FIB Implantation und anisotropes Ätzen zur Herstellung von 3D Mikrostrukturen

Eine moderne Technologie zur Herstellung drei-dimensionaler mikromechanischer Strukturen ist die Hochdosisimplatation von Akzeptorionen mittels des fein fokussierten Ionenstrahls. Im Falle einer  p⁺- Dotierung, z.B. mit Gallium, wirken die dotierten Gebiete als Ätzstop. Eine anisotrope und selective nasschemische Ätzung ermöglicht nun die Herstellung von 3D Mikrostrukturen. Mikromechanische Teststrukturen wurden  bei Raumtemperatur in (100) Siliciumscheiben implantiert mit 35 keV Ga⁺ Ionen unter Verwendung des Rossendorfer FIB Systems IMSA-100. Der Ionenstrom betrug 1.5 nA  und die Implantationsdosis wurde zwischen 1*10¹⁴ und 3*10¹⁶ Ionen/cm²   variiert. Um verschiedene Strukturformen zu erhalten, die von der Orientierung der Kristallebenen an den Ecken und Kanten der Strukturen abhängen, wurden zwei Grundorientierungen gewählt, einmal entlang der (110) Richtung in der Scheibenoberfläche und zum anderen dazu 45° gedreht. Die nachfolgende Ätzung wurde in einer 30% igen  KOH / H₂O Ätzlösung im Temperaturbereich von 40^oC to 80^oC und einer Ätzzeit von einigen 10 bis zu wenigen Minuten durchgeführt. Die Ga⁺ FIB strukturierten und nasschemisch geätzten Proben wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert. Eine mögliche Anwendung derartiger Strukturen wird auf dem Gebiet spezieller Sensoren in der Mikrosystemtechnik gesehen. Ein wichtiger Aspekt ist dabei die vollständige Kompatibilität zur Mikroelektronik -Technologie. Links:   REM Aufnahme quadratischer Linienstrukturen, die das Unterätzen konvexer Ecken zeigt.
Rechts: REM Aufnahme einer frei stehender Gitterstruktur. Das Gitter ist 45^o zur Hauptfase eines  (100) Si Wafers orientiert.

B. Schmidt, L. Bischoff and J. Teichert, Sensors and Actuators A 61 (1997) 369 - 373