Neue Generation von Saatwafern für die industrielle Produktion

Die Firma NexWafe hatte ein innovatives Verfahren zur Herstellung von Siliziumwafern für die Solarzellenfertigung entwickelt. Hierfür benötigte NexWafe Saatwafer, aus denen EpiWafer hergestellt werden.

Im Rahmen des Projektes sollten die Grundlagen bereitgestellt werden, um eine neue Generation von Saatwafern für die industrielle Produktion an dem NexWafe-Standort in Bitterfeld zu entwickeln. Den aktuellen Marktentwicklungen Rechnung tragend, sollte in einem Schritt sowohl die Wafergröße erhöht, der beste Formfaktor evaluiert, sowie die elektronischen Eigenschaften optimiert werden.

Das Fraunhofer CSP stellte neue optimierte Si-Saatwafer für den EpiWafer-Prozess her. NexWafe prüfte die hergestellten Saatwafer und prozessierte Stichproben auf den Anlagen der Pilotlinie mit dem Ziel die Auswirkung auf die EpiWafer-Fertigung zu analysieren.

Insgesamt sollte durch dieses F&E-Projekt die Wettbewerbssituation der beteiligten Partner durch eine Stärkung ihrer Entwicklungs- und Forschungsleistung deutlich verbessert und die Perspektive einer nachhaltigen Kooperation geschaffen werden.

Im Projektverlauf konzentrierten wir uns vor allem auf die elektronischen Eigenschaften und untersuchten in diesem Zusammenhang insbesondere den Einfluss verschiedener alternativer Dotierstoffe. Dabei wurden oxidbasierte Dotanden, wie jene, die bei der Nutzung als Substratmaterial für neue Solarzellkonzepte und in der Halbleiterindustrie benötigt werden, erstmals auch für die Herstellung hoch-dotierter Kristalle verwendet.

Zur Herstellung von p-Typ-Dotierungen wurden als Alternativen für elementares Bor folgende Dotierstoffe untersucht: Elementares Bor geringerer Reinheit, Boroxid und Borsäure. Für Gallium konnte Galliumoxid als Substitut eingesetzt werden.

Insgesamt wurden 12 Kristallisationsprozesse durchgeführt und somit zwei mehr als geplant. Dies konnte auch dadurch erreicht werden, dass auf Kristallisationsanlagen unterschiedlicher Größe gearbeitet wurde, was einen effizienteren Materialeinsatz erlaubte.

Für weitere anwendungsnahe oder industrielle Forschung ist eine Untersuchung vergleichbarer Stoffe für n-Typ-Dotierungen denkbar. Ebenso gilt es, noch konkrete kritische Grenzwerte der verschiedenen Stoffe zu ermitteln. Überdies erforderlich sind weiterführende Untersuchungen der Kristallverunreinigungen in Abhängigkeit der verwendeten Dotanden, deren Reinheit und Konzentration. Ein Transfer der Erkenntnisse auf andere Anwendungsbereiche sollte ebenfalls angestrebt werden. Im Zuge der Energiewende und dem geplanten Ausbau der PV-Fertigung in Europa und Deutschland kann dies ein sinnvoller Einsatzbereich sein.

Die Ergebnisse wurden bereits während der Projektlaufzeit auf internationalen Konferenzen vorgestellt:

• 8th International Workshop on Crystal Growth Technology (IWCGT-8)
• 19th International Conference on Defects-Recognition, Imaging and Physics in Semiconductors (DRIP XIX)