Vom Si-Ingot zum Si-Wafer

Fräsen

Die aus dem CZ- oder FZ-Verfahren gewonnenen Si-Einkristalle werden in kürzere Zylinder gesägt und auf den gewünschten Durchmesser gefräst.
Zur eindeutigen Kennzeichnung der Kristallorientierung der späteren Wafer werden an den Zylindern sog. „Flats“ eingeschliffen (Abb. rechts).
Ab einem Durchmesser von 8 Zoll sind Wafer unabhängig von der Dotierung mit einem „Notch“ markiert.

Innenlochsäge

Hierbei wird der Wafer vom Zylinder mit einem runden Sägeblatt gesägt, welches auf der Innenseite der kreisförmigen Aussparung mit Diamanten besetzt ist  (Schema rechts).Die Oberflächen der auf diese Weise gesägten Wafer sind dadurch schon relativ eben, so dass das weitere Schleifen der Wafer vergleichsweise wenig Zeit in Anspruch nimmt. Jedoch kann pro Sägeblatt nur ein Wafer gleichzeitig gesägt werden, so dass der Durchsatz dieses Verfahrens gering, die Kosten  entsprechend hoch sind.

Unten: Schematische Darstellung des Drahtsägeverfahrens. Die beiden Ausschnitte oben zeigen die Größenverhältnisse zwischen Si-Zylinder, Drahtabstand und Drahtdurchmesser ungefähr maßstabsgetreu.

Drahtsäge

Aus diesem Grund kommt derzeit vorwiegend das Drahtsägen zum Einsatz. Hierbei sägt ein sehr dünner (Durchmesser ca. 100 - 200 μm) Edelstahldraht über Führungsrollen, auf welchen hunderte von äquidistanten Rillen den Draht führen und so die Dicke der Wafer definieren, gleichzeitig viele Wafer aus dem Si-Zylinder (s. Schema oben). Es können gleichzeitig auch mehrere Si-Zylinderzu Wafern vereinzelt werden.Für den Abrieb beim Sägen sorgt entweder eine Bestückung des Drahts mit Diamantsplittern, oder die Zugabe eines Schleifmittels mit Abrasiv-Partikeln aus Diamantsplittern oder Siliziumcarbid.Der Draht wird pro Sägevorgang nur einmal über den Si-Zylinder entlang  geführt, wodurch die Gesamtlänge des Drahts 100 km betragen kann.Die Oberfläche der gesägten Wafer ist weniger eben als die per Innenlochsäge geschnittenen, so dass zur weiteren Glättung mehr Nacharbeit notwendig ist.

Schleifen

Nach dem Sägen werden die Wafer beidseitig geschliffen, um einerseits die beim Drahtsägen entstandenen Furchen auf der Oberfläche zu glätten, als auch die Wafer auf die gewünschte Dicke zu auszudünnen.

Ätzen

Da beim Sägen und Schleifen die Kristallstruktur der Si-Oberfläche teilweise zerstört wurde, erfolgt ein beidseitiges nasschemisches Ätzen in z. B. KOH oder HF/HNO3-Gemischen bis herunter auf das ungestörte Si-Kristallgefüge.

Polieren

Um die Wafer ein- oder beidseitig auf atomare Skala zu glätten müssen diese poliert werden. Der Wafer wird hierfür auf dem Carrier mit definiertem Druck auf den Polierteller mit dem Poliertuch gepresst.

Schema einer Schleifmaschine für Wafer

Das Poliermittel enthält einige 10 bis 100 nm große Partikel aus z. B. Al2O3, SiO2 oder CeO2 welche die Si-Oberfläche mechanisch und chemisch abtragen und glätten.

Reinigen

Zuletzt werden die Wafer mit hochreinen Chemikalien gereinigt, um die Poliermittel rückstandsfrei zu entfernen.

Unsere Wafer-Broschüre

Unsere technische Wafer-Broschüre mit Informationen zur Herstellung und Spezifizierung von Silizium-, Quarz-, Quarzglas und Borosilikat-Glaswafern kann hier als pdf geladen oder (gratis) bestellt werden.