Halbleitertechnologie von A bis Z

Alles über Halbleiter und die Waferfertigung

Wafer

Als Wafer werden in der Halbleiterfertigung die Scheiben bezeichnet, auf denen die integrierten Schaltkreise, die Mikrochips, hergestellt werden. Meist bestehen die Wafer aus Silicium, daneben gibt es Scheiben aus Germanium, Siliciumcarbid, Galliumarsenid, Saphir, Glas und andere. Die Waferoberfläche bezeichnet man als Substrat, diese darf in der Produktion eine Oberflächenunebenheit von nur wenigen Nanometern besitzen.

In der Produktion müssen die Wafer jederzeit exakt in einer definierten Position ausgerichtet werden können, dazu gibt es unterschiedliche Markierungen am Waferrand. Bis zu einer Scheibengröße von 150 mm (6 Zoll) werden in der Regel Flats verwendet, zur genaueren Identifizierung kamen manchmal auch kleinere Nebenflats zum Einsatz um die Kristallorientierung des Wafers bestimmen zu können. Da man durch den Flat aber relativ viel Platz der kostbaren Scheibenfläche verliert, setzt man heutzutage auf so genannte Notchs, eine kleine Einkerbung anstelle des abgeflachten Waferrands, gewöhnlich ab einer Größe von 200 mm (8 Zoll).

Wafer mit Flat

Mit einem Laserbeschrifter erhält jede Scheibe außerdem eine einmalige Kennzeichnung am Rand (Barcode, Punktmatrix o.ä.).

Vom Waferhersteller erhält der Halbleiterproduzent Scheiben bereits mit gewünschter Dotierung, einem definierten Schichtwiderstand und anderen Eigenschaften (Epitaxie-, SOI-Wafer etc.).

Seit Beginn der Herstellung von mikroelektronischen Schaltungen auf Wafern nahm deren Größe stetig zu. Ein höherer Durchmesser bedeutet geringere Produktionskosten, da der Verschnitt am Waferrand deutlich gesenkt wird und natürlich mehr Chips auf dem Substrat Platz finden. Bei einer Größenänderung von 6 Zoll- auf 8-Zoll-Wafer bereits mehr als doppelt so viele.

Die Wafer, die in einkristalliner Form vorliegen müssen, werden im Czochralski-Verfahren oder dem tiegelfreien Zonenziehen hergestellt, wobei die Herstellung von großen Waferdurchmessern bei dem erst genannten Verfahren günstiger ist. In der Chipfertigung werden heute meist Wafer mit einem Durchmesser von 150 - 300 mm eingesetzt, 450-mm-Wafer werden vermutlich der nächste Schritt sein.

Wafer: 25, 38, 51, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 450 mm (Maßstabsgetreu)

Maßstabsgetreue Darstellung von Wafern

Die kreisrunde Form der Wafer ist zunächst durch die beiden Herstellungsverfahren bedingt, da hier runde Siliciumstäbe entstehen, die dann in Scheiben vereinzelt werden. Jedoch haben runde Wafer auch wesentliche Vorteile in der Produktion gegenüber rechteckigen Wafern. So besitzen die Wafer keine Ecken, welche beim Transport oder während des Prozesses leicht beschädigt werden könnten. Darüber hinaus könnten rechteckige Wafer in vielen Prozessen nicht gleichmäßig bearbeitet werden; u.a. in:

  • Spinprozesse (Belacken, SOG, Ätzen)
  • chemisch mechanisches Polieren
  • Plasmaprozesse

Von Vorteil wären rechteckige Wafer bei der Vereinzelung in Mikochips, da hierbei weniger oder gar kein Verschnitt anfallen würde. Mit zunehmendem Waferdurchmesser wird dieser Vorteil jedoch immer weiter reduziert.

(Pseudo-)Quadratische Wafer findet man vor allem in der Solarindustrie, da hier eine rechteckige Form bei der Anordnung der einzelnen Solarzellen eine wesentlich höhere Flächennutzung erlaubt. Prozesse, bei denen eine rechteckige Fläche von Nachteil wäre gibt es hier nicht.

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