Für bessere Kontakte Spezielles Plasma reinigt Kupfer- und Silberoberflächen

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Ein bei Innovent e.V. untersuchtes Atmosphärendruck-Plasmaverfahren reduziert nachweislich oxidische und sulfidische Schichtanteile auf Kupfer- und Silberoberflächen ...

Kupfer und Silber werden bekanntlich aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit in zahlreichen elektronischen Anwendungen eingesetzt. Störend für die Be- und -verarbeitung wirken aber oxidische oder sulfidische Schichten, die sich an der Luft bilden, weil sie etwa die elektrische Leitfähigkeit und die Lötbarkeit beeinträchtigen. Leider ist die Beseitigung der störenden Schichten mit üblichen Methoden eher aufwendig. Denn nasschemische Prozesse erfordern außerdem den Einsatz starker Chemikalien und thermische Reduktionsverfahren arbeiten unter erhöhten Temperaturen und damit bei energieintensiven Bedingungen. Was sogenannte Niederdruckplasmen angeht, so setzen diese eine Vakuuminfrastruktur voraus. Vor diesem Hintergrund haben Forscher von Innovent Technologieentwicklung in Jena untersucht, inwieweit sich solche Oberflächenschichten mithilfe eines unter Atmosphärendruck arbeitenden Plasmas gezielt reduzieren lassen.

Atmosphärendruckplasma mit Formiergas unter der Lupe

Im Mittelpunkt der Untersuchungen stand, wie man aus Jena weiter erfahren darf, ein Atmosphärendruck-Plasmajet vom Typ Tigres CAT600, der mit Formiergas aus 95 Prozent Stickstoff und fünf Prozent Wasserstoff betrieben wird. Untersucht wurde, ob er sich für die Reduktion von oxidierten Kupferschichten sowie von Silbersulfidbelägen auf Silberschichten eignet. Dazu wurden definierte Metallschichten auf Glas, Silizium-Wafern und plasmachemisch oxidierten (PCO) Aluminiumsubstraten hergestellt, um diese anschließend gezielt zu oxidieren beziehungsweise zu sulfidieren. Die Kupferoxidschichten wurden dazu durch thermische Behandlung in Luft erzeugt, die Silbersulfidschichten wiederum durch kontrollierte Exposition mit in situ gebildetem Schwefelwasserstoff. Die Ergebnisse zeigen, dass sich sowohl Kupferoxid- als auch Silbersulfidschichten mithilfe des Atmosphärendruckplasmas wirksam reduzieren lassen.

Drastische Abnahme von Oxid- und Sulfidschichten bestätigt

Sogenannte ellipsometrische Messungen an den Kupferproben belegen exemplarisch, dass sich die Dicke der oxidischen Deckschicht so von rund 95 auf etwa sechs Nanometer verringern lässt. Gleichzeitig näherte sich der elektrische Flächenwiderstand wieder dem Ausgangsniveau der metallischen Kupferschicht an, wie man betont. Auf der mit Plasma abgerasterten Fläche wurde die dunkle Oxidschicht also entfernt, sodass wieder eine metallisch glänzende, rosa Kupferoberfläche zum Vorschein kam. Ein vergleichbares Verhalten zeigte sich auch bei den Silberproben. Denn die zuvor erzeugten Silbersulfidschichten mit Dicken von bis zu rund 70 Nanometern ließen sich durch die Plasmabehandlung deutlich abbauen. Sie verringerten sich dabei auf sieben Nanometer, heißt es. Die XPS-Analysen bestätigten darüber hinaus die chemische Veränderung der Oberfläche. Nach der Behandlung nahm der Schwefelanteil deutlich ab, während der Silberanteil zunahm. Die Wiederherstellung einer funktionalen Silberoberfläche konnte damit sowohl optisch als auch analytisch nachgewiesen werden.

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