Abgekupfert
Anomale Abscheidung von Kupfer verbessert Hightech-Beschichtungsprozesse in der Mikrochip-Produktion.
Kupfer ist aufgrund seiner überlegenen elektrischen Eigenschaften das Material der Wahl, wenn es um die elektrische Verdrahtung in moderner Unterhaltungselektronik wie Handys oder Laptops geht. Die technische Herstellung der Kupferschichten auf Leiterplatten wie auch der ultrakleinen Verbindungen auf den Mikrochips selbst geschieht in Lösung. Dabei werden Kupferionen über eine angelegte Spannung entladen.
Abb.: Einbau der Kupferprobe in das Röntgenexperiment an der europäischen Synchrotronstrahlungsquelle ESRF (Bild: CAU, J. Stettner)
In ihren Experimenten untersuchten Physiker der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) an der europäischen Synchrotronstrahlungsquelle ESRF in Grenoble, wie sich die Atome bei dieser elektrochemischen Abscheidung im Detail an die wachsende Oberfläche anlagern. Dabei beobachteten sie, dass die Kupferschichten mit steigender Spannung glatter aufwuchsen. „Dies war tatsächlich eine große Überraschung“, erklärt Olaf Magnussen, Direktor am Institut für Experimentelle und Abgewandte Physik der CAU. „Andere Metalle, wie zum Beispiel Gold, wachsen zu höheren Spannungen hin rauer auf und dies wird auch durch die derzeit vorherrschende Theorie so vorhergesagt.“
Letztendlich konnten die Forscher das anomale Verhalten von Kupfer mit der atomaren Anordnung in einer Schicht aus Chloridionen erklären, die sich auf der Oberfläche befindet. Abgeschiedene Kupferatome müssen sich auf der Oberfläche einen Weg durch diese Schicht bahnen und werden bei höheren Spannungen, bei denen das Chlorid schwächer gebunden ist, deutlich beweglicher.
Abb.: Beim Wachstumsprozess bewegen sich abgeschiedene Kupferatome auf der Oberfläche durch eine Schicht aus Chlorid. (Bild: CAU, J. Golks)
Da der störungsfreie Betrieb von Mikrochips von qualitativ hochwertigen elektrischen Verbindungen abhängt, wird intensiv untersucht, wie das Wachstum besser kontrolliert und die Eigenschaften des abgeschiedenen Kupfers optimiert werden können. „Die Leute in der Industrie wissen seit langem, dass man etwas Chlorid in der Lösung haben muss, um gute Filme zu erhalten, aber niemand weiß wirklich, warum“, betont Magnussen. Die neuen Ergebnisse könnten dieses Rätsel endlich lösen und helfen, die Herstellungsprozesse für Kupferverdrahtungen in der Halbleiterindustrie zu verbessern.
CAU / OD
