SiC-Kristalle in Wafer zerlegen: Diamantdraht, Laser-Trennung und Cold Split im Vergleich

Siliciumcarbid · Von der Redaktion von Kerf & Korn · Veröffentlicht am 2026-11-06

Ein Siliciumcarbid-Einkristall ist klein, langsam gewachsen und teuer. Ihn in Wafer zu zerlegen, ist deshalb eine ganz andere Aufgabe als das Sägen eines Siliciumblocks: Das Material ist fast so hart wie das Werkzeug, jeder Mikrometer Schnittfuge kostet bares Geld, und die Oberfläche muss am Ende für die Epitaxie nahezu perfekt sein. Neben das bewährte Diamantdrahtsägen sind in den letzten Jahren laserbasierte Trennverfahren getreten. Dieser Artikel ordnet die drei wichtigsten Wege ein.

Warum SiC anders ist als Silicium

Siliciumcarbid gehört zu den härtesten technischen Werkstoffen. Auf der Mohs-Skala liegt es bei etwa 9,5, nur knapp unter Diamant mit 10; Silicium liegt bei etwa 6,5 bis 7. Daraus folgt die Grundregel, die schon im Artikel Siliciumcarbid in der Leistungselektronik anklingt: SiC lässt sich nicht wirtschaftlich mit SiC-Korn sägen, wie es beim klassischen Slurry-Verfahren für Silicium üblich war. Für SiC-Kristalle kommen nur Diamantwerkzeuge oder Verfahren in Frage, die ganz ohne mechanischen Abtrag auskommen.

Hinzu kommt die Geometrie. Halbleiter-SiC wird nicht wie Silicium aus der Schmelze gezogen, sondern über die Gasphase gezüchtet, bei Temperaturen von deutlich über 2000 °C. Die so entstehenden Kristalle, oft Boules genannt, sind nur wenige Zentimeter lang. Der Hersteller DISCO rechnet in seinen Beispielen mit einem 6-Zoll-Ingot von 20 mm Dicke, aus dem Wafer von 350 µm Dicke entstehen sollen. Bei so kurzen Kristallen fällt jeder Verlust ins Gewicht: Ob pro Scheibe 180 oder 80 µm verloren gehen, entscheidet über die Zahl der verkaufsfähigen Wafer pro Kristall.

Schließlich die Orientierung. Substrate aus 4H-SiC für Leistungsbauelemente werden in der Regel nicht exakt parallel zur Basalebene geschnitten, sondern mit einem kleinen Fehlwinkel von einigen Grad (häufig 4°), damit die anschließende Epitaxie stufenweise und ohne Fremdpolytypen aufwächst. Diese Orientierung wird beim Trennen festgelegt; ein Fehler lässt sich später nicht mehr korrigieren.

Weg 1: Diamantdrahtsägen

Der heute verbreitetste Weg ist das Mehrdrahtsägen mit Diamantdraht. Das Prinzip ist dasselbe wie bei Silicium und im Artikel über den Umstieg auf Diamantdraht beschrieben: Ein Stahldraht mit fest gebundenen Diamantkörnern läuft in vielen parallelen Windungen durch das Werkstück und ritzt es Schritt für Schritt auf. Vereinzelt wird SiC auch mit Stahldraht und einer Slurry aus losem Diamantkorn getrennt; das Grundprinzip des losen Abrasivs entspricht dann dem alten Slurry-Verfahren, nur mit härterem Korn.

Die Schwächen zeigen sich bei SiC deutlich stärker als bei Silicium:

Zeit. DISCO nennt als typischen Wert aus Anwenderbefragungen rund 3,1 Stunden Sägezeit pro Wafer, also etwa 100 Stunden für einen 20 mm dicken 6-Zoll-Ingot. Ein Werk braucht deshalb viele Sägen nebeneinander.
Sägeverlust. Nach derselben Quelle gehen pro Wafer etwa 180 µm Material in der Schnittfuge verloren, also mehr als die Hälfte der Dicke eines 350-µm-Wafers.
Welligkeit und Schädigung. Drahtgesägte SiC-Scheiben haben nach DISCO eine Welligkeit von etwa 40 µm, die durch Läppen oder Schleifen entfernt werden muss, bevor poliert werden kann. Dazu kommt eine mechanisch geschädigte Randschicht.

Der Vorteil des Drahts ist seine Reife. Die Anlagen sind bekannt, mehrere Ingots können gleichzeitig geschnitten werden, und die Prozessfenster sind über Jahre optimiert worden. Wie viel Silicium beim Sägen verloren geht und was mit dem Abrieb geschieht, behandelt der Artikel über den Sägeverlust und die Rückgewinnung von Silicium; bei SiC ist der Verlust pro Kilogramm um ein Vielfaches teurer.

Weg 2: Laser-Trennung (am Beispiel KABRA)

Laserbasierte Trennverfahren schneiden nicht, sie spalten. Ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge, für die SiC weitgehend durchlässig ist, wird in einer definierten Tiefe unter der Oberfläche fokussiert. Dort verändert er das Material lokal und erzeugt Schicht für Schicht eine Trennebene. Anschließend wird die Scheibe entlang dieser Ebene abgelöst, die Oberfläche des Ingots geschliffen und der nächste Wafer vorbereitet.

Am ausführlichsten dokumentiert ist das Verfahren KABRA des japanischen Anlagenbauers DISCO. Nach Angaben des Herstellers wird durch kontinuierliche Laserbestrahlung eine Trennschicht in beliebiger Tiefe gebildet, von der aus der Wafer abgelöst wird. Das Verfahren soll auf 4H-, 6H-, halbisolierende und polykristalline SiC-Ingots anwendbar sein, und zwar unabhängig vom Fehlwinkel. DISCO gibt folgende Vergleichswerte an:

Kennwert (6-Zoll-Ingot, 20 mm, Wafer 350 µm)	Diamantdraht	KABRA
Bearbeitungszeit je Wafer	etwa 3,1 h	etwa 10 min
Bearbeitungszeit je Ingot	etwa 100 h	etwa 31 h (Laser, Ablösen, Schleifen parallel)
Materialverlust je Wafer	etwa 180 µm	etwa 80 µm (Entfernen der Trennschicht)
Läppen nach dem Trennen	nötig (Welligkeit etwa 40 µm)	nach Herstellerangabe nicht nötig
Wafer je Ingot	Referenz	etwa 1,4-fach

Quelle: DISCO, Produktseite KABRA; die Drahtwerte sind nach Angabe des Herstellers typische Werte aus Anwenderbefragungen. Die Zahlen stammen vom Anbieter des Verfahrens und sind entsprechend einzuordnen.

Wichtig ist der letzte Punkt: Es handelt sich um Herstellerangaben, nicht um unabhängige Messungen. Sie zeigen aber, wo der Hebel liegt. Der Laser selbst erzeugt keine Schnittfuge im mechanischen Sinn; Material geht erst verloren, wenn die modifizierte Schicht von beiden Seiten abgeschliffen wird. Die vollautomatische Anlage des Herstellers ist nach eigener Darstellung für 8-Zoll-Ingots und Ingotdicken bis 40 mm ausgelegt.

Weg 3: Cold Split

Einen verwandten, aber anders begründeten Ansatz verfolgt das Cold-Split-Verfahren, das von der Dresdner Firma Siltectra entwickelt wurde. Auch hier wird zunächst mit einem Laser eine geschwächte Ebene im Kristall erzeugt. Abgelöst wird die Scheibe dann jedoch thermomechanisch: Auf die Oberfläche wird ein Polymer aufgebracht und das Verbundstück stark abgekühlt. Weil sich Polymer und Kristall unterschiedlich stark zusammenziehen, entstehen Spannungen, die den Kristall entlang der vorbereiteten Ebene spalten.

Infineon hat Siltectra im November 2018 übernommen, nach Angaben des Unternehmens für 124 Millionen Euro, und angekündigt, das Verfahren in Dresden und am Standort Villach in Österreich zu industrialisieren. Erklärtes Ziel war, aus demselben Kristall deutlich mehr Chips zu gewinnen. Das Verfahren lässt sich nicht nur auf ganze Ingots anwenden, sondern grundsätzlich auch auf fertige Wafer, um sie zu teilen; das ist für das Dünnen von Bauelementwafern interessant, bei dem sonst das Substrat abgeschliffen und als Schleifschlamm verloren geht.

Nacharbeit: was nach jedem Trennverfahren folgt

Unabhängig vom Trennweg ist ein abgelöster SiC-Wafer noch kein Substrat für die Epitaxie. Es folgen Schleifen, gegebenenfalls Läppen, und schließlich chemisch-mechanisches Polieren (CMP). SiC ist chemisch sehr beständig, weshalb das Polieren langsam ist und einen erheblichen Teil der Kosten ausmacht. Die beiden Seiten eines Wafers unterscheiden sich zudem: Die Silicium-Seite und die Kohlenstoff-Seite reagieren beim Polieren und bei der Epitaxie unterschiedlich. Wie die Reinigung und Prüfung von Wafern nach dem Sägen grundsätzlich abläuft, beschreibt der Artikel Nach dem Sägen am Beispiel Silicium.

Daraus ergibt sich, warum die Hersteller laserbasierter Verfahren so stark mit dem Wegfall des Läppens werben: Jeder Mikrometer, der nicht erst entsteht, muss später auch nicht abgetragen werden. Umgekehrt kann eine zu tiefe Schädigung aus dem Trennschritt die Bauelementeigenschaften beeinträchtigen, wenn sie beim Polieren nicht vollständig entfernt wird.

Was das für Planung und Recycling bedeutet

Der Engpass liegt vor dem Sägen. SiC-Kristalle wachsen langsam und sind kurz; jeder eingesparte Mikrometer Verlust erhöht unmittelbar die Ausbeute an Wafern pro Kristall.
Andere Abfallströme. Beim Diamantdrahtsägen entsteht eine wässrige Suspension mit feinem SiC-Abrieb, beim Lasertrennen vor allem Schleifschlamm aus dem Abtragen der Trennschicht. Mengen und Zusammensetzung unterscheiden sich, und damit die Anforderungen an Erfassung und Entsorgung, die bei der Abfall- und Stoffrechtsplanung des Standorts zu berücksichtigen sind.
Herstellerangaben prüfen. Zeiten, Verluste und Ausbeuten hängen von Ingotdicke, Waferdicke, Kristallqualität und Nacharbeit ab. Vergleiche sollten auf derselben Basis und mit eigenen Probeschnitten erfolgen.

Das Grundproblem bleibt dasselbe wie bei Silicium, nur verschärft: Wertvoll ist vor allem das Material, das gar nicht erst in der Schnittfuge landet.

Quellen: DISCO Corporation, KABRA: Laser-Slicing von SiC-Ingots (japanisch, abgerufen am 6. November 2026); Wikipedia, „Siliciumcarbid“ (Härte, Kristallzucht); Infineon Technologies, Pressemitteilung zur Übernahme von Siltectra vom 12. November 2018.

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