Plasma-Anlage zur zyklischen anisotropen Ätzung von Silicium

• Fachliche Zuordnung: Systemtechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575390090

Für die Forschung auf dem Gebiet der Silicium-basierten Mikro-Elektro-Mechanischen Systeme (MEMS) soll eine Plasmaanlage für das tiefe anisotrope Siliciumätzen auf Basis eines zyklischen Ätzprozesses (DRIE, BOSCH-Prozess) beschafft werden. Vorrangig dient sie dem kontrollierten Herstellen von hochpräzisen MEMS-Strukturen auf Silicon-On-Insulator (SOI) Wafern mit Durchmessern von 100 mm und 200 mm; alle weiteren benötigten Prozesse sind für diese Waferformate im Reinraum vorhanden. Die Anlage soll mit einer leistungsfähigen ICP-Quelle und einem geeigneten Bias-Generator sowie schnellen Massflow-Controllern ausgestattet sein. Notching soll zuverlässig unterdrückt werden. Der Einbau einer Optischen Emissionsspektroskopie ist notwendig, um einzelne Zyklen des Ätzprozesses individuell regeln zu können, was eine zuverlässige Unterdrückung oder alternativ sichere Herstellung von Si-Gras, z. B. als IR-Entspiegelung ermöglicht. Dazu muss die Software in der Lage sein, diese Informationen als Kriterien für die Prozesssteuerung zu verarbeiten. Darüber hinaus ist vorgesehen, an optimierten oder auf Basis umweltfreundlicher Gase neu zu entwickelnden Prozessen für das anisotrope Ätzen zu forschen. Dies geschieht in Kooperation mit dem Lehrstuhl Angewandte Elektrodynamik und Plasmatechnik in Bochum. Ansätze dazu sind die Nutzung des Waveform Tailoring für die kapazitive Bias-Kontrolle und die induktive Plasmaerzeugung, um die Energie der Ionen sowie die Elektronenenergieverteilungsfunktion und somit die Erzeugung prozessrelevanter Ionen und Radikale sehr präzise zu kontrollieren, und die Erprobung weiterer Gase, die ein geringeres "Global Warming Potential" (GWP, für Schwefelhexafluorid >22.000) aufweisen. Die Anlage wird deshalb so ausgestattet, dass weitere Gaslinien vorgerüstet sind. Unter anderem ist vorgesehen, ggf. auch flüssige Stoffe über geheizte Bubbler nutzen zu können, z. B. Flusssäure oder andere, leicht im Plasma zersetzbare Fluor-Verbindungen. Die Anlage erweitert die Forschungsmöglichkeiten am Standort Bochum signifikant. Die bereits vorhandene DRIE-Ätzanlage erlaubt keine grundlegende Erweiterung für neue Prozesse und hat sich als wenig zuverlässig erwiesen; sie steht weiterhin für Routine-Ätzungen zur Verfügung, während die zu beschaffende Anlage das Prozessportfolie wesentlich erweitert und die Verfügbarkeit eines zuverlässigen DRIE-Prozesses sicherstellt. Eine Erweiterung der Prozessgase oder zusätzliche Generatoren wird konkreten Forschungsprojekten vorbehalten sein, die Anlage wird nur soweit wirtschaftlich sinnvoll und notwendig dafür vorbereitet. Die Anlage kann, da sie im Reinraum MST stehen wird, auch deutlich leichter in die Lehre integriert werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Plasma-Anlage zur zyklischen anisotropen Ätzung von Silicium
• Gerätegruppe: 0920 Atom- und Molekularstrahl-Apparaturen
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Martin Hoffmann