Strukturierungsprozess für tiefe Nanogräben

7.5.2018

Gemeinsam mit dem Zentrum für Mikrotechnologien (ZfM) hat das Fraunhofer ENAS einen Strukturierungsprozess für Silizium-Nanogräben mit hohem Aspektverhältnis entwickelt.

© Fraunhofer ENAS

REM-Aufnahme des strukturierten NIL-Lacks nach dem SmartNIL™- Prozess.

© Fraunhofer ENAS

REM-Aufnahme des tiefengeätzten Siliziums nach dem DRIE-Prozess.

© EVG

SmartNIL™-System der Firma EV Group

Das Aspektverhältnis bezeichnet die Relation zwischen der Tiefe des Grabens und seiner lateralen Ausdehnung. Je tiefer der Graben, desto höher ist das Aspektverhältnis. Der entwickelte Technologieablauf ermöglicht Gräben von mehr als 5 μm Tiefe bei einer Periode von nur 200 nm mit einem Aspektverhältnis von mehr als 25:1.

Neue Perspektiven

Mithilfe der tiefen Nanogräben können für Mikro- und Nano-Elektro-Mechanische Systeme (MEMS bzw. NEMS) Nanogitter für Röntgen-Fabry-Perot-Interferometer hergestellt werden. Ebenso möglich ist die Herstellung piezo-resistiver Silizium-Nanodrähte für die Inertialsensorik oder vertikal angeordneter reaktiver Multilagensysteme (v-RMS) für die Aufbau- und Verbindungstechnik.

Das Verfahren

Der Herstellungsprozess läuft in mehreren Teilschritten ab: Zuerst wird mithilfe chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) auf der Oberfläche eines Siliziumwafers eine Hartmaske aus Siliziumdioxid (SiO2) erzeugt. Anschließend erfolgt der Transfer der Nanostrukturen von einer speziell präparierten Folie in einen zähflüssigen Lack mithilfe des SmartNIL™-Prozesses (NIL: Nanoimprint-Lithographie).

Vorbereitend zur Nanoimprint-Lithographie werden die ursprünglichen Nanostrukturen mittels Elektronenstrahl-Lithografie auf einem Master-Wafer hergestellt und von dort auf eine elastische Folie in ein Polymer übertragen. Unter Krafteinwirkung auf eine bewegliche Walze wird ein linienförmiger Kontakt von der Folie mit dem NIL-Lack realisiert. Das reduziert die Defektrate erheblich.

Die Verdrängung des Lacks durch die Polymer- Nanostrukturen bildet das Replikat im NIL-Lack. Nach dem Öffnen der SiO2-Hartmaske über den Lack wird das Silizium mittels reaktiven Ionenätzens (DRIE) tiefenstrukturiert.

Ausblick

Insbesondere für die Anwendung im Bereich der MEMS- und NEMS-Technologien ist eine noch höhere Prozessstabilität notwendig. Dabei steht eine maßhaltige Strukturübertragung mit noch geringeren Toleranzabweichungen im Vordergrund. Ebenso sollen Möglichkeiten erforscht werden, den Prozessablauf auf unterschiedliche Metalle zu übertragen.