Entwicklung hochpräziser Siliziumätzverfahren

Einer der wichtigsten Schritte bei der Hersstellung Mikroelektrischer Mechanischer Systeme (MEMS) ist das Siliziumätzen. Im Mittelpunkt des FUPUSET-Projekts stand die ausführliche Untersuchung der physiochemischen Parameter in Bezug auf hochpräzise Siliziumätzverfahren. Die gewonnenen Erkenntnisse werden einen wichtigen Beitrag leisten zur Entwicklung äußerst zuverlässiger Methoden für anisotrope Verhältnisse und Oberflächenbehandlung.

Die schnelle Entwicklung integrierter On-Chip-Sensoren stellt immer höhere Anforderungen an die entsprechenden Herstellungsverfahren. Normalerweise werden die Messfühler nach der Schaltkreisherstellung festgelegt. Dies ermöglicht die Verwendung von Standardtechnologien wie zum Beispiel CMOS und führt zu einer Verringerung der erforderlichen Wafer-Bearbeitung. Um die Anforderungen der MEMS-produzierenden Industrie erfüllen zu können, werden zahlreiche verschiedene Methoden und Instrumente angeboten.

Das Siliziumätzverfahren wird normalerweise zur Definition von Strukturen eingesetzt. Präzisionsätzen eignet sich hingegen besser zur Entwicklung kleinerer Komponenten. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Vertikalität der Profile und der Ebenheit der Seitenwände. Diese Methoden kommen für gewöhnlich bei MOEMS-Anwendungen (Mikrooptisch-Elektromechanische Systeme z.B. Glasfaserschalter, Projektionsdisplays, integrierte optische Sensoren) sowie bei Druckprägesystemen (Druckköpfe für Tintenstrahldrucker) zum Einsatz.

Nassätzverfahren sind zwar schnell und preiswert, sind jedoch in bestimmten Situationen nur schwer einsetzbar. Dazu zählt auch die Herstellung von Mikrodüsen für Tintenstrahldruckköpfe. Der Hauptgrund dafür liegt in der Isotropie beim Ätzen bzw. in den Kristallschichten als Facetten des Siliziums. Um diese Nachteile zu überwinden, wurden im Rahmen des FUPUSET Projektes die Kinetik und die Mechanismen der chemischen und elektrochemischen Auflösung von Silizium in einer wässrigen Umgebung untersucht.

Das Projekt machte sich die aktuellen Fortschritte bei der Instrumentation sowie Studien zur physikalischen Chemie von Halbleiterelektroden zur Verbesserung der Oberflächenbehandlung mikroverarbeiteter Komponenten zunutze. Dies geschah durch die Einbeziehung eines neuen Verfahrensschrittes, der die Unebenheiten der Oberfläche verringert, ohne beim Ätzen das anisotrope Verhältnis zu beeinträchtigen. Darüber hinaus konnte das anisotrope Verhältnis durch die Auswahl der richtigen Entwicklungsparameter wie zum Beispiel des elektrochemischen Potentials beim Ätzen verbessert werden.

Außerdem stellte sich heraus, dass sich die Oberflächenbehandlung und das anisotrope Verhältnis des geätzten Siliziums umgekehrt proportional zueinander verhalten. In Abhängigkeit vom Endprodukt muss während des anisotropen Ätzvorgangs ein Kompromiss zwischen diesen beiden Parametern gefunden werden. Die unerwünschten Effekte einer starken Anisotropie wie zum Beispiel die Bildung von Mikropyramiden können jedoch am Ende des Ätzvorgangs mit Hilfe von Oxidantien entfernt werden und tragen gleichzeitig zu einer Verbesserung der Oberflächenqualität bei.