Twentenaren maken fotonische gatenkaas

Onderzoekers van het Twentse Mesa+-instituut voor nanotechnologie hebben een wereldrecord gaatjes boren in silicium gezet. Zij bereikten met een CMos-compatibel proces een diepte van tien micrometer, bij een diameter van ongeveer vierhonderd nanometer. Een dergelijke aspect ratio was bij die diameter nog nooit vertoond. Door de gaatjes bovendien in een regelmatig patroon op een silicium oppervlak aan te brengen, verkregen de Twentenaren een tweedimensionaal fotonisch kristal. Met een tweede gaatjespatroon, dat het eerste doorkruist, wisten ze ten slotte zelfs een 3D diamantstructuur te maken. Het Fom-instituut Amolf en ASML werkten mee aan het onderzoek.

Het eerste gaatjespatroon brachten de UT-onderzoekers van de vakgroep Complex Photonic Systems aan met behulp van het Bosch-proces. Daarin wisselen een etsstap en een beschermingsstap elkaar in rap tempo af. De etsstap ’vreet‘ in het silicium, de beschermingsstap bekleedt de vrijgekomen wanden met een laagje polymeer, zodat het plasma de wafer alleen verder naar beneden kan etsen. Bijzonder is dat ze het patroon voor de gaatjes met standaard diep-UV-lithografie aanbrachten. Dit gebeurde dan ook bij projectpartner ASML.

’Onze gaatjes zijn mooi cilindrisch en de wanden dus nagenoeg keurig loodrecht. Dat hebben we voor elkaar gekregen door het Bosch-proces te optimaliseren. Met name de hoeveelheid etsgas, de lengte van de beschermcyclus en het vermogen waarmee plasma-ionen op de wafer worden geschoten, bleken belangrijk‘, vertelt Léon Woldering, die begin september bij hoogleraar Willem Vos en Willem Tjerkstra op het werk promoveerde. Hij blijft nog even bij de groep Vos en werkt nu als postdoc verder aan dit onderwerp.