Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Glatt gekupfert! Geebneter Weg zur Chipverdrahtung

22.06.2012
Kieler Physiker entdecken anomale Abscheidung von Kupfer

Einer Forschungsgruppe der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) gelang in Kooperation mit Wissenschaftlern der europäischen Synchrotronstrahlungsquelle (ESRF) in Grenoble, Frankreich, eine überraschende Entdeckung zum Wachstumsverhalten von Kupfer – einem wichtigen Bestandteil moderner elektronischer Bauelemente.


Grafische Darstellung des Wachstumsprozesses: Abgeschiedene Kupferatome bewegen sich auf der Oberfläche durch eine Schicht aus Chlorid.
Copyright: CAU, Grafik: J. Golks

Das von Professor Olaf Magnussen, Direktor am Institut für Experimentelle und Abgewandte Physik, geführte Team fand heraus, dass bei Abscheidung aus Lösung kleinste Zusätze von Chloridionen die Struktur der wachsenden Schicht und damit ihre Eigenschaften entscheidend beeinflussen.

Diese Ergebnisse, die gerade in der renommierten Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurden, werden Ingenieurinnen und Ingenieuren in der Halbleiterindustrie bei der Verbesserung von Hightech Beschichtungsprozessen in der Mikrochip-Produktion helfen.

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 selber geschieht in Lösung. Dabei werden Kupferionen über eine angelegte Spannung entladen.
In ihren Experimenten untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit Hilfe der brillanten Röntgenstrahlung der ESRF, 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 Magnussen. „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“, betont Magnussen. Die neuen Ergebnisse könnten dieses Rätsel endlich lösen und helfen, die Herstellungsprozesse für Kupferverdrahtungen in der Halbleiterindustrie zu verbessern.

Die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel hat als Forschungsuniversität im Norden Deutschlands eine ausgewiesene internationale Expertise im Bereich Nanowissenschaften. Dazu gehört auch Forschung mit Synchrotronstrahlung. In einer Reihe von Forschungsverbünden, die durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert werden, entwickeln Kieler Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler neue Methoden und Instrumente. Die ESRF ist eine durch 19 Nationen geförderte europäische Forschungseinrichtung, die brillante Synchrotronstrahlung für innovative Forschung zur Verfügung stellt und nutzt.

Originalveröffentlichung:
F. Golks, J. Stettner, Y. Gründer, K. Krug, J. Zegenhagen, O.M. Magnussen: Anomalous potential dependence in homoepitaxial Cu(001) electrodeposition: an in situ surface x-ray diffraction study. Physcal Review Letters 2012, 108, 256101

Drei Abbildungen stehen zum Download bereit:

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-182-1.jpg
Bildunterschrift: Grafische Darstellung des Wachstumsprozesses: Abgeschiedene Kupferatome bewegen sich auf der Oberfläche durch eine Schicht aus Chlorid.
Copyright: CAU, Grafik: J. Golks

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-182-2.jpg
Bildunterschrift: Einbau der Kupferprobe in das Röntgenexperiment an der europäischen Synchrotronstrahlungsquelle ESRF.
Copyright: CAU, Foto: J. Stettner

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-182-3.jpg
Bildunterschrift: Europäische Synchrotronstrahlungsquelle ESRF in Grenoble, Frankreich
Copyright: ESRF

Kontakt:
Prof. Dr. Olaf Magnussen
Tel. 0431/880-5579
E-Mail: magnussen@physik.uni-kiel.de

Dr. Boris Pawlowski | Uni Kiel
Weitere Informationen:
http://www.uni-kiel.de
http://www.uni-kiel.de/aktuell/pm/2012/2012-182-kupfer.shtml

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Für Körperscanner und Materialprüfung: Neues bildgebendes Verfahren für Terahertz-Strahlung setzt auf Mikrospiegel
06.12.2019 | Technische Universität Kaiserslautern

nachricht Schweizer Weltraumteleskop CHEOPS: Raketenstart voraussichtlich am 17. Dezember 2019
05.12.2019 | Universität Bern

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Das 136 Millionen Atom-Modell: Wissenschaftler simulieren Photosynthese

Die Umwandlung von Sonnenlicht in chemische Energie ist für das Leben unerlässlich. In einer der größten Simulationen eines Biosystems weltweit haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler diesen komplexen Prozess an einem Bestandteil eines Bakteriums nachgeahmt – am Computer, Atom um Atom. Die Arbeit, die jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „Cell“ veröffentlicht wurde, ist ein wichtiger Schritt zum besseren Verständnis der Photosynthese in einigen biologischen Strukturen. An der internationalen Forschungskooperation unter Leitung der University of Illinois war auch ein Team der Jacobs University Bremen beteiligt.

Das Projekt geht zurück auf eine Initiative des inzwischen verstorbenen, deutsch-US-amerikanischen Physikprofessors Klaus Schulten von der University of...

Im Focus: Developing a digital twin

University of Texas and MIT researchers create virtual UAVs that can predict vehicle health, enable autonomous decision-making

In the not too distant future, we can expect to see our skies filled with unmanned aerial vehicles (UAVs) delivering packages, maybe even people, from location...

Im Focus: Freiformflächen bis zu 80 Prozent schneller schlichten: Neue Werkzeuge und Algorithmen für die Fräsbearbeitung

Beim Schlichtfräsen komplexer Freiformflächen können Kreissegment- oder Tonnenfräswerkzeuge jetzt ihre Vorteile gegenüber herkömmlichen Werkzeugen mit Kugelkopf besser ausspielen: Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen entwickelte im Forschungsprojekt »FlexiMILL« gemeinsam mit vier Industriepartnern passende flexible Bearbeitungsstrategien und implementierte diese in eine CAM-Software. Auf diese Weise lassen sich große frei geformte Oberflächen nun bis zu 80 Prozent schneller bearbeiten.

Ziel im Projekt »FlexiMILL« war es, für die Bearbeitung mit Tonnenfräswerkzeugen nicht nur neue, verbesserte Werkzeuggeometrien zu entwickeln, sondern auch...

Im Focus: Bis zu 30 Prozent mehr Kapazität für Lithium-Ionen-Akkus

Durch Untersuchungen struktureller Veränderungen während der Synthese von Kathodenmaterialen für zukünftige Hochenergie-Lithium-Ionen-Akkus haben Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und kooperierender Einrichtungen neue und wesentliche Erkenntnisse über Degradationsmechanismen gewonnen. Diese könnten zur Entwicklung von Akkus mit deutlich erhöhter Kapazität beitragen, die etwa bei Elektrofahrzeugen eine größere Reichweite möglich machen. Über die Ergebnisse berichtet das Team in der Zeitschrift Nature Communications. (DOI 10.1038/s41467-019-13240-z)

Ein Durchbruch der Elektromobilität wird bislang unter anderem durch ungenügende Reichweiten der Fahrzeuge behindert. Helfen könnten Lithium-Ionen-Akkus mit...

Im Focus: Neue Klimadaten dank kompaktem Alexandritlaser

Höhere Atmosphärenschichten werden für Klimaforscher immer interessanter. Bereiche oberhalb von 40 km sind allerdings nur mit Höhenforschungsraketen direkt zugänglich. Ein LIDAR-System (Light Detection and Ranging) mit einem diodengepumpten Alexandritlaser schafft jetzt neue Möglichkeiten. Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Atmosphärenphysik (IAP) und des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT entwickeln ein System, das leicht zu transportieren ist und autark arbeitet. Damit kann in Zukunft ein LIDAR-Netzwerk kontinuierlich und weiträumig Daten aus der Atmosphäre liefern.

Der Klimawandel ist in diesen Tagen ein heißes Thema. Eine wichtige wissenschaftliche Grundlage zum Verständnis der Phänomene sind valide Modelle zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

Intelligente Transportbehälter als Basis für neue Services der Intralogistik

03.12.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

RNA-Modifikation - Umbau unter Druck

06.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Der Versteppung vorbeugen

06.12.2019 | Geowissenschaften

Verstopfung in Abwehrzellen löst Entzündung aus

06.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics