KR100831717B1

KR100831717B1 - 실리콘 웨이퍼 및 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법

Info

Publication number: KR100831717B1
Application number: KR1020060026221A
Authority: KR
Inventors: 티모 뮐러; 암몬 빌프리트 폰; 에리히 다우프; 페터 크로텐탈러; 클라우스 메스만; 프리드리히 파세크; 라인홀드 발리히; 아르놀드 퀴호른; 요하네스 슈투데너
Original assignee: 실트로닉 아게
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2008-05-22
Also published as: DE102005013831B4; CN100523313C; JP2006265096A; CN1840749A; US20060213424A1; US7828893B2; TW200643234A; KR20060103156A; DE102005013831A1; TWI310413B; JP4653681B2

Abstract

본 발명은 에피택셜 방식으로 증착된 층 또는 실리콘 웨이퍼와의 결합에 의해 형성되는 층을 가지고 있지 않은 실리콘 웨이퍼에 있어서, 질소 농도가 1×10¹³∼8×10¹⁴ 원자/㎤이고, 산소 농도가 5.2×10¹⁴∼7.5×10¹⁷ 원자/㎤이고, 상기 실리콘 웨이퍼의 두께 중심에서의 BMD 밀도가 3×10⁸∼2×10¹⁰ cm^-3이고, 모든 선형 슬립피지(slippage)의 누적 총 길이가 3 cm 이하이고 모든 면적 슬립피지 영역의 총 면적이 7㎠ 이하이며, 상기 실리콘 웨이퍼의 전면은, DNN 채널에서 크기가 0.13 ㎛ LSE보다 큰 질소-유도 결함이 45개 미만이고, 크기가 0.09 ㎛ 이상인 COP가 1×10⁴ COP/㎤ 이하 발생되는 5 ㎛ 이상의 두께를 가진 층, 및 5 ㎛ 이상의 두께를 가진 BMD 결여 층을 갖는 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다.

본 발명은 또한 이 형태의 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법으로서, 기판 홀더에 놓여진 상태에서 실리콘 웨이퍼를 열처리하는 단계를 포함하고, 실리콘 웨이퍼의 도핑에 따라 특수 형태의 기판 홀더가 사용되는 제조 방법에 관한 것이다. 기판 홀더의 형태에 따라, 열처리 시 슬립피지의 형성을 신뢰성 있게 피할 수 있도록 최대 가열 속도가 선택된다.

실리콘 웨이퍼, 열처리, 기판 홀더, 항복 응력, 질소-유도 결함, 슬립피지

Description

실리콘 웨이퍼 및 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법 {SILICON WAFER AND PROCESS FOR THE HEAT TREATMENT OF A SILICON WAFER}

도 1은 AFM(원자력 현미경법)을 이용하여 판정한, 종래 기술에 따른 실리콘 웨이퍼 상의 전형적인 질소-유도 결함의 깊이 프로파일을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 연속적인 링 형태의 기판 홀더를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 연속적인 링 형태를 가지며 링 중앙에 부가적 지지면을 구비한 기판 홀더를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 플레이트 형태의 기판 홀더를 나타내는 도면이다.

도 5는 실리콘의 상부 항복 응력의 측정 원리를 나타내는 모식도이다.

도 6은 고해상 탄성 응력 측정법을 이용하여 판정한, 종래 기술에 따른 직경 300 mm의 실리콘 웨이퍼의 슬립피지 분포를 나타내는 도면이다.

도 7은 도 6에 대응하여 본 발명에 따른 직경 300 mm의 실리콘 웨이퍼에 대한 측정 결과를 나타내는 도면이다.

도 8은 실리콘 웨이퍼 상의 선형 슬립피지 및 면적형 슬립피지의 분포를 나타내는 모식도이다.

도 9는 본 발명에 따른 열처리 후, 질소 농도가 6×10¹³∼2.5×10¹⁴ 원자/㎤ 인 실리콘 웨이퍼 상의 질소-유도 결함의 빈도를 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명에 따른 열처리를 행한 다음 10 ㎛의 물질을 폴리싱 제거한 직경 300 mm의 실리콘 웨이퍼에 대한 광 산란 측정법(SP1)을 이용하여, 면적 중심의(area-centered) COP 영역이 없음을 나타내는 도면이다.

도 11은 본 발명에 따른 열처리 후, 질소 농도가 3×10¹³∼1.2×10¹⁴ 원자/㎤인 실리콘 웨이퍼 상의 질소-유도 결함의 빈도를 나타내는 도면이다.

본 발명은 질소 도핑 실리콘 웨이퍼 및 열처리를 이용하여 상기 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 초크랄스키 도가니 인상(CZ) 공법 또는 비도가니(crucible-free) 플로트 존 (float zone; FZ) 공법을 이용하여 제조되는 실리콘 단결정은 다수의 불순물과 결함을 갖는다. 단결정은 웨이퍼로 절단되어, 원하는 표면 품질을 얻기 위해 복수의 가공 단계를 거치고, 최종적으로는 일반적으로 전자 부품의 제조에 사용된다. 특별한 주의를 기울이지 않으면, 전술한 결함은 웨이퍼의 표면에도 존재하게 되어, 그 웨이퍼 상에 조립되는 전자 부품의 기능에 악영향을 미칠 수 있다.

심각한 형태의 결함 중 하나는 COP(crystal originated particle: 결정 유래 입자)로 알려진 것으로, 크기가 일반적으로 50∼150 nm인 작은 보이드(void)를 형 성하는 공공(vacancy)의 누적이다. 보론코프 이론(Voronkov theory)에 따르면, 이러한 현상은 실리콘 멜트와 실리콘 잉곳 사이의 계면에 걸쳐 측정한 인상 속도(pulling rate)와 열 구배(thermal gradient)의 비가 임계값을 초과할 때마다 일어난다. 이것은 인상된 "공공 농후(vacancy-rich)" 잉곳이라 기술된다. COP의 크기는 실리콘 웨이퍼의 중앙에서보다 에지에서 훨씬 작은데, 그것은 잉곳 셸이 중앙부보다 더 빨리 냉각되므로, COP가 공공 응집(agglomeration)을 통해 성장할 수 있는 시간이 짧기 때문이다.

이러한 결함은 여러 가지 방법을 이용하여 측정할 수 있다. 웨이퍼 표면 상 COP에 대하여 체크하는 하나의 방법은, 약 85℃에서 20분간 SC1 용액(NH₃/H₂O₂/H₂O)에 의해 결함을 부분 에칭한 후 광산란 측정하는 방법이다. 30분간 세코(Secco) 에칭에 의해 결함을 부분 에칭시켜 실리콘 약 30㎛을 제거한 다음 카운팅(counting)하여 이들 결함을 판정할 수도 있다. 플래그(flag)로 알려져 있는 것을 가진 결함을 카운팅 할 경우, 이들 결함은 FPD(flow pattern defects; 유동 패턴 결함)라 알려져 있다. 그 결과 단위 면적당 FPD 밀도가 얻어지며, 그 FPD 밀도는 예비 에칭 시 제거된 재료의 양을 고려하여 단위 체적당 밀도로 변환될 수 있다. 또한, 동일한 결함을 IR-LST(infra-red light scattering tomography: 적외선 광산란 토모그래피)에 의해 측정할 수 있으며, 이 방법에서는 Nd-YAG 레이저빔을 실리콘 웨이퍼의 결함에서 산란시키고, 그 산란광을 그 레이저빔에 대해 90˚각도에서 검출한다. 이러한 측정 방법에 따라 상기 결함을 LSTD 결함이라 칭한다. 이 원리 를 기초로 작동하는 상용화된 측정 유닛이 예를 들면 일본 미쓰이사에 의해 시판되며, 이것은 COP를 깊이 6㎛ 및 최소 직경 35 nm까지 검출할 수 있다.

이하의 텍스트에서, 역사적 이유로 인해 상이하게 설명된 이러한 모든 결함은 공공의 응집에 관한 동일한 물리적 원리에 의해 발생되므로 COP라 지칭된다.

종래 기술에는 표면에 근접한 층에서 COP 밀도를 크게 감소시켜 이른바 "COP 없는 구역"을 표면에 형성하는 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법이 개시되어 있다.

종래 기술에서는 또한 초크랄스키 도가니 인상 공법에 의해 제조하면서 실리콘 단결정을 질소로 도핑하는 방법이 알려져 있다. 특허문헌 EP 829 559 A1에 따르면, 질소 사용 도핑은 결함의 크기 분포를 더 작은 결함 쪽으로 이동시킨다. 특허문헌 EP 1 087 042 A1에 따르면, 질소 사용 도핑에 의해 결정 인상 시 8각형 COP가 아닌 기다란 형상 또는 펠렛형인 COP가 형성되는 것으로 알려져 있다.

또한, 상기 문헌에 따르면, 웨이퍼 표면에 있는 층으로부터 COP를 제거하기 위해서, 질소, 아르곤 또는 이들의 혼합물과 같은 산화시키지 않는 분위기 하에 질소 도핑 실리콘 웨이퍼를 1000℃ 이상의 온도에서 열처리하는 것이 알려져 있다. EP 1 087 042 A1에 따르면, COP 밀도가 열처리 이전 밀도의 1/2 미만으로 감소되는, 표면에 있는 층의 두께는 0.5㎛ 이상이다.

질소가 이러한 형태의 결합에 대한 핵형성(nucleation)을 증강시키기 때문에 질소 도핑은 산소 침전물("벌크 마이크로 결함" = BMD)의 형성을 촉진하는 것으로 알려져 있다. 실리콘 웨이퍼의 내부에 금속 이온의 이른바 게터링(gettering)을 가능하게 하려면, 바람직하게는 웨이퍼 두께 전체에 걸쳐, 적어도 반도체 소자에 대해 활성이 있는 구역 부근에서, 일반적으로 5×10⁸∼2×10¹⁰ cm^-3의 충분히 높은 BMD 밀도가 필요하다. 이러한 방식으로만, 후속하여 부품이 조립될 표면에 근접한 층을 불필요한 금속 불순물이 없는 상태로 유지할 수 있다.

질소 도핑의 또 다른 이점은 결과적으로 실리콘 웨이퍼의 경도를 더 높일 수 있음으로써 열처리 과정에서 슬립피지(slippage)의 형성을 효과적으로 방지할 수 있다. 종래 기술(T. Mueller et al., Semiconductor Silicon 2002(제9차 국제심포지움), H.R. Huff, L. Fabry 및 S. Kishino(Eds.), The Electrochemical Society Proceedings Vol. 2002-2, 194-201)에서 활용되는 이러한 바람직한 효과는 특히 8×10¹⁴ 원자/㎤ 이상의 질소 농도에서 일어난다. 질소 도핑은 상부 항복 응력(upper yield stress)(τ_UY)을 증가시킨다. 이 물질 파라미터는 고체가 단순히 탄성 가역적으로가 아니고 가소적으로(plastically) 비가역적으로 변형되도록 최소 전단 응력을 인가할 필요가 있음을 나타낸다. 질소로 도핑함으로써 상부 항복 응력이 증가되면, 실리콘 웨이퍼의 가소적 변형, 즉 슬립피지의 형성은 더 높은 전단 응력의 인가에 의해서만 일어난다. 이 효과는 도가니 없이 인상된 FZ 실리콘과 CZ 실리콘 모두에 대해 입증할 수 있었다(H.D. Chiou et al., VLSI Sci. And Tech., ECS, Pennington, 59, 1984).

COP를 표면에 가깝게 용해하기 위한 실리콘 웨이퍼의 열처리는 일반적으로 1100℃ 내지 1300℃의 온도에서 30분 내지 3시간 동안 이루어진다. 이를 위해서는 복수의 실리콘 웨이퍼가 동시에 처리되고, 소정의 피치로 서로 평행하게 중첩되어 설치된 수직형 가열로가 일반적으로 사용된다. 실리콘 웨이퍼는 "보트(boat)"라 알려진 수납 장치에 장착되는데, 각각의 실리콘 웨이퍼는 지지체인 기판 홀더에 놓여진다. 이 형태의 보트는 예로써 특허문헌 GB 2273551, US 6,065,615 또는 US 6,133,121에 기술되어 있다. 기판 홀더는 예로써 특허문헌 US 2004/0040632A1 또는 WO 2004/090967A1에 기술되어 있다. 열처리 동안 보트는, 측면으로부터 가열되는 대체로 원통형인 프로세스 챔버 내에 위치한다. 프로세스 챔버의 측면으로부터 가열함으로써, 가열 및 냉각 시 실리콘 웨이퍼 각각의 에지와 중앙 사이에 온도차가 생긴다. 가열 및 냉각 시, 온도차와 관련된 열 팽창의 차이는 열 응력을 발생시킨다. 또한, 실리콘 웨이퍼 자체의 중량이 기판 홀더와 함께 중력-유도 응력(gravity-induced stress)을 일으킨다. 이들 두 응력 성분의 합이 실리콘 웨이퍼의 상부 항복 응력을 초과하면, 바람직하지 않은 슬립피지가 일어나며, 예를 들면 금속 불순물이 이들 결정 결함에 우선적으로 누적되므로, 전자 부품 조립 시 수율을 저하시킨다.

실리콘 웨이퍼의 직경이 클수록 단위 면적당 중량이 더 크며, 그에 따라 중력-유도 응력이 더 커진다. 이러한 문제점은 대응하는 웨이퍼 두께의 증가에 의해 보상되지 않는다. 또한, 프로세스 챔버의 가열된 측면과 직경이 더 큰 웨이퍼의 중심 사이의 거리가 클수록, 열 응력이 더 커진다. 이러한 이유에서, 직경이 300 mm 이상인 실리콘 웨이퍼에서 슬립피지가 형성될 위험성은 이제까지 보편적인 200 mm 이하의 직경을 가진 실리콘 웨이퍼에 비해 크게 증가된다. 따라서, 웨이퍼 직경을 더 작게 하여 슬립피지 형성을 억제하려는 개념의 단순한 응용은 역시 불가능 하다.

따라서, 직경이 200 mm 이상인 실리콘 웨이퍼를 제조할 때, 높은 공정 온도에서 웨이퍼의 슬립피지를 피하기 위해서는 질소로 도핑하는 것이 표준 공정이다. 이 효과는 특히, COP를 표면 가깝게 용해하는 데 사용되는 직경 300 mm의 실리콘 웨이퍼의 열처리에 있어서는 기술적으로 매우 중요한데, 그것은 이 방식으로 매우 높은 수율을 얻을 수 있기 때문이다.

앞에서 언급한 바와 같이, 질소로 도핑하는 것은 여러 가지 이유에서 유리하다. 그러나, 질소 도핑 실리콘 웨이퍼의 열처리에 의해 그 표면 상에 추가적 결함이 발생된다는 문제가 생겼다. 미래 세대의 부품은 나노미터 범위에서 패터닝을 해야하므로, 이러한 결함은 예컨대 리소그래피 결함 또는 트랜지스터 게이트 산화물의 이른바 GOI(gate oxide integrity; 게이트 산화물 일체성) 값의 저하와 같은 소자 에러를 유발한다. 따라서, 이러한 결함의 발생은 가능한 한 피해야 한다.

다른 한편으로, 전술한 이유에서, 많은 경우에 질소로 도핑하지 않을 수 없다. 따라서, 종래 기술에 알려져 있는, 직경이 300 mm인 모든 열처리 실리콘 웨이퍼는 가장 발달된 부품 기술을 이용하여 제조하더라도 기능성 전자 부품의 비교적 낮은 수율을 초래한다. 이상과 같은 문제는 본 발명에 의해 해결된다.

본 발명은 전술한 문제가 없는 질소 도핑 실리콘 웨이퍼 및 열처리를 이용하여 상기 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 에피택셜 방식으로 증착된 층 또는 실리콘 웨이퍼에 결합함으로써 제조된 층을 전혀 갖지 않은 실리콘 웨이퍼로서, 질소 농도가 1×10¹³∼8×10¹⁴ 원자/㎤이고, 산소 농도가 5.2×10¹⁷∼7.5×10¹⁷ 원자/㎤이고, 상기 실리콘 웨이퍼의 두께 중심에서의 BMD 밀도가 3×10⁸∼2×10¹⁰ cm^-3이고, 모든 선형 슬립피지의 누적 총 길이가 3 cm 이하이고, 모든 면적 슬립피지의 누적 총 면적이 7 ㎠ 이하이며, 상기 실리콘 웨이퍼의 전방 표면이 DNN 채널에서 0.13 ㎛ LSE보다 큰 크기의 질소-유도 결함(nitrogen-induced defect)을 45개 미만 가지며, 크기가 0.09 ㎛ 이상에서 1×10⁴ COP/㎤ 이하가 발생되는 두께 5 ㎛ 이상인 층, 및 두께 5 ㎛ 이상인 BMD 결여 층을 가진 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다.

본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼는 5.2×10¹⁷∼7.5×10¹⁷ 원자/㎤의 산소 농도를 갖는다. 이와 관련하여, 산소 농도라 함은 격자간(interstitial) 산소와 침전된 산소 모두를 포괄하는 산소 농도 전체를 의미하는 것으로 이해해야 한다. 이 산소 농도 전체는 열처리 이전에 존재하는 격자간 산소 농도에 대응한다.

열처리 과정에서 질소-유도 결함의 형성을 신뢰성 있게 방지하기 위해서는 질소 농도가 6×10¹⁴ 원자/㎤ 이하인 것이 바람직하고, 4×10¹⁴ 원자/㎤ 이하인 것이 특히 바람직하다. 열처리된 실리콘 웨이퍼의 질소 농도는, 예로써 SIMS(secondary ion mass spectroscopy) 깊이 프로파일(depth profile)에 의해 검출된다. 이를 위 해, 질소 농도는 일반적으로, 예컨대, 깊이가 표면으로부터 30 ㎛에 달하는 깊이의 함수로서 기록되고, 2개의 깊이 영역으로 적분된다. 그 결과, 한편으로는 예로써 진공 챔버 내의 잔류 가스가 우세한 백그라운드 신호가 판정되고, 다른 한편으로는 산소 침전물(BMD) 자체에 결합된 질소 함량이 측정된다. 제1 깊이 영역은 BMD 결여 층(일반적으로 5∼10 ㎛의 깊이) 내에 위치하는 것이 바람직하고, 적분 후에는 원자/㎤ 단위의 평균값으로서 주어진다. 산소의 침전이 일어나는 제2 깊이 영역(일반적으로 25∼30 ㎛)에서, SIMS 신호는 마찬가지로 순차적으로 적분된 다음 다시 한번 원자/㎤ 단위의 평균값으로서 주어진다. 이 측정값에서 백그라운드 값을 빼면, 열처리 웨이퍼 내 산소 침전물에 결합된 평균 질소 농도가 얻어진다. 열처리되지 않은 웨이퍼에 대해 수행된 테스트와 비교하면, 일반적으로 본 발명에 따른 열처리 후 30∼40% 더 낮은 질소 농도를 나타내는데, 이것은 분리(segregation)의 발생으로 인해 표면에 근접한 영역에서 산소 침전물에 결합되지 않은 질소 농도의 신속한 확산으로 설명할 수 있다(A. Karoui, F. Sahtout, F. G.A. Rozgonyi, D. Yang, J. Appl. Phys, 96, 2004, p. 3255, A. Karoui, G.A. Rozgonyi, J. Appl. Phys, 96, 2004, p. 3264). 웨이퍼 표면으로부터 영향의 간섭을 배제하기 위해서는, 수 ㎛를 제거하는 재료 제거 에칭 단계를 사전에 수행한다.

실리콘 웨이퍼는 300 mm 이상의 직경, 특히 450 mm 이하의 직경을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼는, 면적형이 아닌 선형으로 실리콘 웨이퍼에서 일어나는 모든 슬립피지의 총길이가 3 cm 이하, 바람직하게는 1 cm 이하인 것을 특징으로 한다. 이 형태의 선형 슬립피지는 도 8에 개략도로 나타낸 도면 번호 21로 표시된다. 또한, 실리콘 웨이퍼에서 일어날 수 있는 모든 면적형 슬립피지 영역의 총표면적은 그 크기가 7 ㎠ 이하, 바람직하게는 2 ㎠이하이다. 도 8은 이형태의 면적형 슬립피지 영역(22)를 개략적으로 나타낸다. 슬립피지의 누적 총길이 또는 총면적은 모든 개별적인 슬립피지의 길이 또는 면적의 합이다. 슬립피지 또는 그 길이나 면적은 X선 토포그래피 측정(XRT) 또는 탄성 응력 측정(SIRD, scanning infrared depolarization, JenaWave, Jena, Germany)을 이용하여 검출할 수 있다.

실리콘 웨이퍼의 두께 중심에서의 BMD 밀도는, 예로써 일본 미쓰이사에서 제조한 MO4 타입의 적외선 산화물 침전 카운터를 이용하여 측정할 수 있다. DNN 채널에서 크기가 0.13 ㎛ LSE(latx sphere equivalent)를 넘는 질소-유도 결함의 수는 광산란 측정법에 의해 판정된다. 이하에서, 이러한 결함과 다른 형태의 결함을 구별할 수 있는 방법을 더 설명한다.

본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼는 전방 표면에서, 두께가 5 ㎛, 바람직하게는 8 ㎛이되, 특히 바람직하게는 15 ㎛인 BMD 결여 층을 갖는다. 전방 표면은 전자부품의 조립용으로 계획되어 있는 실리콘 웨이퍼의 표면이다. BMD 없는 구역의 두께는, 예를 들면 파괴된 에지를 생성하고, 이 에지를 적합한 에칭 용액으로 처리(예로써, 묽은 Wright 에칭 용액으로 약 20분간 처리)한 다음, 광학 현미경으로 관찰함으로써 판정된다.

본 발명에 따르면, BMD 결여 층에 더하여, 실리콘 웨이퍼의 전방 표면은, 0.09 ㎛ 이하의 크기에서 1×10⁴ COP/㎤가 발생되는, 두께가 5 ㎛ 이상, 바람직하게는 10 ㎛ 이상인 층을 추가로 갖는다.

결함 밀도가 매우 낮기 때문에, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼는 전자 부품 조립용으로 탁월하게 적합하며 크게 향상된 수율을 가져온다.

이하의 텍스트에서 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명에 도달하게 한 테스트는 "질소-유도 결함"이라 지칭되는, 이제까지 알려지지 않은 결함 형태의 발견 및 특성화를 내포했다. 이러한 결함 형태는 질소로 도핑되고 열처리된 실리콘 웨이퍼의 표면에서 일어난다. 이들 결함은 실리콘 웨이퍼 표면 상에 링 형태 또는 면적 형태로 배열된 것으로서, 이들 결함의 특성화를 이하에서 상세히 설명한다.

질소-유도 결함은, 예로써 미국 KLA-Tencor사 제품인 표면 검사 시스템 SP1의 "어두운 필드 내로우 수직 입사(dark field narrow normal incident)" 채널에서 검출될 수 있고, 각도-분해 산란광(angle-resolved scattered light)에 의한 상기 결함이 갖는 특성 때문에, 다른 결함과는 명확히 구별되는 조사가 가능하다. 이들 결함은 스캐닝 프로브 현미경의 토포그래피 이미지에서도, 깊이가 5 nm 이하이고 3 ㎛까지 커버하는 매우 얕은 리세스(recess)로 나타난다.

각도-분해 산란광 측정 시, 실리콘 웨이퍼의 표면을 스캔하는 데에는 초점이 잘 맞추어진 레이저빔이 사용된다. 레이저빔이 결함을 만나면, 그 결함도 이상적 표면으로 광을 반사하지 않는 입체각(solid angle)으로 광을 산란시킨다. 따라서, 산란된 광은 다른 경우에 "어두운" 입체각 범위에서 검출되고, 이러한 이유에서 본 방법을 어두운 필드 측정이라 기술한다.

산란광의 각도-분해 세기 분포는 상이한 형태의 결함이 갖는 특징이다. 새로 발견된 질소-유도 결함에 대해서도 동일하게 적용된다. 이 결함은 COP, 입자 및 구조적 에피택셜 결함과 같은 결함 형태와 크게 상이하다. 레이저 입사가 수직인 경우에, 질소-유도 결함은 시편에 대해 거의 수직인 입체각으로 산란되지만, 이보다 더 큰 각도에서는 거의 어떠한 광도 관찰할 수 없다.

표면 검사 시스템인 KLA-Tencor SP1은 2개의 어두운 필드 검출기를 가지며, 그 중 하나는 어두운 필드 내로우(DN)로 알려진, 시편에 대해 거의 수직이다. 두 번째 검출기인 어두운 필드 와이드(DW)는 더 큰 각도로 산란되는 광을 검출한다. 따라서, 이들 채널은 결함의 특징적 광 산란을 검출할 수 있다. 질소-유도 결함의 경우에 있어서 상기 결과는, 수직(normal = N) 광 입사를 갖는 DN 채널, 즉 DNN 채널에서 검출되지만, DWN 채널에서는 관찰되지 않는다는 것이다.

이러한 형태의 측정에서, 관찰된 광 세기는 크기 등가(size equivalent), 즉 LSE(latex sphere equivalent)로 변환된다. 질소-유도 결함에 대해, DNN에서는 0.2 ㎛ LSE 이하의 산란 크기가 얻어지는 반면, DWN에서는 0.1 ㎛ LSE의 감도에서도 신호가 기록되지 않는다. 따라서, 이 결함에 대한 DNN과 DWN의 산란 크기의 비는 2.0보다 크다. 이 비는 특별한 결함 형태의 특징으로 생각할 수 있다. 다른 공지된 결함에 대한 광 산란 크기의 비는 질소-유도 결함과 상당히 다르다(표 1 및 표 2 참조).

[표 1]

광산란 크기 (㎛LSE)/결함 형태	DNN	DWN	DNO	DWO
입자	모든 크기	모든 크기	모든 크기	모든 크기
COP	＜0.25	＜0.18	＜0.25	＜0.18
구조적 에피택셜 결함	＞0.1	모든 크기	모든 크기	모든 크기
폴리싱 결함	모든 크기	모든 크기	모든 크기	모든 크기
질소-유도 결함	＜0.2	＜0.1	＜0.1	＞0.07

[표 2]

광산란 크기 비율/결함 형태	DNN/DWN	DNN/DNO	DNN/DWO
입자	0.8∼1.2	0.8∼1.2	0.8∼1.2
COP	1.0∼1.4	0.9∼1.2	1.3∼2.0
구조적 에피택셜 결함	＞1.4	1.1∼3.0	1.2∼3.0
폴리싱 결함	0.8∼1.8	0.7∼1.8	1.2∼2.0
질소-유도 결함	＞2.0	＞2.0	＞2.7

측정 장치인 KLA-Tencor SP1에 의해 레이저광의 입사각이 변동될 수 있다. 수직 입사광 이외에도 경사지게(oblique = O) 입사한 광을 이용하여 시편을 측정할 수도 있다. 그 경우, DN 채널과 DW 채널을 DNO 및 DWO라 칭한다. 이 방식에서도, 질소-유도 결함의 독특한 산란 특성이 명백한데, 그것은 DNO 및 DWO 중 어느 것에서도 0.1 ㎛ LSE 및 0.075 ㎛ LSE의 감도에서 결함을 검출할 수 없기 때문이다.

따라서, 광 산란 크기비는 DNN/DNO＞2.0 및 DNN/DWO＞2.7이다. 이것 역시 이 결함의 명백한 특징이다. 질소-유도 결함의 광 산란 크기 및 광 산란 크기의 비는 이 형태의 결함을 명확히 식별하는 기준이다. 이상과 같은 광 산란 크기와 광 산란 비의 특징적 조합은 구조적 에피택셜 결함과 중첩될 뿐이고, 이것은 에피 택셜층을 갖지 않은, 본 발명에 따른 열처리 실리콘 웨이퍼에서는 일어날 수 없다.

따라서, 본 발명에 따르면, 질소-유도 결함은 에피택셜층을 갖지 않은 실리콘 웨이퍼 상의 표면 결함으로 정의되며; 이들 결함은, 예를 들면, 표면 겸사 시스템 KLA-Tencor SP1을 이용하는 광 산란 측정법에 의해 검출될 수 있고, 표 1에 제시된 광 산란 크기를 갖는 동시에 표 2에 제시된 광 산란 크기의 비를 갖는다.

질소-유도 결함은 또한 AFM(원자력 현미경법)과 같은 다른 방법을 이용하여 검출할 수 있다. 예로써, AFM 측정법을 이용하여, 표면의 기다란 함몰부(depression)가 산란광 측정법에 의해 판정된 결함 위치에서 정밀하게 발견된다. 도 1은 이 형태의 AFM 측정 결과로서, 결함의 가장 깊은 위치를 통해 결함의 단축(短軸)(="폭")을 따라 이어지는 직선을 따르는 전형적인 질소-유도 결함의 깊이 프로파일을 나타낸다. 결함의 폭 w_D는 0.99 ㎛이고, 깊이 d_D는 4 nm이다. 특징 변수인 깊이, 길이 및 폭이 평가되면, 질소-유도 결함의 동일한 특징인 종횡비(aspect ratio)(길이/깊이 또는 폭/깊이)를 결정할 수 있다(표 3 참조).

[표 3]

종횡비	최소	최대
길이/깊이	500	1200
폭/깊이	100	300

본 발명에 도달하게 한 테스트는, 질소 도핑과 열처리 후 질소-유도 결함의 발생 사이에는 밀접한 관계가 있다는 사실을 나타냈으며, 이러한 이유에서 상기 명 칭을 새로 발견된 형태의 결함에 대해 선택한 것이다. 이 관계를 표 4에 나타낸다. 질소 농도 [N]의 문턱값인 약 8×10¹⁴ 원자/㎤ 미만에서는 실제로 질소-유도 결함이 발생되지 않는다. 이 문턱값 이상에서는, 질소 농도가 증가함에 따라 질소-유도 결함의 수가 강하고 지속적으로 증가된다. 결함 밀도는 100% 아르곤 중에서 실리콘 웨이퍼를 1200℃에서 1시간 동안 열처리한 후 측정했다. 표 4에 제시한 값은 직경이 200 mm인 실리콘 웨이퍼의 전방 표면 전체에 있는 질소-유도 결함의 총수에 관한 것이다.

[표 4]

[N]/원자/㎤	질소-유도 결함의 수
1.18×10¹⁴	8
2.98×10¹⁴	58
4.28×10¹⁴	22
7.38×10¹⁴	30
8.08×10¹⁴	38
8.48×10¹⁴	318
11.78×10¹⁴	411

다음과 같은 사실이 전형적인 표면 밀도로 인한 질소-유도 결함을 형성하는 원인이라 생각할 수 있다: 약 8×10¹⁴ 원자/㎤보다 높은 질소 농도에서, COP는 이방성이 높은 형태를 갖는다. 즉, 낮은 질소 농도에서와 같은 8각형이 아니고, 작은 막대 형태를 갖는다. 열처리 및 원자 레벨에서의 충전 공정중에 표면 근방 COP가 용해되어 트러프(trough) 형상의 리세스가 형성되고, 이 리세스는 그 형성 재료인 COP처럼, 항상 주결정축(main crystallographic axis) 방향으로 배향된다.

또 다른 원인은 열처리 공정중, 이른바 산소-유도 퇴적 결함(oxygen-induced stacking fault; OSF)의 불충분한 용해이다. OSF는 큰 산화물 침전물로 간주되어야 할 것이다. OSF는 링 형상에 집중된 결함 영역의 형태로 발생되고, 상기 링의 폭과 직경은 결정적으로 초크랄스키 방법의 실행 시 질소 도핑의 레벨 및 결정 인상 속도에 의존한다. 인상 속도를 증가시킴으로써 높은 질소 농도에서 상기 영역을 웨이퍼의 외부 에지로 밀어내는 것은 기술적으로 불가능하다. SP1을 이용하여 행해진 측정 결과, 질소 농도가 8×10¹⁴ 원자/㎤를 초과할 경우, 마찬가지로 상기 OSF 링 영역에서의 질소-유도 결함의 밀도가 증가되는 것으로 나타난다. OSF의 측면 범위(lateral extent)가 크고 실리콘 원자의 표면 확산 속도가 제한되기 때문에, 열처리 공정중 용해된 결함의 영역에는 마찬가지로 얕은 공동(hollow)이 잔류한다.

따라서 질소-유도 결함의 형성을 억제하려면, 질소 농도를 8×10¹⁴ 원자/㎤ 이하, 바람직하게는 6×10¹⁴ 원자/㎤ 이하, 특히 바람직하게는 4×10¹⁴ 원자/㎤ 이하로 제한해야 한다. 이러한 형태의 실리콘 웨이퍼를 제조해 낼 수 있는 질소-도핑 실리콘 단결정을 제조하는 방법이, 예를 들면 특허 문헌 EP 1 087 042 A1(문단 36) 또는 EP 1 081 254 A1에 기술되어 있다. 질소 농도를 제한함으로써 질소-유도 결 함의 형성을 효과적으로 피할 수는 있지만, 그 경우 실리콘 웨이퍼가 열처리 공정중에 슬립피지를 발생할 가능성이 커진다.

상이하게 도핑된 실리콘의 슬립피지에 대한 민감성을 정량하기 위해, 본 발명자들은 상부 항복 응력을 측정했다. 이제까지, 1000℃보다 높은 온도 범위에서의 실리콘의 상부 항복 응력에 대한 데이터는 없었다. 상기 측정은 도 5에 나타낸 장치를 이용하여 수행된다. 테스트할 실리콘 재료로 만들어진, 두께 5 mm이고 길이 20 cm인 원통형 봉(1)을 실리콘 카바이드로 이루어진 큐벳(cuvette)(2)을 이용하여 측정 온도까지 가열한다. 유도 코일(3)을 이용한 큐벳(2)의 가열은 실리콘 봉(1)의 균질한 가열을 가능하게 한다. 실리콘 봉(1)의 양단에 연신력(elongating force)(4)을 인가함으로써, 바람직하게 상기 봉에서 온도가 가장 높은 부분에서 연신이 일어난다. 응력 인가는, 예를 들면, 5 kN 로드셀을 구비한 유니버설 스핀들 시험기에서 수행될 수 있다. 동시에, 길이(5)와 온도의 변화는 온도가 가장 높은 위치에서 측정된다. 예로써, 수냉식 연신 기록 시스템을 이용하여 연신을 측정할 수 있다. 특수한 센서 암(sensor arm)은 고온 때문에 산화알루미늄으로 만들어지는 것이 바람직하다. 센서 암의 측정 길이는, 예로써, 압축력이 1 N 내지 5 N 범위일 때 25 mm이다. 온도 측정은 예로서, 시편의 고온 표면에 대해 큐벳(2)의 슬롯(6)을 통해 비례식 고온계(quotient pyrometer)(도시되지 않음)를 이용하여 수행된다.

질소 농도 1.3×10¹⁴ 원자/㎤의 질소 농도로 실리콘에 대해 행한 일련의 온 도 의존 측정 결과를 표 5에 제시한다. 실리콘의 상부 항복 응력 τ_UY는 1100℃보다 높은 온도 T에서 급격히 떨어지며, 이것은 COP의 어닐링에 사용되는 열처리에 있어서 통상적이다.

[표 5]

T/℃	□_UY/MPa
1000	20.5
1200	2.0
1320	1.2
1350	0.8

도펀트의 농도도 표 6에서 알 수 있는 바와 같이 실리콘 웨이퍼의 상부 항복 응력 τ_UY에 영향을 준다. 그 값을 1200℃의 온도에서 판정했다. 표에 제시된 전기적 비저항 R의 값은 붕소로 도핑하여 설정했다. 질소 농도 [N] 및 붕소 농도(비저항 R로 표현됨)는 상부 항복 응력에 상당한 영향을 갖는다. 이와 대조적으로, 격자간 산소의 농도 [O_i]는 CZ 실리콘에 있어서 통상적인 범위에서는 상부 항복 응력에 거의 영향을 주지 않는다.

[표 6]

웨이퍼 번호	[N]/ 원자/㎤	[O_i]/ 원자/㎤	R/□cm	□_UY/MPa
N1	3.3×10¹³	6.83×10¹⁷	72.3	0.32
N2	1.31×10¹⁴	6.88×10¹³	63.8	0.6
N3	1.32×10¹⁴	6.34×10¹⁷	0.97	0.8
N4	1.21×10¹⁵	6.9×10¹⁷	1.7	0.92
W1	9.8×10¹³	5.19×10¹⁷	1.61	0.88
W2	9.8×10¹³	5.85×10¹⁷	8.48	0.56
O1	9.8×10¹³	5.19×10¹⁷	1.61	0.88
O2	9.8×10¹³	6.3×10¹⁷	1.0-1.6	0.8

상부 항복 응력이 질소 농도에 크게 의존한다는 사실 때문에, 종래 기술에 따른 300 mm의 직경 및 낮은 질소 농도를 가진 실리콘 웨이퍼를, 슬립피지의 형성에 의해 발생되는 결정 격자에 대한 뚜렷한 손상을 받지 않도록 하면서 고온에서 열처리하는 것은 불가능했다. 이로 인해 전자 부품의 조립에 적합한 열처리 실리콘 웨이퍼의 수율이 사실상 제로(0)로 저하된다.

본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼, 특히 직경이 300 mm 이상인 실리콘 웨이퍼는 정의된 성질을 가진 실리콘 웨이퍼를 수직 가열로(예컨대, 네델란드의 ASM사 제조, A412 시리즈)에서 열처리함으로써 제조된다. 열처리 시, 실리콘 웨이퍼를, 바람직하게는 실리콘 카바이드로 만들어진 기판 홀더에 장착하여 실리콘 웨이퍼에서의 굴곡 응력(flexural stress)을 최소화한다. 또한, 상기 기판 홀더는 열처리 공정중 가열 속도와 냉각 속도를 높일 수 있도록 가능한 한 낮은 열 질량(thermal mass)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 사용되는 기판 재료는 최소의 금속 오염물을 갖는 것이 바람직하다. 이것은, 예를 들면 일본의 미쓰이사로부터 입수 가능한 이른바 "솔리드 CVD" 실리콘 카바이드를 이용함으로써 달성할 수 있다. 또한, 두께 20∼200 ㎛의 솔리드 CVD 실리콘 카바이드의 층으로 코팅된 소결 실리콘 카바이드를 이용할 수도 있다. 이러한 형태의 재료는 일본의 Toshiba Ceramics사로부터 입수할 수 있다.

본 발명은 처리할 실리콘 웨이퍼의 직경 이상의 외경을 가진 평면형 기판 홀더를 사용한다. 따라서 본 발명에 따르면, 실리콘 웨이퍼는 웨이퍼의 에지가 시종 일관 기판 홀더에 놓여진 상태로 유지된다. 기판 홀더의 직경은 처리할 실리콘 웨이퍼의 직경보다 0∼2 mm 더 큰 것이 바람직하다.

기판 홀더의 내측 에지 또는 국소적 높이에 실리콘 웨이퍼가 놓임으로써 발생되는 슬립피지의 형성을 피하기 위해, 본 발명에 따라 기판 홀더는 레벨링 면을 기준으로 기판 홀더의 전체면 위에 편차가 0.05∼0.5 mm, 바람직하게는 0.3 mm 미만, 특히 바람직하게는 0.15 mm 미만인 평활도를 가져야 한다. 본 발명에 따르면, 기판 홀더의 두께는 형태 및 재료의 함수로서 요구되는 평활도에 맞추어져 있다.

고온에서 산화되지 않은 실리콘 표면의 반응성 때문에, 실리콘 웨이퍼의 실리콘 원자와 기판 홀더 사이의 화학적 결합의 형성에 의해 발생되는 비가역 접착의 위험성을 피해야 한다. 이를 위해서, 소정의 조도 값 R_a를 설정하는 것이 적합하다. 실험에 의하면, 조도 R_a가 0.15∼0.5 ㎛인 것이 바람직하고, 0.25∼0.4 ㎛인 것이 특히 바람직한 것으로 나타났다.

따라서, 본 발명은 또한 슬립피지를 피하기 위해 요구되는 전술한 성질을 가 진 실리콘 카바이드로 만들어진 기판 홀더에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 실리콘 웨이퍼의 성질에 합치되고 열 질량 측면 및 실리콘 웨이퍼에서 발생되는 중력-유도 응력 측면에서 상이한, 여러 가지 기판 홀더가 열처리용으로 사용된다. 중력-유도 응력은 제한된 원소 계산에 의해 추정할 수 있다. 직경이 300 mm인 실리콘 웨이퍼의 열처리에 사용되는 본 발명에 따른 기판 홀더의 세 가지 형태에 대한 결과를 표 7에 제시한다.

[표 7]

기판 홀더 형태	최대 굽힘 응력 [N/㎟]	평균 접촉 압력 [N/㎟]
연속 링 (도 2), 외경 = 300 mm, 내경 = 200 mm	0.465	＜0.03
중앙에 추가 지지면을 가진 연속 링 (도 3), 외경 = 300 mm, 내경 = 200 mm	0.347	＜0.03
플레이트 (도 4), 외경 = 300 mm, 내경 = 0	0.297	＜0.03

표 7에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 도달하게 한 테스트는 연속적 환형 기판 홀더로부터 링의 중앙에 추가 지지면(bearing surface)을 가진 연속적 환형 기판 홀더를 통해 플레이트형 기판 홀더까지 최대 굽힘 응력이 감소되는 것을 나타냈다. 이에 관하여 플레이트형 기판 홀더가 최적의 성질을 갖지만, 열 질량이 더 높다는 결점도 갖는다.

본 발명에 따르면, 기판 홀더는 처리할 실리콘 웨이퍼의 슬립피지에 대한 민감성에 맞추어져 있다. 본 발명은 처리할 실리콘 웨이퍼에서 선택된 가열 및 냉각 속도에서 슬립피지를 발생하지 않는 기판 홀더를 사용한다. 기판 홀더의 높은 열 질량은 더 낮은 가열 및 냉각 속도와 결부되고, 그에 따라 더 긴 처리 시간과 결부되어 열처리 비용을 수반하므로, 가장 낮은 열 질량을 가지면서도 슬립피지가 없는 처리를 가능하게 하는 형태의 기판 홀더를 항상 사용하는 것이 바람직하다. 중력-유도 응력을 상이한 정도로 감소시키는 적합한 기판 홀더를 사용함으로써, 상이한 정도로 연장되는 처리 시간을 희생하더라도, 슬립피지를 일으키지 않도록 모든 형태의 상이하게 도핑된 실리콘 웨이퍼를 열처리할 수 있으며, 동시에 가능한 한 짧은 처리 지속시간을 보장할 수 있다.

본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위한 출발 물질로서, 질소 농도가 1×10¹³∼8×10¹⁴ 원자/㎤, 바람직하게는 1×10¹³∼6×10¹⁴ 원자/㎤이고, 격자간 산소 농도가 5.2×10¹⁷∼7.5×10¹⁷ 원자/㎤인 실리콘 웨이퍼를 사용하는 것이 바람직하다. 질소 농도는 열처리 지속시간과 함께, COP 없는 구역의 소요 두께를 얻을 수 있도록 선택된다. 본 발명에 따르면, 서로 평행하게 배열된 복수의 실리콘 웨이퍼가 1100∼1300℃ 범위의 온도, 바람직하게는 1150∼1230℃ 범위의 온도에서 30분 내지 3시간 동안 동시에 유지되는 상태로, 이들 실리콘 웨이퍼를 수직 가열로에서 열처리한다. 본 발명에 따른 모든 실시예에 있어서, 기판 홀더의 수직 피치는 지지면에서 지지면까지 계산했을 때, 바람직하게는 7.5∼15 mm, 특히 바람직하게는 10∼13 mm이다.

본 발명에 따른 모든 실시예에서, 열처리는 다음과 같이 수행되는 것이 바람 직하다: 실리콘 웨이퍼를 400∼600℃의 전형적 로딩 온도에서 2단계 조작으로 프로세스 챔버에 로딩한다. 이를 위해, 후면 단부 작동체(end effector)를 이용하여 하부로부터 로딩할 웨이퍼 상으로 기판 홀더를 이동시킨다. 웨이퍼를 3개의 동심 배열된 홀딩 핀 상에 장착하고, 로딩 조작 시 이를 하강시킨다. 이어서, 실리콘 웨이퍼와 기판 홀더를 보트 내에 결합되도록 로딩한다.

그 후, 프로세스 챔버를 소정의 가열 속도로 소정의 목표 온도(본 발명에 따르면 1100∼1300℃ 범위)에 도달할 때까지 가열한다. 가열 속도는 800℃ 이하의 온도에서는 20℃/분 이하, 800∼900℃ 범위의 온도에서는 10℃/분 이하, 바람직하게는 8℃/분 이하이다. 900℃보다 높은 온도 범위에서, 최대 가열 속도는 이하에 주어지는 부등식에 의해 정의되고 실리콘 웨이퍼의 성질에 맞추어진다. 다음으로, COP의 어닐링이 가능하도록, 프로세스 챔버를 이 온도에서 소정의 시간 동안(본 발명에 따르면 30분 내지 3시간) 유지한다. 그 후, 프로세스 온도를 소정의 냉각 속도로 400∼600℃의 전형적인 언로딩 온도까지 낮춘다. 냉각 속도로 허용되는 바람직한 값은 가열 속도의 경우와 동일하다.

본 발명에 따르면, 열처리는 실리콘 웨이퍼의 표면에 BMD 결여 층이 형성되는 조건에서 수행된다. 여기에는 불활성 분위기 또는 환원성 분위기가 필요하다. 불활성 분위기는 실리콘 웨이퍼의 표면과 반응하지 않는 가스, 예컨대 아르곤과 같은 희가스를 배타적으로 함유한다. 환원성 분위기는 불활성 가스와 혼합될 수 있는 수소를 함유하는 것이 바람직하다. 열처리의 상기 지속 시간 및 온도는 원하는 두께의 BMD 결여 층의 제조를 보장한다.

본 발명에 따르면, 실리콘 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼의 상부 항복 응력(따라서 질소, 격자간 산소 및 기타 도펀트의 농도)에 따라 세 가지 등급으로 나누어진다. 각 등급에는 당해 실리콘 웨이퍼에 대한 충분히 낮은 중력-유도 응력을 생성하는 적합하게 맞추어진 기판 홀더 형태가 지정된다. 또한, 각 등급에는 열처리 시의 가열 및 냉각 속도에 대해 실리콘 웨이퍼와 기판 홀더의 성질에 맞추어진 조건이 설정된다. 본 발명에 따른 가열 및 냉각 속도의 고수하면서 본 발명에 따른 기판 홀더를 사용함으로써, 슬립피지의 형성이라는 위험 없이 직경이 크고 질소 농도가 비교적 낮은 실리콘 웨이퍼의 열처리가 가능하다.

본 발명에 따르면, 특수 형태의 실리콘 웨이퍼를 복수의 등급에 할당할 수 있다. 이 경우에, 슬립피지를 피하기 위해 어떤 등급에 실리콘 웨이퍼를 할당하는가는 관계 없다. 그러나 경제적 관점에서, 가능한 등급에 가장 높은 수로 실리콘 웨이퍼를 할당하는 것이 바람직한데, 그것은 가능한 가장 낮은 열 질량을 가진 기판 홀더를 사용할 수 있어서, 가장 높은 가열 및 냉각 속도가 가능하기 때문이다.

이하의 텍스트는 세 가지 등급 각각에 있어서 실리콘 웨이퍼의 열처리 조건을 구체적으로 설명한다.

등급 3은, 1200℃에서 측정한 상부 항복 응력이 0.6 MPa 이상, 바람직하게는 0.6∼1.1 MPa, 특히 바람직하게는 0.7∼1.0 MPa인 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 이것은, 예를 들면, 질소 농도가 3×10¹³∼8×10¹⁴ 원자/㎤이고, 격자간 산소 농도가 5.2×10¹⁷∼7.5×10¹⁷ 원자/㎤이며, 비저항이 2 mΩcm∼12 Ωcm인 실리콘 웨이퍼를 포함한다.

열처리 공정중, 이 형태의 실리콘 웨이퍼는 연속적 동심 링(10) 형상을 가진 기판 홀더(도 2 참조)에 의해 지지된다. 상기 링의 외경은 실리콘 웨이퍼의 직경과 같거나 더 크다. 내경은 250 mm 이하이고, 바람직하게는 150∼250 mm 범위, 특히 바람직하게는 170∼220 mm 범위이다. 여러 가지 링 폭을 사용한 실험 및 보조적 제한된 원소 계산을 행한 결과, 내경을 150 mm 미만으로 더 감소시켜도(예로써 WO 2004/090967A1에 개시된 바와 같이), 내부 에지에서 일어나는 접촉 압력은 뚜렷하게 감소되지 않는 것으로 나타났다. 이러한 이유에서, 그와 같이 작은 내경은 필요하지 않으며, 기판 홀더의 높은 열 질량 때문에 피하는 것이 바람직하다.

기판 홀더는 이상적 레벨링 면(ideal reveled plane)과의 편차가 0.05∼0.5 mm, 바람직하게는 0.07∼0.25 mm 범위인 평활도를 갖는다.

본 실시예에 따른 기판 홀더의 두께는, 상기 기판 홀더가 실리콘 카바이드로 되어 있는 경우에, 바람직하게는 1∼3 mm, 특히 바람직하게는 1.5∼2.5 mm 범위이다.

900℃보다 높은 온도 범위에서 가열 및 냉각의 일부로서, 등급 3의 실리콘 웨이퍼를 열처리하는 동안 일어나는 모든 온도 변화는, 현재 온도 T(단위; ℃) 및 현재 속도 RR(단위; ℃/분) 사이에서 하기 관계가 존재하도록 선택되는 속도 RR로 수행된다:

｜RR｜≤5.8×10^-4 + 0.229ㆍT - 3.5902137×10^-4ㆍT² + 1.4195996×10^-7ㆍT³

이 관계는 가열 조작과 냉각 조작 모두의 진행중에 관찰되어야 한다. 이러한 이유에서, 상기 부등식의 좌측 항은 속도의 절대값 ｜RR｜이다.

등급 2는, 1200℃에서 측정한 상부 항복 응력이 0.4 MPa 이상, 바람직하게는 0.4∼0.8 MPa, 특히 바람직하게는 0.5∼0.7 MPa인 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 이것은, 예를 들면, 질소 농도가 3×10¹³∼8×10¹⁴ 원자/㎤이고, 격자간 산소 농도가 5.2×10¹⁷∼7.5×10¹⁷ 원자/㎤이며, 비저항이 8∼60 Ωcm인 실리콘 웨이퍼를 포함한다.

열처리 공정중, 이 형태의 실리콘 웨이퍼는 링의 중앙에 추가적 지지면을 구비한 연속적 동심 링(10) 형상을 가진 기판 홀더(도 3 참조)에 의해 지지된다. 이 추가적 지지면은 링의 중앙으로부터 방사상으로 연장되어 링에 연결되며, 바람직하게는 각각의 경우에 120°의 각도를 이루는 3개 이상의 지지 스트립(strip)(11)으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 기판 홀더의 다른 성질은 등급 3의 실리콘 웨이퍼용으로 사용된 기판 홀더의 성질에 대응한다. 링의 중앙에 추가적 지지면을 이용하는 것은 실리콘 웨이퍼 자체의 중량에 의해 발생되는 응력을 더욱 감소시킨다. 그러나, 기판 홀더의 열 질량이 더 높으므로 가열 및 냉각 속도의 감소가 필요하다.

따라서, 900℃보다 높은 온도 범위에서 가열 및 냉각 시, 등급 2에 속하는 실리콘 웨이퍼를 열처리하는 동안 일어나는 모든 온도 변화는, 현재 온도 T(단위; ℃) 및 현재 속도 RR(단위; ℃/분) 사이에서 하기 관계가 존재하도록 선택되는 속 도 RR로 수행된다:

｜RR｜≤7.469×10² - 1.6928ㆍT + 1.28112×10^-3ㆍT² - 3.2306467×10^-7ㆍT³

등급 1은, 1200℃에서 측정한 상부 항복 응력이 0.3 MPa 이상, 바람직하게는 0.3∼0.6 MPa, 특히 바람직하게는 0.3∼0.5 MPa인 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 이것은, 예를 들면, 질소 농도가 1×10¹³∼1×10¹⁴ 원자/㎤이고, 격자간 산소 농도가 5.2×10¹⁷∼7.0×10¹⁷ 원자/㎤이며, 비저항이 40∼90 Ωcm인 실리콘 웨이퍼를 포함한다.

열처리 공정중, 이 형태의 실리콘 웨이퍼는 실질적으로 전체 표면에 걸쳐 놓이는 실리콘 웨이퍼를 지지하는 플레이트(12) 형상을 가진 기판 홀더(도 4 참조)에 의해 지지된다. 상기 플레이트는 실리콘 웨이퍼의 직경보다 0∼2 mm 더 큰 직경을 갖는 것이 바람직하다. 이 수준의 돌출은 기판 홀더를 로딩할 때 잠시 동안의 에어 쿠션의 발생으로 인해 일어나는 실리콘 웨이퍼의 부동(floating)을 보상하기 위해 적합하다. 이는 있을 수 있는 약간의 부동이 발생한 후에도 실리콘 웨이퍼가 그 전체 표면에 걸쳐 기판 홀더 상에 놓여 있게 됨을 의미한다. 이보다 더 큰 돌출의 이용은 필요하지 않는데, 그것은 열 질량을 불필요하게 증가시키기 때문이다. 상기 플레이트는 전술한 바와 같이 2단계 로딩이 가능하도록, 로딩 보조물(핀)이 통과할 수 있는, 3∼6 mm 범위의 직경을 가진 개구(opening)(13)를 3개 이상 갖는 것이 바람직하고, 정확히 3개 갖는 것이 특히 바람직하다.

플레이트형 기판 홀더의 두께는, 상기 기판 홀더가 실리콘 카바이드로 되어 있는 경우에, 바람직하게는 0.4∼0.8 ㎛, 특히 바람직하게는 0.55∼0.7 ㎛ 범위이다. 플레이트형 기판 홀더는 중앙에 추가적 지지면을 갖거나 갖지 않고 각을 이룬 기판 홀더에 비해 기계적으로 더 안정하여 변형에 내구성을 갖는다. 따라서, 플레이트형 기판 홀더에 있어서는 더 낮은 두께라도 충분하다. 이에 따라 불필요하게 높은 열 질량을 피할 수 있다. 상기 기판 홀더의 나머지 성질은 등급 3에 속하는 실리콘 웨이퍼용으로 사용되는 기판 홀더의 성질에 대응한다. 플레이트형 기판 홀더를 사용할 경우, 실리콘 웨이퍼 자체의 중량에 의해 발생되는 응력은 더욱 감소된다. 그러나, 열 질량이 더욱 높을수록 가열 및 냉각 속도를 더욱 감소시켜야 한다.

따라서, 900℃보다 높은 온도 범위에서 가열 및 냉각 시, 등급 1에 속하는 실리콘 웨이퍼를 열처리하는 동안 일어나는 모든 온도 변화는, 현재 온도 T(단위; ℃) 및 현재 속도 RR(단위; ℃/분) 사이에서 하기 관계가 존재하도록 선택되는 속도 RR로 수행된다:

｜RR｜≤9.258×10² - 2.2317ㆍT + 1.79552×10^-3ㆍT² - 4.8169846×10^-7ㆍT³

이상 설명한 모든 형태의 기판 홀더는 실리콘 카바이드로 이루어지는 것이 바람직하다. 기판 홀더의 제조 비용을 최소화하기 위해서, 기판 홀더는 전체 면적에 걸쳐 일정한 두께를 갖는 것, 즉 상승된 에지 영역이 없고 홈이나 그와 유사한 구조가 없는 것이 바람직한데, 그것은 일체의 두께 변동은 그것을 제조하는 데 추가의 기계적 단계를 필요로 하여, 한편으로는 비용을 수반하고 다른 한편으로는 기 판 홀더에 금속성 불순물을 강제 유입시킬 위험성이 내포되기 때문이다.

실리콘 웨이퍼가 놓여지는 기판 홀더의 표면은 0.15∼0.5 ㎛의 평균 조도 R_a를 갖는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.2∼0.4 ㎛, 특히 바람직하게는 0.25∼0.35 ㎛의 평균 조도를 갖는 것이 바람직하다.

평균 조도 R_a는 기계적 프로파일러, 예를 들면 미국 Veeco사 제폼인 Dektak V 300을 사용하여 5000 ㎛의 거리에 걸쳐 측정된다.

전술한 성질을 가진 실리콘 웨이퍼를 설명한 방식으로 열처리하면, 그 결과 두께가 5 ㎛ 이상, 바람직하게는 10 ㎛ 및 15 ㎛ 이하인 표면에 근접한 "COP 없는" 층, 두께가 5 ㎛ 이상이고 15 ㎛ 이하, 또는 심지어 25 ㎛ 이하인 "BMD 없는" 층, 및 실리콘 웨이퍼의 내부에서 충분한 게터링 성질을 보장하기에 적합한 BMD 밀도가 얻어진다. 본 발명에 따른 질소 농도가 유지되면, 열처리중 질소-유도 결함의 형성을 대부분 피할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 의해 질소-유도 결함이 45 미만, 심지어는 10 미만, 예컨대 2개 내지 0인 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있다(도 11 참조). 동시에, 기판 홀더 및 열처리의 조건, 특히 가열 및 냉각 속도는, 열 유도 응력 및 중력-유도 응력이 실리콘 웨이퍼에 손상을 일으키지 않는 낮은 수준으로 유지되기 때문에, 실리콘 웨이퍼가 비교적 낮은 질소 함량에도 불구하고 열처리 동안 슬립을 일으키지 않도록 실리콘 웨이퍼의 성질에 합치된다. 따라서, 어닐 영역 및 선형 슬립피지 영역이 완전히 배제된 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있다(도 7 참조). 따라서, 이상 설명한 방법에 의해 본 발명에 따른 실리콘 웨이 퍼를 제조할 수 있다.

실시예 1

질소 농도가 잉곳 시작점에서 6×10¹³ 원자/㎤이고 잉곳 단부에서 2.5×10¹⁴ 원자/㎤이며, 격자간 산소 농도가 6.5×10¹⁷∼6.6×10¹⁷ 원자/㎤이고, 비저항이 8∼12 Ωcm인 단결정 실리콘 잉곳을 초크랄스키법에 의해 인상하고, 절단하여 웨이퍼로 만든다. 상기 웨이퍼를 폴리싱한다. 도펀트 농도에 따라, 모든 웨이퍼는 본 발명에 따른 등급 2로 분류할 수 있다. 실리콘 웨이퍼는 본 발명에 따라, 100% 아르곤으로 이루어진 분위기에서 1200℃에서 2시간의 유지 시간으로 열처리되고, 열처리되는 동안 실리콘 웨이퍼는 Ra = 15 ㎛의 조도를 가진 기판 홀더 상에 놓이고, 이것은 등급 2용으로 적합하다. 가열 및 냉각 속도는, 임의의 온도에서도 등급 2에 대해 주어진 상기 부등식에 대응하도록 선택된다.

그런 다음, 잉곳의 축을 따라 상이한 위치로부터 유래한 복수의 웨이퍼를 질소-유도 결함의 발생에 대해 SP1을 이용하여 측정한다. 도 9는 DNN 채널(＞0.128 ㎛ LSE; 곡선 31)과 DWN 채널(＞0.120 ㎛ LSE; 곡선 32)의 비교를 나타낸다. 상기 그래프는 각 채널에서 검출된 실리콘 웨이퍼의 전면 전체에 걸쳐 국소화된 광 산란체(light scatterer)의 총수 N_LS를 제공한다. 낮은 웨이퍼 수 N_W는 잉곳의 시작점으로부터 유래되는 반면, 높은 웨이퍼수는 잉곳의 단부로부터 유래된다. DNN 채널에서의 현저히 높은 카운트율(count rate)은 질소-유도 결함의 발생을 나타낸다. 그러나, 검출된 결함의 총수는 모든 웨이퍼에 있어서 45개 이하이다.

또한, 처리된 실리콘 웨이퍼의 슬립피지를 SIRD를 이용하여 테스트한다. 도 7은 본 실시예에 따라 제조된 슬립피지 없는 실리콘 웨이퍼를 나타낸다.

이들 실리콘 웨이퍼에 대해 실행한 MO6 측정은 5 ㎛의 층 두께를 기준으로 0.8 COP/㎠의 COP 밀도를 나타낸다. 이 값은 이 층에서의 체적 기준 COP 밀도로 1600 COP/㎤가 된다. 실리콘 웨이퍼의 벌크에서의 BMD 밀도는 MO4로 측정했을 때 8×10⁹∼1.5×10¹⁰ BMD/㎤이다.

본 발명에 따라 열처리된 실리콘 웨이퍼 중 하나를 스톡-제거 폴리싱(stock-removal polishing) 처리하여 10 ㎛의 재료를 제거했다. 이 웨이퍼는 1.9×10¹⁴ 원자/㎤의 질소 농도를 가졌으며, 이 값은 잉곳 위치, 기지의 실리콘 내 질소의 분리 계수 및 질량분석법을 이용한 잉곳 시작점에서의 질소 농도의 측정에 의거하여 판정할 수 있었다. COP를 알기 위해, 폴리싱 후 웨이퍼를 SC1 용액(NH₃/H₂O₂/H₂O)을 사용하여 약 85℃에서 20분간 에칭했다. 그런 다음, SP1 산란광 측정을 행하여 웨이퍼 표면 전체를 검사했다. 도 10은 0.120 ㎛ LSE보다 큰 산란 강도로 암시야 노멀 채널(dark field normal channel)에서 일어나는 산란 작용과 함께 이 측정의 결과를 나타낸다. 웨이퍼는, 열처리에 의해 용해되지 않은 COP가 존재할 경우, 인상된 공공 농후 실리콘 잉곳에서 예상되는 바와 같은, 원을 중심으로 하는 COP 결함 패턴을 전혀 나타내지 않는다. 따라서, 상기 측정은 검사된 실리콘 웨이퍼가 10 ㎛ 이상 두께의 COP 없는 층을 가지고 있다는 결과를 드러냈다.

실시예 2

질소 농도가 잉곳 시작점에서 3×10¹³ 원자/㎤이고 잉곳 단부에서 1.2×10¹⁴ 원자/㎤이며, 격자간 산소 농도가 평균으로 5.6×10¹⁷ 원자/㎤이고, 비저항이 20∼30 Ωcm인 단결정 실리콘 잉곳을 초크랄스키법에 의해 인상하고, 절단하여 웨이퍼로 만든다. 상기 웨이퍼를 폴리싱한다. 상기 실리콘 웨이퍼를 본 발명에 따라, 100% 아르곤으로 이루어진 분위기에서 열처리한다. 열처리는 1200℃의 일정한 온도에서 2시간 동안 처리하는 가열 조작 및 냉각 조작을 포함하고, 1∼10 ℃/분의 램프 속도(ramp rate)를 가열 및 냉각 조작 동안 유지한다. 열처리 시, 링의 중앙에 추가적 지지면을 갖거나 갖지 않은 연속적 동심 링 형상으로 된 실리콘 카바이드 재질의 기판 홀더에 실리콘 웨이퍼를 장착한다.

그런 다음, 잉곳의 축을 따라 상이한 위치로부터 유래한 복수의 웨이퍼를 질소-유도 결함의 발생에 대해 SP1을 이용하여 측정한다. 도 11은 실리콘 웨이퍼의 전면 전체의 DNN 채널에서 검출된 국소화된 광 산란체(＞0.128 ㎛ LSE)의 총수 N_LS를 나타낸다. "링 1" 내지 "링 4"로 표시된 측정값은 열처리 동안 연속적 동심 링 형상의 기판 홀더에 장착되었던 실리콘 웨이퍼에 관한 것이고, "링+"로 표시된 측정값은 링 중앙에 추가 지지면을 가진 연속적 동심 링 형태의 기판 홀더에 장착되었던 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다. 모든 웨이퍼는 매우 낮은 질소-유도 결함의 수를 갖는다.

비교예 1

실시예 1에 따라 실리콘 잉곳으로부터 제조된 실리콘 웨이퍼의 또 다른 배치 (batch)를 실시예 1과 동일한 방법으로 열처리한다. 기판 홀더는 Ra = 0.10 ㎛의 다 낮은 조도를 가진 것 이외에는 실시예 1에서 사용한 기판 홀더와 동일하다. 처리된 실리콘 웨이퍼를 다시 한 번 SIRD를 이용하여 슬립피지에 대해 검사한다. 도 6은 순전히 조도가 더 낮은 것에 기인하여 매우 큰 슬립피지 영역(22)이 발생되는 것을 나타낸다.

본 발명에 의하면 기능성 전자 부품의 수율 저하가 없는 질소 도핑 실리콘 웨이퍼 및 열처리를 이용하여 그러한 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법이 제공된다.

Claims

직경이 300 ~ 450 mm이고, 1200℃에서 측정한 상부 항복 응력(upper yield stress)이 0.6 ~1.1 MPa인 복수의 실리콘 웨이퍼를 수직 가열로에서 열처리하는 방법에 있어서,

- 열처리하는 동안, 상기 실리콘 웨이퍼는, 내경이 150 ~ 250 mm이고 외경이 상기 실리콘 웨이퍼의 직경 보다 0 ~ 2 mm 큰 연속적 동심 링(concentric ring) 형태를 가진 기판 홀더(substrate holder) 상에 놓이고, 상기 실리콘 웨이퍼가 놓이는 상기 기판 홀더의 표면은 이상적 레벨링 면(ideal reveled plane)과의 편차가 0.05∼0.5 mm 범위인 평활도(flatness)를 가지며,

- 상기 실리콘 웨이퍼는 열처리의 시작 시점에서 소정의 가열 속도로 1100∼1300℃ 범위의 목표 온도로 가열되고,

- 이어서, 상기 실리콘 웨이퍼는 불활성 분위기 또는 환원성 분위기에서 30분 내지 3시간 동안 상기 목표 온도로 유지되고,

- 이어서, 상기 실리콘 웨이퍼는 소정의 냉각 속도로 냉각되고,

- 상기 가열 및 냉각 속도 RR(단위; ℃/분)는, 900℃보다 높은 온도 범위에서 현재 온도 T(단위; ℃)의 함수로서 하기 관계:

｜RR｜≤5.8×10^-4 + 0.229ㆍT - 3.5902137×10^-4ㆍT² + 1.4195996×10^-7ㆍT³

가 항상 충족되도록 선택되는

실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 실리콘 웨이퍼가, 상기 열처리가 시작되기 전에, 3×10¹³∼8×10¹⁴ 원자/㎤의 질소 농도, 5.2×10¹⁷∼7.5×10¹⁷ 원자/㎤의 격자간(interstitial) 산소 농도 및 2 mΩcm∼12 Ωcm의 비저항을 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.
직경이 300 ~ 450 mm이고, 1200℃에서 측정한 상부 항복 응력이 0.4 ~ 0.8 MPa인 복수의 실리콘 웨이퍼를 수직 가열로에서 열처리하는 방법에 있어서,

- 열처리하는 동안, 상기 실리콘 웨이퍼는, 내경이 150 ~ 250 mm이고 외경이 상기 실리콘 웨이퍼의 직경 보다 0 ~ 2 mm 큰 연속적 동심 링 형태를 가지며 상기 링의 중앙에 추가적 지지면을 가진 기판 홀더에 놓이고, 상기 실리콘 웨이퍼가 놓이는 상기 기판 홀더의 표면은 이상적 레벨링 면과의 편차가 0.05∼0.5 mm 범위인 평활도를 가지며,

- 상기 실리콘 웨이퍼는 열처리의 시작 시점에서 소정의 가열 속도로 1100∼1300℃ 범위의 목표 온도로 가열되고,

- 이어서, 상기 실리콘 웨이퍼는 불활성 분위기 또는 환원성 분위기에서 30분 내지 3시간 동안 상기 목표 온도로 유지되고,

- 이어서, 상기 실리콘 웨이퍼는 소정의 냉각 속도로 냉각되고,

- 상기 가열 및 냉각 속도 RR(단위; ℃/분)는, 900℃보다 높은 온도 범위에서 현재 온도 T(단위; ℃)의 함수로서 하기 관계:

｜RR｜≤7.649×10² - 1.6928ㆍT + 1.28112×10^-3ㆍT² - 3.2306467×10^-7ㆍT³

가 항상 충족되도록 선택되는

실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 실리콘 웨이퍼가, 상기 열처리가 시작되기 전에, 3×10¹³∼8×10¹⁴ 원자/㎤의 질소 농도, 5.2×10¹⁷∼7.5×10¹⁷ 원자/㎤의 격자간 산소 농도 및 8∼60 Ωcm의 비저항을 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.
직경이 300 ~ 450 mm이고, 1200℃에서 측정한 상부 항복 응력이 0.3 ~0.6 MPa인 복수의 실리콘 웨이퍼를 수직 가열로에서 열처리하는 방법에 있어서,

- 열처리하는 동안, 상기 실리콘 웨이퍼는 외경이 상기 실리콘 웨이퍼의 직경 보다 0 ~ 2 mm 큰 플레이트(12) 형태를 가진 기판 홀더에 놓이고, 상기 실리콘 웨이퍼가 놓이는 상기 기판 홀더의 표면은 이상적 레벨링 면과의 편차가 0.05∼0.5 mm 범위인 평활도를 가지며,

- 상기 실리콘 웨이퍼는 열처리의 시작 시점에서 소정의 가열 속도로 1100∼1300℃ 범위의 목표 온도로 가열되고,

- 이어서, 상기 실리콘 웨이퍼는 불활성 분위기 또는 환원성 분위기에서 30분 내지 3시간 동안 상기 목표 온도로 유지되고,

- 이어서, 상기 실리콘 웨이퍼는 소정의 냉각 속도로 냉각되고,

- 상기 가열 및 냉각 속도 RR(단위; ℃/분)는, 900℃보다 높은 온도 범위에서 현재 온도 T(단위; ℃)의 함수로서 하기 관계:

｜RR｜≤9.258×10² - 2.2317ㆍT + 1.79552×10^-3ㆍT² - 4.8169846×10^-7ㆍT³

가 항상 충족되도록 선택되는

실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.
삭제
제7항에 있어서,

상기 실리콘 웨이퍼가, 상기 열처리가 시작되기 전에, 1×10¹³∼1×10¹⁴ 원자/㎤의 질소 농도, 5.2×10¹⁷∼7.5×10¹⁷ 원자/㎤의 격자간 산소 농도 및 40∼90 Ωcm의 비저항을 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.
제1항, 제3항, 제4항, 제6항, 제7항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 실리콘 웨이퍼는 상기 열처리가 시작되기 전에, 6×10¹⁴ 원자/㎤ 이하의 질소 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.
제1항, 제3항, 제4항, 제6항, 제7항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 실리콘 웨이퍼가 놓여지는 상기 기판 홀더는, 열처리 공정중에 지지면에서 지지면까지 계산했을 때, 7.5∼15 mm의 피치로 서로 평행하게 중첩되어 장착되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.
제1항, 제3항, 제4항, 제6항, 제7항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기판 홀더가 0.15∼0.5 ㎛의 평균 조도 R_a를 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.
제1항, 제3항, 제4항, 제6항, 제7항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기판 홀더가 실리콘 카바이드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.
열처리 시 실리콘 웨이퍼를 지지하기 위한 실리콘 카바이드 재질의 기판 홀더에 있어서,

외경이 300 ~450 mm이고 상기 실리콘 웨이퍼의 직경 보다 0 ~ 2 mm 크고, 내경이 150∼250 mm 범위인 연속적 동심 링(10) 형태를 가지며, 상기 실리콘 웨이퍼가 놓이는 상기 기판 홀더의 표면은 0.15∼0.5 ㎛의 평균 조도 R_a 및 이상적 레벨링 면과의 편차가 0.05∼0.5 mm 범위인 평활도를 가지는

기판 홀더.
제14항에 있어서,

상기 링의 중앙에 추가적 지지면을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 홀더.
제15항에 있어서,

상기 링의 중앙에 있는 상기 추가적 지지면은 상기 링의 내부 에지로부터 연장되고 상기 링의 중앙에서 만나는 3개 이상의 지지 스트립(11)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 홀더.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

1∼3 mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 홀더.
열처리 시 실리콘 웨이퍼를 지지하기 위한 실리콘 카바이드 재질의 기판 홀더에 있어서,

직경이 300 ~450 mm이고 상기 실리콘 웨이퍼의 직경보다 0∼2 mm 더 큰 플레이트(12) 형태를 가지며, 상기 실리콘 웨이퍼가 놓이는 상기 기판 홀더의 표면은 0.15∼0.5 ㎛의 평균 조도 R_a 및 이상적 레벨링 면과의 편차가 0.05∼0.5 mm 범위인 평활도를 가지는

기판 홀더.
제18항에 있어서,

로딩 보조제(loading aid)가 통과할 수 있는, 3∼6 mm 범위의 직경을 가진 3개 이상의 개구(13)를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 홀더.
제18항 또는 제19항에 있어서,

0.4∼0.8 mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 홀더.
제14항 내지 제16항, 제18항 또는 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기판 홀더의 표면 전체에 걸쳐 일정한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 홀더.
에피택셜 방식으로 증착된 층 또는 실리콘 웨이퍼와의 결합에 의해 형성되는 층이 결여된 실리콘 웨이퍼에 있어서,

질소 농도가 1×10¹³∼8×10¹⁴ 원자/㎤이고, 산소 농도가 5.2×10¹⁴∼7.5×10¹⁷ 원자/㎤이고, 상기 실리콘 웨이퍼의 두께 중심에서의 BMD 밀도가 3×10⁸∼2×10¹⁰ cm^-3이고, 모든 선형 슬립피지(slippage)의 누적 총 길이가 3 cm 이하이고 모든 면적 슬립피지 영역의 총 면적이 7㎠ 이하이며,

상기 실리콘 웨이퍼의 전면은, DNN 채널에서 크기가 0.13 ㎛ LSE보다 큰 질소-유도 결함이 45개 미만이고, 크기가 0.09 ㎛ 이상인 COP가 1×10⁴ COP/㎤ 이하 발생되는 5 ㎛ 이상의 두께를 가진 층, 및 5 ㎛ 이상의 두께를 가진 BMD 결여 층을 갖는

실리콘 웨이퍼.
제22항에 있어서,

1×10¹³∼6×10¹⁴ 원자/㎤의 질소 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼.
제22항 또는 제23항에 있어서,

300 ~ 450 mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼.