SPEZIFIKATIONEN VON WAFERN

Durchmesser oder Kantenlänge

Die Durchmesser von Silicium-Wafern werden entweder in Zoll oder mm angegeben. Obwohl ein Zoll 25,4 mm entspricht, entsprechen die Durchmesser von in Zoll angegebenen Wafern meist Vielfachen von 25,0 mm (z. B. 4 Zoll = 100 mm), was vorab mit dem Lieferanten geklärt werden sollte.
Die Toleranz des Durchmessers ist üblicherweise +/- 0.5 mm. Wir bieten auch in rechteckige Stücke geschnittene Wafer an. Der grundsätzlich realisierbare Bereich der Kantenlängen für Silizium Waferstücke geht von 5 x 5 mm² bis 100 x 120 mm^₂, der von Glas-, Quarzglas- und Quarz-Waferstücken von 2 x 2 mm^₂ bis 300 x 300 mm^_2. Die Kosten definieren sich neben dem Ausgangsmaterial nach der gewünschten Stückzahl.

Orientierung

Die Orientierung eines Wafers (z. B. <100>, <110> oder <111>) kennzeichnet die Kristallebene, parallel zu welcher der Wafer gesägt ist. Für bestimmte Anwendungen kann eine definierte Verkippung zur Hauptkristallebene erwünscht sein, üblicherweise wird jedoch versucht, die Waferoberfläche so genau wie möglich an der Hauptkristallebene zu orientieren, entsprechende Toleranzen sind meist +/- 0.5°.

Oberfläche

Bei Si-Wafern sind grundsätzlich beide Seiten zumindest geläppt und geätzt. Das Polieren erfolgt wahlweise auf einer (einseitig poliert, SSP = Single-Side Polished) oder beiden (beidseitig poliert, DSP = Double-Side Polished) Seiten.
Die Rauigkeit der polierten Seite(n) beträgt ca. 1 nm (0.5 nm sind technisch machbar), die der unpolierten Seite im Bereich einiger μm.

Dotierung und elektrischer Widerstand

Die beim Kristallwachstum eingebrachten Dotierstoffe erhöhen über freie Elektronen (bei Phosphor oder Arsen) oder Löcher (Bor) die elektrische Leitfähigkeit von Silizium um viele Größenordnungen über den Wert von undotiertem Silizium. Unterhalb einer Dotierstoffkonzentration von ca. c = 10^₁₆ cm^_-3 sinkt der Widerstand R reziprok mit c, darüber sinkt durch die hohe Konzentration der Fremdstoffe zunehmend die Beweglichkeit der Ladungsträger was die Abhängigkeit R(c) abflacht (Abb. unten).
Da die Dotierstoff konzentration im Si-Kristall sowohl axial als auch radial variiert, kann für den elektrischen Widerstand der daraus hergestellten Wafer nur eine bestimmte Toleranzbreite angegeben werden, die typischerweise innerhalb einer Größenordnung liegt (z. B. 1 - 10 Ohm cm), durch defi niertere Herstellungsprozesse und ggfalls. einer nachträglichen Sortierung der Wafer eines Loses auch nur einen Faktor von ca. zwei überspannen kann.

Abhaengigkeit-des-elektrischen-Widerstands-von-der-Dotierstoffkonzentration

Die Abhängigkeit des elektrischen Widerstands von der Dotierstoffkonzentration (Bor und Phosphor bzw. Arsen) in kristallinem Silicium. Da bei sehr hohen Dotierstoffkonzentrationen diese als Störstellen fungieren welche die Beweglichkeit der Ladungsträger herabsetzen, sinkt der spezifische Widerstand ab einer Dotierstoffkonzentration von ca. 10^₁₆ zunehmend langsamer.

Wafer-Dicke

Die übliche Dicke von Si-Wafern hängt aus Gründen der mechanischen Stabilität bei der Produktion und der weiteren Prozessierung von deren Durchmesser ab und beträgt ca. 280 μm (2 Zoll), 380 μm (3 Zoll), 525 μm (4 Zoll), 675 μm (6 Zoll) und 725 μm (8 Zoll).
Im Rahmen üblicher Herstellungsverfahren ist die Waferdicke nach oben hin auf ca. 2 mm begrenzt, da die Poliermaschinen keine dickeren Wafer aufnehmen können. Eine von vielen Herstellern genannte Begrenzung der Waferdicke nach unten auf ca. 200 μm begründet sich in der Bruchgefahr beim Schleifen und Polieren.
Die Dickentoleranz entspricht der Variation der im Waferzentrum gemessenen Dicke über eine Charge. Üblicherweise spezifi ziert man diese Größe weitgehend unabhängig vom Waferdurchmesser mit +/- 25 μm, oft liegen die gemessenen Werte bei ca. +/- 15 μm.
Diese Verteilung sagt jedoch nichts darüber aus, wie stark ein Wafer von der idealen Zylinderform abweicht. Dies kennzeichnen unter Zuhilfenahme der in Abb. unten definierten Flächen und Ebenen die im folgenden beschriebenen Werte TTV, Bow und Warp.

Neben der Dickeninhomogenität eines Wafers (graue Form) kann ein Wafer unterschiedlich in sich verkrümmt sein was sich durch sog. Median-Flächen (blau) darstellen lässt welche die Dickeninhomogenität unberücksichtigt lassen. Die Abweichung der Median-Fläche eines Wafers gegenüber der planaren Referenz-Ebene (grün) definiert die Parameter Bow und Warp.

TTV

Die Total Thickness Variation kennzeichnet die maximale Differenz d₁ - d₂ (Abb. unten, oberste Darstellung) zwischen der dicksten und dünnsten Stelle eines Wafers. Bis zu einem Durchmesser von 4 Zoll sind Wafer meist auf TTV < 10 μm spezifiziert (wobei auch TTV < 5 μm ohne großen technischen Aufwand realisierbar ist), bei größeren Durchmessern steigen auch die erzielbaren Werte für TTV.

Bow

Die Verbiegung Bow definiert sich aus der über d₃ + d₄ (Abb. unten, mittlere Darstellung) bestimmten maximalen Abweichung der Median-Fläche des Wafers von einer Referenzebene. Bis zu einem Durchmesser von 4 Zoll sind Wafer meist auf Bow < 40 μm spezifiziert, bei größeren Durchmessern steigen auch die erzielbaren Werte für Bow.

Warp

Der Wert d₅ + d₆ (Abb. unten, unterste Darstellung) ist die Abweichung der Median-Fläche eines Wafers von einer Referenzebene, bei der die Verbiegung über die gesamte Waferfläche bereits korrigiert ist. Bis zu einem Durchmesser von 4 Zoll sind Wafer meist auf Warp < 40 μm spezifiziert, bei größeren Durchmessern steigen auch die erzielbaren Werte für Warp.

Schematische-Darstellung-von-Wafern-mit-stark-ueberzeichneter-Dickeninhomogenitaet-und-Verkruemmung

Schematische Darstellung von Wafern mit stark überzeichneter Dickeninhomogenität und Verkrümmung zur Darstellung der Größen d₁ ... d₆ aus welchen sich die Parameter TTV, Bow und Warp ableiten.

Mikrorauigkeit

Unabhängig von der Dickeninhomogenität welche sich im cm-Maßstab über den Wafer in der Größe TTV ausdrückt, existiert eine Rauigkeit auf wesentlich kleinerer μm- und nm-Skala, welche ihren Ursprung im Polierschritt bei der Waferherstellung hat.
Der quadratische Mittenrauwert der Oberfläche (Root Mean Square, RMS) kennzeichnet als Standardabweichung der Wafer-Oberfläche vom (bereits
von TTV, Bow und Warp bereinigten) Mittelwert, wie glatt der Wafer ist. Für die polierte Waferseite ist RMS meist auf < 1 nm spezifiziert, technisch machbar sind auch < 0.5 nm, was bereits auf atomarer Skala liegt.

Der Poliervorgang bei der Waferherstellung schafft eine sehr glatte Oberfläche mit einer Rauigkeit von wenigen nm oder darunter.

Laser-Markierung

Auf Wunsch können unsere Wafer mit einer Laser-Markierung versehen werden. Dabei handelt es sich meist um eine Kennzeichnung, gefolgt von einer laufenden Nummer. Prinzipiell kann die Lasermarkierung auf der polierten Vorderseite oder der Rückseite angebracht werden, wobei eine Markierung der polierten Seite nur bedingt empfohlen ist: Beim Laser-Markieren entstehen an den Rändern der Markierung Grate, so dass eine Lasermarkierung vor dem Polierschritt des Wafers erfolgen sollte. Beim Polieren jedoch dünnen die Wafer aus, und die Leserlichkeit der Lasermarkierung schwindet mit dem Abtrag beim Polieren. Bei größeren Chargen (z. B. > 200 Wafer) kann eine Lasermarkierung üblicherweise für deutlich unter € 1,00 / Wafer durchgeführt werden. Eine nachträgliche Lasermarkierung bereits bei uns lagerhaltiger Wafer ist etwas teurer.