどの方法によってメサエッチングを実施することにより、不活性領域２００の２次元電子ガス層１２１が形成された部分を除去して、不活性領域２００と活性領域３００とを分離形成することができる。
【0055】
（Ｃ）次に、図５Ａおよび図５Ｂ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選択的にエッチング除去し、基板１０が露出するように窒化物半導体層１２を開口する。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。この結果、活性領域３００では、貫通領域２５Ｅが形成され、不活性領域２００では、開口領域１００が形成される。
【0056】
（Ｄ）次に、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、活性領域３００に開口した貫通領域２５Ｅに、後述の工程においてエッチングストップ層となる導電層２２を埋め込む。ここで、導電層２２の材料は基板１０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、基板１０がＳｉＣ基板である場合に、導電層２２の材料にニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などが使用可能である。導電層２２の厚さは、例えば約０．３μｍ～３μｍ程度である。導電層２２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。
【0057】
（Ｅ）次に、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、例えばプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：plasma-enhanced chemical vapor deposition）法を用いて、窒化物半導体層１２上に絶縁層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。他の絶縁層１４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７Ａに示すように、活性領域３００では、導電層２２上にも形成されている。また、絶縁層１４は、図７Ｂに示すように、不活性領域２００では、基板１０とイオン注入層１３上に形成される。また、開口領域１００において、基板１０の第１面２ａと窒化物半導体層１２の側壁にも絶縁層１４が形成される。
【0058】
（Ｆ）次に、図８Ａおよび図８Ｂ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、導電層２２上にも延在し、導電層２２と電気的に接続される。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。
【0059】
（Ｇ）次に、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、絶縁層１４にＲＩＥなどで窓開けを行い、窓開けした領域で窒化物半導体層１２とショットキー接触するゲート電極１９を形成する。ゲート電極１９の材料は窒化物半導体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。
【0060】
（Ｈ）次に、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、基板１０の一部を第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、基板１０を貫通する貫通孔２５Ａを形成する。基板１０がＳｉＣ基板である場合、エッチングガスとしてＳＦ6／Ｏ2の混合ガスなどのフッ素系ガスを用いてもよい。ＳＦ6の代わりにＣＦ4、ＣＨＦ3を使用してもよい。基板１０を第２面２ｂ側からエッチングするには、例えば、ドレイン電極２０、ゲート電極１９、およびソース電極１８の第１面２ａ側をダミー基板などに貼り付け、第２面２ｂを上面にした状態で行ってもよい。エッチングストップ層として導電層２２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。導電層２２は、基板１０よりもエッチングレートの低い材料が選択される。
【0061】
（Ｉ）次に、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、基板１０に開口した貫通孔２５Ａを第１電極層２４Ｅで埋め込むことにより貫通ビア２４を形成する。ここでは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、貫通ビア２４を形成している。第１電極層２４Ｅを形成後、基板１０の第２面２ｂ全面に金属蒸着法を用いて第２電極層２４Ｂを形成する。ソース電極１８と貫通ビア２４は導電層２２を介して同電位となる。なお、第２電極層２４Ｂによって貫通孔２５Ａの全体を埋め込まずに、エッチングストップ層である導電層２２とグランド電極である第２電極層２４Ｂが接続されるように、貫通ビア２４で貫通孔２５Ａの内側を被覆するだけでもよい。
【0062】
（Ｊ）次に、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、ソース電極１８、ゲート電極１９、ドレイン電極２０および絶縁層１４の表面を覆う絶縁層１６を形成する。図７Ｂ～図１２Ｂに示すように、窒化物半導体層１２を除去した開口領域１００においては、基板１０の第１面２ａに絶縁層１４と絶縁層１６が配置されているが、その他の層は形成されていない。
【0063】
（Ｋ）その後、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、絶縁層１６に窓開けを行い、ソース電極１８と電気的に接続するソース電極１８Ｅを形成し、ドレイン電極２０と電気的に接続するドレイン電極２０Ｅを形成し、パッド電極のための積層構造を形成する。なお、このような電極の積層構造は、必ずしも必要ではない。
【0064】
（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。
【0065】
［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。
【0066】
（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基板１０と、第１面２ａに設けられ、活性領域３００と不活性領域２００とを備える窒化物半導体層１２とを備える。不活性領域２００は、窒化物半導体層１２の少なくとも一部が除去されて基板１０に到達する開口領域１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０を有する。付記１の窒化物半導体装置１によれば、開口領域１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０により基板１０の反りが吸収され、基板の反りが低減された窒化物半導体装置を提供できる。
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基板１０と、第１面２ａに設けられ、活性領域３００と不活性領域２００とを備える窒化物半導体層１２とを備える。不活性領域２００は、窒化物半導体層１２の少なくとも一部が除去されて基板１０に到達する開口領域１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０を有する。付記１の窒化物半導体装置１によれば、開口領域１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０により基板１０の反りが吸収され、基板の反りが低減された窒化物半導体装置を提供できる。
【0067】
（付記２）
付記１に記載の窒化物半導体装置において、窒化物半導体層１２は、第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層とヘテロ接合を形成する第２の窒化物半導体層を備える。第１の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層との界面に、２次元電子ガス層１２１を備え、活性領域３００は、平面視で２次元電子ガス層１２１を含む。付記２に記載の窒化物半導体装置によれば、ＨＥＭＴ構造の窒化物半導体装置において基板の反りを低減することができる。
付記１に記載の窒化物半導体装置において、窒化物半導体層１２は、第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層とヘテロ接合を形成する第２の窒化物半導体層を備える。第１の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層との界面に、２次元電子ガス層１２１を備え、活性領域３００は、平面視で２次元電子ガス層１２１を含む。付記２に記載の窒化物半導体装置によれば、ＨＥＭＴ構造の窒化物半導体装置において基板の反りを低減することができる。
【0068】
（付記３）
付記１又は２に記載の窒化物半導体装置において、基板１０は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の炭化珪素基板（ＳｉＣ基板）である。ＳｉＣ基板は単体としての反りが大きい傾向にあるため、窒化物半導体層１２に開口領域を形成することによる基板１０の反りを抑制する効果が大きい。
付記１又は２に記載の窒化物半導体装置において、基板１０は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の炭化珪素基板（ＳｉＣ基板）である。ＳｉＣ基板は単体としての反りが大きい傾向にあるため、窒化物半導体層１２に開口領域を形成することによる基板１０の反りを抑制する効果が大きい。
【0069】
（付記４）
付記１又は２に記載の窒化物半導体装置において、基板１０は、６Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の炭化珪素基板（ＳｉＣ基板）である。６Ｈ－ＳｉＣ結晶構造は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造と共にＳｉＣ基板として使用される頻度が高い。
付記１又は２に記載の窒化物半導体装置において、基板１０は、６Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の炭化珪素基板（ＳｉＣ基板）である。６Ｈ－ＳｉＣ結晶構造は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造と共にＳｉＣ基板として使用される頻度が高い。
【0070】
（付記５）
付記１又は２に記載の窒化物半導体装置において、基板１０は、シリコン基板（Ｓｉ基板）である。Ｓｉ基板と窒化物半導体との熱膨張係数の差が大きいため、基板１０にＳｉ基板を用いた場合に、基板１０の反りを抑制することによる効果が大きい。
付記１又は２に記載の窒化物半導体装置において、基板１０は、シリコン基板（Ｓｉ基板）である。Ｓｉ基板と窒化物半導体との熱膨張係数の差が大きいため、基板１０にＳｉ基板を用いた場合に、基板１０の反りを抑制することによる効果が大きい。
【0071】
（付記６）
付記１～５のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、基板１０の反りは、１００ｍｍ換算で１μｍ以下である。
付記１～５のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、基板１０の反りは、１００ｍｍ換算で１μｍ以下である。
【0072】
（付記７）
付記１～５のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、基板１０は、窒化物半導体層１２に向いた方向に１００ｍｍ換算で１０μｍ以上の凸の反りを有し、窒化物半導体層１２が基板１０に対し働く応力が引っ張り応力である。
付記１～５のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、基板１０は、窒化物半導体層１２に向いた方向に１００ｍｍ換算で１０μｍ以上の凸の反りを有し、窒化物半導体層１２が基板１０に対し働く応力が引っ張り応力である。
【0073】
（付記８）
付記１～５のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、基板１０は、窒化物半導体層１２に向いた方向に１００ｍｍ換算で２０μｍ以上の凸の反りを有し、窒化物半導体層１２が基板１０に対し働く応力が引っ張り応力である。
付記１～５のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、基板１０は、窒化物半導体層１２に向いた方向に１００ｍｍ換算で２０μｍ以上の凸の反りを有し、窒化物半導体層１２が基板１０に対し働く応力が引っ張り応力である。
【0074】
（付記９）
付記１～５のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、基板１０は、窒化物半導体層１２に向いた方向と逆方向に１００ｍｍ換算で１０μｍ以上の凸の反りを有し、窒化物半導体層１２が基板１０に対し働く応力が圧縮応力である。
付記１～５のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、基板１０は、窒化物半導体層１２に向いた方向と逆方向に１００ｍｍ換算で１０μｍ以上の凸の反りを有し、窒化物半導体層１２が基板１０に対し働く応力が圧縮応力である。
【0075】
（付記１０）
付記１～５のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、基板１０は、窒化物半導体層１２に向いた方向と逆方向に１００ｍｍ換算で２０μｍ以上の凸の反りを有し、窒化物半導体層１２が基板１０に対し働く応力が圧縮応力である。
付記１～５のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、基板１０は、窒化物半導体層１２に向いた方向と逆方向に１００ｍｍ換算で２０μｍ以上の凸の反りを有し、窒化物半導体層１２が基板１０に対し働く応力が圧縮応力である。
【0076】
（付記１１）
付記２に記載の窒化物半導体装置において、第２の窒化物半導体層に設けられたドレイン電極２０、ソース電極１８、およびゲート電極１９を備える。ソース電極１８は、基板１０を貫通する導電層２２を介して、基板１０の第２面２ｂに形成したグランド電極となる第２電極層２４Ｂに接続されている。付記１１に記載の窒化物半導体装置によれば、ソース電極１８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２に記載の窒化物半導体装置において、第２の窒化物半導体層に設けられたドレイン電極２０、ソース電極１８、およびゲート電極１９を備える。ソース電極１８は、基板１０を貫通する導電層２２を介して、基板１０の第２面２ｂに形成したグランド電極となる第２電極層２４Ｂに接続されている。付記１１に記載の窒化物半導体装置によれば、ソース電極１８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。
【0077】
（付記１２）
付記１１に記載の窒化物半導体装置において、ゲート電極１９は、ドレイン電極２０とソース電極１８の間に配置される。
付記１１に記載の窒化物半導体装置において、ゲート電極１９は、ドレイン電極２０とソース電極１８の間に配置される。
【0078】
（付記１３）
付記１１又は１２に記載の窒化物半導体装置において、開口領域１０１、１０６は、活性領域３００から見てドレイン電極２０、ソース電極１８、およびゲート電極１９が配列される第１方向（Ｘ方向）に位置する不活性領域２００に少なくとも配置される。
付記１１又は１２に記載の窒化物半導体装置において、開口領域１０１、１０６は、活性領域３００から見てドレイン電極２０、ソース電極１８、およびゲート電極１９が配列される第１方向（Ｘ方向）に位置する不活性領域２００に少なくとも配置される。
【0079】
（付記１４）
付記１１～１３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、開口領域１０２、１０３、１０４、１０５、１０７、１０８、１０９、１１０は、活性領域３００から見てドレイン電極２０、ソース電極１８、およびゲート電極１９が延びる第２方向（Ｙ方向）に位置する不活性領域２００に少なくとも配置される。
付記１１～１３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、開口領域１０２、１０３、１０４、１０５、１０７、１０８、１０９、１１０は、活性領域３００から見てドレイン電極２０、ソース電極１８、およびゲート電極１９が延びる第２方向（Ｙ方向）に位置する不活性領域２００に少なくとも配置される。
【0080】
（付記１５）
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。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基板１０の第１面２ａに、窒化物半導体層１２を形成する。窒化物半導体層１２に活性領域３００と不活性領域２００を形成し、窒化物半導体層１２の一部を選択的にエッチングして、活性領域３００に窒化物半導体層１２を貫通する貫通領域２５Ｅを形成し、不活性領域２００に窒化物半導体層１２を貫通する開口領域１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０を形成する。貫通領域２５Ｅを、基板１０に対してエッチングの選択比の高い材料の導電層２２で埋め込む。窒化物半導体層１２上に絶縁層１４を形成し、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。第２面２ｂより基板１０の一部を選択的にエッチングして、導電層２２に到達する貫通孔２５Ａを形成する。貫通孔２５Ａに、導電層２２に接触する第１電極層２４Ｅを形成し、第２面２ｂに第１電極層２４Ｅに接触する第２電極層２４Ｂを形成する。付記１５の窒化物半導体装置１の製造方法によれば、開口領域１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０により基板１０の反りが吸収され、基板の反りを低減する窒化物半導体装置の製造方法を提供できる。
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。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基板１０の第１面２ａに、窒化物半導体層１２を形成する。窒化物半導体層１２に活性領域３００と不活性領域２００を形成し、窒化物半導体層１２の一部を選択的にエッチングして、活性領域３００に窒化物半導体層１２を貫通する貫通領域２５Ｅを形成し、不活性領域２００に窒化物半導体層１２を貫通する開口領域１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０を形成する。貫通領域２５Ｅを、基板１０に対してエッチングの選択比の高い材料の導電層２２で埋め込む。窒化物半導体層１２上に絶縁層１４を形成し、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。第２面２ｂより基板１０の一部を選択的にエッチングして、導電層２２に到達する貫通孔２５Ａを形成する。貫通孔２５Ａに、導電層２２に接触する第１電極層２４Ｅを形成し、第２面２ｂに第１電極層２４Ｅに接触する第２電極層２４Ｂを形成する。付記１５の窒化物半導体装置１の製造方法によれば、開口領域１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０により基板１０の反りが吸収され、基板の反りを低減する窒化物半導体装置の製造方法を提供できる。
【0081】
（付記１６）
付記１５に記載の窒化物半導体装置の製造方法において、不活性領域２００は、窒化物半導体層１２にイオン注入を実施して形成する。
付記１５に記載の窒化物半導体装置の製造方法において、不活性領域２００は、窒化物半導体層１２にイオン注入を実施して形成する。
【0082】
（付記１７）
付記１５に記載の窒化物半導体装置の製造方法において、不活性領域２００は、窒化物半導体層１２の上部の一部を除去するメサエッチングを実施して形成する。
付記１５に記載の窒化物半導体装置の製造方法において、不活性領域２００は、窒化物半導体層１２の上部の一部を除去するメサエッチングを実施して形成する。
【0083】
（付記１８）
付記１５～１７のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置の製造方法において、ソース電極１８は、導電層２２と電気的に接続され、基板１０を貫通する第１電極層２４Ｅを介して、第２電極層２４Ｂに接続されている。付記１８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１８を基板１０の第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１５～１７のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置の製造方法において、ソース電極１８は、導電層２２と電気的に接続され、基板１０を貫通する第１電極層２４Ｅを介して、第２電極層２４Ｂに接続されている。付記１８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１８を基板１０の第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。
【0084】
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】
【0085】
１…窒化物半導体装置
２ａ…第１面
２ｂ…第２面
１０…基板
１２…窒化物半導体層
１３…イオン注入層
１４、１６…絶縁層
１４Ｓ…ソースコンタクト開口
１４Ｄ…ドレインコンタクト開口
１４Ｇ…ゲートコンタクト開口
１６Ｓ…第１開口
１６Ｄ…第２開口
１８、１８Ｅ…ソース電極
１９…ゲート電極
１９Ａ…ゲート配線
２０、２０Ｅ…ドレイン電極
２２…導電層
２４…貫通ビア
２４Ｂ…第２電極層
２４Ｅ…第１電極層
２５Ａ…貫通孔
２５Ｅ…貫通領域
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０…開口領域
１２０…電子走行層
１２１…２次元電子ガス層
１２２…電子供給層
２００…不活性領域
３００…活性領域
２ａ…第１面
２ｂ…第２面
１０…基板
１２…窒化物半導体層
１３…イオン注入層
１４、１６…絶縁層
１４Ｓ…ソースコンタクト開口
１４Ｄ…ドレインコンタクト開口
１４Ｇ…ゲートコンタクト開口
１６Ｓ…第１開口
１６Ｄ…第２開口
１８、１８Ｅ…ソース電極
１９…ゲート電極
１９Ａ…ゲート配線
２０、２０Ｅ…ドレイン電極
２２…導電層
２４…貫通ビア
２４Ｂ…第２電極層
２４Ｅ…第１電極層
２５Ａ…貫通孔
２５Ｅ…貫通領域
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０…開口領域
１２０…電子走行層
１２１…２次元電子ガス層
１２２…電子供給層
２００…不活性領域
３００…活性領域
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図3A】
【図3B】
【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】