DE19926769A1 - Verfahren zur Herstellung von dünnwandigen Strukturen in leitenden Materialien und nach dem Verfahren hergestellte Strukturen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Strukturen mit relativ kleiner Wanddicke und relativ großer Wandhöhe in leitenden Materialien, insbesondere Halbleiter, vorzugsweise Si, wobei man in einem Grundkörper (10) in an sich bekannter Weise ein Muster von länglichen Makroporen (12) herstellt mit einer Längserstreckung in Höhenrichtung der Struktur, Bereiche (30, 32, 34...56) des Grundkörpers mit der Gestalt der jeweils erwünschten Struktur porenfrei beläßt und anschließend in einem weiteren Ätzprozeß das poröse Material entfernt und hierdurch die erwünschte Struktur erhält. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Struktur, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt, bestehend aus aneinander angeschlossenen Wandabschnitten mit geradliniger und/oder gekrümmter Form und mit einer Wandhöhe, die mindestens das Zehnfache, vorzugsweise mindestens das Zwanzigfache der Wanddicke beträgt, wobei die Querschnitte senkrecht zur Wandhöhenrichtung zumindest im wesentlichen alle die gleiche Form und Abmessungen aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Strukturen mit relativ kleiner Wanddicke und relativ großer Wandhöhe in leitenden Materialien, insbesondere Halbleiter, vorzugsweise Si, sowie ins­ besondere nach diesem Verfahren hergestellte Strukturen.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der Herstellung von mikrome­ chanischen Strukturen in Halbleitermaterialien, vornehmlich in n-Typ Si.

Die Herstellung von vertikalen, dünnwandigen Strukturen aus Silizium ist mit verschiedenen Verfahren möglich, jedoch entweder sehr teuer durch­ zuführen oder beschränkt auf Strukturen mit einem Verhältnis der Wandhöhe zur Wanddicke im Bereich zwischen 10 : 1 und 20 : 1. Das sehr teure Verfahren ist unter der Bezeichnung Röntgenlithographie mittels Synchrotronstrahlung bekannt. Preiswertere Verfahren, die aber nur be­ schränkte Wandhöhen-/Wanddickenverhältnisse zulassen, umfassen ani­ sotropes naßchemische Verfahren oder RIE-Prozesse. Ein bisher bekann­ ter anisotroper naßchemischer Prozeß basiert auf der Ausbildung von so­ genannten Makroporen in niedrigdotiertem n-Typ Si. Dieses Verfahren ist in seinen Grundzügen in dem Aufsatz "The Physics of Macropore Forma­ tion in Low Doped n-Type Silicon" von V. Lehmann der Firma Siemens AG beschrieben, der im Journal of Electrochemical Society, Heft 140, Nr. 10, Oktober 93 veröffentlicht wurde. Der technische Inhalt dieses Aufsatzes wird durch diesen Hinweis zu dem technischen Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht, da das dort beschriebene Verfahren zum Teil für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung ausgenutzt wird.

Im Grunde genommen beschreibt der Aufsatz von Lehmann die Herstel­ lung einer regelmäßigen Gitteranordnung von länglichen Makroporen in einem Grundkörper oder Wafer aus n-Typ Si, wobei die Makroporen mit einem gleichbleibenden Querschnitt mit einer Querabmessung im Bereich zwischen etwa 0,2 m und 20 µ und mit einer Längenausdehnung herge­ stellt werden, die in Vielfaches der Querabmessung beträgt. Die Makropo­ ren sind streng parallel zueinander angeordnet und durch Wandbereiche aus Si mit einer Wanddicke von in etwa der Große des Porendurchmessers voneinander getrennt.

In einem weiteren Aufsatz "Processing of Three-Dimensional Microstructu­ res Using Macroporous n-Type Silicon" von S. Ottow, V. Lehmann und H. Föll im Journal of the Electrochemical Society, Heft 143, Nr. 1, Januar 1996 veröffentlicht, wird ein Verfahren zur Herstellung von beliebigen Strukturen mittels Mikrobearbeitung beschrieben, das ebenfalls auf das Verfahren der Ausbildung von Makroporen basiert. Ein weiteres Verfahren dieser Art ist der DE 197 00 982 A1 zu entnehmen.

Bei dem im Aufsatz von Ottow und Kollegen beschriebenen Verfahren werden zunächst Makroporen in einem n-Typ Si-Körper hergestellt. Da­ nach werden Oberflächenbereiche des mit Makroporen versehenen Kör­ pers entsprechend einem lithographischen Verfahren abgedeckt und die nicht abgedeckten Bereiche des Körpers werden dann weggeätzt. Danach wird die lithographische Maske entfernt und die darunter liegenden, noch bestehenden Poren gefüllt. Auf diese Weise kann man beispielsweise eine Wabenstruktur herstellen mit sechseckigen Wabenzellen von 370 µm Querabmessung, 140 µm Wandhöhe und 15 µm Wanddicke. Die Wandab­ schnitte bestehen alle aus makroporösem Material mit sich vertikal er­ streckenden Poren, die in diesem Beispiel mit Polysilizium gefüllt werden.

Mit diesem Verfahren ist es nicht ohne weiteres möglich, Strukturen mit einem großen Verhältnis von Wandhöhe/Wanddicke herzustellen. Die Autoren selbst sprechen in der abschließenden Zusammenfassung von einem Verhältnis von Wandhöhe/Wanddicke von 10 bis 15. Die Querab­ messungen der Wände der so erzeugten Strukturen sind für viele Zwecke zu groß.

Die Offenbarung dieses Aufsatzes im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Herstellung von porösen Silizium wird ebenfalls zum technischen Of­ fenbarungsgehalt dieser Anmeldung gemacht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzustellen, das die Herstellung von dünnwandigen Strukturen mit einem großen Verhält­ nis von Wandhöhe/Wanddicke ermöglicht, die vorzugsweise mindestens 10 : 1 beträgt und insbesondere im Bereich oberhalb 100 : 1 liegt, das preis­ günstig durchführbar ist und die Herstellung von Strukturen ermöglicht, dessen Querabmessungen verhältnismäßig klein sein können, d. h. im µm-Bereich oder zehntel µm-Bereich liegen.

Es soll hier zum Ausdruck gebracht werden, daß wenn in dieser Anmel­ dung von Wandhöhe, Höhenrichtung, Längenrichtung oder vertikaler Richtung gesprochen wird, dies keine tatsächliche Beschränkung auf die vertikale Richtung beinhaltet, da die entsprechende Längs- bzw. Höhen­ richtung der Poren und Wände der erzeugten Strukturen eine beliebige Orientierung im Raum aufweisen können. Eine vertikale Anordnung wird jedoch klarheitshalber angenommen um eine geometrische Bezugsrich­ tung zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß man in einem Grundkörper in an sich bekannter Weise ein Muster von länglichen Makroporen herstellt mit einer Längserstreckung in Höhenrichtung der Struktur, Bereiche des Grundkörpers mit der Gestalt der jeweils er­ wünschten Struktur porenfrei beläßt und anschließend in einem weiteren Ätzprozeß das poröse Material entfernt und hierdurch die erwünschte Struktur erhält. Die Struktur wird vorzugsweise in n-Typ Si hergestellt. Es ist jedoch durchaus denkbar, daß entsprechende makroporöse Strukturen sich auch in anderen leitenden oder halbleitenden Materialien herstellen lassen und daß die vorliegende Erfindung auch mit solchen Materialien angewandt werden könnte.

Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren nach dem oben genannten Aufsatz von Ottow und Kollegen wird bei der vorliegenden Erfindung die makroporöse Struktur nicht durchgehend im Grundkörper hergestellt, sondern es werden Bereiche des Grundkörpers mit der Gestalt, d. h. mit dem Querschnitt bzw. Umriß der jeweils erwünschten Struktur porenfrei belassen und das umgebende poröse Material um diese Struktur herum und innerhalb der Struktur durch einen Ätzprozeß entfernt, wodurch die erwünschte Struktur erhalten bleibt. Die Struktur kann entweder als eine freistehende Struktur mit durchgehenden, an beiden Enden offenen Ma­ kroporen erzeugt werden oder die Makroporen können nur zu einer be­ stimmten Tiefe im Grundkörper hergestellt werden, so daß nach der Ent­ fernung des porösen Materials mittels des Ätzprozesses die Struktur auf einem Substrat oder Trägerbereich des Grundkörpers bestehen bleibt.

Während beim bisherigen Verfahren von Ottow und Kollegen zwei litho­ graphische Schritte erforderlich sind, kommt man beim Erfindungsgegen­ stand mit einem lithographischem Schritt aus. Es wird nämlich der erste lithographische Schritt der Ausbildung des Musters von Ätzkeimen an den Stellen an denen die Makroporen entstehen sollen erfindungsgemäß ausgenutzt um die porenfreien Bereiche zu definieren wo die erwünschte, Struktur entsteht. Dadurch, daß die Wandbereiche der erfindungsgemäß erzeugten Struktur frei von Makroporen sind, entfällt außerdem der Schritt der Befüllung der Makroporen. Auch können mit der Erfindung die Wanddicken der erzeugten Struktur kleiner als der Porenabstand und so­ gar kleiner als der Querabmessung der Poren gemacht werden, was beim bekannten Verfahren nicht möglich ist, da die Wanddicke stets größer als der Porendurchmesser sein muß. Somit können mittels der Erfindung Wanddicken im Bereich von 100 nm ohne weiteres erzeugt werden. Hier­ durch wird auch das Verhältnis Wandhöhe/Wanddicke positiv beeinflußt, ohne die Technologie der Herstellung der Makroporen verbessern zu müssen, so daß das genannte Verhältnis ein Mehrfaches von Einhundert betragen kann.

An dieser Stelle soll erwähnt werden, daß es bereits bekannt ist, zu einem ganz anderen Zweck, die gitterartige Anordnung der länglichen Makropo­ ren nicht durchgehend zu gestalten, sondern gewisse Bereiche des Grundkörpers porenfrei zu Gestalten und zwar in Verbindung mit der Herstellung von sogenannten photonischen Strukturen für optische Zwec­ ke. Dies ist beispielsweise in dem Aufsatz mit der Bezeichnung "Macroporous Silicon: A Two-Dimensional Photonic Band Gap Material Suitable for the Near Infrared Spectral Range" von A. Birner et al. in Phys. Stat. Sol. (a) 165, 111 (1998) beschrieben. Auch die technische Offenba­ rung dieser Veröffentlichung hinsichtlich der Herstellung von Mustern von Makroporen wird durch diesen Hinweis zum technischen Offenbarungs­ gehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht. Bei dem Verfahren nach dem oben genannten Aufsatz von A. Birner et al. wird jedoch das poröse Material nicht entfernt, obwohl eine Strukturierung des porösen Materials manchmal durchgeführt wird, um die photonischen Eigenschaften des Materials in erwünschter Weise zu beeinflussen. Auch der Aufsatz "Photonische Bandstruktur in makroporösem Silizium" von U. Grüning, V. Lehmann und U. Eberl (Physics Blatt 52 (1996), Nr. 7-8, Seiten 661-664) befaßt sich mit photonischen Bandstrukturen in makroporösem Silizium.

Besonders günstig bei der vorliegenden Erfindung ist es, daß die erfin­ dungsgemäß erzeugten Strukturen eine Wandhöhe aufweisen können, de­ ren Höhenerstreckung ein Mehrfaches, vorzugsweise ein Vielfaches und insbesondere mehr als das Zehnfache der Wanddicke beträgt.

Alle Querschnitte durch die Struktur senkrecht zur Wandhöhenrichtung sind zumindest im wesentlichen gleich. Die Struktur selbst kann nach Belieben gewählt werden. Die Wände der Struktur können regelmäßig oder unregelmäßig gestaltet werden und können aus mehreren geraden Wandabschnitten, aus mehreren gekrümmten Wandabschnitten oder aus einer Kombination aus geraden und gekrümmten Wandabschnitten be­ stehen. Die Makroporen werden vorzugsweise mit Querabmessungen im Bereich zwischen 0,2 µm und 20 µm insbesondere mit Querabmessungen von etwa 2 µm bis 5 µm in Si hergestellt, wobei die Wanddicke der Struk­ tur im Bereich von einem Bruchteil des Porenabstandes bis etwa das Dreifache des Porenabstandes hergestellt wird. Der Porenabstand ist als der Mittenabstand der Poren des regelmäßigen Porenmusters zu verste­ hen. Diese Wanddicke muß im Prinzip größer gewählt werden als die Dic­ ke des verbleibenden Wandmaterials zwischen benachbarten Makroporen, da sonst bei der Durchführung des Ätzverfahrens zur Entfernung des ma­ kroporösen Materials auch die Wände der Struktur weggeätzt würden. Zwar findet ein gewisser Verlust an Material von den Wänden der Struktur durch das Ätzverfahren statt, dies kann jedoch beim lithographischen Verfahren zur Herstellung des erwünschten Musters aus Makroporen be­ rücksichtigt werden, so daß die hergestellte Struktur nach diesem Ätzver­ fahren die erwünschte Wanddicke aufweist.

Weitere bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Struktur, die nach dem er­ findungsgemäßen Verfahren hergestellt wird. Diese Struktur besteht vor­ zugsweise aus aneinander angeschlossenen Wandabschnitten mit geradli­ niger und/oder gekrümmter Form und mit einer Wandhöhe, die minde­ stens das Zehnfache, vorzugsweise mindestens das Zwanzigfache der Wanddicke beträgt, wobei die Querschnitte senkrecht zur Wandhöhen­ richtung zumindest im wesentlichen alle die gleichen Formen und Abmes­ sungen aufweisen, zumindest wenn die Struktur in einem Grundkörper aus n-Typ Si hergestellt wird.

Nach der Herstellung der erwünschten Struktur kann diese entsprechend den bekannten Verfahren, ggf. vor oder nach weiteren lithographischen Schritten, mit Schichten aus anderen Materialien versehen, dotiert und/oder kontaktiert werden, um gezielte elektronische Bauteile zu Er­ zeugen und ggf. mit einer auf dem gleichen Substrat vorgesehenen Schaltung angeschlossen werden, bspw. um die Verformung der Struktur oder eine in der Struktur erzeugten Spannung zu messen bzw. eine ent­ sprechende Strom abzuführen oder um die Struktur mit Energie zu ver­ sorgen.

Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische REM Aufnahme einer makroporösen Struktur mit einem geradlinigen Bereich, wo der Grundkörper porenfrei belassen wurde,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des porenfreien Bereiches der Fig. 1,

Fig. 3 der porenfrei gelassene Bereich des Grundkörpers der Fig. 1 und 2 nach der Entfernung des makroporösen Materials durch ein Ätzverfahren,

Fig. 4A und 4B Skizzen zur Erläuterung der Herstellung eines Rohres aus Si Fig. 5 eine photographische Wiedergabe einer Struktur bestehend aus einer Vielzahl von Kapillargefäßen, die nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden,

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des oberen Bereiches der Kapil­ larstruktur der Fig. 4, und

Fig. 7, 8 und 9 Stirnansichten von mit länglichen Makroporen versehenen Grundkörpern zur Erläuterung der Herstellung von drei ver­ schiedenen Strukturen, um die Vielseitigkeit der Erfindung herauszustellen.

Es wird zunächst ein Verfahren beschrieben mit dem die makroporöse Struktur gemäß den Fig. 1 und 2 in n-Typ Si hergestellt werden kann und zwar unter Anwendung des im Prinzip aus dem erstgenannten Aufsatz von Lehmann bekannten Verfahrens.

Bei diesem Verfahren werden Porenätzkeime (nicht gezeigt aber im Stand der Technik nach Lehmann bekannt) an der Oberfläche eines Si-Wafers, d. h. eines Si-Grundkörpers 10 an solchen Stellen erzeugt, an denen die (hier bereits gefertigte) längliche Makroporen 12 in einem anschließenden elektrochemischen Ätzprozeß wachsen sollen. In der Fig. 1 weist der ge­ zeigte Abschnitt des Grundkörpers einen H-förmigen Querschnitt auf, dies ist aber lediglich zum Zwecke der Darstellung und keineswegs zwingend erforderlich. Hier wird im folgenden von einem 4" Wafer, 0,5 Ohm cm, n- Typ ausgegangen, der eine (100) Orientierung aufweist.

Die Prozeßschritte im folgenden:

• - Aufoxidation des Si-Wafers, d. h. des Grundkörpers 10, (30 nm SiO₂) zur Erzeugung eines Maskenoxids.
• - Aufbringung eines Resists (negativ-Photolackes)
• - Photolithographische Vordefinition der Positionen der späteren Ätzkeime im Resist, Entwicklung des Lackes
• - Öffnen der SiO₂-Maskenschicht an den Stellen, an denen der Lack durch Entwickeln entfernt wurde (10 Gew-%, wäßrig HF für 20 sec)
• - Entfernen des restlichen Lackes durch org. Lösungsmittel
• - Ätzung des Wafers in 60 Gew-% KOH bei 80 Grad C für etwa 2 min.
• - Erzeugung eines Ohmschen Kontaktes auf der Rückseite 14 des Wafers mittels eines PSG (Phosphor-Silicatglas) Schrittes, bei dem eine wenige nm dicke mit P hochdotierte Schicht entsteht
• - Einspannen des Wafers in eine elektrochemische Ätzzelle; dieser wird von der Ätzflüssigkeit (wäßrige HF, 5 Gew-%) durchflutet, so dass die Wa­ fer-Vorderseite 16 mit diesem Elektrolyten (13 Grad C) in permanentem Kontakt ist. Der Wafer selbst wird anodisch polarisiert (+ 1,5 V, relativ zu einer Pt-Elektrode in der durchfluteten Ätzzelle). Die Rückseite 14 des Wafers 10 wird mit sichtbarem Licht der Wellenlänge < 1,0 Mikrometer beleuchtet, welches an der Wafer-Rückseite absorbiert wird. Von den da­ bei generierten Elektron-Loch-Paaren diffundieren die Löcher durch den Wafer (0,525 mm) hindurch und induzieren an der Grenzschicht Si/Elektrolyt die anodische Auflösung von Silizium, welche sich in Form einer Porenbildung in <100< Richtung zeigt. Bis hierhin ist das Verfahren in V. Lehmann, J. Electrochem. Soc. 140, 2836 (1993) beschrieben.

Im Regelfall erzeugt man damit großflächig regelmäßig (hexagonales Ra­ ster) angeordnete Makroporen 12 in Silizium, die einige 100 Mikrometer lang sind und 0,5-20 Mikrometer Durchmesser haben. Der Durchmesser skaliert dabei mit der Substratwiderstand gemäß

[in Ohm cm] sqrt(Widerstand) = Durchmesser [in Mikrometer].

Auch die Möglichkeit, einzelne Poren oder Reihen von Poren auszulassen, wie bei 20 in Fig. 1 und 2 ist bekannt, und zwar aus dem oben erwähnten Aufsatz von A. Birner et al. Auf diese Weise können dünne (etwa im Be­ reich des jeweiligen Porendurchmessers bzw. eines 2- oder 3-fachen des­ selben) Platten 22 aus Silizium, die in ein Feld von Makroporen eingebet­ tet sind, erzeugt werden. Durch das Wegätzen des makroporösen Materials, wie nachfolgend erläutert wird erhält man dann die Platte 22 als solche wie in Fig. 3 gezeigt. Neu am vorliegenden Ansatz ist die Erkenntnis, dass man, wenn man einzelne Poren und ganze Reihen von Poren auslassen kann (in dem anfangs erwähnten Lithographieschritt um damit z. B. die im REM-Bild gezeigte Platte 22, eingebettet in Makroporen 12 zu bauen) auch Siliziumplatten bzw. -strukturen mit nahezu beliebigem Grundriß, also z. B. auch kreisrundem Grundriß bauen kann.

Beispielsweise kann man eine Siliziumröhre 24 wie in Fig. 4B gezeigt er­ zeugen, bspw. eine solche mit einer Dicke von ca. 1 Mikrometer. Zuerst stellt man eine rohrenartige Struktur 28 in einem Grundkörper aus Si, welche von Makroporen 12 umgeben ist, die voneinander durch Si- Material mit einer Wanddicke von wenigen 100 nm getrennt sind. Die roh­ renartige Struktur erstreckt sich in Längsrichtung senkrecht zu der Ebene der Zeichnung der Fig. 4A. Die Wanddicke der rohrenartigen Struktur 28 ist einige 100 nm dicker als die Dicke des sich zwischen benachbarten Makroporen befindlichen Materials.

Diese Struktur wird nunmehr thermisch aufoxidiert (ca. 50 nm SiO₂) und anschliessend in 10-gew.-% HF für ca. 10 min gelegt um die Oxidschicht zu entfernen. Diese beiden Schritte werden ca. 4-5 mal wiederholt bis man die Siliziumröhre 24 gemäß Fig. 4B freistehend erhält, da die Dicke der Makroporenwände schrumpft, diese schließlich verschwinden. Die Wand­ stärke der Siliziumröhre 28 schrumpft ebenfalls, aber aufgrund der viel­ fach größeren Ausgangsdicke bleibt diese erhalten, bzw. es ergeben sich die fertigen Rohre 24.

Für die Herstellung des Siliziumrohres der Fig. 4B wird im Detail wie folgt vorgegangen:
Man führt eine photolithographische Vordefinition des Porenabstandes zu 0,5 Mikrometer durch wobei die Poren in einem hexagonalen Raster an­ geordnet werden wie in der Draufsicht der Fig. 4A gezeigt.

Wie bisher sind die Makroporen mit 12 bezeichnet, wobei der ringförmige Bereich 28 porenfrei ausgeführt wird. Mittels des oben beschriebenen Pro­ zesses, der effektiv zu einer Aufweitung des Innendurchmessers der Ma­ kroporen führt, kann man die Porendurchmesser so groß machen, das nur noch der Ring 24 aus Si übrig bleibt. Auch andere Verfahren für diese Aufweitung sind möglich, z. B. das kurzzeitige Ätzen in einem Kalilauge- Bad (KOH-Bad). Das Innenloch des Rings 24 aus Si hätte nun einen Durchmesser von ca. 0,4 Mikrometern bei einer Wanddicke von 100-300 nm. Die Grundfläche des Innenlochs ergibt sich damit zu 1,25 E-13 mm². Pro Mikrometer Länge (wenige Mikrometer bis einige 100 Mikrometer lang) der Röhre aus Si ergibt sich damit ein Füllvolumen von 1,25 E-10 Mikro­ litern. Durch die enorme mechanische Festigkeit von Si ist die Verwen­ dung als Kanüle möglich.

Solche Röhren lassen sich sehr dicht anordnen. Packt man sie so dicht, dass sie sich gerade nicht berühren, so lassen sich ca. 500 Mio davon auf einem 4" Substrat anordnen. Eine derartige Anordnung ist in den Fig. 5 und 6 zu sehen. In diesem Beispiel werden dünnwandige Kapillargefäße mit folgenden Eigenschaften gezeigt:
Außendurchmesser ca. 2 µm
Wanddicke ca. 0,75 µm
Höhe d. h. Wandhöhe = Länge < 0,1 mm.
Vorteil dieser Strukturen:
exakt definierter Füllvolumen von 0,5 pikoliter/µm Höhe,
mech Stabilität, da Silizium, leitfähig.

Die Fig. 7 zeigt der Stirnansicht einer Gitteranordnung von Makroporen 12 in einem Grundkörper 10, welche nach dem oben beschriebenen Ver­ fahren hergestellt sind, wie in allen hier beschriebenen Beispielen. Die in­ einander übergehende porenfreie Bereiche 30, 32, 34, . . . 56 bilden gerade Wandabschnitte der erwünschten Struktur, d. h. der Struktur die nach dem Ätzverfahren zur Entfernung des makroporösen Materials verbleibt und die Querschnittsform der fertigen Struktur definiert. Das Ätzverfahren zur Entfernung des makroporösem Materials kann nach einem der zwei im Zusammenhang mit dem Beispiel der Fig. 4 beschriebenem Verfahren erfolgen, dies gilt auch für alle hier beschriebenen Beispiele. Die Struktur der Fig. 7 hat wie beim Beispiel 4 und bei den nachfolgenden Beispielen ihre Längserstreckung senkrecht zur Ebene der Zeichnung.

Man merkt, daß die einzelne Wandabschnitte 30 bis 56 nicht alle die glei­ che Dicke aufweisen. Der Bereich 36 ist nämlich dicker ausgeführt als die andere Bereiche. Die Struktur gemäß Fig. 7 kann bspw. als mikromecha­ nischer Stützpfeiler betrachtet werden.

Man merkt außerdem, daß in Fig. 7, wie in den anderen bisherigen Figu­ ren, die Makroporen in Stirnansicht entsprechend einem hexagonalen Gitter angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, daß die Porenwanddicken zumindest im wesentlichen gleich bleibt.

Es ist jedoch nicht zwangsläufig notwendig die Makroporen entsprechend einem hexagonalen Gitter anzuordnen. Die Fig. 8 zeigt als eine mögliche Alternative die Anordnung der Makroporen gemäß einem quadratischem Gitter. Außerdem zeigt die Fig. 8 wie durch gezielte Wahl der porenfreien Bereiche zwei konzentrische Rohre 60 und 62 hergestellt werden kön­ nen, die aus gekrümmten Wandabschnitten gebildet sind. Hier werden auch gerade Wandabschnitte 64 in die Struktur eingebaut um das innere Rohr 62 konzentrisch zum äußeren Rohr 60 zu halten.

Auch hier zeigen die porenfreie Bereiche 60,62 und 64 den Querschnitt der fertigen Struktur nach dem Wegätzen des makroporösen Materials.

Schließlich zeigt die Fig. 9 die Herstellung einer weiteren im Querschnitt unregelmäßige Struktur mit gekrümmten und geraden Wandabschnitten 70 bzw. 72,74 bis 86 mit verschiedenen Wanddicken. Auch hier sind die Makroporen gemäß einem quadratischem Gitter angeordnet.

Es soll auch darauf hingewiesen werden, daß die Makroporen 12 nicht unbedingt einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen müssen, sondern auch andere Querschnitte - vor allem im Bereich zwischen kreisrund und quadratisch aufweisen können.

Zusammenfassend kann gesagt werden, das die Erfindung auf folgendem Lösungsansatz basiert:
Ausnützung der Anisotropie, die durch das elektrochemische Wachsen von geordneten Makroporen in Silizium erzielt werden kann. Durch geziel­ tes Auslassen vorbestimmten Porenreihen (Lithographie) werden "Wände aus Silizium", umgeben von Makroporen, erzeugt (Fig. 1 und 2).

Durch Aufweitung der Poren kann man einen Zustand erreichen, in dem nur noch die "Wände aus Silizium" bleiben (Fig. 3) Der Verlauf der Wände ist lediglich durch Photolithographie definiert. Dies ermöglicht, nahezu beliebige Strukturen aus dünnwandigem Silizium zu realisieren.

Besonders wichtig ist, dass man erfindungsgemäß

• - mit geringem technologischem Aufwand wandartige Strukturen in Si mit hohem Aspektverhältnis realisieren kann,
• - gerade und gekrümmte Platten realisieren kann und
• - dünne Röhren (< 1 Mikrometer Außendurchmesser und wenige 100 nm Wandstärke) mit exakt definiertem Volumen pro Mikrometer Länge bauen kann.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von Strukturen mit relativ kleiner Wand­ dicke und relativ großer Wandhöhe in leitenden Materialien, insbe­ sondere Halbleiter, vorzugsweise Si, wobei man in einem Grundkör­ per in an sich bekannter Weise ein Muster von länglichen Makropo­ ren herstellt mit einer Längserstreckung in Höhenrichtung der je­ weiligen Struktur, Bereiche des Grundkörpers mit der Gestalt der jeweils erwünschten Struktur porenfrei beläßt und anschließend in einem weiteren Ätzprozeß das poröse Material entfernt und hier­ durch die erwünschte Struktur erhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur in n-Typ Si hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der länglichen Makroporen derart gewählt wird, daß die Struktur eine Wandhöhe aufweist, deren Höhenerstreckung ein Mehrfaches und vorzugsweise ein Vielfaches und insbesondere mehr als das Zehnfache der Wanddicke beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sämtliche Querschnitte der Struktur senkrecht zu der Wandhöhenrichtung zumindest im wesentlichen gleich sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wände der Struktur aus mehreren geraden Wandabschnitten, aus mehreren gekrümmten Wandabschnitten oder aus einer Kombination aus geraden und gekrümmten Wandab­ schnitten besteht.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Makroporen mit Querabmessungen im Be­ reich zwischen 0,2 µm und 20 µm hergestellt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wanddicke der Struktur im Bereich von ei­ nem Bruchteil des Porenabstandes bis etwa das Dreifache des Po­ renabstandes hergestellt wird, wobei der Porenabstand als der Mit­ tenabstand der Poren des regelmäßigen Porenmusters zu verstehen ist und vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 1 µm und 60 µm liegt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Makroporen mit Querabmessungen und Po­ renabständen hergestellt werden, die so gewählt werden, daß das Material zwischen zwei benachbarten Poren eine Breite, d. h. eine Porenwanddicke, aufweist, die in etwa gleich groß oder kleiner ist als der Porendurchmesser.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Makroporen im Querschnitt eine Gestalt auf­ weisen, die zumindest im wesentlichen zwischen der Form eines Kreises und der eines Quadrats liegt.

10. Struktur, welche nach einem der vorhergehenden Ansprüche herge­ stellt ist.

11. Struktur, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt, bestehend aus aneinander angeschlossenen Wandab­ schnitten mit geradliniger und/oder gekrümmter Form und mit ei­ ner Wandhöhe, die mindestens das Zehnfache, vorzugsweise minde­ stens das Zwanzigfache der Wanddicke beträgt, wobei alle Quer­ schnitte der Struktur senkrecht zur Wandhöhenrichtung zumindest im wesentlichen die gleiche Form und Abmessungen aufweisen.

12. Struktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus n-Typ Si besteht.