(57)【要約】【課題】所望の比誘電率を有し、機械的強度に優れる絶縁膜、この絶縁膜を容易に形成し得る絶縁膜の形成方法、この絶縁膜を備える半導体素子、電子デバイスおよび電子機器を提供すること。【解決手段】本発明の絶縁膜は、導電体同士を絶縁するものであって、絶縁性粒子４１の集合体の間隙を、当該絶縁膜の膜強度を向上させる絶縁性の充填物４２で充填してなるものである。この絶縁膜は、充填物４２として、絶縁性粒子４１の比誘電率と異なる比誘電率の材料を用いることにより、その比誘電率を調整したものである。例えば、充填物４２として、絶縁性粒子４１の比誘電率より低い比誘電率の材料を用いることにより、絶縁膜全体の比誘電率を調整（低下）することができ、かかる絶縁膜は、層間絶縁膜に好適に適用される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体同士を絶縁する絶縁膜であって、
当該絶縁膜は、絶縁性粒子の集合体の間隙を、前記絶縁膜の膜強度を向上させる絶縁性の充填物で充填してなるものであり、
前記充填物として、前記絶縁性粒子の比誘電率と異なる比誘電率の材料を用いることにより、前記絶縁膜の比誘電率を調整することを特徴とする絶縁膜。
【請求項２】
前記充填物の比誘電率は、前記絶縁性粒子の比誘電率より低い請求項１に記載の絶縁膜。
【請求項３】
前記充填物は、主としてシリコン系化合物で構成されている請求項２に記載の絶縁膜。
【請求項４】
前記シリコン系化合物は、炭素含有シリカ、フッ素含有シリカおよびシルセスキオキサン系化合物のうちの少なくとも１種である請求項３に記載の絶縁膜。
【請求項５】
当該絶縁膜は、層間絶縁膜である請求項２ないし４のいずれかに記載の絶縁膜。
【請求項６】
当該絶縁膜は、その比誘電率が３．８以下である請求項２ないし５のいずれかに記載の絶縁膜。
【請求項７】
前記充填物の比誘電率は、前記絶縁性粒子の比誘電率より高い請求項１に記載の絶縁膜。
【請求項８】
前記充填物は、主として高誘電体材料または強誘電体材料で構成されている請求項７に記載の絶縁膜。
【請求項９】
前記高誘電体材料は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ランタンおよび酸化スカンジウムのうちの少なくとも１種を主成分とするものである請求項８に記載の絶縁膜。
【請求項１０】
前記強誘電体材料は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛、ニオブ酸ストロンチウムビスマス、ニオブ酸チタン酸ストロンチウムビスマスおよびタンタル酸ビスマスストロンチウムのうちの少なくとも１種を主成分とするものである請求項８に記載の絶縁膜。
【請求項１１】
当該絶縁膜は、ゲート絶縁膜である請求項７ないし１０のいずれかに記載の絶縁膜。
【請求項１２】
当該絶縁膜は、その比誘電率が４以上である請求項７ないし１１のいずれかに記載の絶縁膜。
【請求項１３】
前記絶縁性粒子は、主としてシリコン系化合物または熱可塑性樹脂で構成されている請求項１ないし１２のいずれかに記載の絶縁膜。
【請求項１４】
前記シリコン系化合物は、シリカおよびシルセスキオキサン系化合物のうちの少なくとも１種である請求項１３に記載の絶縁膜。
【請求項１５】
前記熱可塑性樹脂は、ポリイミド系樹脂およびフッ素系樹脂のうちの少なくとも１種である請求項１３に記載の絶縁膜。
【請求項１６】
前記絶縁性粒子は、その平均粒径が５〜１００ｎｍである請求項１ないし１５のいずれかに記載の絶縁膜。
【請求項１７】
当該絶縁膜は、その平均厚さが前記絶縁性粒子の平均粒径の３倍以上である請求項１ないし１６のいずれかに記載の絶縁膜。
【請求項１８】
当該絶縁膜は、そのヤング率が５〜１００ＧＰａである請求項１ないし１７のいずれかに記載の絶縁膜。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれかに記載の絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法であって、
前記絶縁性粒子で構成される集合体の間隙に、前記充填物の前駆体を含有する液状材料を充填する工程と、
前記前駆体を反応させ、前記充填物に変化させることにより前記絶縁膜を得る工程とを有することを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【請求項２０】
請求項１ないし１８のいずれかに記載の絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法であって、
前記充填物の前駆体と、前記絶縁性粒子とを含有する液状材料を供給する工程と、
前記前駆体を反応させ、前記充填物に変化させることにより前記絶縁膜を得る工程とを有することを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【請求項２１】
前記液状材料を供給する工程に先立って、前記液状材料中において、前記前駆体と前記絶縁性粒子とを均一に分散させる工程を有する請求項２０に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項２２】
前記液状材料は、液状媒体を含有し、
前記前駆体を反応させるのに先立って、前記液状媒体の少なくとも一部を除去する工程を有する請求項１９ないし２１のいずれかに記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項２３】
請求項１ないし１８のいずれかに記載の絶縁膜を備えることを特徴とする半導体素子。
【請求項２４】
請求項２３に記載の半導体素子を備えることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２５】
請求項２４に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜、絶縁膜の形成方法、半導体素子、電子デバイスおよび電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子および表示体素子をはじめとする電子デバイスにおいては、複数の配線（配線層）を絶縁膜を介して積層した多層配線構造が多用されている。この絶縁膜の構成材料としては、従来、比誘電率が４．０〜４．２のシリカ（ＳｉＯ２）が多く用いられている。
しかしながら、回路の高集積化に伴い、例えば層間絶縁膜では、膜の機械的強度の低下とともに、配線同士間に生じる配線間容量の上昇に起因して信号遅延が増大し、これが電子デバイスの高性能化の妨げとなっている。
【０００３】
この信号遅延を抑えるためには、配線の抵抗を小さくするとともに、配線間容量を小さくする必要があり、配線間容量を低減する方法として、層間絶縁膜の低誘電率化を図ることが検討されている。
この一例としては、例えば、層間絶縁膜を粒子で構成し、膜中に空隙（間隙）を生じさせることにより、膜全体の比誘電率を低減する方法（例えば、特許文献１参照。）がある。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の方法では、膜の構造上、内部に空隙を有するため、機械的強度が小さい。このため、電子デバイスの製造プロセス中の化学的機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）工程等において、層間絶縁膜の剥離等の問題が生じる場合がある。また、層間絶縁膜中に多数の空隙を有するため、吸湿に伴って膜の特性が劣化しやすいという問題もある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０５２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、所望の比誘電率を有し、機械的強度に優れる絶縁膜、この絶縁膜を容易に形成し得る絶縁膜の形成方法、この絶縁膜を備える半導体素子、電子デバイスおよび電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の絶縁膜は、導電体同士を絶縁する絶縁膜であって、
当該絶縁膜は、絶縁性粒子の集合体の間隙を、前記絶縁膜の膜強度を向上させる絶縁性の充填物で充填してなるものであり、
前記充填物として、前記絶縁性粒子の比誘電率と異なる比誘電率の材料を用いることにより、前記絶縁膜の比誘電率を調整することを特徴とする。
これにより、所望の比誘電率を有し、機械的強度に優れる絶縁膜が得られる。
【０００８】
本発明の絶縁膜では、前記充填物の比誘電率は、前記絶縁性粒子の比誘電率より低いことが好ましい。
これにより、絶縁膜の低誘電率化を図ることができる。
本発明の絶縁膜では、前記充填物は、主としてシリコン系化合物で構成されていることが好ましい。
シリコン系化合物は、比誘電率が特に低いため、絶縁膜の比誘電率をより低減させることができる。
【０００９】
本発明の絶縁膜では、前記シリコン系化合物は、炭素含有シリカ、フッ素含有シリカおよびシルセスキオキサン系化合物のうちの少なくとも１種であることが好ましい。
これらの材料は、耐熱性に特に優れているため、絶縁膜の製造プロセス中の熱に起因する劣化をより確実に抑制し、膜強度をより向上させることができる。
本発明の絶縁膜は、層間絶縁膜であることが好ましい。
かかる絶縁膜は、層間絶縁膜の適用に適する。
【００１０】
本発明の絶縁膜は、その比誘電率が３．８以下であることが好ましい。
絶縁膜の比誘電率を前記範囲内とすることにより、絶縁膜を介した配線（導電体）間に生じる配線間容量をより確実に低減し、配線における信号遅延をより確実に抑制することができる。
【００１１】
本発明の絶縁膜では、前記充填物の比誘電率は、前記絶縁性粒子の比誘電率より高いことが好ましい。
これにより、絶縁膜の高誘電率化を図ることができる。
本発明の絶縁膜では、前記充填物は、主として高誘電体材料または強誘電体材料で構成されていることが好ましい。
これらの材料は、比誘電率が比較的高いため、充填物として用いることにより、絶縁膜の比誘電率をより上昇させることができる。
【００１２】
本発明の絶縁膜では、前記高誘電体材料は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ランタンおよび酸化スカンジウムのうちの少なくとも１種を主成分とするものであることが好ましい。
これらの酸化物系の高誘電体材料は、比誘電率が特に高いため、絶縁性粒子の構成材料として用いることにより、絶縁膜の比誘電率、すなわち、静電容量をより容易かつ確実に上昇させることができる。
【００１３】
本発明の絶縁膜では、前記強誘電体材料は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛、ニオブ酸ストロンチウムビスマス、ニオブ酸チタン酸ストロンチウムビスマスおよびタンタル酸ビスマスストロンチウムのうちの少なくとも１種を主成分とするものであることが好ましい。
これらの材料は、常温でも優れた強誘電性を有する。これにより、かかるゲート絶縁膜を備える半導体素子の駆動速度を向上させるとともに、半導体素子を不揮発性メモリに適用することもできる。
【００１４】
本発明の絶縁膜は、ゲート絶縁膜であることが好ましい。
かかる絶縁膜は、ゲート絶縁膜の適用に適する。
本発明の絶縁膜は、その比誘電率が４以上であることが好ましい。
絶縁膜の比誘電率を前記範囲内とすることにより、絶縁膜の静電容量をより上昇させ、かかる絶縁膜をゲート絶縁膜として備える半導体素子の駆動速度（スイッチング速度）をより向上させることができる。
【００１５】
本発明の絶縁膜では、前記絶縁性粒子は、主としてシリコン系化合物または熱可塑性樹脂で構成されていることが好ましい。
これらの材料は特に化学的に安定であり、また耐熱性および耐薬品性にも優れていることから、絶縁膜の膜強度をより向上させることができる。
本発明の絶縁膜では、前記シリコン系化合物は、シリカおよびシルセスキオキサン系化合物のうちの少なくとも１種であることが好ましい。
これらの材料は、耐熱性に特に優れているため、絶縁膜の製造プロセス中の熱に起因する劣化をより確実に抑制し、膜強度をより向上させることができる。
【００１６】
本発明の絶縁膜では、前記熱可塑性樹脂は、ポリイミド系樹脂およびフッ素系樹脂のうちの少なくとも１種であることが好ましい。
これらの材料は、熱可塑性樹脂のうち、耐熱性および耐薬品性に特に優れ、絶縁膜の製造プロセス中の熱や薬品との接触に起因する劣化をより確実に抑制し、膜強度をより向上させることができる。
【００１７】
本発明の絶縁膜では、前記絶縁性粒子は、その平均粒径が５〜１００ｎｍであることが好ましい。
これにより、絶縁膜中において絶縁性粒子をより均一に分散させることができ、絶縁膜の膜強度を向上させる効果がより顕著なものとなる。
本発明の絶縁膜は、その平均厚さが前記絶縁性粒子の平均粒径の３倍以上であることが好ましい。
これにより、絶縁膜は、絶縁性粒子の形状に影響を受けることが防止され、全体に渡って均一な厚さのものとなる。
【００１８】
本発明の絶縁膜は、そのヤング率が５〜１００ＧＰａであることが好ましい。
これにより、絶縁膜の剥離等をより確実に防止することができる。
本発明の絶縁膜の形成方法は、本発明の絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法であって、
前記絶縁性粒子で構成される集合体の間隙に、前記充填物の前駆体を含有する液状材料を充填する工程と、
前記前駆体を反応させ、前記充填物に変化させることにより前記絶縁膜を得る工程とを有することを特徴とする。
これにより、所望の比誘電率を有し、機械的強度に優れる絶縁膜を容易かつ確実に形成することができる。
【００１９】
本発明の絶縁膜の形成方法は、本発明の絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法であって、
前記充填物の前駆体と、前記絶縁性粒子とを含有する液状材料を供給する工程と、
前記前駆体を反応させ、前記充填物に変化させることにより前記絶縁膜を得る工程とを有することを特徴とする。
これにより、所望の比誘電率を有し、機械的強度に優れる絶縁膜を容易かつ確実に形成することができる。
【００２０】
本発明の絶縁膜の形成方法では、前記液状材料を供給する工程に先立って、前記液状材料中において、前記前駆体と前記絶縁性粒子とを均一に分散させる工程を有することが好ましい。
これにより、得られる絶縁膜中において、絶縁性粒子をより均一に分散させることができる。その結果、絶縁膜の各部における膜強度および比誘電率のバラツキをより確実に防止することができる。
【００２１】
本発明の絶縁膜の形成方法では、前記液状材料は、液状媒体を含有し、
前記前駆体を反応させるのに先立って、前記液状媒体の少なくとも一部を除去する工程を有することが好ましい。
これにより、次工程への移行に際し、絶縁性粒子の凝集や、前駆体の反応をより確実に生じさせることができる。その結果、得られる絶縁膜は、その膜強度がより向上する。
【００２２】
本発明の半導体素子は、本発明の絶縁膜を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性が高く、駆動速度等の性能に優れた半導体素子を得ることができる。
本発明の電子デバイスは、本発明の半導体素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性が高く、駆動速度等の性能に優れた電子デバイスを得ることができる。
本発明の電子機器は、本発明の電子デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性が高く、駆動速度等の性能に優れた電子機器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の絶縁膜、絶縁膜の形成方法、半導体素子、電子デバイスおよび電子機器について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
＜半導体素子＞
まず、本発明の絶縁膜を適用した半導体素子の構成について説明する。
図１は、本発明の絶縁膜を適用した半導体素子の実施形態を示す縦断面図、図２は、本発明の絶縁膜を示す図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図１および図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００２４】
図１に示す半導体素子１は、素子分離構造２４と、チャネル領域２１とソース領域２２とドレイン領域２３とを備える半導体基板（基材）２と、半導体基板２に接触して設けられたゲート絶縁膜（本発明の絶縁膜）３、層間絶縁膜（本発明の絶縁膜）４と、ゲート絶縁膜３を介してチャネル領域２１に対向して設けられたゲート電極５と、ゲート電極５の上方の層間絶縁膜４上に設けられた導電部６１と、ソース領域２２上方の層間絶縁膜４上に設けられ、ソース電極として機能する導電部６２と、ドレイン領域２３上方の層間絶縁膜４上に設けられ、ドレイン電極として機能する導電部６３と、ゲート電極５と導電部６１とを電気的に接続するコンタクトプラグ７１と、ソース領域２２と導電部６２とを電気的に接続するコンタクトプラグ７２と、ドレイン領域２３と導電部６３とを電気的に接続するコンタクトプラグ７３とを有している。
【００２５】
半導体基板２は、例えば、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン、ゲルマニウム、ヒ素化ガリウム等の半導体材料を主材料として構成される。
前述したように、この半導体基板２は、素子分離構造２４を有し、この素子分離構造２４によって区画形成された領域に、チャネル領域２１とソース領域２２とドレイン領域２３とを有している。
そして、チャネル領域２１の一方の側部にソース領域２２が形成され、チャネル領域２１の他方の側部にドレイン領域２３が形成された構成となっている。
【００２６】
素子分離構造２４は、トレンチ内に、例えばＳｉＯ２等の絶縁材料が埋め込まれて構成されている。これにより、隣接する素子同士が電気的に分離され、素子間での干渉が防止される。
チャネル領域２１は、例えば真性半導体材料で構成されている。
ソース領域２２およびドレイン領域２３は、それぞれ、例えば、Ｐ＋等のｎ型不純物が導入（ドープ）された半導体材料で構成されている。
【００２７】
なお、チャネル領域２１、ソース領域２２およびドレイン領域２３は、それぞれ、このような構成のものに限定されない。
例えば、ソース領域２２およびドレイン領域２３は、それぞれ、ｐ型不純物が導入された半導体材料で構成されてもよい。また、チャネル領域２１は、例えばｐ型またはｎ型不純物が導入された半導体材料で構成されてもよい。
【００２８】
このような半導体基板２は、絶縁膜（ゲート絶縁膜３、層間絶縁膜４）で覆われている。
層間絶縁膜４上には、導電部６１、導電部６２および導電部６３が設けられている。
前述したように、導電部６１は、チャネル領域２１の上方に形成され、導電部６２、６３は、それぞれソース領域２２、ドレイン領域２３の上方に形成されている。
【００２９】
また、ゲート絶縁膜３および層間絶縁膜４において、チャネル領域２１、ソース領域２２およびドレイン領域２３が形成された領域内には、それぞれ、ゲート電極５に連通する孔部（コンタクトホール）、ソース領域２１に連通する孔部、ドレイン領域２３に連通する孔部が形成されており、これらの孔部内に、それぞれコンタクトプラグ７１、７２、７３が設けられている。
【００３０】
導電部６１は、コンタクトプラグ７１を介してゲート電極５に接続され、導電部６２は、コンタクトプラグ７２を介してソース領域２２に接続され、導電部６３は、コンタクトプラグ７３を介してドレイン領域２３に接続されている。
ゲート絶縁膜３は、チャネル領域２１とゲート電極５を絶縁している。また、層間絶縁膜４は、例えば、ゲート電極（導電体）５と各導電部（導電体）６２および６３とを絶縁している。
このような半導体素子１のゲート絶縁膜３および層間絶縁膜４に、本発明の絶縁膜を適用することができる。以下、本発明の絶縁膜について詳述する。
【００３１】
本発明の絶縁膜は、図２に示すように、絶縁性粒子４１の集合体４３の間隙４４を、絶縁膜の膜強度を向上させる絶縁性の充填物４２で充填してなるものである。そして、充填物４２の比誘電率と、絶縁性粒子４１の比誘電率とが異なっている。
前述したように、従来の絶縁膜は、内部に空隙を有しているため、膜の構造上、その材料の物性等によっては膜強度（機械的強度）が極端に低下し、製造プロセス中の化学的機械研磨等において、絶縁膜の剥離等の問題が生じる場合があった。
【００３２】
これに対して、本発明の絶縁膜は、図２に示すように絶縁性粒子４１の集合体４３の間隙４４を、絶縁性の充填物４２で充填している。これにより、本発明の絶縁膜の膜強度には、絶縁性粒子４１同士の分子間力に、さらに、充填物４２による結合力（充填物４２内部の共有結合を主とする結合力）が付加される。共有結合の結合力は、分子間力に比べて極めて大きく、これにより絶縁膜中の絶縁性粒子４１同士の結合を補強することができる。すなわち、絶縁膜の膜強度を向上させることができる。その結果、化学的機械研磨等での剥離等を防止することができ、かかる絶縁膜を備える半導体素子１は、その信頼性が向上する。
【００３３】
このような絶縁膜の膜強度は、ヤング率で５〜１００ＧＰａ程度であるのが好ましく、１０〜８０ＧＰａ程度であるのがより好ましい。膜強度が前記範囲内にあることにより、絶縁膜の剥離等をより確実に防止することができる。
また、充填物４２の機械的強度（ヤング率）は、絶縁性粒子４１のそれに比べて大きいのが好ましく、特に限定されないが、５ＧＰａ以上であるのが好ましく、１０ＧＰａ以上であるのがより好ましい。これにより、絶縁膜の膜強度をより確実に向上させることができる。
【００３４】
また、絶縁性粒子４１の平均粒径は、５〜１００ｎｍ程度であるのが好ましく、１０〜８０ｎｍ程度であるのがより好ましい。これにより、充填物４２と絶縁性粒子４１とがより均一に分布し、前記効果がより顕著なものとなる。
また、絶縁膜の平均厚さは、絶縁性粒子４１の平均粒径の３倍以上であるのが好ましく、５倍以上であるのがより好ましい。これにより、絶縁膜は、絶縁性粒子４１の形状に影響を受けることが防止され、全体に渡って均一な厚さのものとなる。
【００３５】
また、本発明では、充填物４２として、絶縁性粒子４１の比誘電率と異なる比誘電率の粒子を用いることにより、絶縁膜全体としての比誘電率を所望の値に容易に調整することができる。
これにより、従来の空隙を有する絶縁膜で生じる問題点を解消し得る絶縁膜、すなわち、膜強度の低下を防止しつつ、所望の比誘電率を有する絶縁膜を得ることができる。
【００３６】
例えば、I：充填物４２として、絶縁性粒子４１の比誘電率より低い比誘電率の材料を用いることにより、絶縁膜全体としての比誘電率が低下する。かかる絶縁膜は、層間絶縁膜に適用することができる。また、II：充填物４２として、絶縁性粒子４１の比誘電率より高い比誘電率の材料を用いることにより、絶縁膜全体としての比誘電率が上昇する。かかる絶縁膜は、ゲート絶縁膜に適用することができる。
【００３７】
ここで、絶縁性粒子４１の構成材料としては、例えば、シリカ（ＳｉＯｘ）、ハイドロジェンシルセスキオキサン（ＨＳＱ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）のようなシルセスキオキサン系化合物のようなシリコン酸化物等のシリコン系化合物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリブテンのようなオレフィン系樹脂、ポリスチレン、ポリアミドイミド、ポリビニルフェニレン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリジクロロパラキシリレンのようなポリパラキシリレン系化合物、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のようなアクリル系樹脂、フッ素化ポリイミドのようなポリイミド系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素系樹脂等の熱可塑性樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）のようなベンゾシクロブテン系樹脂、ポリビニルフェノールあるいはノボラック樹脂のようなフェノール系樹脂等の熱可塑性樹脂、アモルファスカーボンのような炭素系化合物等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの材料は、化学的に安定であり、後述する充填物４２との反応性が乏しいことから、絶縁性粒子４１の構成材料として好適なものである。
【００３８】
このうち、絶縁性粒子４１の構成材料としては、特に、シリコン系化合物または熱可塑性樹脂を主とするものが好ましい。これらの材料は、特に化学的に安定であり、また耐熱性および耐薬品性にも優れていることから、絶縁性粒子４１の構成材料として特に好適である。
さらに、シリコン系化合物としては、シリカおよびシルセスキオキサン系化合物のうちの少なくとも１種であるのがより好ましい。これらの材料は、耐熱性に特に優れているため、絶縁膜の製造プロセス中の熱に起因する劣化をより確実に抑制し、膜強度をより向上させることができる。
また、熱可塑性樹脂としては、ポリイミド系樹脂およびフッ素系樹脂のうちの少なくとも１種であるのがより好ましい。これらの材料は、熱可塑性樹脂のうち、耐熱性および耐薬品性に特に優れ、絶縁膜の製造プロセス中の熱や薬品との接触に起因する劣化をより確実に抑制し、膜強度をより向上させることができる。
【００３９】
また、Iの場合、充填物４２としては、絶縁性粒子４１の構成材料に応じて適宜選択すればよく、特に限定されないが、例えば、炭素含有シリカ（ＳｉＯＣ）、フッ素含有シリカ（ＳｉＯＦ）、ハイドロジェンシルセスキオキサン（ＨＳＱ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）のようなシルセスキオキサン系化合物等のシリコン系化合物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリブテンのようなオレフィン系樹脂、ポリスチレン、ポリアミドイミド、ポリビニルフェニレン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリジクロロパラキシリレンのようなポリパラキシリレン系化合物、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のようなアクリル系樹脂、フッ素化ポリイミドのようなポリイミド系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素系樹脂等の熱可塑性樹脂、ポリビニルフェノールあるいはノボラック樹脂のようなフェノール系樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）のようなベンゾシクロブテン系樹脂のような熱硬化性樹脂、アモルファスカーボンのような炭素系化合物等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの材料は、比誘電率が低く、機械的強度（ヤング率）が高いため、層間絶縁膜の比誘電率を低減させつつ機械的強度を向上させることができる。
【００４０】
このうち、充填物４２としては、特に、シリコン系化合物を主材料として構成されるものが好ましい。シリコン系化合物は、比誘電率が特に低いため、層間絶縁膜の比誘電率をより低減させることができる。
さらに、シリコン系化合物としては、炭素含有シリカ、フッ素含有シリカおよびシルセスキオキサン系化合物のうちの少なくとも１種であるのがより好ましい。これらの材料は、耐熱性に特に優れているため、層間絶縁膜の製造プロセス中の熱に起因する劣化をより確実に抑制し、膜強度をより向上させることができる。
【００４１】
特に、絶縁性粒子４１はシリカまたはポリイミド系樹脂を主材料とし、充填物４２はシルセスキオキサン系化合物を主材料とする組み合わせが、層間絶縁膜を構成する上で最適である。
シリカおよびポリイミド系樹脂は、いずれも、機械的強度、耐熱性および耐薬品性が特に高いため、層間絶縁膜の製造プロセス中の劣化をより確実に防止することができる。一方、シルセスキオキサン系化合物は、比誘電率が特に低いため、層間絶縁膜を介した配線（導電体）間に生じる配線間容量をより低減することができる。したがって、両者を組み合わせて用いると、それらの相乗効果により、層間絶縁膜にもたらす前記効果が特に顕著になる。
【００４２】
このような層間絶縁膜の比誘電率は、３．８以下であるのが好ましく、３以下であるのがより好ましく、２．５以下であるのがさらに好ましい。層間絶縁膜の比誘電率を前記範囲内とすることにより、層間絶縁膜を介した配線（導電体）間に生じる配線間容量をより確実に低減し、配線における信号遅延をより確実に抑制することができる。
一方、IIの場合、充填物４２は、絶縁性粒子４１の構成材料に応じて適宜選択すればよく、特に限定されないが、前述したものの他に、例えば高誘電体材料または強誘電体材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、特に高誘電体材料または強誘電体材料を主とするものが好ましい。これらの材料は、比誘電率が比較的高いため、ゲート絶縁膜の比誘電率、すなわち、静電容量を上昇させ、かかるゲート絶縁膜を備える半導体素子１の駆動速度（スイッチング速度）を向上させることができる。
【００４３】
このうち、高誘電体材料には、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化スカンジウム、チタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）のような酸化物系の高誘電体材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの材料は、比誘電率および機械的強度（ヤング率）が比較的高いため、充填物４２として用いることにより、ゲート絶縁膜の比誘電率をより上昇させるとともに、機械的強度をより向上させることができる。
【００４４】
これらの中でも、高誘電体材料としては、酸化物系の高誘電体材料、特に、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ランタンおよび酸化スカンジウムのうちの少なくとも１種を主成分とするものが好ましい。これらの酸化物系の高誘電体材料は、比誘電率が特に高いため、充填物４２として用いることにより、ゲート絶縁膜の比誘電率、すなわち、静電容量をより容易かつ確実に上昇させることができる。
【００４５】
また、強誘電体材料には、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）のようなペロブスカイト構造化合物、ニオブ酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＮ）、ニオブ酸チタン酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴＮ）、タンタル酸ビスマスストロンチウム（ＳＢＴ）のようなＢｉ層状構造化合物等の酸化物系の強誘電体材料、テトラフルオロマグネシウム酸バリウム等の非酸化物系の強誘電体材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの材料は、比誘電率が高く、分極の反転およびそのヒステリシス現象等の特性（強誘電性）を有する。これにより、かかるゲート絶縁膜を備える半導体素子１の駆動速度を向上させるとともに、半導体素子１を不揮発性メモリに適用することもできる。
【００４６】
これらの中でも、強誘電体材料としては、酸化物系の強誘電体材料、特に、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛、ニオブ酸ストロンチウムビスマス、ニオブ酸チタン酸ストロンチウムビスマスおよびタンタル酸ビスマスストロンチウムのうちの少なくとも１種を主成分とするものが好ましい。これらの材料は、常温でも優れた強誘電性を有するため、前記効果が特に顕著なものとなる。
【００４７】
このようなゲート絶縁膜の比誘電率は、４以上であるのが好ましく、１０以上であるのがより好ましく、１５以上であるのがさらに好ましい。ゲート絶縁膜の比誘電率を前記範囲内とすることにより、ゲート絶縁膜の静電容量をより上昇させ、半導体素子１の駆動速度（スイッチング速度）をより向上させることができる。
以上で説明したような半導体素子１は、例えば、次のように製造することができる。
図３〜図７は、それぞれ、図１に示す半導体素子の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図３〜図７中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００４８】
［１］  まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板２上に、例えば選択酸化法（ＬＯＣＯＳ法）等により、トレンチ素子分離構造２４を形成する。
これにより、半導体基板２上に、素子形成領域が区画形成される。
［２］  次に、半導体基板２にイオンドープを行い、ウェルを形成する。
例えば、ｐウェルを形成する場合には、Ｂ＋イオン等のｐ型不純物をドープし、ｎウェルを形成する場合には、Ｐ＋イオン等のｎ型不純物をドープする。
【００４９】
［３］  次に、図３（ｂ）に示すように、半導体基板２上に、例えばＣＶＤ法等により、ゲート絶縁膜３を形成する。
これにより、半導体基板２上に、ゲート電極５とチャネル領域２１とを絶縁するゲート絶縁膜３が形成される。
このゲート絶縁膜３および後述する層間絶縁膜４の形成に、本発明の絶縁膜の形成方法が適用される。
なお、本発明の絶縁膜の形成方法については、後の工程［７］（層間絶縁膜４の形成工程）において詳述する。
【００５０】
［４］  次に、図３（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜３上に、導電膜５１を形成する。
この導電膜５１は、ゲート絶縁膜３上に、例えばＣＶＤ法等により、多結晶シリコン等を堆積させて形成することができる。
［５］  次に、導電膜５１上に、例えばフォトリソグラフィー法等により、ゲート電極５の形状に対応するレジストマスクを形成する。
そして、このレジストマスクを介して導電膜５１の不要部分をエッチングにより除去する。これにより、図４（ｄ）に示すようなゲート電極５が得られる。
このエッチングには、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５１】
［６］  次に、図４（ｅ）に示すように、半導体基板２のゲート電極５の両側にイオンドープを行い、ソース領域２２およびドレイン領域２３を形成する。
このとき、ｐ型不純物によりウェルを形成した場合には、Ｐ＋イオン等のｎ型不純物をドープすることにより、ソース領域２２およびドレイン領域２３を形成する。
一方、ｎ型不純物によりウェルを形成した場合には、Ｂ＋イオン等のｐ型不純物をドープすることにより、ソース領域２２およびドレイン領域２３を形成する。
【００５２】
［７］  次に、各部が形成された半導体基板２上に、層間絶縁膜４を形成する。
前述したように、この層間絶縁膜４の形成に、本発明の絶縁膜の形成方法が適用される。
以下、本発明の絶縁膜の形成方法を層間絶縁膜４の形成方法に適用した場合を一例に説明する。
【００５３】
＜第１実施形態＞
まず、層間絶縁膜の形成方法の第１実施形態について説明する。
なお、第１実施形態の層間絶縁膜の形成方法を「間隙充填方法」と言う。
図５に示す層間絶縁膜の形成方法は、半導体基板２上に、絶縁性粒子４１で構成される集合体４３を形成する集合体形成工程と、形成された集合体４３の間隙４４に、充填物４２の前駆体（以下、単に「前駆体」と言う。）を含有する液状材料４０ａを充填する液状材料充填工程と、液状材料４０ａ中の前駆体を反応させ、充填物４２に変化させる前駆体反応工程とを有している。
以下、各工程について順次説明する。
【００５４】
［７−１Ａ］  集合体形成工程
まず、絶縁性粒子４１と分散媒とを混合して、分散液を調製する。
分散媒としては、例えば、硝酸、硫酸、アンモニア、過酸化水素、水、二硫化炭素、四塩化炭素、エチレンカーボネイト等の無機溶媒や、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、アセトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、メチルイソプロピルケトン（ＭＩＰＫ）、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、グリセリン等のアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、テトラヒドロピラン（ＴＨＰ）、アニソール、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグリム）、ジエチレングリコールエチルエーテル（カルビトール）等のエーテル系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、フェニルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒、ヘキサン、ペンタン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒、トルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドン等の芳香族複素環化合物系溶媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化合物系溶媒、酢酸エチル、酢酸メチル、ギ酸エチル等のエステル系溶媒、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スルホラン等の硫黄化合物系溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル系溶媒、ギ酸、酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸系溶媒のような各種有機溶媒、または、これらを含む混合溶媒等が挙げられる。
また、分散液中には、必要に応じて、分散媒への絶縁性粒子４１の分散性を向上させる分散剤を添加するようにしてもよい。
【００５５】
分散剤としては、特に限定されないが、例えば、トリステアリン酸金属塩（例えば、アルミニウム塩等）、ジステアリン酸金属塩（例えば、アルミニウム塩、バリウム塩等）、ステアリン酸金属塩（例えば、カルシウム塩、鉛塩、亜鉛塩等）、リノレン酸金属塩（例えば、コバルト塩、マンガン塩、鉛塩、亜鉛塩等）、オクタン酸金属塩（例えば、アルミニウム塩、カルシウム塩、コバルト塩等）、オレイン酸金属塩（例えば、カルシウム塩、コバルト塩等）、パルミチン酸金属塩（例えば、亜鉛塩等）、ナフテン酸金属塩（例えば、カルシウム塩、コバルト塩、マンガン塩、鉛塩、亜鉛塩等）、レジン酸金属塩（例えば、カルシウム塩、コバルト塩、マンガン鉛塩、亜鉛塩等）、ポリアクリル酸金属塩（例えば、ナトリウム塩等）、ポリメタクリル酸金属塩（例えば、ナトリウム塩等）、ポリマレイン酸金属塩（例えば、ナトリウム塩等）、アクリル酸−マレイン酸共重合体金属塩（例えば、ナトリウム塩等）、ポリスチレンスルホン酸金属塩（例えば、ナトリウム塩等）のようなアニオン性の有機系分散剤、４級アンモニウム塩のようなカチオン性の有機系分散剤、燐酸三カルシウムのような無機系分散剤等の不揮発性の分散剤、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレングリコールのようなノニオン性の有機系分散剤等の揮発性の分散剤等が挙げられる。また、これらの分散剤は、１種または２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００５６】
これらの中でも、分散剤としては、特に、不揮発性の分散剤が好ましい。この場合、不揮発性の分散剤は、層間絶縁膜４の形成後（完成後）には、粒子（第２の絶縁性粒子）となって層間絶縁膜４中に残留し、層間絶縁膜４の膜強度の更なる向上に寄与する。
また、不揮発性の分散剤は、分散液中における含有量によっては、層間絶縁膜４中に残留することにより、層間絶縁膜４全体の比誘電率にも影響を及ぼす。かかる場合には、不揮発性の分散媒の比誘電率を考慮して、用いる充填物４２の量を調整するようにする。
【００５７】
このように、分散液中に不揮発性の分散剤を添加することにより、この分散剤に、分散剤としての本来の機能に加えて、層間絶縁膜４の膜強度および／または比誘電率の調整を行う機能を発揮させることができる。
分散液が分散剤を含有する場合、分散液中における分散剤の含有量は、特に限定されないが、１．５ｗｔ％以下であるのが好ましく、０．０１〜１．０ｗｔ％程度であるのがより好ましい。
【００５８】
また、不揮発性の分散剤を用いる場合、層間絶縁膜４の成膜後、層間絶縁膜４中における分散剤の含有量は、特に限定されないが、１．０ｗｔ％以下であるのが好ましく、０．０１〜０．５ｗｔ％程度であるのがより好ましい。これにより、前記効果をより顕著に発揮させることができる。
また、このとき、分散液中において、分散媒と絶縁性粒子４１とを均一に分散させるようにするのが好ましい。これにより、均一な膜厚かつ均質な集合体４３、ひいては、均一な膜厚かつ均質な層間絶縁膜４を得ることができる。その結果、層間絶縁膜４の各部における膜強度および比誘電率のバラツキをより確実に防止することができる。
【００５９】
この分散媒と絶縁性粒子４１とを均一に分散させる方法としては、例えば、分散液を十分に撹拌する方法、分散液に超音波を与える方法等が挙げられる。
次に、調製した分散液を、半導体基板２上に供給して、液状被膜を形成する。
分散液の供給方法としては、特に限定されないが、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法およびインクジェット法等を用いることができる。
【００６０】
これらの方法の中でも、特にスピンコート法を用いるのが好ましい。スピンコート法によれば、分散液を半導体基板２上に効率よく均一に供給することができる。
次に、液状被膜に対して、液状被膜中の分散媒を除去する分散媒除去処理を行う。
これにより、液状被膜中の分散媒が除去され、図５（ｆ）に示すように、絶縁性粒子４１で構成される集合体４３を得ることができる。
分散媒を除去する方法としては、例えば、加熱、大気圧または減圧雰囲気下での放置、不活性ガス（例えば、窒素ガス等）の噴射等の方法が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。この中でも、加熱による方法が特に好ましい。これにより、容易かつ均一に分散媒の除去を行うことができる。
【００６１】
［７−２Ａ］  液状材料充填工程
次に、前駆体を所定の溶媒（液状媒体）に溶解して液状材料４０ａを調製する。
溶媒としては、前記工程［７−１Ａ］の分散媒として示しものと同様のものを用いることができる。
また、液状材料４０ａには、必要に応じて、前駆体の反応性を向上させる触媒等の添加物を添加してもよい。
【００６２】
次に、図５（ｇ）に示すように、調製した液状材料４０ａを、集合体４３の間隙４４に充填するように供給する。
液状材料４０ａの供給には、前記工程［７−１Ａ］に示す分散液の供給方法と同様の方法を用いることができる。
集合体４３に供給された液状材料４０ａは、毛細管現象によって集合体４３の間隙４４に浸透する。これにより、間隙４４に液状材料４０ａを充填することができる。
【００６３】
なお、液状材料４０ａを間隙４４に充填した後、液状材料４０ａに対して、液状材料４０ａ中の溶媒の少なくとも一部を除去してもよい。
溶媒を除去する処理には、前記工程［７−１Ａ］に分散媒除去処理として示した方法と同様の方法を用いることができるが、その中でも、加熱による方法が特に好ましい。これにより、容易かつ均一に溶媒の除去を行うことができる。
予め溶媒の一部または全部を除去することにより、前駆体の充填物４２への変化を、より確実かつ迅速に進行させることができる。
なお、本工程は、必要に応じて、省略することもできる。
【００６４】
［７−３Ａ］  前駆体反応工程
次に、前駆体を反応させ、充填物４２に変化させる。これにより、充填物４２が絶縁性粒子４１を包含するように固化して、図５（ｈ）に示すように、半導体基板２上に層間絶縁膜４が形成される。
この反応には、前駆体の種類等に応じて適宜選択され、特に限定されず、例えば、加熱、大気圧または減圧雰囲気下での放置、不活性ガス（例えば、窒素ガス等）の噴射、光照射、通気遮断等の方法を用いることができるが、特に加熱による方法を用いるのが好ましい。かかる方法によれば、前駆体を均一かつ効率よく反応させることができ、また、反応を容易に行うことができるという利点を有する。換言すれば、前駆体としては、熱により反応するものを用いるのが好ましい。
【００６５】
この場合、加熱の際の温度は、前記前駆体の種類にもよるが、５０〜４５０℃程度であるのが好ましく、１００〜４００℃程度であるのがより好ましい。加熱の際の温度が前記下限値未満である場合、前駆体へ熱エネルギーが十分に付与されず、反応に長い時間を要するおそれがある。一方、加熱の際の温度が前記上限値を越える場合、前駆体が熱によって変質するおそれがある。
【００６６】
また、加熱の際の時間は、加熱の際の温度にもよるが、０．５〜１２０分程度であるのが好ましく、１〜６０分程度であるのがより好ましい。加熱の際の時間が前記下限値未満である場合、反応に長い時間を要するおそれがある。一方、加熱の際の時間が前記上限値を超えてもよいが、反応がほぼ完了しているため、それ以上の効果の増大を期待できない。
また、加熱の際の雰囲気は、液状媒体の蒸気圧等に応じて適宜設定すればよく特に限定されないが、例えば、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の不活性雰囲気や、減圧雰囲気であるのが好ましい。これにより、絶縁性粒子４１および／または充填物４２に生じる、酸化等による変質、劣化をより確実に抑制することができる。
【００６７】
＜第２実施形態＞
次に、層間絶縁膜の形成方法の第２実施形態について説明する。
なお、第２実施形態の層間絶縁膜の形成方法を「粒子分散方法」と言う。
以下、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００６８】
図６に示す層間絶縁膜の形成方法は、充填物４２の前駆体（以下、単に「前駆体」と言う。）と、絶縁性粒子４１と、分散媒とを含有する分散液（液状材料）を調製する分散液調製工程と、調製された分散液を半導体基板２上に供給して、液状被膜４０ｂを形成する液状被膜形成工程と、形成された液状被膜４０ｂ中の分散媒の少なくとも一部を除去する分散媒除去工程と、液状被膜４０ｂ中の前駆体を反応させ、充填物４２に変化させる前駆体反応工程とを有している。
以下、各工程について順次説明する。
【００６９】
［７−１Ｂ］  分散液調製工程
まず、前駆体と絶縁性粒子４１と分散媒とを混合して、分散液を調製する。
この分散媒の調製は、前記工程［７−１Ａ］と同様にして行うことができる。
また、分散液には、必要に応じて、絶縁性粒子４１の分散性を向上させる分散剤や前駆体の反応性を向上させる触媒等の添加物を添加してもよい。
【００７０】
特に、分散剤として不揮発性の分散剤を用いることにより、前記と同様の効果が得られる。
また、このとき、分散液中において、前駆体と絶縁性粒子４１とを均一に分散させるようにするのが好ましい。これにより、得られる層間絶縁膜４中における絶縁性粒子４１の密度がバラツクのを防止することができる。その結果、層間絶縁膜４の各部における膜強度および比誘電率のバラツキをより確実に防止することができる。
【００７１】
［７−２Ｂ］  液状被膜形成工程
次に、調製した分散液を、図６（ｆ’）に示すように、半導体基板２上に供給して、液状被膜４０ｂを形成する。
分散液は、前記工程［７−１Ａ］と同様にして、半導体基板２上に供給することができる。
【００７２】
［７−２Ｃ］  分散媒除去工程
次に、液状被膜４０ｂの形成後、液状被膜４０ｂに対して、液状被膜４０ｂ中の分散媒の少なくとも一部を除去する。
次工程［７−２Ｄ］では、後述するように、液状被膜４０ｂ中において、絶縁性粒子４１が沈降、凝集するとともに、前駆体が反応して充填物４２に変化し、この充填物４２が凝集した絶縁性粒子４１同士を繋ぎとめるように作用する。
このため、本工程［７−２Ｃ］において、分散媒の少なくとも一部を除去しておくことにより、絶縁性粒子４１の凝集や、前駆体の反応をより確実に生じさせることができる。その結果、得られる層間絶縁膜４は、その膜強度がより向上する。
【００７３】
［７−２Ｄ］  前駆体反応工程
次に、前駆体を反応させ、充填物４２に変化させる。これにより、液状被膜４０ｂ中では、絶縁性粒子４１が沈降、凝集するとともに、生成した充填物４２が絶縁性粒子４１同士の間の空間を埋めるように固化して、図６（ｇ’）に示すように、層間絶縁膜４が形成される。
なお、分散液を調製する際に、例えば、分散媒および絶縁性粒子４１の比重の関係、分散媒の粘度、分散剤の添加の有無、分散剤を添加する場合の分散剤の添加量等を適宜設定することにより、液状被膜４０ｂ中において絶縁性粒子４１をより確実に沈降、凝集させることができる。その結果、層間絶縁膜４を確実に形成することができる。
【００７４】
前駆体の反応には、前駆体の種類等に応じて適宜選択され、特に限定されず、例えば、加熱、大気圧または減圧雰囲気下での放置、不活性ガス（例えば、窒素ガス等）の噴射、光照射、通気遮断等の方法を用いることができるが、特に加熱による方法を用いるのが好ましい。かかる方法によれば、前駆体を均一かつ効率よく反応させることができ、また、反応を容易に行うことができるという利点を有する。換言すれば、前駆体としては、熱により反応するものを用いるのが好ましい。
以上のような方法を用いることにより、所望の比誘電率を有し、機械的強度に優れる層間絶縁膜（本発明の絶縁膜）４を容易かつ確実に形成することができる。
【００７５】
また、このようにして得られる層間絶縁膜４は、緻密なものとなるので、吸湿に伴う膜の特性の劣化を好適に防止することもできる。
また、層間絶縁膜４に対しては、必要に応じて、その上面の凹凸を低減して平坦化してもよい。
これは、例えば、化学的機械研磨（ＣＭＰ）、スパッタリング、プラズマ処理等により行うことができる。
【００７６】
化学的機械研磨では、研磨される被対象物の表面を、鉛直下方として研磨パッドに押し付け、これらの一方または双方を回転させつつ、化学的作用と機械的作用を利用して表面を平坦化する。この際、層間絶縁膜４に対してせん断応力が生じる。
前述のように、層間絶縁膜４の機械的強度を向上させることにより、層間絶縁膜４の前記せん断応力に対する耐性の向上を図ることができる。したがって、前記せん断応力によって、層間絶縁膜４にクラックが生じる等の問題をより確実に防止することができる。
【００７７】
［８］  次に、層間絶縁膜４上に、例えばフォトリソグラフィー法等により、コンタクトホールに対応する部分が開口したレジストマスクを形成する。
そして、このレジストマスクを介して、層間絶縁膜４の不要部分をエッチングにより除去する。これにより、図７（ｉ）に示すように、チャネル領域２１、ソース領域２２、ドレイン領域２３のそれぞれに対応して、コンタクトホール４５、４６、４７が形成される。
【００７８】
［９］  次に、コンタクトホール４５、４６、４７の内部を含めて層間絶縁膜４上に、例えばＣＶＤ法等により、導電性材料を堆積させ、導電膜を形成する。
［１０］  次に、導電膜上に、例えばフォトリソグラフィー法等により導電部の形状に対応するレジストマスクを形成する。
そして、このレジストマスクを介して、導電膜の不要部分をエッチングにより除去する。これにより、図７（ｊ）に示すように、チャネル領域２１、ソース領域２２、ドレイン領域２３のそれぞれに対応して導電部６１、６２、６３およびコンタクトプラグ７１、７２、７３が形成される。
以上のような工程を経て、半導体素子１が製造される。
【００７９】
＜電子デバイス＞
前述したような半導体素子１は、各種電子デバイスに適用される。
以下では、本発明の電子デバイスを透過型液晶表示装置に適用した場合を代表に説明する。
図８は、本発明の電子デバイスを透過型液晶表示装置に適用した場合の実施形態を示す分解斜視図である。
【００８０】
なお、図８では、図が繁雑となるのを避けるため一部の部材を省略している。また、以下の説明では、図７中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図８に示す透過型液晶表示装置１０（以下、単に「液晶表示装置１０」と言う。）は、液晶パネル（表示パネル）２０と、バックライト（光源）６０とを有している。
この液晶表示装置１０は、バックライト６０からの光を液晶パネル２０に透過させることにより画像を表示し得るものである。
【００８１】
液晶パネル２０は、互いに対向して配置された第１の基板２２０と第２の基板２３０とを有し、これらの第１の基板２２０と第２の基板２３０との間には、表示領域を囲むようにしてシール材（図示せず）が設けられている。
そして、これらの第１の基板２２０、第２の基板２３０およびシール材により画成される空間には、電気光学物質である液晶が収納され、液晶層２４０が形成されている。すなわち、第１の基板２２０と第２の基板２３０との間に、液晶層２４０が介挿されている。
【００８２】
なお、図示は省略したが、液晶層２４０の上面および下面には、それぞれ、例えばポリイミド等で構成される配向膜が設けられている。これらの配向膜により液晶層２４０を構成する液晶分子の配向性（配向方向）が規制されている。
第１の基板２２０および第２の基板２３０は、それぞれ、例えば、各種ガラス材料、各種樹脂材料等で構成されている。
【００８３】
第１の基板２２０は、その上面（液晶層２４０側の面）２２１に、マトリックス状（行列状）に配置された複数の画素電極２２３と、Ｘ方向に延在する走査線２２４と、Ｙ方向に延在する信号線２２８とが設けられている。
各画素電極２２３は、透明性（光透過性）を有する透明導電膜により構成され、それぞれ、１つの半導体素子（本発明の半導体素子）１を介して、走査線２２４および信号線２２８に接続されている。
【００８４】
また、第１の基板２２０の下面には、偏光板２２５が設けられている。
一方、第２の基板２３０は、その下面（液晶層２４０側の面）２３１に、複数の帯状をなす対向電極２３２が設けられている。これらの対向電極２３２は、互いに所定間隔をおいてほぼ平行に配置され、かつ、画素電極２２３に対向するように配列されている。
画素電極２２３と対向電極２３２とが重なる部分およびその近傍の部分が１画素を構成し、これらの電極間で充放電を行うことにより、各画素毎に、液晶層２４０の液晶が駆動、すなわち、液晶の配向状態が変化する。
【００８５】
対向電極２３２も、前記画素電極２２３と同様に、透明性を有する透明導電膜により構成されている。
各対向電極２３２の下面には、それぞれ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の有色層（カラーフィルター）２３３が設けられ、これらの各有色層２３３がブラックマトリックス２３４によって仕切られている。
【００８６】
ブラックマトリックス２３４は、遮光機能を有し、例えば、クロム、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、亜鉛、チタンのような金属、カーボン等を分散した樹脂等で構成されている。
また、第２の基板２３０の上面には、前記偏光板２２５とは偏光軸が異なる偏光板２３５が設けられている。
【００８７】
このような構成の液晶パネル２０では、バックライト６０から発せられた光は、偏光板２２５で偏光された後、第１の基板２２０および各画素電極２２３を介して、液晶層２４０に入射する。液晶層２４０に入射した光は、各画素毎に配向状態が制御された液晶により強度変調される。強度変調された各光は、有色層２３３、対向電極２３２および第２の基板２３０を通過した後、偏光板２３５で偏光され、外部に出射する。これにより、液晶表示装置１０では、第２の基板２３０の液晶層２４０と反対側から、例えば、文字、数字、図形等のカラー画像（動画および静止画の双方を含む）を視認することができる。
なお、以上の説明では、本発明の電子デバイスとして、アクティブマトリックス駆動方式の透過型液晶表示装置に適用した場合を代表に説明したが、その他、本発明の電子デバイスは、反射型液晶表示装置や、有機または無機のＥＬ表示装置、電気泳動表示装置に適用することもできる。
【００８８】
＜電子機器＞
前述したような液晶表示装置１０（本発明の電子デバイス）は、各種電子機器の表示部に用いることができる。
図９は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
【００８９】
この図において、パーソナルコンピュータ１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このパーソナルコンピュータ１１００においては、表示ユニット１１０６が前述の液晶表示装置（電気光学装置）１０を備えている。
【００９０】
図１０は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６とともに、前述の液晶表示装置（電気光学装置）１０を表示部に備えている。
【００９１】
図１１は、本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
【００９２】
ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、前述の液晶表示装置１０が表示部に設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、被写体を電子画像として表示するファインダとして機能する。
ケースの内側には、回路基板１３０８が設置されている。この回路基板１３０８は、撮像信号を記憶（格納）し得るメモリが設置されている。
【００９３】
また、ケース１３０２の正面側（図示の構成では裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者や表示部に表示された被写体像を確認し、シャッタボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、回路基板１３０８のメモリに転送・格納される。
【００９４】
また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示のように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニタ１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピュータ１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、回路基板１３０８のメモリに格納された撮像信号が、テレビモニタ１４３０や、パーソナルコンピュータ１４４０に出力される構成になっている。
【００９５】
なお、本発明の電子機器は、図９のパーソナルコンピュータ（モバイル型パーソナルコンピュータ）、図１０の携帯電話機、図１１のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、テレビや、ビデオカメラ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器（例えば金融機関のキャッシュディスペンサー、自動券売機）、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電表示装置、超音波診断装置、内視鏡用表示装置）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレータ、その他各種モニタ類、プロジェクター等の投射型表示装置等に適用することができる。
【００９６】
以上、本発明の絶縁膜、絶縁膜の形成方法、半導体素子、電子デバイスおよび電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することもできる。
なお、本発明の絶縁膜は、前述したような半導体素子のゲート絶縁膜および層間絶縁膜の他、例えば、低誘電率の絶縁膜は、多層配線基板の絶縁膜等に、また、高誘電率の絶縁膜は、不揮発性メモリの記録層等にそれぞれ適用することもできる。
【実施例】
【００９７】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．絶縁膜の作製
（実施例１）
まず、メタノール（分散媒）にシリカ粒子（絶縁性粒子）とを添加し、超音波を与えつつ混合して分散液（液状材料）を調製した。
【００９８】
次に、Ａｌ配線を形成した多結晶シリコン基板を用意し、この基板上にスピンコート法によって分散液を塗布し、液状被膜を得た。
次に、この液状被膜を加熱して、分散媒を除去することにより、基板上にシリカ粒子で構成される集合体を得た。
なお、シリカ粒子は、その平均粒径が１００ｎｍのものを使用した。
以下に、加熱の条件を示す。
【００９９】
・加熱温度  ：８０℃
・加熱時間  ：５分
・加熱雰囲気：窒素雰囲気
次に、液状材料としてハイドロジェンシルセスキオキサン（充填物）の前駆体溶液（ダウ・コーニング社製、「ＦＯｘ」）を、得られた集合体上にスピンコート法によって供給し、集合体の間隙に充填した。
【０１００】
次に、溶液が充填された集合体を加熱して、溶液中の溶媒の一部を除去した。
次に、溶液が充填された集合体を、前記加熱の温度より高い温度で再度加熱して、ハイドロジェンシルセスキオキサンの前駆体を反応、固化させて、基板上に絶縁膜を得た。この絶縁膜の平均厚さは、４６５ｎｍであった。
以下に、再加熱の際の加熱の条件を示す。
【０１０１】
・加熱温度  ：３００℃
・加熱時間  ：５分
・加熱雰囲気：窒素雰囲気
なお、シリカ単体の比誘電率は４．０、ハイドロジェンシルセスキオキサン単体の比誘電率は２．９である。
【０１０２】
（実施例２〜３）
絶縁性粒子の平均粒径を、それぞれ、表１に示すようにした以外は、前記実施例１と同様にして絶縁膜を得た。各絶縁膜の平均厚さは、表１に示す通りであった。
（実施例４）
まず、前記実施例１と同様にして集合体を形成した。
【０１０３】
次に、窒素雰囲気中で、２−メトキシエタノール（溶媒）に、ジルコニウムテトラｎ−プロポキシド（充填物の前駆体）を添加し、混合して溶液（液状材料）を調製した。
次に、この溶液を、得られた集合体上にスピンコート法によって供給し、集合体の間隙に充填した。
次に、溶液が充填された集合体を加熱して、溶液中の溶媒の一部を除去した。
【０１０４】
次に、溶液が充填された集合体を前記加熱の温度より高い温度で再度加熱して、ジルコニウムテトラｎ−プロポキシド（酸化ジルコニウムの前駆体）を反応、固化させて、基板上に絶縁膜を得た。この絶縁膜の平均厚さは４８０ｎｍであった。
以下に、再加熱の際の加熱の条件を示す。
・加熱温度  ：３００℃
・加熱時間  ：６０分
・加熱雰囲気：大気雰囲気
なお、酸化ジルコニウム単体の比誘電率は１５である。
【０１０５】
（実施例５）
まず、前記実施例１と同様にして集合体を形成した。
次に、窒素雰囲気中で、２−メトキシエタノール（溶媒）に、バリウムジエトキシドおよびチタンテトライソプロポキシド（チタン酸バリウムの前駆体）を添加し、混合して溶液（液状材料）を調製した。
次に、この溶液を、得られた集合体上にスピンコート法によって供給し、集合体の間隙に充填した。
次に、溶液が充填された集合体を加熱して、溶液中の溶媒の一部を除去した。
【０１０６】
次に、溶液が充填された集合体を前記加熱の温度より高い温度で再度加熱して、バリウムエトキシドおよびチタンテトライソプロポキシドを反応、固化させて、基板上に絶縁膜を得た。この絶縁膜の平均厚さは４８５ｎｍであった。
以下に、再加熱の際の加熱の条件を示す。
・加熱温度  ：８００℃
・加熱時間  ：１２０分
・加熱雰囲気：大気雰囲気
なお、チタン酸バリウム単体の比誘電率は１３５０である。
【０１０７】
（実施例６）
絶縁性粒子として、ポリイミド粒子を用いた以外は、前記実施例２と同様にして絶縁膜を得た。この絶縁膜の平均厚さは４８０ｎｍであった。
（実施例７）
まず、ハイドロジェンシルセスキオキサン（充填物）の前駆体溶液（ダウ・コーニング社製、「ＦＯｘ」）を用意し、この溶液に、ステアリン酸カルシウム（不揮発性の分散剤）と、シリカ粒子（絶縁性粒子）とを添加し、超音波を与えつつ混合して分散液（液状材料）を調製した。
なお、シリカ粒子は、その平均粒径が５０ｎｍのものを使用した。
次に、Ａｌ配線を形成した多結晶シリコン基板を用意し、この基板上にスピンコート法によって分散液を塗布し、液状被膜を得た。
【０１０８】
次に、この液状被膜を加熱して、液状被膜中の溶媒の一部を除去した。
次に、この液状被膜を、前記加熱の温度より高い温度で再加熱して、ハイドロジェンシルセスキオキサンの前駆体を反応、固化させて、基板上に絶縁膜を得た。この絶縁膜の平均厚さは、４５０ｎｍであった。
以下に、再加熱の際の加熱の条件を示す。
・加熱温度  ：３００℃
・加熱時間  ：５分
・加熱雰囲気：窒素雰囲気
【０１０９】
（実施例８）
ステアリン酸カルシウム（不揮発性の分散剤）の使用を省略した以外は、前記実施例７と同様にして絶縁膜を得た。この絶縁膜の平均厚さは、４６０ｎｍであった。
（比較例）
充填物を省略した以外は、前記実施例２と同様にして絶縁膜を得た。この絶縁膜の平均厚さは、４５５ｎｍであった。
【０１１０】
２．比誘電率、空孔率およびヤング率の測定
各実施例および比較例で得られた絶縁膜について、それぞれ、比誘電率、空孔率およびヤング率を測定した。
ここで、比誘電率は水銀プローブ法を用いて測定した。測定時の周波数は１ＭＨｚに設定した。
また、空孔率はＸ線小角散乱法、ヤング率はナノインデンテーション法をそれぞれ用いて測定した。
【０１１１】
３．評価
各実施例および比較例で得られた各基板上の絶縁膜について、化学的機械研磨（ＣＭＰ）を施した。
以下に、研磨の条件を示す。
・パッド回転数：５０ｒｐｍ
・基板回転数  ：５０ｒｐｍ
・研磨圧力    ：２０ｋＰａ
・研磨時間    ：３００秒
研磨後、絶縁膜とともに基板を切断し、その切断面を走査型電子顕微鏡で観察した。そして、絶縁膜の劣化の状態を次の４段階の基準にしたがって評価した。
【０１１２】
◎：亀裂が認められない
○：若干の亀裂が認められる
△：多数の亀裂が認められる
×：剥離している
これらの測定結果を表１に示す。
【０１１３】
【表１】
2006216793.tif 000003
【０１１４】
表１に示すように、各実施例の絶縁膜は、いずれもその空孔率が１％未満の緻密質であり、ヤング率がいずれも１０ＧＰａ以上の高い値を示した。
実施例１〜３および実施例６〜８の各絶縁膜では、絶縁性粒子の比誘電率より低い比誘電率の充填物を用いているため、いずれの絶縁膜も比誘電率は３．８以下の低い値を示した。
【０１１５】
また、実施例４、５の絶縁膜では、絶縁性粒子の比誘電率より高い比誘電率の充填物を用いているため、絶縁膜の比誘電率は、４以上の高い値を示した。
また、各実施例の絶縁膜に対する化学的機械研磨による評価では、絶縁膜とＡｌ配線との界面付近に若干の亀裂が認められたが、剥離に至るものはなく、良好な結果であった。
一方、比較例の絶縁膜は、充填物を含有しないため、その膜強度の向上を図ることができず、ヤング率は５ＧＰａ未満の低い値を示した。
【０１１６】
また、比較例の絶縁膜に対する化学的機械研磨による評価では、絶縁膜が基板およびＡｌ配線から剥離した。
また、実施例および比較例の各絶縁膜を用い、半導体素子および電子デバイスを製造し、性能比較を行った。
まず、層間絶縁膜として実施例２の絶縁膜を用い、ゲート絶縁膜として実施例４の絶縁膜を用いて図１に示すような薄膜トランジスタを作製し、図７に示すような液晶表示装置Ａを作製した。
【０１１７】
次に、層間絶縁膜として比較例の絶縁膜を用い、ゲート絶縁膜としてＳｉＯ２を用いて前記と同様にして薄膜トランジスタおよび液晶表示装置Ｂを作製した。
液晶表示装置Ａは、画素の応答速度が良好で、動画表示の際の残像はほとんど見られなかった。一方、液晶表示装置Ｂは、その製造プロセス中に層間絶縁膜に亀裂が生じたため、画像を表示させることができなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の絶縁膜を適用した半導体素子の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の絶縁膜を示す図（縦断面図）である。
【図３】図１に示す半導体素子の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。
【図４】図１に示す半導体素子の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。
【図５】図１に示す半導体素子の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。
【図６】図１に示す半導体素子の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。
【図７】図１に示す半導体素子の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。
【図８】本発明の電子デバイスを透過型液晶表示装置に適用した場合の実施形態を示す分解斜視図である。
【図９】本発明の電子機器を適用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の電子機器を適用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１……半導体素子  ２……半導体基板  ２１……チャネル領域  ２２……ソース領域  ２３……ドレイン領域  ２４……素子分離構造  ３……ゲート絶縁膜  ４……層間絶縁膜  ４０ａ……液状材料  ４０ｂ……液状被膜  ４１……絶縁性粒子  ４２……充填物  ４３……集合体  ４４……間隙  ４５、４６、４７……コンタクトホール  ５……ゲート電極  ５１……導電膜  ６１、６２、６３……導電部  ７１、７２、７３……コンタクトプラグ  １０……液晶表示装置  ２０……液晶パネル  ２２０……第１の基板  ２２１……上面  ２２３……画素電極  ２２４……走査線  ２２５……偏光板  ２２８……信号線  ２３０……第２の基板  ２３１……下面  ２３２……対向電極  ２３３……有色層  ２３４……ブラックマトリックス  ２３５……偏光板  ２４０……液晶層  ６０……バックライト  １１００……パーソナルコンピュータ  １１０２……キーボード  １１０４……本体部  １１０６……表示ユニット  １２００……携帯電話機  １２０２……操作ボタン  １２０４……受話口  １２０６……送話口  １３００……ディジタルスチルカメラ  １３０２……ケース（ボディー）  １３０４……受光ユニット  １３０６……シャッタボタン  １３０８……回路基板  １３１２……ビデオ信号出力端子  １３１４……データ通信用の入出力端子  １４３０……テレビモニタ  １４４０……パーソナルコンピュータ
【図１】
2006216793.tif 000004
【図２】
2006216793.tif 000005
【図３】
2006216793.tif 000006
【図４】
2006216793.tif 000007
【図５】
2006216793.tif 000008
【図６】
2006216793.tif 000009
【図７】
2006216793.tif 000010
【図８】
2006216793.tif 000011
【図９】
2006216793.tif 000012
【図１０】
2006216793.tif 000013
【図１１】
2006216793.tif 000014