Halbleiterindustrie Per Plasma gereinigte Oberflächen stärken Verbindungseffekte

Redakteur: Peter Königsreuther

Mittels Openair-Plasma können Metalle schnell, effektiv, günstig und selektiv gereinigt werden, um sie für das Wire-Bonden vorzubereiten. Das hat folgende Vorteile...

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Die Plasmaoberflächenreinigung verbessert jetzt in der LED-Herstellung den Drahtbondingprozess.
Die Plasmaoberflächenreinigung verbessert jetzt in der LED-Herstellung den Drahtbondingprozess.
(Bild: Plasmatreat)

Die Reinigung von Metallen wird durch drei Prozesse erreicht, die unterschiedlich wirken und verschiedene Behandlungsziele verfolgen,“ erklärt Nico Coenen, Global Business Development Manager Electronics Market der Plasmatreat GmbH zu den grundsätzlichen Möglichkeiten der Plasmavorbehandlung. Beim sogenannten Neutralisieren wird durch statische Aufladungen gebundener Schmutz und die Ladung entfernt. Das geschieht durch die Ladungsträger, die bei der Openair-Plasmabehandlung auf die Oberfläche treffen. Bei der zweiten Möglichkeit werden die leicht flüchtigen Bestandteile, wie Feuchtigkeit und VOC (volatile organic compounds) durch die thermische Wirkung der Openair-Plasma-Behandlung verdampft und so eliminiert. Der dritte Prozess ist das Oxidieren, das organische Kontaminationen entfernt. Durch die reaktive Wirkung des Openair-Plasmas werden außerdem Kohlenwasserstoffketten aufgespalten und in kleinere, flüchtige Moleküle (bis zu H2O und CO2) abgebaut.

Unsichtbare Oberflächenveränderungen sichtbar machen

Der Nachweis über den Erfolg kann per Rasterkraftmikroskopie erfolgen, wobei die Veränderung der Oberfläche bildlich nachweisbar wird. Dabei handelt es sich um ein spezielles Rastersondenmikroskop, welches in der Oberflächenchemie zur mechanischen Abtastung von Oberflächen und zur Messung atomarer Kräfte auf der Nanometerskala genutzt wird, so Plasmatreat. Auch kann mit der Kontaktwinkelmessung die veränderte Oberflächenspannung zum Beispiel durch einen Wassertropfen gemessen werden. Dabei verändert ein gleichartiger Wassertropfen auf einer plasmabehandelten Fläche seine Benetzungseigenschaften so, dass er stärker zerfließt, also Kontaktwinkel und Höhe verringert werden.

Stabilere Bondingergebnisse mit Plasmavorbehandlung

Besonders Oxidoberflächen, aber auch Verschmutzungen wie Rückstände von Flussmitteln (Flux) oder Klebstoffen, stören den Bonding-Prozess und verhindern zuverlässige Verbindungen. Durch das Openair-Plasma werden sowohl Oberflächenkontaminationen als auch die Oxidschicht entfernt und die saubere Oberfläche der Metalllegierung kommt zum Vorschein. Dies ist etwa in der Halbleiterherstellung von Vorteil, weil dabei besonders saubere Flächen gefordert sind, um auch feinste Drähte zuverlässig bonden zu können. Durch die plasmabehandelte Oberfläche wird das Ganze stabiler und die Verbindung geschieht großflächiger.

Halbleiter-Herstellung genießt oxidbefreite Oberflächen

Ähnliches geschieht bei der Entfernung von Kupferoxiden in der Halbleiter- und LED-Herstellung: Mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie lassen sich die chemische Zusammensetzung von Festkörpern und deren Oberfläche zerstörungsfrei bestimmen. Nach der Behandlung des Kupfers zeigt sich, dass der Oberflächenanteil von Kupfer von 3 auf 38 % angestiegen ist – und zwar bei einer einhergehenden Reduzierung des Kohlenstoffanteils von 43 auf 18 %. „Diese Veränderungen zeigen deutlich, dass das Kupferoxid reduziert und die Kupferoberfläche vergrößert wurde“, so Coenen. Ein vergleichbares Ergebnis zeigt auch die Kontaktwinkelmessung. Somit gehen Bonddrähte in diesem Fall ebenfalls zuverlässige Verbindungen ein.

Spezielle Düse verbessert auch Nickeloberflächen

Außer Aluminium- und Kupfersubstraten können auch Nickeloberflächen nach der Behandlung mit Openair-Plasma ähnlich gute Eigenschaften bieten. Das freue besonders die Batteriehersteller. Weil Nickeloxid wie eine Sperrschicht wirkt, die die Verbindung mit anderen Materialien massiv erschwert, kommt man um die Reinigung der Nickeloberfläche, um sie von Oxiden zu befreien, nicht herum, heißt es. Deshalb hat Plasmatreat für diese Anwendung eine besondere Düse entwickelt, die zu den generellen Anforderungen passt und gleichzeitig den Temperaturanforderungen des Prozessschrittes entspricht, also den Grenzwert von 50 °C nicht überschreitet.

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