Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben ein Ätzverfahren zur Herstellung präziser Silizium-Nanostrukturen entscheidend weiterentwickelt. Im Rahmen eines von der SNI-Doktorandenschule geförderten Projekts gelang es ihnen, durch optimiertes metallunterstütztes Ätzen (MacEtch) dichte Silizium-Nanostrukturen mit extrem hohen und schmalen Strukturen herzustellen. Der Schlüssel zum Erfolg lag in einer dünnen Zwischenschicht zwischen Fotolack und metallischem Katalysator. Diese Innovation könnte die Produktion von Halbleiterbauelementen, Sensoren und Röntgenoptiken revolutionieren – ganz ohne Plasma, aber mit bisher unerreichter Präzision.

In der Mikro- und Nanotechnologie sind hochpräzise Bauelemente mit hohen und schmalen Strukturen (hohe Aspektverhältnisse) aus Halbleitermaterialien wie Silizium von grosser Bedeutung. Eine vielversprechende Methode zu deren Herstellung ist das metallunterstützte chemische Ätzen (MacEtch) im Gaszustand. Bei diesem plasmafreien Verfahren wird eine dünne Schicht Metal direkt auf dem Siliziumsubstrat gezielt in einem Muster deponiert. Der eigentliche Ätzschritt läuft in einer chemischen Kammer ab, wobei die Äztreaktionen nur an der Grenzfläche zwischen Metall und Silizium stattfinden. Dabei sinkt der Metall-Katalysator langsam in das Silizium ein und lenkt so das Ätzen weiter in die Tiefe.

Für präzise Ergebnisse muss der Katalysator seine Form und Aktivität während des gesamten Prozesses beibehalten. Problematisch wird es, wenn der Katalysator verunreinigt ist oder sich lokal festsetzt, da dies zu unregelmäßigen Strukturen, Defekten oder ungewollter Porosität führt.

Dr. Lucia Romano und das Forschungsteam am Paul Scherrer Institut (PSI) erfanden einen innovativen Prozess um Stabilität und Qualität des Ätzvorgangs zu verbessern: Sie brachten eine dünne Zwischenschicht aus Chrom, Aluminiumoxid und/oder Siliziumdioxid zwischen dem Fotolack und dem metallischen Katalysator auf. Diese Schicht trennt die beiden Materialien und ermöglicht eine gründliche Reinigung der Oberfläche bevor der Katalysator aufgebracht wird. So bleibt der Katalysator sauber, und das Ätzen verläuft gleichmässiger.

«Mit dieser Methode ist es uns gelungen, dichte Nanostrukturen herzustellen, die bis zu 50 % der Fläche bedecken und 250-mal höher als breit sind», erklärt Bryan Benz, Erstautor der Studie und Doktorand der SNI-Doktorandenschule.

Die Forschenden veröffentlichten Ergebnisse der Arbeit kürzlich im Wissenschaftsjournal Small Methods. Sie zeigten, dass verschiedene Materialien für die Zwischenschicht und unterschiedliche Musterungsverfahren funktionieren. Anwendungen wie Röntgenoptiken könnten in Zukunft von dieser präzisen Technologie profitieren.

Originalpublikation:
B. P. J. Benz, M. Stampanoni, and L. Romano
Interlayer-Catalyst Method for Metal-Assisted Chemical Etching of Ultra-High Aspect Ratio Silicon Nanostructures.
Small Methods (2026): e70833.
https://doi.org/10.1002/smtd.70833