(57)【要約】【課題】トレンチを絶縁体で埋め込んでなる分離領域が巨大である場合であっても、熱処理の際に基板に欠陥が発生し難く、容易に製造可能な半導体装置を提供すること。【解決手段】本発明の半導体装置は、トレンチ３を有する半導体基板２と、前記トレンチ３の少なくとも下部を埋め込み且つ絶縁粒子４１を備えた粒状絶縁層４２と、前記粒状絶縁層４２の上面を被覆したリフロー性誘電体層４４とを具備し、前記絶縁粒子４１は前記リフロー性誘電体層４４の融点または軟化点で安定であることを特徴とする。【選択図】　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレンチを有する半導体基板と、
前記トレンチの少なくとも下部を埋め込み且つ絶縁粒子を備えた粒状絶縁層と、
前記粒状絶縁層の上面を被覆したリフロー性誘電体層とを具備し、
前記絶縁粒子は前記リフロー性誘電体層の融点または軟化点で安定であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記リフロー性誘電体層は不純物をドープしたケイ酸塩ガラスを含有したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記リフロー性誘電体層を被覆し且つ前記リフロー性誘電体層の前記融点または前記軟化点よりも高い融点または軟化点を有するキャップ絶縁層をさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記粒状絶縁層は絶縁バインダをさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記粒状絶縁層の上面は前記半導体基板の上面よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁粒子の平均径は１００ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲内または１００ｎｍ乃至前記トレンチの開口幅の半分の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
トレンチを有する半導体基板と、
前記トレンチの少なくとも下部を埋め込み且つ第１及び第２絶縁粒子を備えた粒状絶縁層とを具備し、
前記第２絶縁粒子の平均径は前記第１粒子の平均径よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記第１絶縁粒子は第１粒状絶縁層を形成し、前記第２絶縁粒子は前記第１絶縁層の上面を被覆した第２粒状絶縁層を形成したことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１及び第２絶縁粒子は混合されたことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記粒状絶縁層の上面を被覆したリフロー性誘電体層をさらに具備し、前記第１及び第２絶縁粒子は前記リフロー性誘電体層の融点または軟化点で安定であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記リフロー性誘電体層の上面を被覆し且つ前記リフロー性誘電体層の前記融点または前記軟化点よりも高い融点または軟化点を有するキャップ絶縁層をさらに具備したことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記粒状絶縁層は絶縁バインダをさらに具備したことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記絶縁粒子の平均径は１００ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲内または１００ｎｍ乃至前記トレンチの開口幅の半分の範囲内にあることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１４】
トレンチを有する半導体基板と、
前記トレンチの少なくとも下部を埋め込み且つ絶縁粒子及び前記絶縁粒子を相互に結合した絶縁バインダを備えた粒状絶縁層とを具備し、
前記絶縁粒子及び前記絶縁バインダは網状構造を形成していることを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】
前記粒状絶縁層の上面を被覆したリフロー性誘電体層をさらに具備し、前記絶縁粒子は前記リフロー性誘電体層の融点または軟化点で安定であることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記リフロー性誘電体層の上面を被覆し且つ前記リフロー性誘電体層の前記融点または前記軟化点よりも高い融点または軟化点を有するキャップ絶縁層をさらに具備したことを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記絶縁粒子の平均径は１００ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲内または１００ｎｍ乃至前記トレンチの開口幅の半分の範囲内にあることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１８】
トレンチを有する半導体基板と、
前記トレンチの少なくとも下部を埋め込み且つ第１及び第２粒状絶縁層を含んだ粒状絶縁層とを具備し、
前記第１粒状絶縁層は第１絶縁粒子をバインダなしで具備し、前記第２粒状絶縁層は前記第１粒状絶縁層の上面を被覆するとともに第２絶縁粒子と絶縁バインダとを具備していることを特徴とする半導体装置。
【請求項１９】
前記第２粒状絶縁層の上面を被覆したリフロー性誘電体層をさらに具備し、前記第１及び第２絶縁粒子は前記リフロー性誘電体層の融点または軟化点で安定であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記リフロー性誘電体層の上面を被覆し且つ前記リフロー性誘電体層の前記融点または前記軟化点よりも高い融点または軟化点を有するキャップ絶縁層をさらに具備したことを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置。
【請求項２１】
前記第１及び第２絶縁粒子の平均径は１００ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲内または１００ｎｍ乃至前記トレンチの開口幅の半分の範囲内にあることを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置。
【請求項２２】
前記トレンチの側壁及び底面上にバリア絶縁層をさらに具備したことを特徴とする請求項１、請求項７、請求項１４及び請求項１８の何れか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に係り、特にはトレンチ分離を利用した半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の分野では、トレンチ分離が多用されている。例えば、このトレンチ分離は、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタやバイポーラトランジスタなどの分離に利用されている。
【０００３】
トレンチ分離技術では、シリコン基板のような半導体基板に選択的エッチングによりトレンチ（或いは溝）を形成し、それをシリコン酸化物などの絶縁体で埋め込む。例えば、まず、半導体基板上にシリコン窒化物層やシリコン酸化物層などのマスク材料層を形成する。次いで、このマスク材料層をパターニングする。続いて、パターニングしたマスク材料層をエッチングマスクとして用いて、半導体基板の表面領域をエッチングすることにより、半導体基板にトレンチを形成する。その後、半導体基板上に例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や溶液塗布法によりシリコン酸化物層などの絶縁層を形成し、トレンチを絶縁体で埋め込む。さらに、その絶縁層側表面をドライエッチングやＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などの技術により平坦化する。このようにして、分離領域を形成する。
【０００４】
ところで、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のような半導体装置では、巨大なトレンチを形成することがある。例えば、幅が３μｍ乃至１５μｍの範囲内にあり且つ深さが２０乃至７０μｍの範囲内にある巨大なトレンチを形成することがある。
【０００５】
トレンチの寸法が比較的小さい場合には、ＣＶＤ法でトレンチを埋め込むことができる。しかしながら、巨大なトレンチをＣＶＤ法で埋め込むことは難しい。
【０００６】
溶液塗布法では、例えば、シラノールなどを有機溶剤に溶解させてなる溶液，すなわちＳＯＧ（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ　Ｇｌａｓｓ），を半導体基板上にスピンコートし、その塗膜をベークすることにより、トレンチをＳＯＧ層で埋め込む。溶液塗布法は、ＣＶＤ法に比べ、より大きなトレンチを絶縁体で埋め込むのに適している。しかしながら、ＳＯＧは粘性が低く、巨大なトレンチを埋め込む絶縁層を形成するには塗布を数多く繰り返さなければならない。また、例え、巨大なトレンチを埋め込むことができたとしても、活性化アニールなどの熱処理の際にクラックなどの欠陥が発生するという問題を生じ易い。
【０００７】
また、以下の特許文献１には、シリコン基板のトレンチをガラス粒子を含有したサスペンションで埋め込み、その後、粒子が溶融して連続ガラス層を形成するのに十分に高い温度に加熱することが記載されている。この方法によると、巨大なトレンチを埋め込むことができると考えられる。しかしながら、この方法で欠陥の発生を抑制するには、シリコン基板とほぼ等しい熱膨張係数を有するガラスを使用しなければならない。すなわち、分離領域に使用する材料を、絶縁性などの観点で選ぶことが難しい。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第４，５４４，５７６号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、トレンチを絶縁体で埋め込んでなる分離領域が巨大である場合であっても、熱処理の際に基板に欠陥が発生し難く、容易に製造可能な半導体装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると、トレンチを有する半導体基板と、前記トレンチの少なくとも下部を埋め込み且つ絶縁粒子を備えた粒状絶縁層と、前記粒状絶縁層の上面を被覆したリフロー性誘電体層とを具備し、前記絶縁粒子は前記リフロー性誘電体層の融点または軟化点で安定であることを特徴とする半導体装置が提供される。
【００１１】
本発明の第２の側面によると、トレンチを有する半導体基板と、前記トレンチの少なくとも下部を埋め込み且つ第１及び第２絶縁粒子を備えた粒状絶縁層とを具備し、前記第２絶縁粒子の平均径は前記第１粒子の平均径よりも小さいことを特徴とする半導体装置が提供される。
【００１２】
本発明の第３の側面によると、トレンチを有する半導体基板と、前記トレンチの少なくとも下部を埋め込み且つ絶縁粒子及び前記絶縁粒子を相互に結合した絶縁バインダを備えた粒状絶縁層とを具備し、前記絶縁粒子及び前記絶縁バインダは網状構造を形成していることを特徴とする半導体装置が提供される。
【００１３】
本発明の第４の側面によると、トレンチを有する半導体基板と、前記トレンチの少なくとも下部を埋め込み且つ第１及び第２粒状絶縁層を含んだ粒状絶縁層とを具備し、前記第１粒状絶縁層は第１絶縁粒子をバインダなしで具備し、前記第２粒状絶縁層は前記第１粒状絶縁層の上面を被覆するとともに第２絶縁粒子と絶縁バインダとを具備していることを特徴とする半導体装置が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同様または類似する機能を有する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を概略的に示す断面図である。図２は、図１の半導体装置の半導体基板を概略的に示す平面図である。
【００１６】
図１に示す半導体装置１は、縦型パワーＭＯＳＦＥＴを含んでいる。この半導体装置１は、半導体基板２を備えている。図２に示すように、この半導体基板２の一主面には、素子領域２ａと素子分離領域２ｂとが形成されている。これら素子分離領域２ｂは、図１に示す半導体基板のトレンチ３或いはそれらを埋め込んだ絶縁層４に相当している。また、各トレンチ３の幅は例えば３μｍ乃至１５μｍの範囲内にあり、深さは例えば２０μｍ乃至７０μｍの範囲内にある。
【００１７】
半導体基板２の上面には、ソース電極５が共通電極として設けられている。他方、半導体基板２の下面には、ドレイン電極６が共通電極として設けられている。すなわち、図１の半導体装置１は、ドレイン電流を半導体基板２の厚さ方向，ここでは縦方向，に流す。
【００１８】
半導体基板２は、高濃度ドレイン領域２３として利用される第１導電型，ここではｎ＋型，の第１半導体層２１と、第１半導体層２１より低不純物濃度である第１導電型，ここではｎ−型，の第２半導体層２２とを備えている。第１半導体層２１は例えばシリコン基板であり、第２半導体層２２は例えばエピタキシャル成長法などにより第１半導体層２１上に形成されたシリコン層である。
【００１９】
この半導体基板２にはトレンチ３が設けられており、これらトレンチ３は絶縁層４で埋め込まれている。絶縁層４の側面に隣接した半導体基板２の表面領域には、第１導電型，ここではｎ型，の不純物拡散領域２５が形成されている。また、半導体基板２の不純物拡散領域２５に隣接した領域には、第２導電型，ここではｐ型，の不純物拡散領域２６が形成されている。これら不純物拡散領域２５，２６は、例えば、トレンチ３を絶縁層４で埋め込む前にトレンチ３の側壁から半導体基板２に不純物を注入し、その後、半導体基板２中で不純物を拡散・活性化させることにより得られる。
【００２０】
半導体基板２のソース電極５側の表面領域には、第２導電型，ここではｐ型，のベース領域２７が形成されている。これらベース領域２７内には、第１導電型，ここではｎ型，のソース領域２８が例えば不純物拡散法などにより形成されている。
【００２１】
半導体基板２のソース領域２８が形成された面には、ゲート絶縁膜７を介してゲート電極８が形成されている。各ゲート電極８は、基板２の表面のうち、少なくとも絶縁層４を挟む一対のソース領域２８間の部分と対向している。また、各素子領域２ａにおいて、ソース電極５は、絶縁層４に挟まれた一対のソース領域２８及びベース領域２７に接続されている。
【００２２】
さて、本実施形態では、図１に示す半導体装置１の絶縁層４に以下の構造を採用する。
【００２３】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図である。図３に示す構造では、絶縁層４は、絶縁粒子４１を含んでいる。絶縁粒子４１の多くは、互いに結合しておらず、典型的には、トレンチ３の側壁及び底面とも結合していない。また、絶縁粒子４１は、トレンチ３内で粒状絶縁層４２を形成している。
【００２４】
このような構造を採用すると、絶縁粒子４１は、半導体基板２及び／または絶縁粒子４１の膨張や収縮に応じてトレンチ３内を移動することができる。そのため、半導体基板２を活性化アニールなどの熱処理に供した場合、半導体基板２及び／または絶縁粒子４１の膨張や収縮が生じたとしても、半導体基板２に強い応力が加わるのを防止することができる。したがって、熱処理により半導体基板２にクラックなどの欠陥が発生するのを抑制可能となる。
【００２５】
また、粒状絶縁層４２は、トレンチ３が巨大であったとしても、容易に形成することができる。例えば、まず、絶縁粒子４１を有機溶剤などの分散媒中に分散させてなる懸濁液を準備する。次いで、この懸濁液を半導体基板２のトレンチ３が形成された面に塗布する。その後、この塗膜から分散媒を除去する。このようにして、トレンチ３を絶縁粒子４１で埋め込む。すなわち、粒状絶縁層４２を得る。
【００２６】
この方法では、例えば、スピンコートなどにより塗膜を形成することができる。また、この方法では、懸濁液を塗布することにより得られる塗膜の厚さと粒状絶縁層４２の厚さとに大きな違いはない。さらに、比較的粒径の大きな絶縁粒子４１を使用すると、絶縁粒子４１の沈降が生じ易くなるため、スピンコートの際に、塗膜中の絶縁粒子４１のうちトレンチ３内に位置したものがトレンチ３の外側へと排出され難くなる。そのため、トレンチ３が巨大であったとしても、十分に厚い粒状絶縁層４２を容易に，例えば１回の塗布で，形成することができる。
【００２７】
また、図３に示す構造では、絶縁層４は、リフロー性誘電体層４４をさらに含んでいる。このリフロー性誘電体層４４は、トレンチ３の上部を埋め込んでいる。また、リフロー性誘電体層４４の融点または軟化点は、絶縁粒子４１が安定に存在し得る温度範囲，すなわち絶縁粒子４１の溶融や絶縁粒子４１同士の結合などを生じない温度範囲，内にある。
【００２８】
上記の通り、絶縁粒子４１は、互いに結合しておらず、トレンチ３の側壁及び底面とも結合していない。そのため、トレンチ３の開口を塞がないと、製造プロセスの何れかの段階で、絶縁粒子４１がトレンチ３から放出されることがある。トレンチ３から放出された絶縁粒子４１は、ダストと等価であり、したがって、歩留まりを低下させる可能性がある。
【００２９】
これに対し、粒状絶縁層４２上にリフロー性誘電体層４４を設けると、絶縁粒子４１がトレンチ３から放出されるのを防止することができる。また、リフロー性誘電体層４４は、例えば、活性化アニールなどの熱処理の際に軟化または溶融し得る。そのため、リフロー性誘電体層４４に起因して半導体基板２に強い応力が加わることがない。したがって、図３の構造によると、絶縁粒子４１がトレンチ３から放出されるのを防止すること、及び、熱処理により半導体基板２にクラックなどの欠陥が発生するのを抑制することができる。
【００３０】
なお、熱処理により溶融または軟化したリフロー性誘電体層４４は、粒状絶縁層４２中に浸透し得る。したがって、粒状絶縁層４２とリフロー性誘電体層４４とは部分的に重なり合うことがある。
【００３１】
図３に示す構造では、さらに、トレンチ３の側壁及び底面上にバリア絶縁層４３を設けている。一般に、シリコン基板の有機溶剤に対する濡れ性は高くない。バリア絶縁層４３を設けると、トレンチ３の側壁及び底面の有機溶剤に対する濡れ性を制御することができる。そのため、粒状絶縁層４２をより容易に形成可能となる。また、バリア絶縁層４３を設けると、リフロー性誘電体層４４から半導体基板２中へと不純物が拡散するのを抑制することができる。
【００３２】
本実施形態の例として、以下の試験を行った。まず、シリコン基板２上にスピンコート法によりコロイダルシリカを塗布し、それにより得られた塗膜を加熱することにより塗膜から分散媒を除去した。このようにして、平均径が０．３μｍのシリカ粒子４１からなる粒状絶縁層４２を形成した。なお、シリコンの熱膨張係数は４．１×１０−６／℃であり、シリコン酸化物の熱膨張係数は約２３×１０−６／℃である。その後、ＣＭＰによりトレンチ３の外側に付着したシリカ粒子４１を除去した。このＣＭＰにより、トレンチ３内の粒状絶縁層４２は、その上部が削られ、２μｍ乃至５μｍ程度厚さが減少した。トレンチ３の上部は、リフロー性誘電体層４４としてＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ　Ｓｉｌｉａｔｅ　Ｇｌａｓｓ）膜で埋め込んだ。なお、ＢＰＳＧは、ＳｉＯ２にＢ２Ｏ３とＰ２Ｏ５及び／またはＰ２Ｏ３とを添加してなる材料である。この構造に対して、窒素雰囲気中、１１００℃で８時間の熱処理を施した。その結果、粒状絶縁層４２にクラックを生じたが、シリコン基板２のトレンチ３の近傍に欠陥を生じることはなかった。また、リフロー性誘電体層４４を形成した後にシリカ粒子４１がトレンチ３の外部へと拡散することはなかった。
【００３３】
比較のために、以下の試験を行った。まず、シリコン基板２上にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成した。このシリコン酸化膜は、素子領域２ａ上で５μｍ以上の厚さとなるように形成した。次に、ＣＭＰによりシリコン酸化膜のトレンチ３の外側に位置した部分を除去した。この構造に対して、窒素雰囲気中、１１００℃で８時間の熱処理を施した。その結果、シリコン基板２のトレンチ３の近傍に欠陥を生じた。
【００３４】
本実施形態において、絶縁粒子４１の材料としては、例えば、シリカ、チタニア、ジルコニア、シリコンカーバイドのようなカーバイド、及びそれらの混合物などを使用することができる。これら材料の多くは、絶縁性が高く、耐熱性に優れ、熱膨張係数が大きいか或いは半導体基板２とほぼ等しい。
【００３５】
絶縁粒子４１の平均径は、例えば、１００ｎｍ以上であってもよい。また、絶縁粒子４１の平均径は、５００ｎｍ以下またはトレンチ３の開口幅の半分以下であってもよい。
【００３６】
絶縁粒子４１の材料として、例えば、コロイダルシリカを使用した場合、シリカ粒子は、高温の熱処理を行うと、５％乃至１５％程度の収縮を生じる。この収縮率は、シリカの粒径に応じて異なる。具体的には、粒径の大きなシリカは収縮率が小さく、粒径の小さなシリカは収縮率が大きい。通常、平均粒径が１００ｎｍ以上のシリカは、収縮率が十分に小さい。但し、多くの場合、シリカの平均径が５００ｎｍを超える単分散コロイダルシリカは製造が難しい。
【００３７】
実際に、コロイダルシリカを用いて、幅が５μｍであり且つ深さが５０μｍ以上であるトレンチ３の埋め込みを行った。シリカの平均粒径が５０ｎｍのコロイダルシリカを使用した場合には、埋め込みプロセスの歩留まりは１０％以下であった。それに対し、シリカの平均粒径が１５０ｎｍ及び３００ｎｍのコロイダルシリカを使用した場合には、埋め込みプロセスの歩留まりは何れも９０％以上であった。
【００３８】
絶縁粒子４１としては、融点または軟化点が、粒状絶縁層４２を形成した後に行う熱処理の最高温度よりも高いものを使用することができる。例えば、絶縁粒子４１としては、融点または軟化点が１１００℃よりも高いものを使用することができる。典型的には、絶縁粒子４１としては、粒状絶縁層４２を形成した後に行う熱処理の最高温度において安定であるもの，すなわち溶融や結合を生じないもの，を使用する。
【００３９】
リフロー性誘電体層４４の材料としては、その融点または軟化点が、絶縁粒子４１が安定に存在し得る温度範囲，すなわち絶縁粒子４１の溶融や絶縁粒子４１同士の結合などを生じない温度範囲，内にあるものを使用する。典型的には、リフロー性誘電体層４４の材料としては、その融点または軟化点が、粒状絶縁層４２を形成した後に行う熱処理の最高温度よりも低いものを使用する。そのような材料としては、例えば、ケイ酸塩ガラスのようなガラスを挙げることができる。そのようなガラスとしては、例えば、ＢＰＳＧ、ＢＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ）、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ　Ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ）などのように不純物を添加したケイ酸塩ガラスなどを挙げることができる。
【００４０】
リフロー性誘電体層４４の厚さに特に制限はないが、通常、リフロー性誘電体層４４は、その下層の粒状絶縁層４２を構成する絶縁粒子４１の平均粒子径の３倍以上の厚さで形成する。例えば、リフロー性誘電体層４４の厚さは、約１μｍ乃至約４μｍの範囲内とすることができる。
【００４１】
バリア絶縁層４３の材料としては、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、それらの混合物などを挙げることができる。バリア絶縁層４３は、例えば、ＬＰ（Ｌｏｗ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）ＣＶＤ法のようなＣＶＤ法或いは熱酸化法により形成することができる。
【００４２】
粒状絶縁層４２を形成するための懸濁液の分散媒としては、例えば、アルコール類、多価アルコール類、エーテル類、エステル類、ケトン類、それらの混合物などの有機溶剤を使用することができる。アルコール類としては、例えば、エタノール、イソプロピルアルコール、シクロヘキサノールなどを挙げることができる。多価アルコール類としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどを挙げることができる。エーテル類としては、例えば、プロピレングリコールエーテルのようなグリコールエーテルなどを挙げることができる。エステル類としては、例えば、酢酸エチルなどを挙げることができる。ケトン類としては、例えば、シクロヘキサノンやブチロラクトンなどを挙げることができる。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、絶縁層４に以下の構造を採用すること以外は、第１の実施形態と同様である。
【００４４】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図である。図４に示す構造では、絶縁層４は、粒状絶縁層４２で構成されている。この粒状絶縁層４２は、平均径がより大きな第１絶縁粒子４１ａと、平均径がより小さな第２絶縁粒子４１ｂとを含んでおり、これら第１及び第２絶縁粒子４１ａ，４１ｂはほぼ均一に混合されている。
【００４５】
本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、熱処理により半導体基板２にクラックなどの欠陥が発生するのを抑制可能となる。また、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、粒状絶縁層４２は、トレンチ３が巨大であったとしても、容易に形成することができる。さらに、本実施形態には、平均粒径が異なる第１及び第２絶縁粒子４１ａ，４１ｂを使用していることに由来して、以下の特徴がある。
【００４６】
平均粒径のより大きな第１絶縁粒子４１ａは、粒状絶縁層４２を厚く且つ容易に形成可能とする。しかしながら、平均粒径の大きな第１絶縁粒子４１ａのみで粒状絶縁層４２を形成すると、多くの場合、平坦性に優れた粒状絶縁層４２を得ることが難しい。
【００４７】
本実施形態では、上記の通り、平均粒径の大きな第１絶縁粒子４１ａに加え、平均粒径のより小さな第２絶縁粒子４１ｂを使用する。平均粒径のより小さな第２絶縁粒子４１ｂは、粒状絶縁層４２の平坦性を向上させる役割を果たす。したがって、本実施形態によると、十分に厚く且つ平坦性に優れた粒状絶縁層４２を容易に形成することができる。
【００４８】
本実施形態において、第１及び第２絶縁粒子４１ａ，４１ｂの材料としては、例えば、第１の実施形態で絶縁粒子４１に関して例示した材料を使用することができる。第１絶縁粒子４１ａの材料と第２絶縁粒子４１ｂの材料とは同一であってもよく、或いは、異なっていてもよい。
【００４９】
第１絶縁粒子４１ａの平均径は、例えば、１００ｎｍ以上であってもよい。また、第１絶縁粒子４１ａの平均径は、５００ｎｍ以下またはトレンチ３の開口幅の半分以下であってもよい。第２絶縁粒子４１ｂの平均径は、第１絶縁粒子４１ａの平均径よりも小さければよく、１００ｎｍ未満であってもよい。例えば、平均径が４００ｎｍの第１絶縁粒子４１ａと、平均径が７０ｎｍの第２絶縁粒子４１ｂとを組み合わせて使用してもよい。但し、典型的には、平均径が２５０ｎｍ乃至３５０ｎｍの範囲内にある第１絶縁粒子４１ａと、平均径が１２５ｎｍ乃至１７５ｎｍの範囲内にある第２絶縁粒子４１ｂとを組み合わせて使用する。
【００５０】
粒状絶縁層４２は、第１及び第２絶縁粒子４１ａ，４１ｂとは平均径が異なる１種以上の絶縁粒子をさらに含有することができる。なお、粒状絶縁層４２が平均径が異なる複数の絶縁粒子を含んでいることは、例えば、粒度分布が２つ以上のピークを有している場合に確認することができる。また、粒度分布が１つのピークのみを有している場合であっても、材料が互いに異なる複数種の絶縁粒子を使用していれば、各材料毎に絶縁粒子の平均径を求めることにより、粒状絶縁層４２が平均径が異なる複数の絶縁粒子を含んでいることを確認できることがある。
【００５１】
本実施形態の例として、以下の試験を行った。まず、シリコン基板２上にスピンコート法によりコロイダルシリカを塗布し、それにより得られた塗膜を加熱することにより塗膜から分散媒を除去した。ここでは、シリカの平均粒径が互いに異なる２種のコロイダルシリカを混合して使用した。このようにして、平均径が０．３μｍのシリカ粒子４１ａと平均径が０．１５μｍのシリカ粒子４１ｂとからなる粒状絶縁層４２を形成した。その後、ＣＭＰによりトレンチ３の外側に付着したシリカ粒子４１を除去した。この構造に対して、窒素雰囲気中、１１００℃で８時間の熱処理を施した。その結果、粒状絶縁層４２にクラックを生じたが、シリコン基板２のトレンチ３の近傍に欠陥を生じることはなかった。また、本例で得られた粒状絶縁層４２の表面は、第１の実施形態に係る例で得られた粒状絶縁層４２の表面よりも平坦性に優れていた。
【００５２】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、第１絶縁粒子４１ａと第２絶縁粒子４２ｂとを混合せずに、第１絶縁粒子４１ａの粒状絶縁層と第２絶縁粒子４１ｂの粒状絶縁層とを積層すること以外は、第２の実施形態と同様である。
【００５３】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図である。図５に示す構造では、絶縁層４は、粒状絶縁層４２で構成されている。この粒状絶縁層４２は、第１絶縁粒子４１ａで構成された第１粒状絶縁層４２ａと、第２絶縁粒子４１ｂで構成された第２粒状絶縁層４２ｂとを含んでいる。
【００５４】
本実施形態では、図５に示すように、平均径がより大きな第１絶縁粒子４１ａで第１粒状絶縁層４２ａを構成し、その上に、平均径がより小さな第２絶縁粒子４１ｂで構成された第２粒状絶縁層４２ｂを設ける。このような構造を採用すると、より平坦性に優れた粒状絶縁層４２を形成することができる。
【００５５】
なお、平均径がより小さな第２絶縁粒子４１ｂで第２粒状絶縁層４２ｂを構成し、その上に、平均径がより大きな第１絶縁粒子４１ａで構成された第１粒状絶縁層４２ａを設けてもよい。すなわち、第１粒状絶縁層４２ａと第２粒状絶縁層４２ｂとの積層順を逆にしてもよい。但し、この場合、図５に示す順序で第１粒状絶縁層４２ａと第２粒状絶縁層４２ｂとを積層した場合ほど高い平坦性を実現することはできない。
【００５６】
粒状絶縁層４２は、第１及び第２粒状絶縁層４２ａ，４２ｂとは絶縁粒子の平均径が異なる１つ以上の粒状絶縁層をさらに含むことができる。この場合、典型的には、絶縁粒子の平均径が最も小さい粒状絶縁層を最上層とする。例えば、深部に向けて絶縁粒子の平均径がより大きくなるように、粒状絶縁層の配列順を定める。
【００５７】
本実施形態の例として、以下の試験を行った。まず、シリコン基板２上にスピンコート法により平均径がより大きなシリカを含有したコロイダルシリカを塗布し、それにより得られた塗膜を加熱することにより塗膜から分散媒を除去した。このようにして、平均径が０．３μｍのシリカ粒子４１ａからなる粒状絶縁層４２ａを形成した。その後、ＣＭＰによりトレンチ３の外側に付着したシリカ粒子４１ａを除去した。次いで、シリコン基板２上にスピンコート法により平均径がより小さなシリカを含有したコロイダルシリカを塗布し、それにより得られた塗膜を加熱することにより塗膜から分散媒を除去した。このようにして、平均径が０．１５μｍのシリカ粒子４１ｂからなる粒状絶縁層４２ｂを形成した。その後、ＣＭＰによりトレンチ３の外側に付着したシリカ粒子４１ｂを除去した。この構造に対して、窒素雰囲気中、１１００℃で８時間の熱処理を施した。その結果、粒状絶縁層４２にクラックを生じたが、シリコン基板２のトレンチ３の近傍に欠陥を生じることはなかった。また、本例で得られた粒状絶縁層４２の表面は、第２の実施形態に係る例で得られた粒状絶縁層４２の表面よりも平坦性に優れていた。
【００５８】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、絶縁層４に以下の構造を採用すること以外は、第１の実施形態と同様である。
【００５９】
図６は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図である。図７は、図６の粒状絶縁層４２を拡大して示す図である。図６に示す構造では、絶縁層４は、粒状絶縁層４２で構成されている。この粒状絶縁層４２は、絶縁粒子４１とそれらを架橋する絶縁バインダ４５とを含んでいる。すなわち、図７に示すように、絶縁粒子４１及び絶縁バインダ４５は、網目構造を形成している。
【００６０】
第１の実施形態で説明したように、絶縁粒子４１が互いに結合しておらず且つトレンチ３の側壁及び底面とも結合していない場合、トレンチ３の開口を塞がないと、製造プロセスの何れかの段階で、絶縁粒子４１がトレンチ３からその外部へと拡散することがある。本実施形態では、上記の通り、絶縁粒子４１同士を絶縁バインダ４５を介して結合させる。そのため、トレンチ３の開口を塞がなくても、絶縁粒子４１がトレンチ３から外部へと拡散するのをかなり抑制することができる。
【００６１】
さらに、本実施形態では、絶縁粒子４１と絶縁バインダ４５とで網目構造を形成する。こうすると、粒状絶縁層４２の変形が生じ易くなるため、温度変化に起因して生じる応力が緩和される。また、過剰な応力が加わった場合には、絶縁粒子４１が絶縁バインダ４５から剥離するか、或いは、絶縁バインダ４５が切断されるため、応力が緩和される。しかも、通常、そのような剥離や切断は、粒状絶縁層４２の一部でのみ生じるため、それに起因してダストを生じることは殆んどない。したがって、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、絶縁粒子４１がトレンチ３から放出されるのを防止すること、及び、熱処理により半導体基板２にクラックなどの欠陥が発生するのを抑制することができる。
【００６２】
また、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、粒状絶縁層４２は、トレンチ３が巨大であったとしても、容易に形成することができる。例えば、まず、絶縁粒子４１と絶縁バインダ４５の材料と有機溶剤などの分散媒とを含有した懸濁液を準備する。絶縁バインダ４５の材料としては、例えば、ＳＯＧなどを使用することができる。次いで、この懸濁液を半導体基板２のトレンチ３が形成された面に塗布する。その後、この塗膜を例えば４００℃程度の熱処理に供する。これにより、塗膜から分散媒を除去するとともに、シラノールの重合を生じさせる。このようにして、トレンチ３を絶縁粒子４１と絶縁バインダ４５とで埋め込む。すなわち、粒状絶縁層４２を得る。
【００６３】
この方法では、例えば、スピンコートなどにより塗膜を形成することができる。また、この方法では、懸濁液を塗布することにより得られる塗膜の厚さと粒状絶縁層４２の厚さとに大きな違いはない。さらに、比較的粒径の大きな絶縁粒子４１を使用すると、絶縁粒子４１の沈降が生じ易くなるため、スピンコートの際に、塗膜中の絶縁粒子４１のうちトレンチ３内に位置したものがトレンチ３の外側へと排出され難くなる。そのため、トレンチ３が巨大であったとしても、十分に厚い粒状絶縁層４２を容易に，例えば１回の塗布で，形成することができる。
【００６４】
なお、絶縁粒子４１と絶縁バインダ４５とが網目構造を形成した粒状絶縁層４２は、例えば、懸濁液中の絶縁粒子４１に対する絶縁バインダ４５の材料の割合を低く設定することにより、容易に形成することができる。
【００６５】
絶縁バインダ４５の材料としては、例えば、以下の化学式に示すようなシラノールを有機溶剤に溶解させてなる無機ＳＯＧ及び有機ＳＯＧのようなＳＯＧを使用することができる。なお、無機ＳＯＧ及び有機ＳＯＧに使用するシラノールは、以下の化学式に示すものに限られる訳ではない。例えば、無機ＳＯＧ及び有機ＳＯＧに使用するシラノールにおいて、Ｓｉ原子に結合している−ＯＨ基及び−Ｏ−基の一部を−Ｈ基に置換してもよい。また、有機ＳＯＧに使用するシラノールにおいて、−ＣＨ３基は−Ｃ２Ｈ５基などの他のアルキル基に置換してもよい。さらに、有機ＳＯＧに使用するシラノールにおいて、Ｓｉ原子に結合している−ＯＨ基及び−Ｏ−基の一部を、−ＣＨ３基や−Ｃ２Ｈ５基などのアルキル基に置換してもよい。
【００６６】
無機ＳＯＧ及び有機ＳＯＧは、以下の反応式に示すように、何れも焼成することによりシリコン酸化物を形成する。但し、有機ＳＯＧを用いて得られるシリコン酸化物には炭化水素基が残留し得る。そのため、一般に、無機ＳＯＧは、有機ＳＯＧに比べ、熱安定性に優れている。
【００６７】
【化１】
2004031923.tif 000003
【００６８】
本実施形態において、粒状絶縁層４２を形成するための懸濁液における絶縁バインダ４５の濃度は、例えば、２０体積％乃至４５体積％の範囲内とすることができる。絶縁バインダ４５の濃度が低すぎると、粒状絶縁層４２の全体にわたって絶縁粒子４１同士を絶縁バインダ４５を介して結合させることが難しくなる。また、絶縁バインダ４５の濃度が高すぎると、絶縁粒子４１及び絶縁バインダ４５が網目構造を形成し難くなるのに加え、粒状絶縁層４２自体にクラックを生じ易くなる。さらに、絶縁バインダ４５の材料として例えばＳＯＧを使用した場合、絶縁バインダ４５は、高温の熱処理を行うと、５％乃至２０％程度の収縮を生じる。絶縁バインダ４５の一部はトレンチ３の側壁及び底面とも結合しているため、粒状絶縁層４２における絶縁バインダ４５の濃度が高すぎると、高温の熱処理時に、粒状絶縁層４２が半導体基板２に過度の応力を与えることがある。しかも、粒状絶縁層４２における絶縁バインダ４５の濃度が高い場合、トレンチ３の外部に位置した絶縁粒子４１及び絶縁バインダ４５をＣＭＰで完全に除去できないことがある。
【００６９】
本実施形態の例として、以下の試験を行った。まず、シリコン基板２上にスピンコート法によりコロイダルシリカと無機ＳＯＧとの混合液を塗布し、それにより得られた塗膜を約１２０℃の熱処理に供した。ここでは、先の混合液として、無機ＳＯＧを２０体積％、５０体積％、８０体積％の濃度で含有したものを使用した。このようにして、平均径が０．３μｍのシリカ粒子４１と絶縁バインダ４５とからなる粒状絶縁層４２を形成した。その後、ＣＭＰによりトレンチ３の外側に付着したシリカ粒子４１及び絶縁バインダ４５を除去した。これら構造に対して、窒素雰囲気中、１１００℃で８時間の熱処理を施した。
【００７０】
その結果、先の混合液として無機ＳＯＧを５０体積％及び８０体積％の濃度で含有したものを使用した場合、シリコン基板２のトレンチ３の近傍に欠陥を生じた。これに対し、先の混合液として無機ＳＯＧを２０体積％の濃度で含有したものを使用した場合、粒状絶縁層４２にクラックを生じたが、シリコン基板２のトレンチ３の近傍に欠陥を生じることはなかった。
【００７１】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、絶縁層４に以下の構造を採用すること以外は、第１の実施形態と同様である。
【００７２】
図８は、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図である。図８に示す構造では、絶縁層４は、粒状絶縁層４２で構成されている。この粒状絶縁層４２は、第１粒状絶縁層４２ａと第２粒状絶縁層４２ｂとを含んでいる。
【００７３】
第１粒状絶縁層４２ａは、第１絶縁粒子４１ａで構成されており、バインダは含有していない。他方、第２粒状絶縁層４２ｂは、第２絶縁粒子４１ｂと絶縁バインダ４５とを含有している。
【００７４】
この構造では、上記の通り、絶縁層４はバインダを含んでいない第１粒状絶縁層４２ａを有している。そのため、図６を参照して説明した構造に比べ、熱処理によって半導体基板２にクラックなどの欠陥が発生するのをより効果的に抑制することができる。
【００７５】
また、この構造では、バインダを含んでいない第１粒状絶縁層４２ａの上面は、絶縁バインダ４５を含有した第２粒状絶縁層４２ｂで被覆されている。そのため、第２粒状絶縁層４２ｂからトレンチ３の外部へと第２絶縁粒子４１ｂが拡散しにくいのに加え、第１粒状絶縁層４２ａからトレンチ３の外部への第１絶縁粒子４１ａの拡散も生じ難い。
【００７６】
本実施形態では、通常、粒状絶縁層４２に対する第２粒状絶縁層４２ｂの厚さの比は小さい。例えば、第２粒状絶縁層４２ｂの厚さは、約１μｍ乃至約５μｍの範囲内とすることができる。したがって、第２粒状絶縁層４２ｂ中で、絶縁粒子４１ｂと絶縁バインダ４５とは、網目構造を形成していてもよく、或いは、形成していなくてもよい。
【００７７】
本実施形態において、第１絶縁粒子４１ａと第２絶縁粒子４１ｂとは、材料が同一であってもよく、或いは、異なっていてもよい。
【００７８】
また、本実施形態において、第１絶縁粒子４１ａと第２絶縁粒子４１ｂとは、平均径が同一であってもよく、或いは、異なっていてもよい。例えば、第２絶縁粒子４１ｂの平均径は、第１絶縁粒子４１ａの平均径よりも小さくてもよい。すなわち、本実施形態には、第３の実施形態に係る技術をさらに組み合わせてもよい。
【００７９】
また、本実施形態において、第２粒状絶縁層４２ｂは、絶縁粒子４１ｂとして、平均径がより大きな絶縁粒子とより小さな絶縁粒子とを含んでいてもよい。同様に、第１粒状絶縁層４２ａは、絶縁粒子４１ａとして、平均径がより大きな絶縁粒子とより小さな絶縁粒子とを含んでいてもよい。すなわち、本実施形態には、第２の実施形態に係る技術をさらに組み合わせてもよい。
【００８０】
本実施形態の例として、以下の試験を行った。まず、シリコン基板２上にスピンコート法によりコロイダルシリカを塗布し、それにより得られた塗膜を加熱することにより塗膜から分散媒を除去した。その後、ＣＭＰによりトレンチ３の外側に付着したシリカ粒子４１ａを除去した。このようにして、平均径が０．３μｍのシリカ粒子４１ａからなる第１粒状絶縁層４２ａを形成した。次いで、シリコン基板２上にスピンコート法によりコロイダルシリカと無機ＳＯＧとの混合液を塗布し、それにより得られた塗膜を一旦約１２０℃の熱処理に供した。その後、ＣＭＰによりトレンチ３の外側に付着したシリカ粒子４１ｂ及び絶縁バインダ４５を除去した。ここでは、第２粒状絶縁層４２ｂの混合液として、無機ＳＯＧを２０体積％、３０体積％、３５体積％、４５体積％、５０体積％の濃度で含有したものを使用した。これら構造に対して、窒素雰囲気中、１１００℃で８時間の熱処理を施した。
【００８１】
その結果、先の混合液として無機ＳＯＧを４５体積％及び５０体積％の濃度で含有したものを使用した場合、トレンチ３の外側に付着したシリカ粒子４１ｂ及び絶縁バインダ４５をＣＭＰによって完全には除去し難かった。これに対し、先の混合液として無機ＳＯＧを２０体積％、３０体積％、３５体積％の濃度で含有したものを使用した場合、粒状絶縁層４２にクラックを生じたが、シリコン基板２のトレンチ３の近傍に欠陥を生じることはなかった。また、トレンチ３の外側でシリカ粒子４１ｂ及び絶縁バインダ４５が残ることもなかった。なお、トレンチ３の粒状絶縁層４２による埋め込みの歩留まりは、先の混合液として無機ＳＯＧを２０体積％、３０体積％、３５体積％、４５体積％の濃度で含有したものを使用した場合、それぞれ４５％、９０％、９０％、６５％であった。
【００８２】
次に、熱処理後の粒状絶縁層４２を電子顕微鏡で観察した。その結果、先の混合液として無機ＳＯＧを２０体積％、３０体積％、３５体積％で含有したものを使用した粒状絶縁層４２では、シリカ粒子４１と絶縁バインダ４５とが網目構造を形成していることを確認できた。また、先の混合液として無機ＳＯＧを４５体積％及び５０体積％の濃度で含有したものを使用した粒状絶縁層４２では、シリカ粒子４１ｂと絶縁バインダ４５は殆んど連続相であり、シリカ粒子４１ｂと絶縁バインダ４５とは網目構造を形成していないことを確認できた。
【００８３】
以上説明した第１乃至第５の実施形態に係る技術は、互いに組み合わせることができる。そのような組み合わせの例については、以下の実施形態で説明する。
【００８４】
まず、本発明の第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、第１及び第４の実施形態に係る技術の組み合わせに相当している。
【００８５】
図９は、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図である。図９に示す構造では、絶縁層４は、粒状絶縁層４２とリフロー性誘電体層４４とを含んでいる。粒状絶縁層４２は、絶縁粒子４１とそれらを架橋する絶縁バインダ４５とを含んでいる。
【００８６】
このような構造によると、第１及び第４の実施形態で説明した効果を得ることができる。加えて、この構造によると、リフロー性誘電体層４４を形成した後に絶縁粒子４１がトレンチ３の外部へと拡散するのを、より確実に防止することができる。
【００８７】
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は、第２及び第４の実施形態に係る技術の組み合わせに相当している。
【００８８】
図１０は、本発明の第７の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図である。図１０に示す構造では、絶縁層４は、粒状絶縁層４２で構成されている。粒状絶縁層４２は、ほぼ均一に混合された第１絶縁粒子４１ａ及び第２絶縁粒子４１ｂと、それらを架橋する絶縁バインダ４５とを含んでいる。このような構造によると、第２及び第４の実施形態で説明した効果を得ることができる。
【００８９】
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。第８の実施形態は、第３及び第４の実施形態に係る技術の組み合わせに相当している。
【００９０】
図１１は、本発明の第８の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図である。図１１に示す構造では、絶縁層４は、第１粒状絶縁層４２ａと第２粒状絶縁層４２ｂとを含んでいる。第１粒状絶縁層４２ａは、平均径がより大きな第１絶縁粒子４１ａと、それらを架橋する絶縁バインダ４５とを含んでいる。他方、第２粒状絶縁層４２ｂは、平均径がより小さな第２絶縁粒子４１ｂと、それらを架橋する絶縁バインダ４５とを含んでいる。このような構造によると、第３及び第４の実施形態で説明した効果を得ることができる。なお、本実施形態では、第１粒状絶縁層４２ａの絶縁バインダ４５と、第２粒状絶縁層４２ｂの絶縁バインダ４５とは、材料が同一であってもよく、或いは、異なっていてもよい。
【００９１】
次に、本発明の第９の実施形態について説明する。第９の実施形態は、第１及び第５の実施形態に係る技術の組み合わせに相当している。
【００９２】
図１２は、本発明の第９の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図である。図１２に示す構造では、絶縁層４は、第１粒状絶縁層４２ａと第２粒状絶縁層４２ｂとリフロー性誘電体層４４とを含んでいる。第１粒状絶縁層４２ａは、絶縁粒子４１ａで構成されている。他方、第２粒状絶縁層４２ｂは、絶縁粒子４１ｂと絶縁バインダ４５とを含んでいる。
【００９３】
このような構造によると、第１及び第５の実施形態で説明した効果を得ることができる。また、この構造では、リフロー性誘電体層４４と第１粒状絶縁層４２ａとの間に、絶縁粒子４１ｂと絶縁バインダ４５とを含んだ第２粒状絶縁層４２ｂが介在している。第２粒状絶縁層４２ｂが絶縁粒子４１ｂと絶縁バインダ４５とを含んでいる場合、第２粒状絶縁層４２ｂが絶縁バインダ４５を含んでいない場合に比べ、熱処理により溶融または軟化したリフロー性誘電体層４４は第２粒状絶縁層４２ｂ中に浸透し難い。そのため、この構造では、溶融または軟化したリフロー性誘電体層４４の第１粒状絶縁層４２ａ中への浸透が抑制される。熱応力を緩和する観点では、リフロー性誘電体層４４と絶縁粒子４１ａなどとの接触面積を可能な限り小さくすることが望ましい。したがって、この構造を採用すると、例えば、熱処理を複数回行ったとしても、半導体基板２にクラックなどの欠陥が発生するのを抑制する効果が著しく失われることがない。
【００９４】
また、図１２に示す構造では、リフロー性誘電体層４４をキャップ絶縁層９で被覆している。キャップ絶縁層９は、リフロー性誘電体層４４よりも、融点または軟化点が高い。典型的には、キャップ絶縁層９の融点または軟化点は、粒状絶縁層４２を形成した後に行う熱処理の最高温度よりも高い。
【００９５】
この構造では、リフロー性誘電体層４４は、バリア絶縁層４３とキャップ絶縁層９とに囲まれている。そのため、リフロー性誘電体層４４中の元素が半導体基板２などの中へと拡散するのを抑制することができる。
【００９６】
キャップ絶縁層９の材料は、融点または軟化点が先の条件を満足するものであれば特に制限はない。キャップ絶縁層９の材料としては、例えば、シリコン酸化物のような酸化物、シリコン窒化物のような窒化物、及びそれらの混合物などを挙げることができる。
【００９７】
なお、図１２に示す構造では、バリア絶縁層４３はキャップ絶縁層９とほぼ同じ形状にパターニングされている。このような構造は、例えば、キャップ絶縁層９のパターニングするためのエッチングの際に、バリア絶縁層４３も同時にエッチングするか、或いは、キャップ絶縁層９をマスクとして用いたエッチングを行うことにより得ることができる。
【００９８】
第６乃至第９の実施形態は第１乃至第３の実施形態に係る技術の少なくとも１つと第４または第５の実施形態に係る技術との組み合わせに相当しているが、第１乃至第５の実施形態に係る技術にはさらに他の組み合わせがある。例えば、第１の実施形態に係る技術と第２または第３の実施形態に係る技術とを組み合わせてもよい。また、図１２に示す構造においてキャップ絶縁層９及びリフロー性誘電体層４５の少なくとも一方を省略してもよい。さらに、第９の実施形態で説明したキャップ絶縁層９は、他の実施形態に係る半導体装置で使用してもよい。
【００９９】
また、第１乃至第９の実施形態において図１に示す半導体装置に適用したトレンチ分離技術は、他の構造の半導体装置にも適用することができる。例えば、先のトレンチ分離技術は、図１に示したのとは異なる構造のＭＯＳＦＥＴを備えた半導体装置に適用してもよい。或いは、先のトレンチ分離技術は、例えば、バイポーラトランジスタを備えた半導体装置などに適用することもできる。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、トレンチを絶縁体で埋め込んでなる分離領域が巨大である場合であっても、熱処理の際に基板に欠陥が発生し難く、容易に製造可能な半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を概略的に示す断面図。
【図２】図１の半導体装置の半導体基板を概略的に示す平面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図。
【図７】図６の粒状絶縁層を拡大して示す図。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図。
【図１０】本発明の第７の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図。
【図１１】本発明の第８の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図。
【図１２】本発明の第９の実施形態に係る半導体装置に採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
１…半導体装置、２…半導体基板、２ａ…素子領域、２ｂ…素子分離領域、３…トレンチ、４…絶縁層、５…ソース電極、６…ドレイン電極、７…ゲート絶縁膜、８…ゲート電極、９…キャップ絶縁層、２１…第１半導体層、２２…第２半導体層、２３…高濃度ドレイン領域、２５…不純物拡散領域、２６…不純物拡散領域、２７…ベース領域、２８…ソース領域、４１…絶縁粒子、４１ａ…第１絶縁粒子、４１ｂ…第２絶縁粒子、４２…粒状絶縁層、４２ａ…第１粒状絶縁層、４２ｂ…第２粒状絶縁層、４４…リフロー性誘電体層、４５…絶縁バインダ。
【図１】
2004031923.tif 000004
【図２】
2004031923.tif 000005
【図３】
2004031923.tif 000006
【図４】
2004031923.tif 000007
【図５】
2004031923.tif 000008
【図６】
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【図７】
2004031923.tif 000010
【図８】
2004031923.tif 000011
【図９】
2004031923.tif 000012
【図１０】
2004031923.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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