JP2000269430A - Input protective circuit, manufacture of semiconductor substrate, semiconductor device and manufacture of the semiconductor device - Google Patents

Input protective circuit, manufacture of semiconductor substrate, semiconductor device and manufacture of the semiconductor device

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JP2000269430A
JP2000269430A JP11073073A JP7307399A JP2000269430A JP 2000269430 A JP2000269430 A JP 2000269430A JP 11073073 A JP11073073 A JP 11073073A JP 7307399 A JP7307399 A JP 7307399A JP 2000269430 A JP2000269430 A JP 2000269430A
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semiconductor substrate
substrate
semiconductor
forming
cavity
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Yukihiro Ushiku
幸広 牛久
Katsuhiko Hieda
克彦 稗田
Kazuaki Nakajima
一明 中嶋
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To input a large signal potential, even without providing two power sources or voltage conversion circuits in an input protective circuit. SOLUTION: Input signals inputted from an input pad 11 are connected via an input signal line 14 to an input gate 13. To the input signal line 14, this input protective circuit 12 is inserted. The input protective circuit is constituted of one p-n junction diode 20, whose one end is connected to the input signal line 14, and other end is connected to a ground potential VSS. The p-n junction diode 20 is constituted of a p-type silicon substrate 21 and a heavily doped region 23, formed by heavily doping n-type impurities on the surface of the p-type silicon substrate 21. Then, in the silicon substrate 21 at the lower part of the diode 20, a void 24 is formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を保護
するために半導体基板に設けられた入力保護回路に関す
る。また、本発明は、ウェハ張り合わせ技術を用いて形
成される半導体基板の製造方法、及びSOI構造を有す
る半導体の製造方法に関する。またさらに本発明は、イ
ントリシック・ゲッタリング・サイトを有する半導体装
置及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an input protection circuit provided on a semiconductor substrate for protecting a semiconductor device. Further, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate formed using a wafer bonding technique and a method for manufacturing a semiconductor having an SOI structure. Still further, the present invention relates to a semiconductor device having an intrinsic gettering site and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOS型集積回路の入力回路において
は、外部からのノイズから回路を保護するために、2個
のPN接合素子からなる保護回路を設けている。従来用
いられていた入力保護回路の回路図と電気的特性を図1
6,図17に示す。入力パッド11から入った入力信号
は、保護回路部170を通過して入力ゲート13に入力
されている。入力保護回路は、二つのPN接合ダイオー
ドからなり、第1のPN接合ダイオード171は、接地
電位Vssと入力信号線14に接続されており、第2のダ
イオード172は入力信号線14と電源電位Vddに接続
されている。
2. Description of the Related Art In an input circuit of a MOS type integrated circuit, a protection circuit including two PN junction elements is provided to protect the circuit from external noise. FIG. 1 shows a circuit diagram and electrical characteristics of a conventionally used input protection circuit.
6, shown in FIG. The input signal input from the input pad 11 passes through the protection circuit 170 and is input to the input gate 13. The input protection circuit includes two PN junction diodes. The first PN junction diode 171 is connected to the ground potential V ss and the input signal line 14, and the second diode 172 is connected to the input signal line 14 and the power supply potential. Connected to Vdd .

【0003】入力信号の電位(信号電位)Vinが接地電
位Vssと電源電位Vddの間の信号にある時は、信号電位
inはそのまま入力ゲートに伝えられる。しかし、信号
電位Vinが接地電位Vssより低い場合は、第1のダイオ
ード171が順方向バイアス状態になるため第1のダイ
オード171がオン状態になり、過大な電流が第1のダ
イオード171に流れて信号電位Vinが接地電位Vss
り下がらないため、入力ゲート13が破壊されない。逆
に、信号電位Vinが電源電位Vddより大きい場合には、
第2のダイオード172がオン状態になって入力ゲート
13の破壊を防止する。
[0003] When the potential of the input signal (signal potential) V in is at the signal between the ground potential V ss and the power supply potential V dd, the signal potential V in is directly transmitted to the input gate. However, if the signal potential V in is lower than the ground potential V ss are first diode 171 for the first diode 171 becomes forward biased is turned on, an excessive current in the first diode 171 since flow signal potential V in does not fall from the ground potential V ss, the input gate 13 is not destroyed. Conversely, if the signal potential V in is higher than the power supply potential V dd is,
The second diode 172 is turned on to prevent the input gate 13 from being broken.

【0004】最近の素子の微細化により使用する電源電
位が下がってきている。この場合、回路基板上で複数の
電源電位を持つデバイス同士を接続する事が多くなって
きている。この場合の問題は特に入力回路において重要
である。例えば、外部の電源電位が大きいデバイスの出
力を入力信号とするような場合、上記説明の様に、保護
回路に過大な電流を流し続けることになる。この場合、
発熱による断線や保護回路を構成する素子自体の破壊を
引き起こすおそれがある。そこで大きな入力を受け入れ
るため、内部に入力回路の電源と通常のゲートに供給す
るための外部電源の二つを用意するか、内部に電圧変換
回路を設けて二つの電圧を同一チップ内で扱う事が出来
る様にするかのいづれかであった。
The power supply potential to be used has been reduced due to recent miniaturization of elements. In this case, devices having a plurality of power supply potentials are often connected on a circuit board. The problem in this case is particularly important in the input circuit. For example, when the output of a device having a large external power supply potential is used as an input signal, an excessive current continues to flow through the protection circuit as described above. in this case,
There is a possibility that the heat generation may cause a disconnection or damage to the elements constituting the protection circuit. Therefore, in order to accept a large input, either prepare the internal power supply for the input circuit and the external power supply for supplying the normal gate internally, or provide a voltage conversion circuit inside and handle the two voltages in the same chip. Was to be able to do it.

【0005】前者の場合、電源を2種類使用しないと動
作しないので使用上の制約が大きいという問題がある。
また、後者の場合、チップ内に電圧変換回路を持つため
の面積と電圧変換のための不要な消費電力が必要にな
り、経済的ではないという問題がある。
[0005] In the former case, there is a problem that the operation is not performed unless two types of power supplies are used, so that there is a problem in that the restrictions on use are large.
In the latter case, there is a problem that an area for having a voltage conversion circuit in a chip and unnecessary power consumption for voltage conversion are required, which is not economical.

【0006】ところで、近年、半導体デバイスヘの要求
として集積化・高速化に加え、低消費電力化が求められ
ている。低消費電力化を実現するためには、電源電位の
低減と寄生容量の削減がポイントとなる。
[0006] In recent years, as a demand for a semiconductor device, a reduction in power consumption has been demanded in addition to an increase in integration and speed. In order to realize low power consumption, the point is to reduce the power supply potential and the parasitic capacitance.

【0007】寄生容量を減らす手段には幾つかあるが、
中でもSOI(Silicon On Insu1ator)基板を用いたSO
I構造を採用することが最も効果的である。SOI構造
では、MOS型トランジスタの空乏層の伸びが抑えられ
るため、ソース/ドレイン領域の接合容量はシリコン基
板上に作成したMOSトランジスタに比べ大幅に小さく
することができる。つまり、SOI構造を採用すること
により、寄生容量による消費電力を削減することがで
き、しいては半導体テバイスの低消費電力化を図ること
が可能となる。
There are several ways to reduce the parasitic capacitance.
Above all, SOI using SOI (Silicon On Insu1ator) substrate
It is most effective to adopt the I structure. In the SOI structure, the extension of the depletion layer of the MOS transistor is suppressed, so that the junction capacitance of the source / drain region can be made much smaller than that of a MOS transistor formed on a silicon substrate. In other words, by employing the SOI structure, power consumption due to parasitic capacitance can be reduced, and thus, power consumption of the semiconductor device can be reduced.

【0008】SOI基板を形成する方法としては、SI
MOX(Separation by Implanted Oxygen)技術やウェハ
張り合わせ技術がある。SIMOX技術は、単結晶Si
基板に酸素イオンを注入し、その後、加熱処理を施すこ
とにより、Si基板中に埋め込み酸化膜層を形成する手
法である。ウェハ張り合わせ技術は、2枚のSi基板の
一方のSi基板に酸化膜を形成し、それらを貼り合わせ
た後、一方を研磨によって薄膜化してSOI構造を形成
する手法である。
[0008] As a method of forming an SOI substrate, SI
There are MOX (Separation by Implanted Oxygen) technology and wafer bonding technology. SIMOX technology uses single crystal Si
In this method, oxygen ions are implanted into a substrate, and then heat treatment is performed to form a buried oxide film layer in the Si substrate. The wafer bonding technique is a technique in which an oxide film is formed on one of two Si substrates, and after bonding them, one is thinned by polishing to form an SOI structure.

【0009】しかしながら、SIMOX技術はイオン注
入により絶縁膜を形成するため、SOI基板中に転移な
どの結晶欠陥が残ってしまうという問題がある。一方、
ウェハ張り合わせ技術には、基板中に結晶欠陥が少ない
ものの、半導体層の膜厚制御が難しく、SOI基板を形
成することが困難であるという問題がある。
However, since the SIMOX technique forms an insulating film by ion implantation, there is a problem that crystal defects such as dislocations remain in the SOI substrate. on the other hand,
The wafer bonding technique has a problem that although there are few crystal defects in the substrate, it is difficult to control the thickness of the semiconductor layer and it is difficult to form an SOI substrate.

【0010】また、半導体装置においては、その製造過
程において半導体基板に金属などの不純物が入り込むと
その電気的特性に著しい影響を与えることが良く知られ
ている。半導体装置の歩留まりや信頼性向上の観点から
金属などの不純物の汚染に注意することは当然ではある
が、半導体装置の製造工程全般にわたって、汚染を常に
抑制することは不可能である。そこで、汚染金属不純物
を素子が形成される半導体基板表面より深い部分に捕ら
えておく技術が必要になる。
In a semiconductor device, it is well known that impurities such as metal entering a semiconductor substrate during the manufacturing process have a remarkable effect on its electrical characteristics. Although it is natural to pay attention to contamination of impurities such as metals from the viewpoint of improving the yield and reliability of the semiconductor device, it is impossible to always suppress the contamination throughout the entire manufacturing process of the semiconductor device. Therefore, a technique is required in which the contaminant metal impurities are captured in a portion deeper than the surface of the semiconductor substrate on which the element is formed.

【0011】この技術はゲッタリング技術と呼ばれてい
る。半導体基板の深い位置に汚染金属不純物を捕らえる
技術として、イントリシック・ゲッタリング技術があ
る。イントリシック・ゲッタリング技術は、酸素を含ん
だシリコン基板に熱処理を施すことによって、半導体基
板の表面近傍に無欠陥領域を形成すると同時に、半導体
基板内部に多数の酸素析出物,転位ループや積層欠陥等
を発生させ、その欠陥の周りの歪場に半導体基板に混入
した金属不純物を集めることによって、無欠陥領域中の
素子活性領域への金属不純物の析出を抑制する手法であ
る。イントリシック・ゲッタリング技術は、半導体製造
プロセスとの整合性が良いこと、ゲッタリング能力の持
続性が優れることなどから最近注目されてきている。
This technique is called a gettering technique. As a technique for trapping contaminant metal impurities at a deep position in a semiconductor substrate, there is an intrinsic gettering technique. Intrinsic gettering technology heat-treats a silicon substrate containing oxygen to form a defect-free region near the surface of the semiconductor substrate, and at the same time, a large number of oxygen precipitates, dislocation loops and stacks inside the semiconductor substrate. In this method, a defect or the like is generated, and metal impurities mixed in the semiconductor substrate are collected in a strain field around the defect, thereby suppressing deposition of the metal impurity in the element active region in the defect-free region. Intrinsic gettering technology has recently attracted attention because of its good compatibility with semiconductor manufacturing processes and its excellent gettering ability.

【0012】イントリシック・ゲッタリング技術の重要
なポイントは、半導体基板の選択である。通常のCZ基
板を使用すると、その結晶育成過程で半導体基板中に導
入されるCOPと呼ばれる100nm程度大きさで密度
約106 cm-3の空洞のため、ゲート酸化膜耐圧や信頼
性が問題になる。また、この問題を避けるためにエピタ
キシャル基板を用いると表面付近の酸素濃度が低下する
ためにゲッタリング能力(金属不純物を吸着する能力)
が低くなる。
An important point of the intrinsic gettering technique is the selection of a semiconductor substrate. When a normal CZ substrate is used, since a cavity called COP which is introduced into the semiconductor substrate during the crystal growth process and has a density of about 100 nm and a density of about 10 6 cm -3 , the gate oxide film withstand voltage and reliability are problematic. Become. Also, if an epitaxial substrate is used to avoid this problem, the oxygen concentration near the surface decreases, so that the gettering ability (the ability to adsorb metal impurities)
Becomes lower.

【0013】また、一般に製品ごとにその製造工程にお
ける熱処理工程の履歴が異なるため、同一の半導体基板
を用いて異なる半導体装置を製造すると、完成した半導
体装置の基板中の酸素析出物の大きさと密度および格子
間酸素濃度が、各半導体装置ごとにことなってくる。こ
れは、ゲッタリング能力を一定に保とうとすると、製造
する半導体装置ごとに半導体基板の最適な設計を行い、
半導体基板の酸素濃度などの仕様を変えなければならな
いことを意味しており、半導体装置開発コストや半導体
基板コストが上昇してしまう結果になる。
In general, since the history of the heat treatment process in the manufacturing process differs for each product, when different semiconductor devices are manufactured using the same semiconductor substrate, the size and density of oxygen precipitates in the substrate of the completed semiconductor device are reduced. The interstitial oxygen concentration differs for each semiconductor device. This means that if you want to keep the gettering ability constant, you should design the semiconductor substrate optimally for each semiconductor device to be manufactured,
This means that specifications such as the oxygen concentration of the semiconductor substrate must be changed, which results in an increase in semiconductor device development cost and semiconductor substrate cost.

【0014】以上の困難性は、酸素析出の制御は製品の
熱履歴に依存するが、熱履歴のパラメータは製品の電気
的特性を決定するパラメータでもあり、半導体基板中の
酸素析出挙動の制御と製品の電気的特性の制御とが独立
に行えないことから生じている。また、素子の微細化が
進むにつれて半導体製造工程の温度が下がり、酸素析出
が起こりにくくなってきている。この意味からもイント
リシック・ゲッタリングの制御は難しくなってきてい
る。
The above difficulty is that the control of oxygen precipitation depends on the thermal history of the product, and the parameter of the thermal history is also a parameter that determines the electrical characteristics of the product. This is caused by the inability to control the electrical characteristics of the product independently. In addition, as the device becomes finer, the temperature of the semiconductor manufacturing process decreases, and oxygen precipitation hardly occurs. In this sense, control of intrinsic gettering is becoming difficult.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の入力保護回路に過大な電流を流し続けると、発熱によ
る断線や回路を構成する素子の破壊を引き起こすおそれ
がある。そのため、大きな入力信号を受け入れるため
に、入力回路用の電源と通常のゲートに供給するための
外部電源との二つを用意すると、使用上の制約が大きい
という問題があった。また、大きな入力を受け入れるた
めに、チップ内に電圧変換回路を設けると、電圧変換回
路のための面積と電圧変換のための不要な消費電力が必
要となるという問題点があった。
As described above, if an excessive current is continuously supplied to the conventional input protection circuit, there is a possibility that heat generation may cause disconnection or destruction of elements constituting the circuit. Therefore, if two power supplies, that is, a power supply for an input circuit and an external power supply for supplying a normal gate, are provided in order to accept a large input signal, there is a problem in that use restrictions are large. Further, if a voltage conversion circuit is provided in a chip to accept a large input, there is a problem that an area for the voltage conversion circuit and unnecessary power consumption for voltage conversion are required.

【0016】また、従来のSOI基板の製造に用いられ
るウェハ張り合わせ技術では、SOI基板中の半導体層
に結晶欠陥が残留したり、半導体層の膜厚制御が困難で
あるという問題点があった。
Further, in the conventional wafer bonding technique used for manufacturing an SOI substrate, there are problems that crystal defects remain in a semiconductor layer in the SOI substrate and that it is difficult to control the thickness of the semiconductor layer.

【0017】また、半導体装置の製品毎に熱処理工程の
履歴が異なるため、製品毎に半導体基板の最適な設計を
行って半導体基板中の酸素濃度などの仕様を変更しなけ
ればならず、半導体基板の値段及び半導体装置の開発コ
ストが上昇してしまうと言う問題点が有った。また、半
導体素子の微細化に伴い、製造工程における加熱温度が
低くなり、酸素析出が起こりにくくなっており、ゲッタ
リングサイトの形成が困難になってきているという問題
点があった。
Further, since the history of the heat treatment process is different for each semiconductor device product, it is necessary to change the specifications such as the oxygen concentration in the semiconductor substrate by designing the semiconductor substrate optimally for each product. However, there is a problem that the price of the semiconductor device and the development cost of the semiconductor device increase. Further, with the miniaturization of the semiconductor element, there has been a problem that the heating temperature in the manufacturing process has become lower, and oxygen precipitation has become less likely to occur, making it difficult to form gettering sites.

【0018】本発明の目的は、二つの電源又は電圧変換
回路を設けなくても、大きな信号電位の入力を可能とす
る入力保護回路を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an input protection circuit capable of inputting a large signal potential without providing two power supplies or voltage conversion circuits.

【0019】また、本発明の別の目的は、ウェハ張り合
わせ技術において、半導体層の膜厚制御性が容易な半導
体基板の製造方法を提供することにある。また、結晶欠
陥の抑制と半導体装置の膜厚制御性の向上とを同時に図
り得るSOI構造を有する半導体装置の製造方法を提供
することにある。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor substrate in which the thickness of a semiconductor layer can be easily controlled in a wafer bonding technique. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having an SOI structure that can simultaneously suppress crystal defects and improve the controllability of the film thickness of the semiconductor device.

【0020】また、本発明の別な目的は、製品の製造工
程における熱工程履歴に依存しないゲッタリング・サイ
トを有する半導体装置及びその製造方法を提供すること
にある。
It is another object of the present invention to provide a semiconductor device having a gettering site which does not depend on a thermal process history in a product manufacturing process, and a method of manufacturing the same.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】[構成]本発明は、上記
目的を達成するために以下のように構成されている。
Means for Solving the Problems [Configuration] The present invention is configured as follows to achieve the above object.

【0022】(1)本発明(請求項1)の入力保護回路
は、一端が入力信号が入力される入力パッドと入力ゲー
トとを接続する信号線に接続し、且つ他端が接地電位或
いは電源電位に接続され、第1導電型の半導体基板と,
この第1導電型の半導体基板の表面に形成された第2導
電型の拡散層とを含む一つの接合ダイオードと、この接
合ダイオードの下方の前記第1導電型の半導体基板中に
形成された、空洞,或いは空洞に埋め込まれた前記半導
体基板と異なる材料で構成される異物とを具備してなる
ことを特徴とする。前記空洞或いは異物は、前記接合ダ
イオードによって形成される空間電荷領域に接し得る位
置にに形成されていることが好ましい。
(1) The input protection circuit of the present invention (claim 1) has one end connected to a signal line connecting an input pad to which an input signal is input and an input gate, and the other end connected to a ground potential or a power supply. A semiconductor substrate of a first conductivity type, connected to a potential,
A junction diode including a diffusion layer of the second conductivity type formed on the surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type; and a junction diode formed in the semiconductor substrate of the first conductivity type below the junction diode. It is characterized by comprising a cavity or a foreign substance made of a different material from the semiconductor substrate embedded in the cavity. It is preferable that the cavity or the foreign matter is formed at a position that can be in contact with a space charge region formed by the junction diode.

【0023】(2)本発明(請求項3)の半導体装置の
製造方法は、半導体基板に溝を形成する工程と、前記半
導体基板を加熱して半導体基板を構成する原子或いは分
子を移動させて、前記溝の開口部をふさぎ、該基板の内
部に空洞を形成する工程と、前記半導体基板の表面を平
坦にする工程と、半導体基板と少なくとも表面に絶縁膜
が形成された基体とを、該絶縁膜を介するように貼り合
わせる工程と、前記半導体基板の表面を研磨し、前記空
洞を除去する工程とを含むことを特徴とする。
(2) In a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 3), a step of forming a groove in a semiconductor substrate and a step of heating the semiconductor substrate to move atoms or molecules constituting the semiconductor substrate are performed. Closing the opening of the groove and forming a cavity inside the substrate, flattening the surface of the semiconductor substrate, and forming a semiconductor substrate and a substrate having an insulating film formed on at least the surface thereof. The method includes a step of attaching the semiconductor substrate via an insulating film, and a step of polishing the surface of the semiconductor substrate to remove the cavity.

【0024】(3)本発明(請求項4)の半導体装置の
製造方法は、半導体基板に溝を形成する工程と、前記溝
内に選択的に前記半導体基板と研磨速度が異なる材料を
形成する工程と、前記半導体基板を加熱し、該基板を構
成する原子又は分子を移動させて前記溝の開口部をふさ
いで、該半導体基板の内部に選択的に前記異物を形成す
る工程と、前記半導体基板の表面を平坦にする工程と、
半導体基板と少なくとも表面に絶縁膜が形成された基体
とを、該絶縁膜を介するように貼り合わせる工程と、前
記半導体基板の表面を研磨し、前記異物を除去する工程
とを含むことを特徴とする。
(3) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 4), a step of forming a groove in a semiconductor substrate and a step of selectively forming a material having a different polishing rate from that of the semiconductor substrate in the groove. Heating the semiconductor substrate, moving atoms or molecules constituting the substrate to cover the opening of the groove, and selectively forming the foreign matter inside the semiconductor substrate; and Flattening the surface of the substrate;
A step of bonding a semiconductor substrate and a substrate having an insulating film formed on at least a surface thereof, with the insulating film interposed therebetween, and a step of polishing the surface of the semiconductor substrate to remove the foreign matter, I do.

【0025】(4)本発明(請求項5)の半導体装置の
製造方法は、半導体基板に溝を形成する工程と、前記半
導体基板を加熱して半導体基板を構成する原子或いは分
子を移動させて、前記溝の開口部をふさぎ、該基板の内
部に空洞を形成する工程と、前記半導体基板の表面を平
坦にする工程と、前記半導体基板の一方の面に半導体素
子を形成する工程と、前記半導体基板の一方の面と第1
の基体を貼り合わせる工程と、前記半導体基板の表面を
研磨し、前記空洞を除去する工程と、前記半導体基板の
研磨面と第2の基体とを貼り合わせる工程と、第1の基
体を剥離する工程とを含むことを特徴とする。
(4) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 5), a step of forming a groove in the semiconductor substrate and a step of heating the semiconductor substrate to move atoms or molecules constituting the semiconductor substrate are performed. Closing the opening of the groove and forming a cavity inside the substrate; flattening the surface of the semiconductor substrate; forming a semiconductor element on one surface of the semiconductor substrate; One side of the semiconductor substrate and the first
Bonding the substrate, polishing the surface of the semiconductor substrate to remove the cavity, bonding the polished surface of the semiconductor substrate to a second substrate, and peeling the first substrate. And a step.

【0026】(5)本発明(請求項6)の半導体装置の
製造方法は、半導体基板に溝を形成する工程と、記溝内
に選択的に前記半導体基板と研磨速度が異なる材料を形
成する工程と、前記半導体基板を加熱し、該基板を構成
する原子又は分子を移動させて前記溝の開口部をふさい
で、該半導体基板の内部に選択的に前記異物を形成する
工程と、前記半導体基板の表面を平坦にする工程と、前
記半導体基板の一方の面に半導体素子を形成する工程
と、前記半導体基板の一方の面と第1の基体を貼り合わ
せる工程と、前記半導体基板の表面を研磨し、前記空洞
或いは異物を除去する工程と、前記半導体基板の研磨面
と第2の基体とを貼り合わせる工程と、第1の基体を剥
離する工程とを含むことを特徴とする。
(5) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 6), a step of forming a groove in the semiconductor substrate and a step of selectively forming a material having a different polishing rate from the semiconductor substrate in the groove are performed. Heating the semiconductor substrate, moving atoms or molecules constituting the substrate to cover the opening of the groove, and selectively forming the foreign matter inside the semiconductor substrate; and Flattening the surface of the substrate, forming a semiconductor element on one surface of the semiconductor substrate, bonding one surface of the semiconductor substrate to a first base, The method includes a step of polishing to remove the cavities or foreign matters, a step of bonding a polished surface of the semiconductor substrate to a second base, and a step of peeling the first base.

【0027】(6)本発明(請求項7)の半導体装置
は、半導体基板表面に形成された半導体素子と、前記半
導体基板中の前記半導体素子の下部、且つ該半導体素子
によって形成される空乏層領域より深い位置に形成され
た、一つ以上の空洞或いは空洞に埋め込まれた異物とを
具備してなることを特徴とする。
(6) In the semiconductor device according to the present invention (claim 7), a semiconductor element formed on the surface of the semiconductor substrate, a depletion layer formed below the semiconductor element in the semiconductor substrate, and formed by the semiconductor element And one or more cavities or foreign matter embedded in the cavities formed at a position deeper than the region.

【0028】本発明(請求項7)の好ましい実施態様を
以下に記す。空洞或いは異物の存在する深さは、その空
洞或いは異物が周囲に作る応力場が半導体素子表面に影
響を与えない。空洞或いは異物の存在する深さは、その
空洞の大きさの3倍以上である。空洞或いは異物の間隔
が空洞の深さよりも小さい空洞の組を少なくとも1つ以
上持つ。空洞或いは異物自体、又はその周辺には半導体
素子表面に到達しない転位欠陥を持っている。空洞或い
は異物は、アレイ上に形成されている。空洞或いは異物
が、半導体チップの周辺領域に配置されている。空洞或
いは異物が半導体基板内部の最も深い構造の領域を避け
て配置されている。
Preferred embodiments of the present invention (claim 7) are described below. The depth of the cavity or foreign matter does not affect the stress field created by the cavity or foreign matter on the surface of the semiconductor element. The depth at which the cavity or foreign matter is present is at least three times the size of the cavity. At least one set of cavities in which the distance between the cavities or foreign matters is smaller than the depth of the cavities. Dislocation defects that do not reach the surface of the semiconductor element are present in the cavity or the foreign substance itself or in the vicinity thereof. The cavities or foreign substances are formed on the array. A cavity or foreign matter is arranged in a peripheral area of the semiconductor chip. Cavities or foreign substances are arranged avoiding the deepest structure region inside the semiconductor substrate.

【0029】(7)本発明(請求項8)の半導体装置の
製造方法は、半導体基板の表面に溝を形成する工程と、
前記半導体基板を加熱して、前記半導体基板を構成する
原子或いは分子を移動させて、前記溝の開口部をふさ
ぎ、該半導体基板中に空洞を形成する工程と、前記半導
体基板の表面を平坦にする工程と、前記半導体基板の表
面に半導体素子を形成する工程とを含むことを特徴とす
る。
(7) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 8), a step of forming a groove in a surface of a semiconductor substrate;
Heating the semiconductor substrate, moving atoms or molecules constituting the semiconductor substrate, closing the opening of the groove, forming a cavity in the semiconductor substrate, and flattening the surface of the semiconductor substrate. And forming a semiconductor element on the surface of the semiconductor substrate.

【0030】(8)本発明(請求項9)の半導体装置の
製造方法は、半導体基板の表面に溝を形成する工程と、
前記溝内に選択的に異物を構成する材料を形成する工程
と、前記半導体基板を加熱して、前記半導体基板を構成
する原子或いは分子を移動させて、前記溝の開口部をふ
さぎ、該半導体基板中に前記異物を形成する工程と、前
記半導体基板の表面を平坦にする工程と、前記半導体基
板の表面に半導体素子を形成する工程とを含むことを特
徴とする。
(8) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 9), a step of forming a groove in a surface of a semiconductor substrate;
Selectively forming a material constituting a foreign substance in the groove, and heating the semiconductor substrate to move atoms or molecules forming the semiconductor substrate to cover an opening of the groove; Forming a foreign substance in the substrate, flattening a surface of the semiconductor substrate, and forming a semiconductor element on the surface of the semiconductor substrate.

【0031】本発明(請求項8,9)の好ましい実施態
様を以下に記す。
Preferred embodiments of the present invention (claims 8 and 9) are described below.

【0032】空洞或いは異物の位置及び大きさは、リソ
グラフィ手段により決定される。空洞或いは異物の深さ
は、前記溝の深さにより決定される。空洞或いは異物を
形成した半導体基板を用いて半導体装置を製造する。
The position and size of the cavity or foreign matter are determined by lithographic means. The depth of the cavity or foreign matter is determined by the depth of the groove. A semiconductor device is manufactured using a semiconductor substrate in which a cavity or a foreign substance is formed.

【0033】[作用]本発明は、上記構成によって以下
の作用・効果を有する。
[Function] The present invention has the following functions and effects by the above configuration.

【0034】接合ダイオードの下方の半導体基板中に空
洞或いは異物を形成することによって、ダイオードの逆
方向特性にキンク特性が表れ、ブレークダウン電圧が低
くなるので、電源電位の異なるデバイス同士の接続にお
いて、保護回路に過大な電流を流し破壊したり、他のデ
バイスの消費電力を増大させることがない。従って、2
電源動作や内部電圧変換回路が不要となる。空洞の位置
により特性を変化させることが可能で、用途に合った設
計が出来る。また、入力保護回路のダイオードが1個で
すむので、保護回路が占有する面積を小さくすることが
できる。
By forming a cavity or foreign matter in the semiconductor substrate below the junction diode, a kink characteristic appears in the reverse characteristic of the diode and the breakdown voltage is reduced. Therefore, when connecting devices having different power supply potentials, An excessive current does not flow to the protection circuit to cause damage or increase power consumption of another device. Therefore, 2
The power supply operation and the internal voltage conversion circuit become unnecessary. The characteristics can be changed depending on the position of the cavity, and a design suitable for the application can be made. Further, since only one diode is required for the input protection circuit, the area occupied by the protection circuit can be reduced.

【0035】空洞又は異物の形成深さは、半導体基板に
形成する溝の深さにによって制御可能である。そして、
半導体基板の内部に選択的に予め空洞又は異物を形成す
ることで、半導体基板を研磨して薄膜化させる際、空洞
又は異物のある研磨面で研磨速度が変化する。従って、
研磨面の速度変化を測定することによって、空洞或いは
異物が有る位置を検出することができ、しいては研磨位
置を知ることができる。
The formation depth of the cavity or foreign matter can be controlled by the depth of the groove formed in the semiconductor substrate. And
By selectively forming cavities or foreign substances in the semiconductor substrate in advance, when the semiconductor substrate is polished and thinned, the polishing rate changes on the polished surface having the cavities or foreign substances. Therefore,
By measuring the change in the speed of the polished surface, it is possible to detect the position where a cavity or a foreign substance is present, and thus to know the polishing position.

【0036】従って、研磨速度を検出することによっ
て、空洞或いは異物が除去される時間を容易に検出する
ことができるので、除去された時点で半導体基板の研磨
を終了すれば、半導体層の膜厚の制御を容易に行うこと
ができる。
Therefore, by detecting the polishing rate, it is possible to easily detect the time for removing the voids or foreign substances. If the polishing of the semiconductor substrate is completed at the time of the removal, the thickness of the semiconductor layer is reduced. Can be easily controlled.

【0037】空洞或いは異物の大きさ、位置、密度、深
さは、溝の位置及び深さで制御できるので、容易に設計
することができる。空洞或いは異物はゲッタリング・サ
イトとなるので、製造工程の熱履歴に依存しないでゲッ
タリング・サイトを形成できる。従って、デバイス毎に
酸素濃度を変えた基板を準備する必要がなくなる。
Since the size, position, density, and depth of the cavity or foreign matter can be controlled by the position and depth of the groove, it can be easily designed. Since the cavities or foreign matter serve as gettering sites, the gettering sites can be formed without depending on the thermal history of the manufacturing process. Therefore, it is not necessary to prepare a substrate having a different oxygen concentration for each device.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に図面
を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0039】[第1実施形態]図1は、本発明の第1実
施形態に係わる入力保護回路の構成を示す図である。図
1(a)は入力保護回路の等価回路を示す図であり、図
1(b)は入力保護回路に用いられるpn接合ダイオー
ド素子の構造を示す断面図である。
[First Embodiment] FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an input protection circuit according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a diagram illustrating an equivalent circuit of the input protection circuit, and FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating a structure of a pn junction diode element used in the input protection circuit.

【0040】入力パッド11から入った入力信号は、入
力信号線14を介して入力ゲート13に接続されてい
る。入力信号線14には、入力保護回路12が挿入され
ている。入力保護回路は、一端が入力信号線14に接続
し他端が接地電位Vssに接続する、一つのpn接合ダイ
オード20から構成されている。
An input signal input from the input pad 11 is connected to an input gate 13 via an input signal line 14. The input protection circuit 12 is inserted into the input signal line 14. The input protection circuit includes one pn junction diode 20 having one end connected to the input signal line 14 and the other end connected to the ground potential V ss .

【0041】このpn接合ダイオード20の構成につい
て図1(b)を用いて説明する。図1(b)に示すよう
に、pn接合ダイオード20は、p型シリコン基板21
と、p型シリコン基板21の表面にn型不純物が1×1
20cm-3程度に高濃度にドープされて形成される高濃
度不純物領域23とから構成されている。また、ダイオ
ード20は、素子分離絶縁膜22によって他の素子と分
離されている。p型シリコン基板20と高濃度不純物領
域23との間に電位を印加する事でダイオード20が動
作するが、本図では電位を印加するためのの電極は省略
している。p型シリコン基板20を接地電位Vssに接続
し高濃度不純物領域23に接地電位Vssより高い電圧を
かけた場合は、ダイオード20には逆方向電流が流れる
が、この値は通常極めて小さく、無視できる。
The structure of the pn junction diode 20 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1B, the pn junction diode 20 is a p-type silicon substrate 21.
And 1 × 1 n-type impurities on the surface of p-type silicon substrate 21.
And a high-concentration impurity region 23 formed by being doped at a high concentration of about 0 20 cm −3 . The diode 20 is separated from other elements by an element isolation insulating film 22. The diode 20 operates by applying a potential between the p-type silicon substrate 20 and the high-concentration impurity region 23, but an electrode for applying the potential is omitted in this figure. If the p-type silicon substrate 20 was subjected to a voltage higher than the ground potential V ss to the high concentration impurity region 23 is connected to the ground potential Vss, and the diode 20 is reverse current flows, this value is usually very small, negligible it can.

【0042】そして、ダイオード20の下部のシリコン
基板21中に、空洞24が形成されている。空洞24
は、基板21を接地電位Vssとして高濃度不純物領域2
3に接地電位Vssより高い電圧をかけた場合にキャリア
が存在しない空間電荷領域25に形成されている。な
お、空間電荷領域25の幅は0.1〜1μm程度であ
り、基板21の不純物濃度と印加電圧に応じて変化す
る。
A cavity 24 is formed in the silicon substrate 21 below the diode 20. Cavity 24
Means that the substrate 21 is set to the ground potential Vss and the high-concentration impurity region 2
3 is formed in the space charge region 25 where no carrier exists when a voltage higher than the ground potential V ss is applied to 3. The width of the space charge region 25 is about 0.1 to 1 μm, and changes according to the impurity concentration of the substrate 21 and the applied voltage.

【0043】空間電荷領域25に形成されている空洞2
4の存在により、ダイオード20の逆方向特性は影響を
受ける。下部に空洞又は異物が存在するダイオード20
は、通常の空洞又は異物が存在しないダイオードのブレ
ークダウン電圧Vb0に較べて、より低い電圧Vbnでブレ
ークダウンする。また、下方に空洞又は異物が存在する
ダイオードの場合、空洞又は異物の存在する位置を浅く
すると、ダイオードのブレークダウン電圧Vbnが低くな
る事が、本発明者によるシミュレーションにより明らか
になっている。なお、空洞24は、空間電荷領域25内
に少なくとも1個存在すれば良く、単数でも複数であっ
ても良い。また、異物だけでなく、内壁の表面が酸化物
で覆われた空洞でも同様の効果が存在する。
Cavity 2 formed in space charge region 25
4, the reverse characteristics of the diode 20 are affected. Diode 20 with cavity or foreign matter in lower part
Breaks down at a lower voltage Vbn compared to the breakdown voltage Vb0 of a normal cavity or a diode free of foreign matter. Further, in the case of a diode having a cavity or foreign matter below, it has been clarified by a simulation by the present inventors that the breakdown voltage Vbn of the diode decreases when the position where the cavity or foreign matter exists is made shallow. It is sufficient that at least one cavity 24 exists in the space charge region 25, and the cavity 24 may be singular or plural. A similar effect exists not only on foreign matter but also on a cavity whose inner wall surface is covered with oxide.

【0044】pn接合の空乏層内部に取り込まれた空洞
近傍は高電界になるため局所的にブレークダウンする。
その結果、逆方向耐圧が減少する。この素子を用いる
と、低電圧側はpn接合の順方向特性によって、高電圧
側は逆方向のブレークダウンによって、回路を保護する
ことができる。
The vicinity of the cavity taken into the depletion layer of the pn junction is locally broken down due to a high electric field.
As a result, the reverse breakdown voltage decreases. When this element is used, the circuit can be protected by the forward characteristic of the pn junction on the low voltage side and by the reverse breakdown on the high voltage side.

【0045】空間電荷領域25に空洞24が存在するこ
とによりダイオード20の逆方向特性が影響を受けると
いうことは、本発明者の発見によるものである。そし
て、この現象についてElectrochemical Society Procee
dings, semiconductor silicon1998,pp1594-1563に開示
され、基板中に酸素析出物が存在するとダイオードの逆
方向特性にキンク特性が表れるという事実を実験及びシ
ミュレーションによって示している。
The existence of the cavity 24 in the space charge region 25 affects the reverse characteristics of the diode 20 according to the discovery of the present inventor. And about this phenomenon, Electrochemical Society Procee
dings, semiconductor silicon1998, pp1594-1563, and show by experiments and simulations the fact that the presence of oxygen precipitates in a substrate causes kink characteristics to appear in the reverse characteristics of a diode.

【0046】次に、本発明の入力保護回路の電気的特性
を図2に示す。入力信号線に印加される電位(以下、信
号電位)Vinが接地電位Vssと電源電位Vddの間の信号
にある時、つまり信号電位Vinがブレークダウン電圧V
bn以下の場合は、信号電位V inはそのまま入力ゲートに
印加される。
Next, the electrical characteristics of the input protection circuit of the present invention
Is shown in FIG. The potential applied to the input signal line (hereinafter, signal
Signal potential) VinIs the ground potential VssAnd power supply potential VddSignal between
, That is, the signal potential VinIs the breakdown voltage V
bnIn the following case, the signal potential V inTo the input gate
Applied.

【0047】しかし、信号電位Vinが、ブレークダウン
電圧Vbn以上になると入力保護回路部のダイオードがブ
レークダウンするので、ブレークダウン電圧Vbn以上の
電圧が入力ゲートに印加されない。
[0047] However, the signal potential V in is, the diode of the input protection circuit unit becomes equal to or higher than the breakdown voltage V bn breaks down, the breakdown voltage V bn over voltage is not applied to the input gate.

【0048】上述した様にダイオードのブレークダウン
電圧Vbnは空洞の深さにより決定されるから、空洞の位
置を制御することによって、ダイオードのブレークダウ
ン電圧Vbnを適切に選べば良好な保護特性を有する入力
保護回路が得られる。
As described above, since the breakdown voltage V bn of the diode is determined by the depth of the cavity, by controlling the position of the cavity, if the breakdown voltage V bn of the diode is appropriately selected, good protection characteristics can be obtained. Is obtained.

【0049】例えば、いま考えているデバイスの電源電
位Vddを2.5Vとし、これと接続する外部デバイスの
電源電位Vddを3.3Vとする。従来の入力保護回路で
は、ダイオードに過大な電流が流れ続け保護回路が破壊
する。また、外部回路も不要な電力を消費する。
[0049] For example, the power supply potential V dd of devices now considered as 2.5V, the power supply potential V dd of external devices connected thereto to 3.3V. In the conventional input protection circuit, excessive current continues to flow through the diode, and the protection circuit is destroyed. External circuits also consume unnecessary power.

【0050】しかし、本発明の保護回路内のダイオード
の逆方向ブレークダウン電圧Vbnを4Vに設定すれば、
保護回路には過大な電流が流れないので破壊する事はな
い。また、4V以上の電圧が何らかの事故で印加された
場合はダイオードの逆方向ブレークダウンにより入力ゲ
ートは保護される。
However, if the reverse breakdown voltage V bn of the diode in the protection circuit of the present invention is set to 4 V,
No excessive current flows through the protection circuit, so there is no destruction. When a voltage of 4 V or more is applied in some accident, the input gate is protected by the reverse breakdown of the diode.

【0051】従来の保護回路に用いるダイオード接合の
場合、電源電位の2倍程度のブレークダウン電圧Vb0
なるように設計されている。この場合のブレークダウン
電圧Vb0は6.6Vになり、これほどの入力電圧が印加
されれば、入力ゲートが破壊されてしまう。
In the case of a diode junction used in a conventional protection circuit, it is designed to have a breakdown voltage V b0 which is about twice the power supply potential. The breakdown voltage V b0 in this case becomes 6.6 V, if this much input voltage is applied, the input gate is destroyed.

【0052】次に、本回路に用いられるダイオードの下
方に空洞を形成する方法について図3を用いて説明す
る。図3は、本発明の第1実施形態に係わる入力保護回
路に用いられるダイオードの製造工程を示す工程断面図
である。先ず、図3(a)に示すように、シリコン基板
21上にリソグラフィ技術を用いてフォトレジストパタ
ーン31を形成し、フォトレジストパターン31をマス
クにしてシリコン基板21に対して異方性エッチング、
例えばRIEを用いてパターニングすることにより溝3
2を形成する。次いで、図3(b)に示すように、フォ
トレジストパターン31を除去した後、非酸化性雰囲
気、例えば100%水素雰囲気中にて高温アニールする
ことでシリコン基板21中に空洞24を形成する。そし
てさらに、図3(c)に示すように、高温での熱処理を
継続して行い、シリコン基板21の表面を平坦化する。
なお、シリコン基板21表面の平坦化は、シリコンエピ
タキシャル膜を積層することで行ってもよいし、CMP
(Chemical Mechanical Polishing)を用いて行っても
よい。そして、平坦化した後、素子分離絶縁膜及び不純
物拡散を行うことで、ダイオードが形成される。
Next, a method of forming a cavity below a diode used in the present circuit will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a process cross-sectional view showing a process for manufacturing a diode used in the input protection circuit according to the first embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 3A, a photoresist pattern 31 is formed on a silicon substrate 21 using a lithography technique, and anisotropic etching is performed on the silicon substrate 21 using the photoresist pattern 31 as a mask.
For example, groove 3 is formed by patterning using RIE.
Form 2 Next, as shown in FIG. 3B, after removing the photoresist pattern 31, a cavity 24 is formed in the silicon substrate 21 by high-temperature annealing in a non-oxidizing atmosphere, for example, a 100% hydrogen atmosphere. Then, as shown in FIG. 3C, the heat treatment at a high temperature is continuously performed to flatten the surface of the silicon substrate 21.
The flattening of the surface of the silicon substrate 21 may be performed by laminating a silicon epitaxial film, or may be performed by CMP.
(Chemical Mechanical Polishing). After the planarization, an element isolation insulating film and impurity diffusion are performed to form a diode.

【0053】空洞24を形成する際、溝の深さと幅を変
えることにより、空洞の深さと大きさを同時に制御する
事が出来る。また、空洞の内面を酸化物で覆う、或いは
空洞内に酸化物を充填するためには、溝の形成工程の
後、酸素雰囲気でアニールすれば良い。
When the cavity 24 is formed, the depth and size of the cavity can be controlled simultaneously by changing the depth and width of the groove. Further, in order to cover the inner surface of the cavity with the oxide or to fill the cavity with the oxide, annealing may be performed in an oxygen atmosphere after the step of forming the groove.

【0054】次に、本実施形態における溝のアスペクト
比と形成される空洞の関係について説明する。図4に、
アスペクト比の異なる溝に対してアニールした場合の結
果を模式図により示す。図4(a)に熱処理前の溝形状
を示す。ここで溝41,溝42及び溝43のアスペクト
比は、それぞれ1,5及び10である。
Next, the relationship between the aspect ratio of the groove and the cavity formed in this embodiment will be described. In FIG.
The result when annealing is performed on grooves having different aspect ratios is shown in a schematic diagram. FIG. 4A shows a groove shape before the heat treatment. Here, the aspect ratios of the grooves 41, 42 and 43 are 1, 5 and 10, respectively.

【0055】これらの溝41〜43に対して、10OO
℃、10Torrの水素雰囲気中にて10分間熱処理し
た結果を図4(b)に示す。なお、図4(b)において
は、基板40の表面が平坦化した状態を示している。図
4(b)に示すように、アスペクト比が1と小さい溝4
1の場合、空洞を形成することができない。一方、アス
ペクト比が5である溝42の場合、溝の下部に一つの空
洞44が形成される。そしてさらにアスペクト比の大き
い溝43の場合、溝の下方から等間隔に3つの空洞45
が形成される。このように空洞を形成するためには、あ
る程度以上のアスペクト比を有する溝を形成する必要が
あることがわかる。
For these grooves 41 to 43, 10OO
FIG. 4B shows the result of heat treatment at 10 ° C. for 10 minutes in a hydrogen atmosphere at 10 Torr. FIG. 4B shows a state where the surface of the substrate 40 is flattened. As shown in FIG. 4B, grooves 4 having an aspect ratio as small as 1
In the case of 1, a cavity cannot be formed. On the other hand, in the case of the groove 42 having an aspect ratio of 5, one cavity 44 is formed below the groove. In the case of the groove 43 having a larger aspect ratio, three cavities 45 are formed at equal intervals from below the groove.
Is formed. It can be seen that in order to form a cavity as described above, it is necessary to form a groove having an aspect ratio of a certain degree or more.

【0056】なお、入力保護回路を構成するダイオード
の下方に形成される空洞は一つに限らず、図5に示すよ
うに、複数個の空洞24a〜24dが形成されていても
良い。この場合、特性のばらつきが小さくなる。逆方向
ブレークダウンした時に流れる電流が大きくなることで
入力ゲートに印加される電圧をより低く保てるなどの利
点がある。なお、図5において、図1と同一部分には同
一符号を付している。なお、本実施形態は上述した各実
施形態に限定されるものではない。
The number of cavities formed below the diode constituting the input protection circuit is not limited to one, and a plurality of cavities 24a to 24d may be formed as shown in FIG. In this case, variations in characteristics are reduced. There is an advantage that the voltage applied to the input gate can be kept lower by increasing the current flowing when the reverse breakdown occurs. In FIG. 5, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Note that this embodiment is not limited to the above-described embodiments.

【0057】以上の第1,2実施形態では、ダイオード
の他端を接地電位に接続した場合について説明したが、
ダイオードの他端を電源電位に接続する構成も可能であ
る。
In the first and second embodiments, the case where the other end of the diode is connected to the ground potential has been described.
A configuration in which the other end of the diode is connected to the power supply potential is also possible.

【0058】以下の実施形態では、SOI基板の半導体
層の膜厚制御を容易にする張り合わせSOI基板の製造
方法について説明する。
In the following embodiments, a method for manufacturing a bonded SOI substrate that facilitates controlling the thickness of a semiconductor layer of the SOI substrate will be described.

【0059】[第2実施形態]図6は、本発明の第2実
施形態に係わるSOI基板の製造工程を示す工程断面図
である。先ず、図6(a)に示すように、第1の単結晶
シリコン基板60上にシリコン酸化膜61を堆積した
後、所望のパターンに形成されたレジストをマスクとし
て用いて、シリコン酸化膜61に対して異方性エッチン
グを行ってパターニングする。レジストを除去した後、
シリコン酸化膜61をエッチングマスクに用いて第1の
単結晶シリコン基板60に対して異方性エッチングを行
い、深さにして5μmほどの溝62を形成する。
[Second Embodiment] FIG. 6 is a process sectional view showing a manufacturing process of an SOI substrate according to a second embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 6A, after a silicon oxide film 61 is deposited on a first single crystal silicon substrate 60, the silicon oxide film 61 is formed using a resist formed in a desired pattern as a mask. On the other hand, patterning is performed by performing anisotropic etching. After removing the resist,
Using the silicon oxide film 61 as an etching mask, the first single crystal silicon substrate 60 is anisotropically etched to form a groove 62 having a depth of about 5 μm.

【0060】次いで、図6(b)に示すように、第1の
単結晶シリコン基板60に対して、非酸化性雰囲気であ
るH2 雰囲気中で1100℃の加熱処理を施す。加熱処
理を行うことにより、Siの表面マイグレーションによ
って、第1の単結晶シリコン基板60の溝62の開口部
がふさがれ、第1の単結晶シリコン基板60中に空洞6
3が形成される。この後、シリコン酸化膜61を例えば
希釈フッ酸水溶液により剥離する。
Next, as shown in FIG. 6B, the first single crystal silicon substrate 60 is subjected to a heat treatment at 1100 ° C. in an H 2 atmosphere which is a non-oxidizing atmosphere. By performing the heat treatment, the opening of the groove 62 of the first single-crystal silicon substrate 60 is closed by the surface migration of Si, and the cavity 6 is formed in the first single-crystal silicon substrate 60.
3 is formed. Thereafter, the silicon oxide film 61 is peeled off with, for example, a diluted hydrofluoric acid aqueous solution.

【0061】次いで、図6(c)に示すように、第1の
単結晶シリコン基板60と、予めシリコン酸化膜64が
形成された第2の単結晶シリコン基板65とを、シリコ
ン酸化膜64が介するように貼り付ける。
Next, as shown in FIG. 6C, the first single-crystal silicon substrate 60 and the second single-crystal silicon substrate 65 on which the silicon oxide film 64 is formed in advance are Paste it through.

【0062】次いで、図6(d)に示すように、空洞6
3の存在する第1の単結晶シリコン基板60を、例えば
CMPによって削り込む。このとき、空洞63の存在す
る領域で、削り込むSiの密度が変化するため、CMP
の研磨速度が変化する。CMP装置では、研磨速度がテ
ーブルを回転させるモーターのトルクに反比例するた
め、研磨速度の変化はトルクの変化として検出すること
ができる。つまり、空洞の存在する領域までの研磨時間
は、研磨速度の変化によってモニターすることができ、
しいてはSOI基板の半導体層となる第1の単結晶シリ
コン基板60の残膜(空洞63からシリコン酸化膜64
までの膜厚)を制御することが可能となる。なお、空洞
63の存在する深さは、シリコン基板のエッチング深さ
及び加熱処理条件によって、制御可能である。そのた
め、空洞が形成される深さを制御することによって、所
望の半導体層厚を規定することができる。さらに、図6
(e)に示すように、表面の凹凸が無くなるように、第
1の単結晶シリコン基板60の表面を研磨する。
Next, as shown in FIG.
The first single crystal silicon substrate 60 where 3 is present is cut away by, for example, CMP. At this time, in the region where the cavity 63 exists, the density of the Si to be removed changes.
Polishing rate changes. In a CMP apparatus, a change in the polishing rate can be detected as a change in the torque because the polishing rate is inversely proportional to the torque of the motor that rotates the table. In other words, the polishing time to the region where the cavity exists can be monitored by the change in the polishing rate,
In addition, the remaining film of the first single-crystal silicon substrate 60 (semiconductor layer of the SOI substrate)
Can be controlled. The depth at which the cavity 63 exists can be controlled by the etching depth of the silicon substrate and the heat treatment conditions. Therefore, a desired semiconductor layer thickness can be defined by controlling the depth at which the cavity is formed. Further, FIG.
As shown in (e), the surface of the first single-crystal silicon substrate 60 is polished so as to eliminate irregularities on the surface.

【0063】以上のように、本発明を用いることによ
り、半導体層厚の制御性に優れた貼り合わせSOI基板
を形成することが可能となる。なお、本実施形態では、
シリコン基板に形成される溝のパターン形状に触れなか
ったが、ライン形状でもホール形状でもどちらでも良
い。また、シリコン基板の貼り合わせに際し、空洞が埋
め込まれたシリコン基板の表面を熱酸化により酸化した
後に、貼り合わせを行っても良い。
As described above, by using the present invention, it is possible to form a bonded SOI substrate having excellent controllability of the thickness of the semiconductor layer. In the present embodiment,
Although the pattern shape of the groove formed in the silicon substrate was not touched, it may be either a line shape or a hole shape. Further, in bonding the silicon substrates, the bonding may be performed after the surface of the silicon substrate in which the cavities are embedded is oxidized by thermal oxidation.

【0064】[第3実施形態]図7は、本発明の第3実
施形態に係わるSOI基板の製造工程を示す工程断面図
である。先ず、図7(a)に示すように、第2実施形態
と同様に、第1の単結晶シリコン基板60上にシリコン
酸化膜61を堆積した後、溝62を形成する。次いで、
図7(b)に示すように、第1の単結晶シリコン基板6
0全面に、例えば、シリコン窒化膜73を成膜した後、
りん酸を用いてシリコン窒化膜73のエッチバックを行
って、溝62中のみにシリコン窒化膜73を残す。
[Third Embodiment] FIG. 7 is a process sectional view showing a manufacturing process of an SOI substrate according to a third embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 7A, as in the second embodiment, a silicon oxide film 61 is deposited on a first single-crystal silicon substrate 60, and then a groove 62 is formed. Then
As shown in FIG. 7B, the first single crystal silicon substrate 6
For example, after forming a silicon nitride film 73 on the entire surface,
The silicon nitride film 73 is etched back using phosphoric acid to leave the silicon nitride film 73 only in the groove 62.

【0065】次いで、図7(c)に示すように、H2
囲気中で1100℃の加熱処理を施すことにより、Si
の表面マイグレーションを起こさせる。この熱処理によ
って、シリコン窒化膜73が基板60中に埋め込まれた
構造となる。この後、シリコン酸化膜61を例えば希釈
フッ酸水溶液により剥離する。
[0065] Then, as shown in FIG. 7 (c), by heat treatment of 1100 ° C. in an H 2 atmosphere, Si
Causes surface migration. By this heat treatment, a structure in which the silicon nitride film 73 is embedded in the substrate 60 is obtained. Thereafter, the silicon oxide film 61 is peeled off with, for example, a diluted hydrofluoric acid aqueous solution.

【0066】次いで、図7(d)に示すように、第1の
単結晶シリコン基板60と、新たにシリコン酸化膜64
が表面に形成された第2の単結晶シリコン基板65との
表面を合わせて貼り合わせる。次いで、図7(e)に示
すように、シリコン窒化膜73の存在する基板60を、
例えばCMPによって裏面側から削り込む。このとき、
シリコン窒化膜73の存在する領域で、削り込むSiの
密度が変化するため、CMPの研磨速度が変化するた
め、シリコン基板60の残膜を制御することが可能とな
る。さらに、図7(f)に示すように、シリコン窒化膜
が無くなる厚みまで、表面を研磨する。したがって、本
発明により、半導体層の膜厚制御性に優れた貼り合わせ
基板の製造方法を提供することが可能となる。
Next, as shown in FIG. 7D, a first single crystal silicon substrate 60 and a new silicon oxide film 64 are formed.
Are bonded together with the surface of the second single crystal silicon substrate 65 formed on the surface. Next, as shown in FIG. 7E, the substrate 60 on which the silicon nitride film 73 is present is
For example, it is cut from the back side by CMP. At this time,
In the region where the silicon nitride film 73 exists, the density of Si to be removed changes, and the polishing rate of CMP changes, so that the remaining film of the silicon substrate 60 can be controlled. Further, as shown in FIG. 7 (f), the surface is polished until the silicon nitride film disappears. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a bonded substrate having excellent controllability of the thickness of a semiconductor layer.

【0067】なお、本実施形態では、基板中に埋め込む
材料としてシリコン窒化膜を選んだが、単結晶シリコン
に対して研磨速度が異なる材料を埋め込むことも可能で
ある。また、本実施形態では、シリコン窒化膜をシリコ
ンエッチングした中に残存させる方法として、りん酸を
用いたウエットエッチングを選んだが、この他にドライ
エッチング、CMP等を組み合わせることも可能であ
る。
In this embodiment, a silicon nitride film is selected as a material to be embedded in the substrate. However, it is possible to embed a material having a different polishing rate into single crystal silicon. Further, in this embodiment, wet etching using phosphoric acid is selected as a method for leaving the silicon nitride film after silicon etching, but it is also possible to combine dry etching, CMP and the like.

【0068】[第4実施形態]図8,図9は、本発明の
第4実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程
断面図である。
[Fourth Embodiment] FIGS. 8 and 9 are sectional views showing the steps of manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【0069】先ず、図8(a)に示すように、第2実施
形態と同様に、単結晶シリコン基板60上に所定パター
ンのシリコン酸化膜61を形成した後、シリコン基板を
エッチングすることによって深さにして5μm程度の溝
62を形成する。
First, as shown in FIG. 8A, as in the second embodiment, after a silicon oxide film 61 having a predetermined pattern is formed on a single-crystal silicon substrate 60, the silicon substrate is etched to form a silicon oxide film 61. Then, a groove 62 of about 5 μm is formed.

【0070】さらに、図8(b)に示すように、H2
囲気中で1100℃の加熱処理を施すことにより、Si
の表面マイグレーションによって、基板60中に存在す
る空洞63を形成する。この後、シリコン酸化膜61を
例えば希釈フッ酸水溶液により剥離する。
Further, as shown in FIG. 8 (b), by performing a heat treatment at 1100 ° C. in an H 2 atmosphere,
By the surface migration, a cavity 63 existing in the substrate 60 is formed. Thereafter, the silicon oxide film 61 is peeled off with, for example, a diluted hydrofluoric acid aqueous solution.

【0071】次いで、図8(c)に示すように、内部に
空洞63が存在するシリコン基板60上に素子分離及び
MOS型トランジスタを形成する。さらには、その上に
トランジスタ間を電気的に結ぶ配線及びコンタクトから
なる層を形成する。このようにして、空洞63が埋め込
まれたシリコン基板60上に半導体素子層81を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 8C, element isolation and MOS transistors are formed on the silicon substrate 60 having the cavity 63 therein. Further, a layer including a wiring and a contact for electrically connecting the transistors is formed thereon. Thus, the semiconductor element layer 81 is formed on the silicon substrate 60 in which the cavity 63 is buried.

【0072】その後、図8(d)に示すように、第1の
単結晶シリコン基板60の半導体素子層81の反対側の
面に、単結晶シリコン基板83上に形成されたシリコン
酸化膜82を貼り付ける。なお、密着性に問題が無けれ
ば、シリコン酸化膜82を介さずに、第1の単結晶シリ
コン基板60の半導体素子層81の反対側の面に、直接
シリコン基板83を貼り合わせても良い。
Thereafter, as shown in FIG. 8D, a silicon oxide film 82 formed on the single crystal silicon substrate 83 is formed on the surface of the first single crystal silicon substrate 60 opposite to the semiconductor element layer 81. paste. If there is no problem in adhesion, the silicon substrate 83 may be directly bonded to the surface of the first single crystal silicon substrate 60 on the side opposite to the semiconductor element layer 81 without using the silicon oxide film 82.

【0073】次いで、図8(e)に示すように、空洞6
3が存在する第1の単結晶シリコン基板60を、例えば
CMPによって裏面側から空洞63の存在する領域まで
削り込む。このとき、空洞63の存在する領域で、削り
込むSiの密度が変化するため、CMPの研磨速度が変
化するため、シリコン基板60の残膜を制御することが
可能となる。そしてさらに、図9(f)に示すように、
表面の凹凸が無くなるように、第1の単結晶シリコン基
板60の表面を研磨する。
Next, as shown in FIG.
The first single crystal silicon substrate 60 where 3 is present is cut from the back side to the region where the cavity 63 is present by, for example, CMP. At this time, in the region where the cavity 63 exists, the density of Si to be cut changes, and the polishing rate of CMP changes, so that the remaining film of the silicon substrate 60 can be controlled. And further, as shown in FIG.
The surface of the first single crystal silicon substrate 60 is polished so that surface irregularities are eliminated.

【0074】その後、図9(g)に示すように、第1の
単結晶シリコン基板の研磨された面に、単結晶シリコン
基板85の表面に形成されたシリコン酸化膜84の表面
を合わせて貼り付ける。次いで、図9(h)に示すよう
に、例えば研磨によって、シリコン基板83及びシリコ
ン酸化膜82を剥離する。
Thereafter, as shown in FIG. 9G, the surface of the silicon oxide film 84 formed on the surface of the single crystal silicon substrate 85 is bonded to the polished surface of the first single crystal silicon substrate. wear. Next, as shown in FIG. 9H, the silicon substrate 83 and the silicon oxide film 82 are removed by, for example, polishing.

【0075】以上のように、本発明を用いることによ
り、基板上に半導体デバイスを形成した後でもSOI構
造を作成することが可能となる。
As described above, by using the present invention, an SOI structure can be formed even after a semiconductor device is formed on a substrate.

【0076】[第5実施形態]図10は、本発明の第5
実施形態に係わる半導体装置の構成を示す断面図であ
る。図10に示すように、p型シリコン基板101の表
面にMOSFETが形成されている。MOSFETと他
の素子とは素子分離領域102により分離されている。
MOSFET領域は、半導体基板101表面に形成され
たゲート酸化膜103およびその上部に形成された例え
ばゲート長0.2mmのゲート電極104と、ゲート電
極104をマスクに形成され不純物が1×1020cm-3
程度に高濃度にドープされている拡散層105が形成さ
れている。なお、図10では、配線層や素子の保護膜層
などは省略している。
[Fifth Embodiment] FIG. 10 shows a fifth embodiment of the present invention.
1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device according to an embodiment. As shown in FIG. 10, a MOSFET is formed on the surface of a p-type silicon substrate 101. The MOSFET and other elements are separated by an element isolation region 102.
The MOSFET region has a gate oxide film 103 formed on the surface of the semiconductor substrate 101, a gate electrode 104 having a gate length of, for example, 0.2 mm formed thereon, and an impurity formed by using the gate electrode 104 as a mask and having an impurity of 1 × 10 20 cm. -3
A diffusion layer 105 is formed which is heavily doped. In FIG. 10, the wiring layer, the protective film layer of the element, and the like are omitted.

【0077】そして、例えばシリコンからなる半導体基
板101表面に形成されたMOSFETの下部、且つM
OSFETが形成する空乏層領域より深い位置である
0.6μmの深さに、直径0.2μmの空洞106が少
なくとも1個存在している。なお、空洞106の内壁が
酸化物で覆われていても充填されていてもよい。
The lower part of the MOSFET formed on the surface of the semiconductor substrate 101 made of, for example, silicon, and M
At least one cavity 106 having a diameter of 0.2 μm exists at a depth of 0.6 μm, which is a position deeper than the depletion layer region formed by the OSFET. Note that the inner wall of the cavity 106 may be covered or filled with oxide.

【0078】空洞106の周辺の半導体基板101には
通常歪場が存在している。場合によっては、微小な転位
欠陥などが存在している場合もある。いずれにしろ、空
洞106によって半導体基板101に形成される歪場に
鉄や銅などの汚染金属がゲッタリングされる。このため
半導体基板101の表面を清浄に保つことができる。
The semiconductor substrate 101 around the cavity 106 usually has a strain field. In some cases, a minute dislocation defect or the like may be present. In any case, contaminant metals such as iron and copper are gettered in the strain field formed in the semiconductor substrate 101 by the cavity 106. Therefore, the surface of the semiconductor substrate 101 can be kept clean.

【0079】空洞106の形状は、球形のほか、正八面
体、円盤形状、またこれらの変形や組み合わせが考えら
れるが、形状そのものよりも空洞が作り出す歪場が重要
である。
The shape of the cavity 106 may be a sphere, a regular octahedron, a disk, or a deformation or combination thereof. The strain field created by the cavity is more important than the shape itself.

【0080】空洞の大きさDi と存在する深さDp は、
形成される歪み場の重要なパラメータである。空洞10
6が形成する歪場が半導体基板101表面に到達する
と、空洞106周辺に捉えられている汚染金属不純物が
素子特性に影響を与えることがある。また、空洞106
の存在そのものが、表面に形成されている素子の電気的
特性に影響を与える場合もある。
The size D i of the cavity and the existing depth D p are:
It is an important parameter of the strain field formed. Cavity 10
When the strain field formed by 6 reaches the surface of the semiconductor substrate 101, the contaminant metal impurities caught around the cavity 106 may affect the device characteristics. Also, the cavity 106
May itself affect the electrical characteristics of the element formed on the surface.

【0081】空洞106の周辺に存在する歪場の大きさ
は、ほぼ空洞106の大きさに依存しており、一般的に
は空洞106の大きさの3〜5倍の距離まで影響が及ぶ
と考えてよい。
The magnitude of the strain field existing around the cavity 106 substantially depends on the size of the cavity 106. Generally, when the distance is affected by a distance of 3 to 5 times the size of the cavity 106, You can think.

【0082】空洞106の大きさは、形状により定義が
難しいが、ほぼ空洞106の体積と等しい形状の球と仮
定した時の直径を用いることにする。本実施形態では、
空洞の大きさDi を0.2μmとし、その深さDp
0.6μmとしている。この場合、空洞が有している歪
場は半導体基板表面には影響を与えない。空洞の大きさ
i が0.2μm程度で有れば、空洞の存在する深さD
p はO.6μm以上の深さであればどこでも良いが、浅
いほどゲッタリング効果が大きい。金属不純物の拡散長
にもよるが、空洞106の存在深さDp が10μm以下
であれば効果が大きい。
Although it is difficult to define the size of the cavity 106 depending on the shape, the diameter of a sphere having a shape substantially equal to the volume of the cavity 106 is used. In this embodiment,
The size D i of the cavity is 0.2 μm, and the depth D p is 0.6 μm. In this case, the strain field of the cavity does not affect the surface of the semiconductor substrate. If the size D i of the cavity is about 0.2 μm, the depth D
p is O. Any depth may be used as long as the depth is 6 μm or more, but the gettering effect increases as the depth decreases. Depending on the diffusion length of the metallic impurities, present depth D p of the cavity 106 is larger effect if 10μm or less.

【0083】[第6実施形態]本発明の第6実施形態に
ついて図11を用いて説明する。図10と同様の部分の
説明は省略する。本実施形態の特徴は、複数の空洞10
6(106a,106b)が隣接して存在することにあ
る。空洞106の存在する深さは1μmである。二つの
空洞106aと空洞106bとの間の距離Lは0.4μ
mである。二つの空洞106の間には転位欠陥が存在し
ているが、この転位欠陥は半導体表面には至っていな
い。
[Sixth Embodiment] A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Description of the same parts as in FIG. 10 is omitted. The feature of this embodiment is that the plurality of cavities 10
6 (106a, 106b) exist adjacent to each other. The depth at which the cavity 106 exists is 1 μm. The distance L between the two cavities 106a and 106b is 0.4 μm.
m. Although a dislocation defect exists between the two cavities 106, the dislocation defect does not reach the semiconductor surface.

【0084】隣接する空洞間の距離Lを小さくすると、
空洞のもつ歪場同士が干渉してより大きな歪場を形成さ
せることができる。場合によっては空洞間に転移が発生
することがある。この転移によって、より強力に不純物
金属をゲッタリングすることができる。また、半導体基
板表面の応力がこの転移により緩和するので、素子の電
気的特性が向上する。
When the distance L between adjacent cavities is reduced,
The strain fields of the cavities can interfere with each other to form a larger strain field. In some cases, transition between cavities may occur. This transition enables gettering of the impurity metal more strongly. In addition, since the stress on the surface of the semiconductor substrate is alleviated by this transition, the electrical characteristics of the device are improved.

【0085】本実施形態の構造の問題点は、発生した転
位が半導体基板表面にいたり、素子の電気的特性を悪化
させることにある。転移が半導体基板表面に至らないた
めの条件は、空洞間の距離が空洞深さより小さいことで
ある。また、空洞同士の深さは、若干ばらついていても
良いが、ほぼそろっているほうが好ましい。なお、空洞
同士の深さがばらついていても、空洞の大きさ程度の差
以内の深さの差異は許容できると考え、ほぼ同一の深さ
であるとみなして良い。
The problems of the structure of the present embodiment are that the generated dislocations are located on the surface of the semiconductor substrate and deteriorate the electrical characteristics of the device. The condition that the transition does not reach the semiconductor substrate surface is that the distance between the cavities is smaller than the cavity depth. Although the depths of the cavities may vary slightly, it is preferable that the cavities are substantially uniform. Note that even if the depths of the cavities vary, it is considered that a difference in depth within a difference of about the size of the cavities is permissible and may be regarded as substantially the same depth.

【0086】[第7実施形態]図12は、本発明の第7
実施形態に係わる半導体素子の構成を示す断面図であ
る。図12は半導体素子の表面付近の断面図で、素子は
図10,図11と同様のものである。
[Seventh Embodiment] FIG. 12 shows a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device according to an embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view of the vicinity of the surface of the semiconductor device. The device is the same as that shown in FIGS.

【0087】空洞が複数存在する時の例を示している。
この場合、大きさ0.1μmの空洞が深さ0.6μmと
1μmの位置に0.4μm間隔で並んでいる。このよう
に多くの空洞を形成することでより、強力に金属不純物
をゲッターできる。素子の断面から見て、水平方向、垂
直方向に空洞がそろっていることは、転位などの欠陥の
発生を均一に制御する上で好ましい。
An example when a plurality of cavities exist is shown.
In this case, cavities having a size of 0.1 μm are arranged at a depth of 0.6 μm and a position of 1 μm at an interval of 0.4 μm. By forming such a large number of cavities, a metal impurity can be gettered more strongly. When viewed from the cross section of the device, it is preferable that the cavities are aligned in the horizontal and vertical directions in order to uniformly control the occurrence of defects such as dislocations.

【0088】また、図13は、半導体基板表面から空洞
を透視した平面図である。素子などのパターンは省略し
ている。ここでは、大きさ1μmの空洞136(136
a〜136i)が間隔10μmで等間隔にアレイ上に配
置されている。個々の空洞のゲッタリング能力が十分高
い時には、このように間隔を大きくすることも可能であ
る。また、このような空洞を有する半導体基板を標準と
して準備しておいて、種々の半導体装置の製造に共通に
使うことも経済性を考えると有効な方法である。
FIG. 13 is a plan view showing a cavity seen through the surface of the semiconductor substrate. Patterns of elements and the like are omitted. Here, a cavity 136 (136) having a size of 1 μm is used.
a to 136i) are arranged on the array at an equal interval of 10 μm. If the gettering capabilities of the individual cavities are sufficiently high, it is also possible to increase the spacing in this way. It is also an effective method to prepare a semiconductor substrate having such a cavity as a standard and use it in common for the manufacture of various semiconductor devices in consideration of economic efficiency.

【0089】図14は、半導体チップ141を表してい
る。チップ141の中央大半は素子などが並ぶ素子形成
領域142である。チップ141の周辺には、ウェハか
らチップを切り出す時の切り代であるダイシング領域1
43がある。ダイシング領域143に空洞146を配置
してある。銅など比較的拡散速度の速い金属の場合など
には有効である。空洞146の存在が素子特性に与える
影響は上述のような手法で逃れられる。しかし、本発明
の配置であれば、素子への影響はまったく考慮すること
なく、半導体装置の製造が行える。
FIG. 14 shows a semiconductor chip 141. Most of the center of the chip 141 is an element forming region 142 in which elements are arranged. Around the chip 141, a dicing area 1 which is a cutting margin for cutting a chip from a wafer.
There are 43. A cavity 146 is arranged in the dicing region 143. This is effective in the case of a metal having a relatively high diffusion rate such as copper. The influence of the presence of the cavity 146 on the device characteristics can be avoided by the above-described method. However, according to the arrangement of the present invention, a semiconductor device can be manufactured without considering the influence on the elements at all.

【0090】図15はDRAMのセル構造の平面図であ
る。素子領域151に隣接してトレンチキャパシタ部1
52が存在している。空洞156は、素子領域151中
央付近に配置されている。
FIG. 15 is a plan view of the cell structure of the DRAM. Adjacent to element region 151, trench capacitor portion 1
52 are present. The cavity 156 is disposed near the center of the element region 151.

【0091】図15(a)のA−A’部の断面を図15
(b)に示す。半導体基板161の素子領域162に隣
接してトレンチキャパシタ部152が存在している。ト
レンチキャパシタ部152はキャパシタ絶縁膜163、
ストレージノード164からなっている。その他の構造
は省略している。トレンチキャパシタ部152の深さは
6μmであり、空洞156は深さ4μmの位置に形成さ
れている。なお、図15(b)において、符号165は
素子分離絶縁膜である。
FIG. 15A is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
(B). A trench capacitor section 152 exists adjacent to the element region 162 of the semiconductor substrate 161. The trench capacitor portion 152 includes a capacitor insulating film 163,
It consists of a storage node 164. Other structures are omitted. The depth of trench capacitor portion 152 is 6 μm, and cavity 156 is formed at a position of 4 μm in depth. In FIG. 15B, reference numeral 165 denotes an element isolation insulating film.

【0092】空洞156を任意の位置に配置するとトレ
ンチキャパシタ部に接触してしまう。そこでトレンチキ
ャパシタ部152以外の部分に空洞156を配置しなけ
ればならない。半導体装置には、トレンチなど深い構造
を持ったプロセスを使用することがあるが、この深い構
造より浅い位置に空洞を配置することで、接合のリーク
特性などの電気的な特性を著しく向上させることができ
る。例えばDRAMのリテンション特性向上などの装置
性能の向上につながる。
If the cavity 156 is arranged at an arbitrary position, it contacts the trench capacitor portion. Therefore, the cavity 156 must be arranged in a portion other than the trench capacitor portion 152. Semiconductor devices sometimes use a process with a deep structure such as a trench. By placing a cavity at a position shallower than this deep structure, electrical characteristics such as junction leakage characteristics can be significantly improved. Can be. For example, it leads to improvement in device performance such as improvement in retention characteristics of DRAM.

【0093】なお、ゲッタリング・サイトである空洞又
は異物の形成は、第1実施形態で説明した方法と同様で
あるので、ここでは省略する。
The formation of the cavities or foreign substances serving as gettering sites is the same as the method described in the first embodiment, and will not be described here.

【0094】本実施形態によれば、従来半導体基板の酸
素濃度、製造工程の熱履歴により制御が難しかったイン
トリシックゲッタリングが、リソグラフィ手段、基板エ
ッチング手段、アニール手段などによりゲッタリング・
サイトの大きさ、位置、密度が完全に制御できるように
なった。
According to the present embodiment, the intrinsic gettering, which was conventionally difficult to control due to the oxygen concentration of the semiconductor substrate and the heat history of the manufacturing process, is replaced by the gettering and lithography means, the substrate etching means, and the annealing means.
You now have full control over the size, location, and density of your site.

【0095】また、予めゲッタリンク・サイトを形成し
た基板を容易し、ストックしておけば、ゲッタリンク・
サイトを形成するのに要する製造時間を実質的に節約す
ることができる。種々の品種の製造に、ゲッタリングを
考慮することなく用いる事ができコストダウンを図るこ
とができる。
Further, if the substrate on which the getter link site has been formed in advance is facilitated and stocked, the getter link site can be obtained.
The manufacturing time required to form the site can be substantially reduced. It can be used for production of various varieties without considering gettering, and cost can be reduced.

【0096】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することが可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be implemented in various modifications without departing from the scope of the invention.

【0097】[0097]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、接
合ダイオードの下方の半導体基板に空洞或いは異物を形
成することによって、ダイオードの逆方向耐圧が減少す
るので、1種類のダイオードだけで、内部電圧よりも高
い入力信号を受けることができる。
As described above, according to the present invention, since a reverse breakdown voltage of a diode is reduced by forming a cavity or a foreign substance in a semiconductor substrate below a junction diode, only one kind of diode can be used. An input signal higher than the internal voltage can be received.

【0098】また、本発明の別の発明によれば、溝を形
成した後アニールすることで所定の深さに空洞或いは異
物を形成することができ、研磨速度を検出することで、
容易に半導体層の膜厚制御が容易となる。
According to another aspect of the present invention, a cavity or foreign matter can be formed at a predetermined depth by annealing after forming a groove, and by detecting a polishing rate,
It is easy to control the thickness of the semiconductor layer.

【0099】またさらに、本発明の別の発明によれば、
溝を形成した後アニールすることで、所定の位置,深さ
に空洞或いは異物からなり、製造工程の熱履歴に依存し
ないゲッタリング・サイトを形成することができる。
According to still another aspect of the present invention,
By annealing after forming the groove, it is possible to form a gettering site which is formed of a cavity or a foreign substance at a predetermined position and depth and does not depend on the heat history of the manufacturing process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1実施形態に係わる入力保護回路の構成を示
す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an input protection circuit according to a first embodiment.

【図2】図1に示した入力保護回路の電気的特性を示す
特性図。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing electrical characteristics of the input protection circuit shown in FIG.

【図3】図1に示した入力保護回路を構成するダイオー
ドの下方に形成される空洞の製造方法を示す工程断面
図。
FIG. 3 is a process sectional view illustrating a method of manufacturing a cavity formed below a diode constituting the input protection circuit illustrated in FIG. 1;

【図4】アスペクト比の異なる溝に対してアニールした
場合に形成される空洞を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a cavity formed when annealing is performed on grooves having different aspect ratios.

【図5】第1実施形態の変形例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a modification of the first embodiment.

【図6】第2実施形態に係わるSOI基板の製造工程を
示す工程断面図。
FIG. 6 is a process cross-sectional view showing a manufacturing process of the SOI substrate according to the second embodiment.

【図7】第3実施形態に係わるSOI基板の製造工程を
示す工程断面図。
FIG. 7 is a process cross-sectional view showing a manufacturing process of the SOI substrate according to the third embodiment.

【図8】第4実施形態に係わる半導体装置の製造工程を
示す工程断面図。
FIG. 8 is a process cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment.

【図9】4実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示
す工程断面図
FIG. 9 is a process cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment;

【図10】第5実施形態に係わる半導体装置の構成を示
す断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a fifth embodiment.

【図11】第6実施形態に係わる半導体装置の構成を示
す断面図
FIG. 11 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a sixth embodiment;

【図12】第7実施形態に係わる半導体素子の構成を示
す断面図
FIG. 12 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a seventh embodiment;

【図13】第7実施形態に係わる半導体基板表面から空
洞を透視した平面図。
FIG. 13 is a plan view of a semiconductor substrate according to a seventh embodiment, as seen through a cavity from the surface of the semiconductor substrate.

【図14】第7実施形態に係わるはどチップの構成を示
す平面図。
FIG. 14 is a plan view showing the configuration of a chip according to a seventh embodiment.

【図15】第7実施形態に係わるはDRAMのセル構造
を示す平面図。
FIG. 15 is a plan view showing a cell structure of a DRAM according to a seventh embodiment.

【図16】従来の入力保護回路の構成を示す回路図。FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional input protection circuit.

【図17】図16の入力保護回路の電気的特性を示す特
性図。
FIG. 17 is a characteristic diagram showing electrical characteristics of the input protection circuit of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…入力パッド 12…入力保護回路 13…入力ゲート 14…入力信号線 20…接合ダイオード 21…型シリコン基板 22…素子分離絶縁膜 23…高濃度不純物領域 24…空洞 25…空間電荷領域 31…フォトレジストパターン 32…溝 60…第1の単結晶シリコン基板 61…シリコン酸化膜 62…溝 63…空洞 64…シリコン酸化膜 65…第2の単結晶シリコン基板 101…半導体基板 103…ゲート酸化膜 104…ゲート電極 105…拡散層 106…空洞 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Input pad 12 ... Input protection circuit 13 ... Input gate 14 ... Input signal line 20 ... Junction diode 21 ... Type silicon substrate 22 ... Element isolation insulating film 23 ... High concentration impurity region 24 ... Cavity 25 ... Space charge region 31 ... Photo Resist pattern 32 groove 60 first single crystal silicon substrate 61 silicon oxide film 62 groove 63 cavity 64 silicon oxide film 65 second single crystal silicon substrate 101 semiconductor substrate 103 gate oxide film 104 Gate electrode 105 ... Diffusion layer 106 ... Cavity

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/8242 H01L 29/90 D 27/12 29/91 A 29/786 C 21/336 29/866 21/329 29/861 (72)発明者 中嶋 一明 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Fターム(参考) 5F038 BH04 BH05 CA13 CD02 CD04 EZ01 EZ06 EZ15 EZ17 EZ20 5F048 AA02 AC10 BA01 BD01 CC06 CC12 CC15 CC18 5F083 AD15 GA30 LA02 5F110 AA30 CC02 DD05 DD25 FF02 GG02 GG12 NN62 QQ11 QQ16 QQ28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 21/8242 H01L 29/90 D 27/12 29/91 A 29/786 C 21/336 29/866 21 / 329 29/861 (72) Inventor Kazuaki Nakajima 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa F-term (reference) 5F038 BH04 BH05 CA13 CD02 CD04 EZ01 EZ06 EZ15 EZ17 EZ20 5F048 AA02 AC10 BA01 BD01 CC06 CC12 CC15 CC18 5F083 AD15 GA30 LA02 5F110 AA30 CC02 DD05 DD25 FF02 GG02 GG12 NN62 QQ11 QQ16 QQ28

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一端が入力信号が入力される入力パッドと
入力ゲートとを接続する信号線に接続し、且つ他端が接
地電位或いは電源電位に接続され、 第1導電型の半導体基板と,この第1導電型の半導体基
板の表面に形成された第2導電型の拡散層とを含む一つ
の接合ダイオードと、 この接合ダイオードの下方の前記第1導電型の半導体基
板中に形成された、空洞,或いは空洞に埋め込まれた前
記半導体基板と異なる材料で構成される異物とを具備し
てなることを特徴とする入力保護回路。
A first conductive type semiconductor substrate having one end connected to a signal line connecting an input pad to which an input signal is input and an input gate, and the other end connected to a ground potential or a power supply potential; A junction diode including a second conductivity type diffusion layer formed on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate; and a junction diode formed in the first conductivity type semiconductor substrate below the junction diode. An input protection circuit comprising a cavity or a foreign substance made of a different material from the semiconductor substrate embedded in the cavity.
【請求項2】前記空洞或いは異物は、前記接合ダイオー
ドによって形成する空間電荷領域に接し得る位置に形成
されていることを特徴とする請求項1に記載の入力保護
回路。
2. The input protection circuit according to claim 1, wherein the cavity or the foreign matter is formed at a position that can contact a space charge region formed by the junction diode.
【請求項3】半導体基板に溝を形成する工程と、 前記半導体基板を加熱して半導体基板を構成する原子或
いは分子を移動させて、前記溝の開口部をふさぎ、該基
板の内部に空洞を形成する工程と、 前記半導体基板の表面を平坦にする工程と、 前記半導体基板と少なくとも表面に絶縁膜が形成された
基体とを、該絶縁膜を介するように貼り合わせる工程
と、 研磨速度の変化を測定しつつ前記半導体基板の表面を研
磨し、前記空洞を除去する工程とを含むことを特徴とす
る半導体基板の製造方法。
3. A step of forming a groove in a semiconductor substrate, and heating the semiconductor substrate to move atoms or molecules constituting the semiconductor substrate to cover an opening of the groove and form a cavity in the substrate. A step of forming; a step of flattening the surface of the semiconductor substrate; a step of bonding the semiconductor substrate and a substrate having an insulating film formed on at least the surface so as to interpose the insulating film; Polishing the surface of the semiconductor substrate while measuring the temperature, and removing the cavity.
【請求項4】半導体基板に溝を形成する工程と、前記溝
内に選択的に前記半導体基板と研磨速度が異なる材料を
形成する工程と、 前記半導体基板を加熱し、該基板を構成する原子又は分
子を移動させて前記溝の開口部をふさいで、該半導体基
板の内部に選択的に前記異物を形成する工程と、 前記半導体基板の表面を平坦にする工程と、 前記半導体基板と少なくとも表面に絶縁膜が形成された
基体とを、該絶縁膜を介するように貼り合わせる工程
と、 研磨速度の変化を測定しつつ前記半導体基板の表面を研
磨し、前記異物を除去する工程とを含むことを特徴とす
る半導体基板の製造方法。
4. A step of forming a groove in a semiconductor substrate, a step of selectively forming a material having a different polishing rate from that of the semiconductor substrate in the groove, and heating the semiconductor substrate to form atoms forming the substrate. Or a step of selectively forming the foreign matter inside the semiconductor substrate by moving molecules to cover the opening of the groove; and a step of flattening the surface of the semiconductor substrate; Bonding a substrate on which an insulating film is formed through the insulating film, and polishing the surface of the semiconductor substrate while measuring a change in polishing rate to remove the foreign matter. A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising:
【請求項5】半導体基板に溝を形成する工程と、 前記半導体基板を加熱して半導体基板を構成する原子或
いは分子を移動させて、前記溝の開口部をふさぎ、該基
板の内部に空洞を形成する工程と、 前記半導体基板の表面を平坦にする工程と、 前記半導体基板の一方の面に半導体素子を形成する工程
と、 前記半導体基板の一方の面と第1の基体を貼り合わせる
工程と、 前記研磨速度の変化を測定しつつ前記半導体基板の他方
の面を研磨して、前記空洞を除去する工程と、 前記半導体基板の研磨面と第2の基体の表面に形成され
た絶縁膜とを貼り合わせる工程と、 第1の基体を剥離する工程とを含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
5. A step of forming a groove in a semiconductor substrate, and heating the semiconductor substrate to move atoms or molecules constituting the semiconductor substrate, thereby closing an opening of the groove, and forming a cavity in the substrate. A step of forming; a step of flattening the surface of the semiconductor substrate; a step of forming a semiconductor element on one surface of the semiconductor substrate; and a step of bonding one surface of the semiconductor substrate to a first base. Polishing the other surface of the semiconductor substrate while measuring a change in the polishing rate to remove the cavity; and a polished surface of the semiconductor substrate and an insulating film formed on a surface of the second base. And a step of peeling the first substrate.
【請求項6】半導体基板に溝を形成する工程と、 前記溝内に選択的に前記半導体基板と研磨速度が異なる
材料を形成する工程と、 前記半導体基板を加熱し、該基板を構成する原子又は分
子を移動させて前記溝の開口部をふさいで、該半導体基
板の内部に選択的に前記異物を形成する工程と、 前記半導体基板の表面を平坦にする工程と、 前記半導体基板の一方の面に半導体素子を形成する工程
と、 前記半導体基板の一方の面と第1の基体を貼り合わせる
工程と、 研磨速度の変化を測定しつつ前記半導体基板の他方の面
を研磨し、前記空洞或いは異物を除去する工程と、 前記半導体基板の研磨面と第2の基体の表面に形成され
た絶縁膜とを貼り合わせる工程と、 第1の基体を剥離する工程とを含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
6. A step of forming a groove in a semiconductor substrate, a step of selectively forming a material having a different polishing rate from that of the semiconductor substrate in the groove, and heating the semiconductor substrate to form atoms forming the substrate. Or moving the molecules to cover the opening of the groove and selectively forming the foreign matter inside the semiconductor substrate; and flattening the surface of the semiconductor substrate; and one of the semiconductor substrates. Forming a semiconductor element on a surface; bonding one surface of the semiconductor substrate to a first base; polishing the other surface of the semiconductor substrate while measuring a change in polishing rate; A semiconductor, comprising: a step of removing foreign substances; a step of bonding a polished surface of the semiconductor substrate to an insulating film formed on a surface of a second base; and a step of peeling the first base. Device manufacturing method.
【請求項7】半導体基板表面に形成された半導体素子
と、 前記半導体基板中の前記半導体素子の下部、且つ該半導
体素子によって形成される空乏層領域より深い位置に形
成された、一つ以上の空洞或いは空洞に埋め込まれた異
物とを具備してなることを特徴とする半導体装置。
7. A semiconductor device formed on a surface of a semiconductor substrate, and one or more semiconductor devices formed below the semiconductor device in the semiconductor substrate and deeper than a depletion layer region formed by the semiconductor device. A semiconductor device comprising a cavity or a foreign substance embedded in the cavity.
【請求項8】半導体基板の表面に溝を形成する工程と、 前記半導体基板を加熱して、前記半導体基板を構成する
原子或いは分子を移動させて、前記溝の開口部をふさ
ぎ、該半導体基板中に空洞を形成する工程と、 前記半導体基板の表面を平坦にする工程と、 前記半導体基板の表面に半導体素子を形成する工程とを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. A step of forming a groove in the surface of the semiconductor substrate, heating the semiconductor substrate to move atoms or molecules constituting the semiconductor substrate, and to cover the opening of the groove, A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a cavity therein; flattening the surface of the semiconductor substrate; and forming a semiconductor element on the surface of the semiconductor substrate.
【請求項9】半導体基板の表面に溝を形成する工程と、 前記溝内に選択的に異物を構成する材料を形成する工程
と、 前記半導体基板を加熱して、前記半導体基板を構成する
原子或いは分子を移動させて、前記溝の開口部をふさ
ぎ、該半導体基板中に前記異物を形成する工程と、 前記半導体基板の表面を平坦にする工程と、 前記半導体基板の表面に半導体素子を形成する工程とを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. A step of forming a groove in a surface of a semiconductor substrate, a step of selectively forming a material forming a foreign substance in the groove, and heating the semiconductor substrate to form atoms forming the semiconductor substrate. Alternatively, a step of closing the opening of the groove by moving molecules to form the foreign matter in the semiconductor substrate; a step of flattening the surface of the semiconductor substrate; and forming a semiconductor element on the surface of the semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor device.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011243671A (en) * 2010-05-17 2011-12-01 Fuji Electric Co Ltd Trench isolation reverse-blocking mos type semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2012129450A (en) * 2010-12-17 2012-07-05 Fuji Electric Co Ltd Manufacturing method of semiconductor device

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