Die hohe Kunst des Ätzens

Sie sehen mehr als das Auge und könnten den Straßenverkehr sicherer machen: miniaturisierte Wärmebildsensoren. Doch sie lassen sich industriell nur schwer fertigen. Jetzt haben Fraunhofer-Forscher eine neue Anlage entwickelt, auf der spezielle mikroelektromechanische Systeme hergestellt werden können – mit der richtigen Ätztechnik. Die neue Anlage erlaubt die Kombination von klassischer CMOS-Technologie mit Mikrosystemtechnik, so dass winzige Sensoren, Ventile oder andere mechanische Bauteile, die in Halbleiter-Chips eingebunden sind, entstehen können.

Um Mikrosystemtechnik auf einem Halbleiter aufzubringen, werden drei Schichten aufeinander gelegt. An unterster Stelle wird das Substrat, also der Silizium-Wafer positioniert. Mittig wird eine Opferschicht hinzugefügt, die als Distanzhalter dient, und zuoberst die Funktionsschicht. Anschließend wird die Opferschicht so weggeätzt, dass die gewünschte Sensorstruktur erhalten bleibt. "Mit herkömmlichen Ätzprozessen können wir nur vertikal in die Schichten ätzen", erklärt Dr. Marco Ruß, Projektleiter am IMS. "Doch für die mechanische Funktion vieler Mikrosysteme sind freitragende Strukturen entscheidend".  Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der Ätzvorgang nicht nur vertikal, sondern gleichmäßig in alle Richtungen funktionieren muss. Experten nennen das "isotropes Ätzen". Auf diese Weise frisst sich die Ätzsubstanz nicht nur vertikal bis zum Substrat. Vielmehr bohrt sie sich auch unter der Funktionsschicht wie ein Tunnel hindurch. Übrig bleibt eine freitragende Struktur der Funktionsschicht, nur hundert Nanometer dünn, die lediglich über bestimmte Aufhängungspunkte mit dem Substrat verbunden ist.

Kontakt: Sigrid van Kempen, Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS
Sigrid.van.Kempen@ims.fraunhofer.de