Wafer

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Wafer von 2 Zoll bis 8 Zoll

Als Wafer (engl. „Waffel“ oder „Oblate“) wird in der Halbleiter-, Photovoltaikindustrie und Mikromechanik die kreisrunde oder quadratische, ca. 1 mm dicke Scheibe bezeichnet, auf der elektronische Bauelemente, vor allem integrierte Schaltkreise (IC, "Chip") oder mikromechanische Bauelemente oder photoelektrische Beschichtungen durch verschiedene technische Verfahren hergestellt werden.

Diese Scheibe besteht in den meisten Fällen aus monokristallinem Silicium, es werden aber auch andere Materialien wie Siliciumcarbid, Gallium-Arsenid und Indium-Phosphid verwendet. In der Mikrosystemtechnik werden auch Glaswafer mit einer Dicke im 1-mm-Bereich verwendet.

Die Scheiben werden in verschiedenen Durchmessern gefertigt. Die zur Zeit hauptsächlich verwendeten Waferdurchmesser unterscheiden sich je nach Halbleiterwerkstoff und vorgesehenem Verwendungszweck (Silicium: 150 mm, 200 mm und 300 mm (450 mm sind in der Diskussion); Gallium-Arsenid: 2 Zoll, 3 Zoll, 100 mm, 125 mm und 150 mm (200 mm technisch machbar). Je größer der Wafer, desto mehr integrierte Schaltkreise (auch Chips genannt) können darauf untergebracht werden. Da bei größeren Wafern der geometrische Verschnitt kleiner wird, können die ICs kostengünstiger produziert werden.

Für die meisten Anwendungen müssen die Oberflächen der Wafer optisch spiegelnd poliert sein. Hinsichtlich der Ebenheit der Wafer, der Perfektion der Politur und der Reinheit der Oberfläche gelten extreme Forderungen. So sind beispielsweise nur Unebenheiten von wenigen nm über die gesamte Waferfläche zulässig. Die Untersuchung der Oberfläche erfolgt z. B. mittels XPS.

Hergestellt werden die monokristallinen oder teilweise polykristallinen Scheiben nach verschiedenen Verfahren:

Zonenschmelzverfahren
Czochralski-Verfahren (Ziehen aus der Schmelze, Liquid Encapsulated Czochralski, LEC)
Bridgman-Stockbarger-Verfahren
Vertical Gradient Freeze (VGF)

Alle diese Verfahren liefern im Endeffekt mehr oder weniger zylinderförmige oder quadratische Ein- oder Polykristalle, die quer zu ihrer Längsachse in Scheiben, die Wafer, zersägt werden müssen. Um die Präzision für diesen speziellen Schnitt bei möglichst wenig Verschnitt zu optimieren, wurden Innenlochsägen entwickelt. Sie tragen die Schneidzähne (ggf. Schneiddiamanten) auf der Innenseite einer Innenbohrung, die etwas größer als der Rohlingsdurchmesser sein muss.

[Bearbeiten] Kennzeichnung

Da für die Verarbeitung der Wafer die exakte Position in der bearbeitenden Maschine wichtig ist, wurden die Wafer früher (bei GaAs bis 125 mm Durchmesser auch heute noch) mit so genannten Flats (flache Abschnitte) gekennzeichnet. Dabei wird mit Hilfe eines primären und eventuell einem sekundären Flat angezeigt welche Winkelorientierung vorliegt und welche Kristallorientierung die Oberfläche hat (siehe Abbildung). Heute werden statt der Flats sogenannte Notches (Kerben) eingesetzt. Sie bieten den Vorteil der genaueren Positionierung und verursachen vor allem weniger Verschnitt.

Heutzutage wird außerdem eine eindeutige Waferkennzeichnung als Barcode, OCR-lesbarer Text und/oder Double dot matrix per Laser auf eine Stelle am Rand oder die Unterseite des Wafers geschrieben.

[Bearbeiten] in der Photovoltaik

Die Rohmaterial-Blöcke (aus Silicium) werden als Ingot bezeichnet. Diese können monokristalline oder polykristalline Struktur besitzen. Die Form der Ingots und damit auch die der daraus hergestellten Wafer ist quadratisch. Die Waferdicke ist meist wesentlich dünner als in der Halbleiterindustrie. Inzwischen spricht man auch von sogenannten Dünnschichtwafern, die sich allerdings noch im Erprobungsstadium befinden. Die Wafer, die mehrere Bearbeitungsschritte durchlaufen, um zu fertigen Solarzellen zu werden, werden teilweise einzeln verbaut oder aber zu Solarmodulen zusammengelötet. Dabei werden die Wafer in Reihe geschaltet, wodurch sich die Energieausbeute erhöht.