氮化物半导体装置以及氮化物半导体装置的制造方法与流程

1.本公开涉及氮化物半导体装置。


背景技术：

2.以往，作为高输出并且在高频区域工作的半导体装置，使用由氮化物半导体制作的场效应型晶体管(fet：field effect transistor)等。然而，由于在高输出工作中半导体装置内部的温度上升而装置的特性或者可靠性降低的现象成为问题。
3.为了抑制该半导体装置内部的温度上升，在发热部附近设置散热性高的材料或者散热性高的构造是重要的。金刚石在固体物质中具有最高的热传导率，作为散热用材料是最佳的。
4.作为具有高散热效果的半导体装置，已知用金刚石置换半导体装置的基板整体、即将金刚石用作散热装备的构造。难以使氮化物半导体在金刚石正上方生长，所以使用在氮化物半导体上隔着中间层使金刚石生长或者粘贴金刚石的构造。广泛已知在氮化物半导体中使用氮化镓(gan)的金刚石基氮化镓构造。
5.在想要以这样的构造获得期望的高频特性的情况下，需要形成通路孔(via hole)。一般而言，通路孔是为了取得半导体基板的表面电极与背面之间的接触而形成的，是通过从半导体基板的背面利用蚀刻形成开口并在该开口内覆盖金属层而形成的。通过这样的结构，能够省略线键合构造，降低源极电感、进而提高高频特性来达成高性能化。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开2008-258281号公报
9.非专利文献
10.非专利文献1：“a trapping behavior of gan on diamond hemts for next generation 5g base station and sspa rader application”，international journal of internet，broadcasting and communication vol.12no.2 30-36(2020).


技术实现要素：

11.在专利文献1中，公开了使贯通半绝缘性基板的表面和背面的通路孔成为包括表面侧的小口径通路孔和背面侧的大口径通路孔的多级通路孔的结构。专利文献1的多级通路孔通过干蚀刻形成。但是，在半绝缘性基板中使用金刚石的情况下，由于金刚石是难蚀刻材料，所以蚀刻速率非常低。因此，存在仅通过干蚀刻形成通路孔时需要大量时间、成本增大这样的问题。
12.在非专利文献1中，公开了通过激光钻孔在金刚石基氮化镓(gan on diamond)构造的高频器件形成锥形形状的过孔。在该情况下，存在由于通路孔开口端部的毛边、通路孔侧壁的粗糙、以及对电极焊盘的损伤而产生导通不良、得不到期望的高频特性这样的问题。
13.本公开是为了解决上述问题而完成的，其目的在于在作为基板具有金刚石的氮化
物半导体装置中低成本地得到期望的高频特性。
14.本公开的氮化物半导体装置具备：金刚石层；接地电极，形成于金刚石层的第1主面上；中间层，形成于金刚石层的与第1主面相反的一侧的主面即第2主面上；氮化物半导体层，形成于中间层的与金刚石层相反的一侧的面；以及电极，形成于氮化物半导体层的与中间层相反的一侧的面。设置有从金刚石层的第1主面贯通金刚石层、中间层以及氮化物半导体层而到达电极的通路孔。通路孔是具有与金刚石层的第1主面相接的大口径通路孔和面对电极且比大口径通路孔小径并且锥形形状的小口径通路孔的多级构造。
15.根据本公开的氮化物半导体装置，能够低成本地得到期望的高频特性。本公开的目的、特征、方式以及优点通过以下的详细的说明和附图将变得更加明确。
附图说明
16.图1是实施方式1的氮化物半导体装置的剖面图。
17.图2是示出实施方式1的氮化物半导体装置的制造方法的剖面图。
18.图3是示出实施方式1的氮化物半导体装置的制造方法的剖面图。
19.图4是示出实施方式1的氮化物半导体装置的制造方法的剖面图。
20.图5是示出实施方式1的氮化物半导体装置的制造方法的剖面图。
21.图6是示出用激光形成实施方式1的氮化物半导体装置中的通路孔的方法的图。
22.图7是实施方式2的氮化物半导体装置的剖面图。
23.图8是示出实施方式2的氮化物半导体装置的制造方法的剖面图。
24.图9是示出实施方式2的氮化物半导体装置的制造方法的剖面图。
25.图10是示出实施方式2的氮化物半导体装置的制造方法的剖面图。
26.图11是示出实施方式2的氮化物半导体装置的制造方法的剖面图。
27.图12是实施方式3的氮化物半导体装置的剖面图。
28.图13是实施方式4的氮化物半导体装置的剖面图。
29.图14是实施方式4的变形例的氮化物半导体装置的剖面图。
30.图15是实施方式5的氮化物半导体装置的剖面图。
31.图16是示出实施方式5的氮化物半导体装置的制造方法的剖面图。
32.图17是示出实施方式5的氮化物半导体装置的制造方法的剖面图。
33.图18是示出实施方式5的氮化物半导体装置的制造方法的剖面图。
34.图19是示出实施方式5的氮化物半导体装置的制造方法的剖面图。
35.(符号说明)
36.11：金刚石层；12、32：中间层；13：氮化物半导体层；14：电极；15、45：接地电极；16、16c、26、26c：通路孔；16a、26a：小口径通路孔；16b、16b1、26b：大口径通路孔；17：金属掩模；49：埋入层；57：掩模；58：siox膜；59：光致抗蚀剂。
具体实施方式
37.《a.实施方式1》
38.《a-1.结构》
39.图1示出实施方式1的氮化物半导体装置101的剖面构造。氮化物半导体装置101构
成为具备金刚石层11、中间层12、氮化物半导体层13、电极14以及接地电极15。金刚石层11具有第1主面s1、和与第1主面s1对置的第2主面s2。在金刚石层11的第2主面s2上隔着中间层12层叠氮化物半导体层13。电极14是源极电极、栅极电极或者漏极电极等，设置于氮化物半导体层13的与中间层12相反的一侧的面。接地电极15形成于金刚石层11的与第2主面s2相反的一侧的主面即第1主面s1上。
40.在电极14中的源极电极或者与源极电极连接的电极焊盘的正下方，形成有贯通金刚石层11、中间层12以及氮化物半导体层13的通路孔16，该电极14和接地电极15经由通路孔16电连接。
41.在金刚石层11中，使用多结晶金刚石或者单结晶金刚石。金刚石层11优选用cvd法(chemical vaper deposition，化学气相沉积)法制作。金刚石层11的厚度优选为10μm以上且500μm以下。
42.在中间层12中，使用si、si的氧化物或者si的氮化物。在中间层12为导体时，氮化物半导体装置101的高频特性降低。因此，中间层12的电阻率优选为0.1μω以上。中间层12的厚度是1nm以上且100nm以下即可。但是，在中间层12的厚度大时，氮化物半导体装置101的散热性降低。因此，中间层12的厚度优选为1nm以上且40nm以下。
43.氮化物半导体层13的材料例如是gan、algan、inaln或者aln等。氮化物半导体层13既可以是由这些材料的任意1个构成的单一的半导体层，也可以是层叠由从这些材料选择的2个以上的异种材料构成的多个半导体层的结构。氮化物半导体层13的厚度一般是10μm以下，但也可以超过10μm。
44.电极14以及接地电极15的材料既可以是单一的金属元素也可以是合金。作为单一的金属元素，也可以使用从由cu、ti、al、au、ni、nb、pd、pt、cr、w、ta、以及mo构成的群选择的一个元素。作为合金，也可以使用auge、auga、或者ausn等。另外，电极14以及接地电极15也可以是层叠上述任意材料而成的电极。
45.通过氮化物半导体层13以及电极14形成高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor：hemt)等半导体器件。
46.通路孔16包括面对电极14的小口径通路孔16a和面对接地电极15且直径比小口径通路孔16a大的大口径通路孔16b。小口径通路孔16a具有越接近电极14则直径变得越小、越接近大口径通路孔16b则直径变得越大的锥形形状。锥形形状是指，通路孔的底面和侧面所成的角、即锥形角为90
°
以上的形状。
47.《a-2.制造方法》
48.图2至图5是示出实施方式1的氮化物半导体装置101的制造方法的剖面图。以下，参照图2至图5说明氮化物半导体装置101的制造方法。
49.首先，在si等的基板上形成氮化物半导体层13，在氮化物半导体层13上形成电极14。这样，通过氮化物半导体层13和电极14形成半导体器件。接下来，去除基板，在去除基板后的氮化物半导体层13的面，隔着中间层12接合金刚石层11的第2主面s2。在金刚石层11的接合中，使用表面活性化接合法。中间层12是si，其厚度是10nm。另外，金刚石层11的厚度是100μm。这样，得到图2所示的、包括金刚石层11、中间层12、氮化物半导体层13以及电极14的层叠体。
50.接下来，如图3所示，在金刚石层11的第1主面s1，在和电极14中的源极电极或者与
源极电极连接的电极焊盘对应的位置照射激光，去除金刚石层11的厚度方向的一部分，从而形成通路孔16c。如图3所示，通路孔16c不到达中间层12。通路孔16c是通路孔16的形成途中的通路孔，还被称为第1通路孔。作为激光使用波长为1064nm的nd：yag激光。
51.图6示出通过激光加工通路孔16c的加工方法。以描绘直径r的圆的方式扫描聚光的激光径10μm的激光，在同一面内逐渐减小扫描直径r。通过随着通路孔16c变深而逐渐减小扫描直径r，通路孔16c的直径rh逐渐变小，通路孔16c的剖面成为锥形形状。关于通路孔16c，使深度成为95μm，使开口径成为65μm。
52.接下来，如图4所示，在金刚石层11的第1主面s1形成金属掩模17。以使在前一工序中形成的通路孔16c容纳于金属掩模17的开口的方式，将金属掩模17的开口径设为比通路孔16c的开口径大的80μm。通过在用ti和au的层叠膜形成供电层之后进行构图，进而利用非电解镀敷对ni进行成膜而形成金属掩模17。
53.接下来，使用金属掩模17进行干蚀刻，对剩余的金刚石层11、中间层12、以及氮化物半导体层13进行蚀刻，形成包括小口径通路孔16a和大口径通路孔16b的通路孔16。通路孔16是以作为第1通路孔的通路孔16c为基础形成的通路孔，还被称为第2通路孔。在干蚀刻中使用icp(inductively coupled plasma，电感耦合等离子体)蚀刻装置。金刚石层11以及中间层12用o2、sf6以及ar的混合气体蚀刻，氮化物半导体层13用cl2、bcl3以及ar的混合气体蚀刻。通过调整蚀刻时间，调整蚀刻深度。预先测定金刚石层11、中间层12以及氮化物半导体层13的厚度、通路孔16c的深度以及被蚀刻材料针对各个气体种类的蚀刻速率，根据这些决定蚀刻时间。
54.通过上述蚀刻，通路孔16c的侧面以及底面被蚀刻，贯通中间层12以及氮化物半导体层13而到达电极14。这样，形成小口径通路孔16a。通过通路孔16c的侧面被蚀刻，减轻或者去除由于激光加工产生的通路孔16c的侧面的粗糙。另外，如上所述金属掩模17的开口大于通路孔16c的开口，所以金刚石层11的第1主面s1中的从金属掩模17的开口露出的部分也被蚀刻。由此，形成大口径通路孔16b，并且由于激光加工产生的通路孔16c的开口部的毛边被去除。小口径通路孔16a的深度是96μm，大口径通路孔16b的深度是7μm。
55.之后，如图5所示，用湿蚀刻去除金属掩模17。
56.此外，在上述说明中，示出了在通过激光加工形成通路孔16c之后形成金属掩模17并干蚀刻的例子。但是，也可以先于通路孔16c的形成进行金属掩模17的形成。在该情况下，在形成通路孔16c时，为了避免金属掩模17的损伤，优选在比金属掩模17的开口部更靠内侧照射激光，使得不照射到金属掩模17。
57.接下来，在金刚石层11的第1主面s1和通路孔16的内侧形成接地电极15。这样，图1所示的氮化物半导体装置101完成。
58.《a-3.效果》
59.实施方式1的氮化物半导体装置101具备金刚石层11、形成于金刚石层11的第1主面s1上的接地电极15、形成于金刚石层11的与第1主面s1相反的一侧的主面即第2主面s2上的中间层12、形成于中间层12的与金刚石层11相反的一侧的面的氮化物半导体层13、以及形成于氮化物半导体层13的与中间层相反的一侧的面的电极14。而且，设置从金刚石层11的第1主面s1贯通金刚石层11、中间层12、以及氮化物半导体层13而到达电极14的通路孔16。通路孔16是具有与金刚石层11的第1主面s1相接的大口径通路孔16b和面对电极14且比
大口径通路孔16b小径并且锥形形状的小口径通路孔16a的多级构造。
60.这样的通路孔16是能够通过首先在利用激光加工形成从第1主面s1至一定的深度的通路孔之后、利用干蚀刻去除在通路孔的底部残留的层和通路孔的开口周边来形成。因此，无需通过干蚀刻将形成通路孔16时的金刚石层11全部去除，所以能够在短时间形成通路孔16。另外，不通过激光加工贯通氮化物半导体层13，所以避免激光对电极14的损伤。另外，通过之后的干蚀刻，减轻或者去除由于激光加工产生的毛边或者通路孔剖面的粗糙。其结果，电极14和接地电极15通过通路孔16良好地导通。因此，源极电感的增加被抑制，高频特性不会劣化。
61.氮化物半导体装置101的制造方法具备：(a)针对依次层叠有金刚石层11、中间层12、氮化物半导体层13以及电极14的层叠体，通过激光加工，形成从金刚石层11的与中间层12相反的一侧的面即第1主面s1不到达电极14的第1通路孔即通路孔16c的工序；(b)形成金属掩模17的工序，该金属掩模17具有通路孔16c的整体和与通路孔16c邻接的金刚石层11的第1主面s1的一部分露出的、比通路孔16c大径的开口；(c)通过使用金属掩模17的干蚀刻将通路孔16c加工为作为第2通路孔的通路孔16的工序；以及(d)在金刚石层11的第1主面s1和通路孔16的内部形成接地电极15的工序。而且，工序(c)是形成包括通过去除从金属掩模17的开口露出的金刚石层11的第1主面s1而形成的大口径通路孔16b和通过将通路孔16c扩展至到达电极14而形成的比大口径通路孔16b小径并且锥形形状的小口径通路孔16a的多级构造的通路孔16的工序。因此，通过之后的工序(c)的干蚀刻，减轻或者去除由于工序(a)的激光加工产生的毛边或者通路孔16c的剖面的粗糙。另外，通过工序(a)的激光加工去除的仅为金刚石层11的一部分，所以不会有激光对电极14的损伤。其结果，电极14和接地电极15通过通路孔16良好地导通，源极电感的增加被抑制，高频特性不会劣化。另外，金刚石层11的干蚀刻中的蚀刻速率非常低，所以相比于仅通过干蚀刻形成通路孔16的情况，能够在短时间形成通路孔16。
62.《b.实施方式2》
63.根据实施方式1的氮化物半导体装置101的制造方法，在形成通路孔16c之后通过干蚀刻对中间层12进行蚀刻。由此，中间层12不仅在厚度方向上而且在与厚度方向垂直的面方向上也后退，有时通路孔16的侧面在中间层12成为缺口形状。其结果，存在接地电极15难以覆盖通路孔16的侧面、产生导通不良的可能性。
64.因此，在实施方式2的氮化物半导体装置的制造方法中，在通过激光加工形成的通路孔26c从金刚石层11贯通中间层12而到达至氮化物半导体层13的方面与实施方式1不同。
65.《b-1.结构》
66.图7是实施方式2的氮化物半导体装置102的剖面图。其特征在于，小口径通路孔26a的深度h大于金刚石层11和中间层12的厚度的合计。氮化物半导体装置102相比于实施方式1的氮化物半导体装置101，仅在代替通路孔16而形成有通路孔26的方面不同。
67.通路孔26包括面对电极14的小口径通路孔26a和面对接地电极15且直径比小口径通路孔26a大的大口径通路孔26b。小口径通路孔26a具有越接近电极14则直径变得越小、越接近大口径通路孔26b则直径变得越大的锥形形状。另外，小口径通路孔26a的深度h大于金刚石层11和中间层12的厚度的合计。
68.《b-2.制造方法》
69.图8至图11是示出实施方式2的氮化物半导体装置102的制造方法的剖面图。以下，参照图8至图11说明氮化物半导体装置102的制造方法。
70.首先，如图8所示，与实施方式1同样地形成包括金刚石层11、中间层12、氮化物半导体层13以及电极14的层叠体。
71.接下来，如图9所示，在金刚石层11的与中间层12相反的一侧的面、即第1主面s1，在和电极14中的源极电极或者与源极电极连接的电极焊盘对应的位置照射激光，从而形成贯通金刚石层11和中间层12而到达氮化物半导体层13的通路孔26c。通路孔26c是通路孔26的形成途中的通路孔，还被称为第1通路孔。在此，通过预先评价金刚石以及中间层12的材料的加工深度，能够控制利用激光加工的深度。在此，使通路孔26c的深度成为101μm。
72.接下来，如图10所示，在金刚石层11的第1主面s1形成金属掩模17。本工序与在实施方式1中图4所示的工序相同。
73.接下来，使用金属掩模17进行干蚀刻，对氮化物半导体层13进行蚀刻。在干蚀刻中使用icp蚀刻装置。氮化物半导体层13用cl2以及bcl3的混合气体蚀刻。
74.通过上述蚀刻，通路孔26c的底面被蚀刻，通路孔26c贯通氮化物半导体层13而到达电极14。这样，形成小口径通路孔26a。通过通路孔26c的侧面被蚀刻，减轻或者去除由于激光加工产生的构成通路孔26c的侧面的金刚石层11的粗糙。另外，金属掩模17的开口大于通路孔26c的开口，所以金刚石层11的第1主面s1中的从金属掩模17的开口露出的部分也被蚀刻。由此，形成大口径通路孔26b，并且由于激光加工产生的通路孔26c的开口部的毛边被去除。小口径通路孔26a的深度h是102μm，大口径通路孔26b的深度是1μm。包括小口径通路孔26a和大口径通路孔26b的通路孔26是以作为第1通路孔的通路孔26c为基础形成的通路孔，还被称为第2通路孔。
75.小口径通路孔26a的深度h成为从金刚石层11、中间层12以及氮化物半导体层13的厚度的合计减去大口径通路孔26b的深度而得到的值。在此，大口径通路孔26b的深度与在通过干蚀刻去除氮化物半导体层13的全部厚度量的期间被去除的金刚石层11的厚度量相当。金刚石层11的蚀刻速率低于氮化物半导体层13的蚀刻速率，所以大口径通路孔26b的深度小于氮化物半导体层13的厚度。因此，小口径通路孔26a的深度h大于金刚石层11和中间层12的厚度的合计。
76.之后，如图11所示，用湿蚀刻去除金属掩模17。
77.接下来，在金刚石层11的第1主面s1、即具有通路孔26的开口的面形成接地电极15。这样，图7所示的氮化物半导体装置102完成。
78.《b-3.效果》
79.在实施方式2的氮化物半导体装置102中，小口径通路孔26a的深度是中间层12以及氮化物半导体层13的厚度的合计以上。这样的小口径通路孔26a是通过在利用激光加工形成作为从金刚石层11的第1主面s1贯通金刚石层11以及中间层12的第1通路孔的通路孔26c之后、利用干蚀刻去除位于通路孔26c的底部的氮化物半导体层13和通路孔26c的开口周边的第1主面s1来形成。在氮化物半导体层13的干蚀刻工序中中间层12暴露于蚀刻气体，但中间层12针对该蚀刻气体的蚀刻速率低，所以中间层12难以在面方向上后退。因此，通路孔26的侧面在中间层12难以成为缺口形状，难以产生通路孔26的导通不良。其结果，能够抑制高频特性降低，并且成品率良好地制造氮化物半导体装置102。
80.在实施方式2的氮化物半导体装置102的制造方法中，工序(a)是形成作为贯通金刚石层11以及中间层12而到达氮化物半导体层的第1通路孔的通路孔26c的工序，工序(c)是去除氮化物半导体层13的在俯视时与通路孔26c重叠的部分并形成小口径通路孔26a的工序。通过用激光加工去除中间层12，在之后的氮化物半导体层13的干蚀刻工序中中间层12暴露于蚀刻气体，但中间层12针对该蚀刻气体的蚀刻速率低，所以中间层12难以在面方向上后退。因此，通路孔26的侧面在中间层12难以成为缺口形状，难以产生通路孔26的导通不良。其结果，能够抑制高频特性降低，并且成品率良好地制造氮化物半导体装置102。
81.《c.实施方式3》
82.《c-1.结构》
83.图12是实施方式3的氮化物半导体装置103的剖面图。氮化物半导体装置103仅在代替中间层12而具备中间层32的方面与实施方式1的氮化物半导体装置101不同。
84.在中间层32中，与中间层12不同，使用难蚀刻材料。难蚀刻材料是指，相比于si或者sin不容易蚀刻的材料，作为具体例，可以举出纳米金刚石、si的氧化物或者碳化物、al、ti的氧化物或者氮化物、hf、或者zr的氧化物等。难蚀刻材料具有在干蚀刻中物理反应成为主体这样的特征。另外，难蚀刻材料还具有在用cl系或者f系的气体干蚀刻的情况下蚀刻速率变得极端低这样的特征。一般而言，熔点为1000℃以上等的高温熔点材料易于成为难蚀刻材料。
85.干蚀刻的主要的原理有2个。第1个是通过离子进行溅射的物理上的蚀刻，第2个是通过蚀刻气体的化学反应进行反应性蚀刻的化学上的蚀刻。关于难蚀刻材料，通过前者的物理上的蚀刻，虽然蚀刻速率低但能够加工。
86.由难蚀刻材料形成的中间层32能够用物理上的蚀刻加工。
87.《c-2.制造工序》
88.实施方式3的氮化物半导体装置103的制造工序以实施方式1的氮化物半导体装置101或者实施方式2的氮化物半导体装置102的制造工序为准。
89.在前者的情况下，通过作为干蚀刻进行物理上的蚀刻，能够去除位于通路孔16c的底部的中间层32。在此，中间层32设为厚度10nm的aln。在干蚀刻中使用icp蚀刻装置，用cl2以及ar的混合气体对通路孔16c的下方的金刚石层11以及中间层12进行蚀刻。之后，用cl2、bcl3以及ar的混合气体对半导体层13进行蚀刻。这样，得到包括小口径通路孔16a和大口径通路孔16b的通路孔16。
90.《c-3.效果》
91.在实施方式3的氮化物半导体装置103中，中间层32由在使用f系气体或者cl系气体的干蚀刻中蚀刻速率比si或者sin低的难蚀刻材料构成。因此，在形成通路孔16时，在氮化物半导体层13的蚀刻时中间层12不在面方向上后退。因此，通路孔16的侧面在中间层32不成为缺口形状，所以避免通路孔16的导通不良。其结果，能够避免高频特性降低，成品率良好地制造氮化物半导体装置103。
92.《d.实施方式4》
93.《d-1.结构》
94.在实施方式1、2的氮化物半导体装置101、102中，中间层12在氮化物半导体层13的蚀刻时后退的结果，有时在通路孔16、26中产生导通不良。
95.图13是实施方式4的氮化物半导体装置104的剖面图。氮化物半导体装置104在代替接地电极15而具备接地电极45的方面与实施方式1的氮化物半导体装置101不同。关于接地电极45，通路孔16的底部处的厚度为氮化物半导体层13和中间层12的厚度的合计以上。
96.《d-2.制造方法》
97.实施方式4的氮化物半导体装置104的制造方法以实施方式1或者实施方式2为准。但是，在形成接地电极45时，通过使镀敷厚度变厚，能够使通路孔16的底部处的接地电极45变厚。
98.《d-3.变形例》
99.图14是实施方式4的变形例的氮化物半导体装置104a的剖面图。氮化物半导体装置104a除了氮化物半导体装置101的结构以外还具备埋入通路孔16的埋入层49。在图14中，示出了埋入层49被完全填充到通路孔16内的状态，但埋入层49至少被埋入通路孔16的底部，通路孔16的底部处的接地电极45和埋入层49的厚度的合计是氮化物半导体层13和中间层12的厚度的合计以上即可。
100.埋入层49既可以是单一的金属元素，也可以是合金。作为单一的金属元素，也可以使用从由cu、ti、al、au、ni、nb、pd、pt、cr、w、ta以及mo构成的群选择的一个元素。作为合金，也可以使用auge、auga以及ausn等。
101.在金刚石层11的第1主面s1以及通路孔16内形成供电层，利用构图在通路孔16内仅留下供电层并镀敷，从而能够在通路孔16内埋入埋入层49。
102.《d-4.效果》
103.在实施方式4的氮化物半导体装置104中，通路孔16的面对电极14的底部处的接地电极15的厚度是氮化物半导体层13和中间层12的厚度的合计以上。因此，在形成通路孔16时的氮化物半导体层13的蚀刻时即使中间层12在面方向上后退，通过接地电极15避免通路孔16的导通不良。因此，能够避免高频特性降低，成品率良好地制造氮化物半导体装置104。
104.实施方式4的氮化物半导体装置104a具备隔着接地电极15埋入通路孔16的埋入层49。而且，通路孔16的面对电极14的底部处的接地电极15以及埋入层49的厚度的合计是氮化物半导体层13和中间层12的厚度的合计以上。因此，在形成通路孔16时的氮化物半导体层13的蚀刻时即使中间层12在面方向上后退，通过接地电极15以及埋入层49避免通路孔16的导通不良。因此，能够避免高频特性降低，成品率良好地制造氮化物半导体装置104a。
105.实施方式4的氮化物半导体装置104a的制造方法具备(e)在工序(d)之后，向作为第2通路孔的通路孔16埋入由金属或者合金构成的埋入层49的工序。而且，通路孔16的面对电极14的底部处的接地电极15以及埋入层49的厚度的合计是氮化物半导体层13和中间层12的厚度的合计以上。因此，在形成通路孔16时的氮化物半导体层13的蚀刻时即使中间层12在面方向上后退，通过接地电极15以及埋入层49避免通路孔16的导通不良。因此，能够避免高频特性降低，成品率良好地制造氮化物半导体装置104a。
106.《e.实施方式5》
107.在实施方式1-4中，大口径通路孔16b、26b的开口部垂直，所以接地电极15、45难以覆盖，而有时变得导通不良。相对于此，在本实施方式中，大口径通路孔16b1是锥形形状。
108.《e-1.结构》
109.图15是实施方式5的氮化物半导体装置105的剖面图。氮化物半导体装置105相比
于实施方式1的氮化物半导体装置101，在代替大口径通路孔16b而具备锥形形状的大口径通路孔16b1的方面不同。
110.《e-2.制造工序》
111.图16至图19是说明实施方式5的氮化物半导体装置105的制造方法的剖面示意图。以下，参照图16至图19说明氮化物半导体装置105的制造方法。
112.直至图16所示的通过激光加工形成通路孔16c为止与实施方式1相同。在形成通路孔16c后，在金刚石层11的第1主面s1以及通路孔16c内形成siox膜58。siox膜58通过以teos(tetraethyl orthosilicate：原硅酸四乙酯)为原料的等离子体cvd来形成。
113.之后，形成具有锥形形状的开口剖面的光致抗蚀剂59，得到图17所示的结构。在涂敷光致抗蚀剂59之后显影进而后烘，从而光致抗蚀剂59软化，开口剖面成为锥形形状。
114.通过将光致抗蚀剂59作为掩模对siox膜58进行干蚀刻，得到如图18所示具有锥形形状的开口剖面的掩模57。
115.之后，在使用掩模57进行干蚀刻时，去除处于通路孔16c的底面的金刚石层11、中间层12、以及氮化物半导体层13而得到小口径通路孔16a，并且去除从掩模57的开口露出的金刚石层11的第1主面s1而得到具有锥形形状的大口径通路孔16b1。之后，如图19所示，去除掩模57。
116.接下来，在金刚石层11的第1主面s1和通路孔16的内侧形成接地电极15。大口径通路孔16b1是锥形形状，所以接地电极15针对大口径通路孔16b1的覆盖性良好。这样，图15所示的氮化物半导体装置105完成。
117.《e-3.效果》
118.在实施方式5的氮化物半导体装置105中，大口径通路孔16b1是锥形形状。因此，接地电极15针对大口径通路孔16b1的覆盖性提高，通路孔16的导通不良被抑制。其结果，能够抑制氮化物半导体装置105的高频特性降低，并且成品率良好地制造氮化物半导体装置105。
119.此外，能够自由地组合各实施方式或者将各实施方式适当地变形、省略。上述说明在所有方式中为例示。应理解为可设想未例示的无数的变形例。

技术特征：
1.一种氮化物半导体装置，具备：金刚石层；接地电极，形成于所述金刚石层的第1主面上；中间层，形成于所述金刚石层的与所述第1主面相反的一侧的主面即第2主面上；氮化物半导体层，形成于所述中间层的与所述金刚石层相反的一侧的面；以及电极，形成于所述氮化物半导体层的与所述中间层相反的一侧的面，设置有从所述金刚石层的所述第1主面贯通所述金刚石层、所述中间层以及所述氮化物半导体层而到达所述电极的通路孔，所述通路孔是具有与所述金刚石层的所述第1主面相接的大口径通路孔和面对所述电极且比所述大口径通路孔小径并且锥形形状的小口径通路孔的多级构造。2.根据权利要求1所述的氮化物半导体装置，其中，所述小口径通路孔的深度是所述中间层以及氮化物半导体层的厚度的合计以上。3.根据权利要求1或者2所述的氮化物半导体装置，其中，所述中间层由在使用f系气体或者cl系气体的干蚀刻中蚀刻速率比si或者sin低的难蚀刻材料构成。4.根据权利要求3所述的氮化物半导体装置，其中，所述难蚀刻材料是纳米金刚石、si的氧化物或者碳化物、al、ti的氧化物或者氮化物、hf、zr的氧化物中的任意材料。5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的氮化物半导体装置，其中，所述通路孔的面对所述电极的底部处的所述接地电极的厚度是所述氮化物半导体层和所述中间层的厚度的合计以上。6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的氮化物半导体装置，其中，还具备隔着所述接地电极埋入所述通路孔的埋入层，所述通路孔的面对所述电极的底部处的所述接地电极以及所述埋入层的厚度的合计是所述氮化物半导体层和所述中间层的厚度的合计以上。7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的氮化物半导体装置，其中，所述大口径通路孔是锥形形状。8.一种氮化物半导体装置的制造方法，具备：(a)针对依次层叠有金刚石层、中间层、氮化物半导体层以及电极的层叠体，通过激光加工形成从所述金刚石层的与所述中间层相反的一侧的面即第1主面不到达所述电极的第1通路孔的工序；(b)形成掩模的工序，该掩膜具有所述第1通路孔的整体和与所述第1通路孔邻接的所述金刚石层的所述第1主面的一部分露出的、比所述第1通路孔大径的开口；(c)通过使用所述掩模的干蚀刻将所述第1通路孔加工为第2通路孔的工序；以及(d)在所述金刚石层的所述第1主面和所述第2通路孔的内部形成接地电极的工序，所述工序(c)是形成包括通过去除从所述掩模的开口露出的所述金刚石层的所述第1主面而形成的大口径通路孔和通过将所述第1通路孔扩展至所述电极而形成的比所述大口径通路孔小径并且锥形形状的小口径通路孔的、多级构造的所述第2通路孔的工序。9.根据权利要求8所述的氮化物半导体装置的制造方法，其中，
所述工序(a)是形成贯通所述金刚石层以及所述中间层而到达所述氮化物半导体层的所述第1通路孔的工序，所述工序(c)是去除所述氮化物半导体层的在俯视时与所述第1通路孔重叠的部分而形成所述小口径通路孔的工序。10.根据权利要求8或者9所述的氮化物半导体装置的制造方法，其中，所述中间层由在使用f系气体或者cl系气体的干蚀刻中蚀刻速率比si或者sin低的难蚀刻材料构成。11.根据权利要求10所述的氮化物半导体装置的制造方法，其中，所述难蚀刻材料是纳米金刚石、si的氧化物或者碳化物、al、ti的氧化物或者氮化物、hf、zr的氧化物中的任意材料。12.根据权利要求8至11中的任意一项所述的氮化物半导体装置的制造方法，其中，所述第2通路孔的面对所述电极的底部处的所述接地电极的厚度是所述氮化物半导体层和所述中间层的厚度的合计以上。13.根据权利要求8至11中的任意一项所述的氮化物半导体装置的制造方法，其中，还具备(e)在所述工序(d)之后，在所述第2通路孔埋入由金属或者合金构成的埋入层的工序，所述第2通路孔的面对所述电极的底部处的所述接地电极以及所述埋入层的厚度的合计是所述氮化物半导体层和所述中间层的厚度的合计以上。14.根据权利要求8至13中的任意一项所述的氮化物半导体装置的制造方法，其中，所述大口径通路孔是锥形形状。

技术总结
本公开的目的在于，在作为基板具有金刚石的氮化物半导体装置中低成本地得到期望的高频特性。在本公开所涉及的氮化物半导体装置(101)中，设置从金刚石层(11)的第1主面(S1)贯通金刚石层(11)、中间层(12)以及氮化物半导体层(13)而到达电极(14)的通路孔(16)。通路孔(16)是具有与金刚石层(11)的第1主面(S1)相接的大口径通路孔(16b)和面对电极(14)且比大口径通路孔(16b)小径并且锥形形状的小口径通路孔(16a)的多级构造。孔(16a)的多级构造。孔(16a)的多级构造。


技术研发人员：今村谦 桧座秀一 西村邦彦
受保护的技术使用者：三菱电机株式会社
技术研发日：2021.02.17
技术公布日：2023/10/11