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36 2025 www markttechnik de 17 Reinigungsprozess schnell und unter Verwendung möglichst weniger Ressourcen und wenig Energie ablaufen kann Die gesamte Fertigung findet in einem Reinraum der Klasse 5 statt In der automatisierten Fertigung beschäftigen wir nur noch wenig Personal und zwar nicht vorrangig um Arbeitskosten zu sparen sondern um damit die potenziellen Quellen für Verunreinigungen und Fehler zu reduzieren Darüber hinaus kommt uns zugute dass auch die vorhergehenden Fertigungsschritte vor dem Reinigungsprozess so aufgesetzt sind so dass die neue Reinigungslinie und die Vorprozesse optimal aufeinander abgestimmt sind Alles zusammen führt das dazu dass wir den Verbrauch an Chemikalien wie die für die Reinigung erforderlichen Säuren sowie die Energieaufnahme während der Prozessschritte weiter reduzieren um kosteneffektiv in hoher Qualität mit reduziertem Carbon-Footprint zu fertigen All das differenziert uns vom Wettbewerb offenbar erfolgreich Immerhin kommt schon jetzt ein substanzieller Teil der weltweiten Polysilicium-Produktion aus Burghausen So gesehen liegt das Silicon Valley hier Um das verstehen zu können müssen wir einen kurzen Blick auf den gesamten Prozess werfen Zunächst wird Silicium-Metall gewonnen das zu 99 Prozent rein ist Was folgt dann? Schon um das Silicium-Metall zu gewinnen sind komplexe chemische Prozesse erforderlich Metallurgisches Silicium sogenanntes Rohsilicium besitzt eine Reinheit von rund 99 Prozent Diese Reinheit reicht aber noch lange nicht aus es müssen weitere Schritte folgen Weil sich Flüssigkeiten einfacher reinigen lassen als Festkörper setzen wir das Silicium-Metall mit Hilfe von Chlorwasserstoff zu Trichlorsilan um das bei Raumtemperatur flüssig ist Im nächsten Schritt wird die Flüssigkeit in turmhohen Destillationskolonnen zu hochreinem Trichlorsilan destilliert Anschließend durchströmt das Trichlorsilan in Form von Prozessgas meterhohe Glockenreaktoren die mit Uförmigen Silicium-Stäben bestückt sind Diese Stäbe werden mit Hilfe von Strom auf über 1000 °Cerhitzt Bei dieser Temperatur zersetzt sich das gasförmige Trichlorsilan wobei sich hochreines Silicium auf den Silicium-Stäben abscheidet Auf diese Weise wächst die Dicke der Stäbe stetig an Dass sieht auf den ersten Blick gar nicht so komplex aus… …das Prinzip mag einfach klingen doch in der Praxis ist die Verfahrenstechnik hochkomplex Viele Parameter angefangen von der Temperatur dem Druck den Strömungsverhältnissen des eingeleiteten Trichlorsilans usw müssen optimal aufeinander abgestimmt sein um einen robusten und wirtschaftlichen Prozess von hoher Qualität zu durchlaufen Je mehr der Stab nun durch die kontinuierliche Silicium-Abscheidung an Dicke zunimmt umso mehr Strom ist erforderlich um die Temperatur konstant auf über 1000 °Czu halten Wie das genau geregelt wird ist ebenfalls eine Wissenschaft für sich Der Wachstumsprozess muss ja insgesamt extrem gleichmäßig und wiederholbar ablaufen Zudem wird ersichtlich Es handelt sich um einen sehr energieintensiven Prozess Wie lange dauert dieser Prozess? Das Wachstum der Stäbe dauert mehrere Tage wobei sehr viel Strom aufgewendet werden muss Nicht zuletzt deshalb ist Wacker einer der größten Stromabnehmer in Deutschland Nachdem die Uförmigen Stäbe im Reaktor also auf ihre erforderliche Größe angewachsen sind ist das Ziel erreicht Jetzt kann das hochreine Polysilicium ausgeliefert werden? Eben noch nicht Es fehlen noch weitere Schritte etwa der letzte Schritt die Oberflächenreinigung die für die Reinheit von entscheidender Bedeutung ist Oder das sogenannte Crushing Die Wafer-Hersteller können die Stäbe in der Form wie sie aus dem Reaktor kommen nicht verarbeiten Für die Kristallziehprozesse benötigen sie verschiedene Bruchgrößen Deshalb brechen wir die Stäbe mechanisch in kleine Stücke Diese Bruchstücke geben die Wafer-Hersteller in ihre Schmelztiegel aus denen sie den Einkristall ziehen Durch das Brechen wird aber zwangsläufig die Oberfläche der Bruchstücke verunreinigt Sie wieder von diesen Verunreinigungen zu befreien darin liegt die große Herausforderung – und dazu haben wir hier in Burghausen 300 Millionen Euro in die neue »Etching Line Next« investiert Hier durchlaufen die Bruchstücke verschiedenen Ätzbäder und weitere Prozessschritte so dass wir die Reinheit der Bruchstücke noch einmal verbessern konnten Zum Schluss werden die gereinigten Bruchstücke im Reinraum hermetisch dicht verpackt um dann an die Wafer-Hersteller versandt zu werden Wie verarbeiten die Wafer-Hersteller die Bruchstücke? Die Bruchstücke kommen in Tiegel aus hochreinem Quarz in dem das Polysilicium aufgeschmolzen wird Daraus ziehen die Wafer-Hersteller den Einkristall Der fertige Einkristall ist eine meterhohe Siliciumsäule auch Ingot genannt aus dem dann die Silicium-Wafer gesägt werden Heute haben die Wafer meist Durchmesser von 200 und 300 mm Auf diesen Wafern fertigen die Chiphersteller in vielen Prozessschritten die Chips die anschließend ausgesägt und in ein Gehäuse eingesetzt werden Jeder Wafer-Hersteller verwendet für seine Kristallziehverfahren eigene Rezepte Wacker muss also unterschiedliche Bruchstücke für die unterschiedlichen Rezepte zur Verfügung stellen? Ja viele Wafer-Hersteller haben für die Erstbeladung des Tiegels ganz spezifische Rezepturen für die sie unterschiedlich große Bruchstücke verwenden Um den Ziehprozess noch wirtschaftlicher zu gestalten wenden viele Wafer-Hersteller das sogenannte »Re-Charging« an Dabei wird das beim Kristallziehen entnommene Silicium durch neues Material ersetzt so dass die Kristallausbeute aus dem gleichen Tiegel erhöht werden kann Für das Re-Charging werden in der Regel kleinere Bruchstücke benötigt Derartige Sortierungen stellen wir unseren Kunden ebenfalls zur Verfügung Und hier kommt es nicht ausschließlich auf die Reinheit an? Wie oben bereits angedeutet gibt es noch weitere Qualitätskriterien Dazu zählt die Oberflächenstruktur der Polysilicium-Stücke Wenn sie nicht stimmt – wir sprechen von der Morphologie – dann schmilzt beispielsweise das Polysilicium im Tiegel nicht gleichmäßig Es entstehen kleine Partikel die auf der Schmelze schwimmen und beim Ziehen zu Versetzun-Dr Christian Westermeier Vice President Customer and Quality Management von Wacker Polysilicon „ Wegen unserer jahrzehnte langen Erfahrung und der neuen ausgeklügelten Prozess und Automatisierungstechnik können wir die Reinheit des Polysiliziums in der neuen ‚Etching Line Next‘ noch einmal steigern um unsere weltweit führende Position auszubauen und den Umsatz bis 2030 mit Polysilicium für die ICFertigung zu verdoppeln “