Elektronik: Kupfer tut zum Glück nicht, was es sollte

Beim Wachstumsverhalten von Kupfer wurde eine überraschende Entdeckung gemacht, die in der Halbleiterindustrie bei der Verbesserung von Hightech Beschichtungsprozessen in der Mikrochip-Produktion helfen kann. Das geht aus einem Beitrag in der renommierten Zeitschrift Physical Review 'Letters' hervor. Kupfer ist aufgrund seiner überlegenen elektrischen Eigenschaften das Material der Wahl, wenn es um die elektrische Verdrahtung in moderner Unterhaltungselektronik wie Handys oder Notebooks geht. Die technische Herstellung der Kupferschichten auf Leiterplatten wie auch der ultrakleinen Verbindungen auf den Mikrochips geschieht in einer Lösung. Dabei werden Kupferionen über eine angelegte Spannung entladen.

In ihren Experimenten untersuchten die Wissenschaftler mit Hilfe von Röntgenstrahlung, 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", erklärte Olaf Magnussen, Direktor am Institut für Experimentelle und Abgewandte Physik, von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (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.

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", erläuterte Magnussen. Die neuen Ergebnisse könnten dieses Rätsel endlich lösen und helfen, die Herstellungsprozesse für Kupferverdrahtungen in der Halbleiterindustrie zu verbessern.