{"id":29746,"date":"2025-05-09T08:00:00","date_gmt":"2025-05-09T06:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/fmd-insight.de\/?p=29746"},"modified":"2025-05-12T09:55:06","modified_gmt":"2025-05-12T07:55:06","slug":"galvanik-verfahren-halbleitertechnik","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/news\/interviews\/galvanik-verfahren-halbleitertechnik\/","title":{"rendered":"Galvanik<\/strong> | \u00dcber Ablauf, Nachhaltigkeitsaspekte und Optimierungsfragen eines zentralen Verfahrens in der Halbleitertechnik"},"content":{"rendered":"\n
©<\/span>Adobe Stock | Vitte Yevhen <\/div><\/div><\/div>\n
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Im Interview: Dr. Andreas Thies vom Leibniz FBH
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Die Galvanik spielt in der Bearbeitung von Wafern eine wichtige Rolle, denn mithilfe dieses Prozesses wird die Oberfl\u00e4che des Wafers z. B. nicht nur gesch\u00fctzt, sondern auch leitf\u00e4hig gemacht. Zum Einsatz kommen dabei verschiedene Metalle, je nachdem, welcher Zweck mit der Galvanisierung verfolgt wird. Um das Verfahren genauer in den Blick zu nehmen, haben wir mit Dr. Andreas Thies, Leiter der Arbeitsgruppe \u00bbBackend\u00ab am Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut f\u00fcr H\u00f6chstfrequenztechnik (Leibniz FBH<\/a>) gesprochen. Im Interview erkl\u00e4rt der Experte, worauf bei der Galvanisierung besonders geachtet werden muss, welche Rolle das Thema Nachhaltigkeit spielt und was den Halbleiterherstellungsprozess aus seiner Sicht so einzigartig macht.
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Herr Thies, die Galvanik ist ein wichtiger Prozessschritt in der Halbleiterherstellung. Was ist darunter genau zu verstehen?<\/p>\n<\/div>

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Die Galvanik wird in der Halbleiterindustrie seit vielen Jahrzehnten eingesetzt und ist ein Verfahren zur Oberfl\u00e4chenbehandlung, bei dem Metalle oder Legierungen auf ein Substrat abgeschieden werden. Es handelt sich um einen elektrochemischen Abscheidungsprozess, d. h. der Wafer wird in eine Elektrolytl\u00f6sung getaucht und mittels elektrischen Stroms werden gel\u00f6ste Metallkationen so reduziert, dass sich eine d\u00fcnne, zusammenh\u00e4ngende Metallbeschichtung auf dem Wafer bildet.<\/p>\n

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Also zusammengefasst, w\u00e4hrend die Implantation die Eigenschaften des Materials im Inneren des Wafers ver\u00e4ndert und das Kristallgitter beeinflusst, wird durch die Galvanisierung eine leitf\u00e4hige Metallschicht auf der Oberfl\u00e4che erzeugt. In der Halbleitertechnik werden auf diese Weise Kontakte und Leiterbahnen auf den Wafer aufgebracht. Dabei k\u00f6nnen unterschiedliche Metalle bzw. Legierungen verwendet werden.<\/p>\n

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Zu Beginn meiner Karriere als Elektrochemiker hatte IBM beispielsweise einen Prozess entwickelt, bei dem f\u00fcr die Siliziumtechnologie Leiterbahnen aus Kupfer abgeschieden wurden. Zur damaligen Zeit war das eigentlich ein No-Go, denn Kupfer ist ein Material, das den Halbleiter stark verunreinigt und seine Funktionsweise einschr\u00e4nken k\u00f6nnte. Es war damals auch unklar, wie die darunterliegenden Halbleiterschichten vor dem Eindringen von Kupfer gesch\u00fctzt werden k\u00f6nnen; geeignete Prozesse zu entwickeln war Teil der Herausforderung. Der Vorteil von Kupfer wiederum ist, dass es den Strom sehr gut leitet und relativ dicke Schichten abgeschieden werden k\u00f6nnen. Diese halten gut und verursachen keine mechanischen Spannungen, die zu Abplatzungen f\u00fchren k\u00f6nnten.<\/p>\n<\/div>

Was hei\u00dft dick<\/em> in diesem Kontext?<\/p>\n<\/div>

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Der Durchmesser eines menschlichen Haares betr\u00e4gt zwischen 50 und 80 \u00b5m. Das gilt in der Halbleiterindustrie als ultradicke Schicht. Zum Vergleich: Unsere Dickschicht-Technologie erreicht Schichtdicken von maximal 10 \u00b5m. F\u00fcr diese Dicke gibt es aber nur noch wenig Anwendungsf\u00e4lle. Mittlerweile k\u00f6nnen wir schnell, sehr homogen und in exzellenter Qualit\u00e4t Schichten bis zu 5 oder 6 \u00b5m abscheiden. In der Regel sind diese f\u00fcr uns ausreichend und k\u00f6nnen genug Strom transportieren, dass unsere Hochleistungsbauelemente optimal funktionieren. F\u00fcr unsere LEDs gen\u00fcgen jedoch deutlich d\u00fcnnere Schichten.<\/p>\n<\/div>

Welches Metall nutzen Sie f\u00fcr Ihre galvanischen Prozesse und warum?<\/p>\n<\/div>

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In der Regel gilt Kupfer auch heute noch als das \u00bbBrot-und-Butter-Metall\u00ab und wird h\u00e4ufig in der Galvanisierung verwendet. Aber wir scheiden hier am Leibniz FBH<\/a> meist Gold ab, das sich f\u00fcr unsere Anwendungen noch viel besser eignet. Das hat einen einfachen Grund: Kupfer l\u00e4uft nach einer gewissen Zeit an bzw. oxidiert. Dieses Ph\u00e4nomen k\u00f6nnen Sie beispielsweise an Kirchend\u00e4chern beobachten, an denen diese gr\u00fcn-schwarze Verf\u00e4rbung auftritt \u2013 das sind Hydroxyde und Oxyde. F\u00fcr unsere Zwecke w\u00e4re das nicht gut, denn dann w\u00fcrde die Leiterbahn nicht mehr richtig leiten. Deswegen nutzen wir Gold zur Galvanisierung, das nicht oxidiert und immer gut leitet.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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©<\/span>FBH | Matthias Baumbach<\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n

Unter bestimmten Bedingungen kann Gold jedoch in andere Schichten diffundieren oder durch hohe Temperaturen und chemische Prozesse in der weiteren Bearbeitung beeintr\u00e4chtigt werden. Um dies zu verhindern, muss manchmal eine Schicht abgeschieden werden, die das Gold f\u00fcr bestimmte Prozessschritte sch\u00fctzt. Daher nutzen wir auch Nickel zur galvanischen Abscheidung, das als Barriere dient, die das Gold sch\u00fctzt und verhindert, dass an unerw\u00fcnschten Stellen Diffusion eintritt. F\u00fcr den Fall, dass Komponenten sp\u00e4ter gel\u00f6tet werden sollen, nutzen wir au\u00dferdem noch Zinn. Das sind die drei Metalle, die am FBH im Moment auf einer professionellen Anlage, die hochvolumentauglich ist, abgeschieden werden k\u00f6nnen.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

Wie viele Wafer k\u00f6nnen gleichzeitig galvanisiert werden?<\/p>\n<\/div>

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Im Gegensatz zu anderen Techniken, bei denen zwanzig Wafer eingebaut und gleichzeitig im Vakuum bearbeitet werden k\u00f6nnen, widmen wir uns beim Galvanisieren immer nur einem Wafer. Das h\u00e4ngt damit zusammen, dass bei gleichzeitiger Bearbeitung einer gr\u00f6\u00dferen Anzahl die Schichtdickenverteilung \u00fcber diese Wafer nicht besonders gut w\u00e4re. Wollte man mehrere Wafer beschichten, br\u00e4uchte man ein riesiges Bad.<\/p>\n<\/div>

Galvanisiert wird \u2013 wie eben von Ihnen erw\u00e4hnt \u2013 in einem Galvanikbad. Lassen Sie uns einen kurzen Blick auf das Thema Nachhaltigkeit werfen. Was passiert mit dem Wasser nach dem Prozess?<\/p>\n<\/div>

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Das Goldbad kann ungef\u00e4hr ein Jahr lang benutzt werden, bevor es abgepumpt und recycelt wird. Das Volumen unseres Bades betr\u00e4gt circa zwanzig Liter; und auf einen Liter kommen ungef\u00e4hr zw\u00f6lf Gramm Gold. Das hei\u00dft, in so einem Reaktor sind rund 250 Gramm Gold enthalten \u2013 dementsprechend sorgf\u00e4ltig wird mit diesem Goldbad umgegangen.<\/p>\n

Nachdem der Wafer aus dem Bad herausgeholt wurde, l\u00e4sst man ihn schnell rotieren, um m\u00f6glichst alle Elektrolytreste zu entfernen. Zur\u00fcck bleibt dann eine Menge an Fl\u00fcssigkeit, die f\u00fcnf oder sechs Wassertropfen entspricht. Im letzten Schritt wird der sich drehende Wafer von unten mit Wasser angespr\u00fcht, um diese kleine Menge zu entfernen. Dieses Wasser mit den allerletzten Elektrolytresten geht separat in die Abwasseraufbereitung, damit es entweder wiederverwendet oder gereinigt ins Abwasser gegeben werden kann.<\/p>\n

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Generell muss man nat\u00fcrlich sagen, dass in der Halbleiterindustrie sehr viel Wasser ben\u00f6tigt wird \u2013 die Galvanik geh\u00f6rt allerdings nicht zu den Prozessschritten, die das meiste Wasser verbrauchen.<\/p>\n<\/div>

Wie geht es weiter, nachdem die Galvanisierung abgeschlossen ist?<\/p>\n<\/div>

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Wichtig ist die Qualit\u00e4tskontrolle. Es gibt zum Beispiel Bereiche auf dem Wafer, die vor der Galvanisierung gesch\u00fctzt werden. Wenn die Galvanisierung abgeschlossen ist, wird gepr\u00fcft, ob der H\u00f6henunterschied zwischen der galvanischen Schicht und dem vorher aufgetragenen Fotolack wie gew\u00fcnscht ausf\u00e4llt. Ganz genau l\u00e4sst sich das leider nicht bestimmen, denn der Lack quillt ein wenig, wenn er im Bad ist und kann seine Dicke um Bruchteile im Prozentbereich \u00e4ndern. Wenn das gepr\u00fcft wurde, wird der Wafer abgelackt, d. h. der Fotolack wird entfernt.<\/p>\n

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Au\u00dferdem wird nach der Galvanisierung die sogenannte Plating Base abge\u00e4tzt. Es ist so: Galvanik funktioniert mit Strom, also muss der Wafer von Anfang an leiten. Daher wird zu Beginn des Prozesses eine d\u00fcnne leitf\u00e4hige Schicht abgeschieden, die sogenannte Plating Base, auch Startschicht oder Metallisierungsstartschicht genannt. Die schlie\u00dft den ganzen Wafer kurz. Diese d\u00fcnne Schicht muss am Ende nat\u00fcrlich wieder wegge\u00e4tzt werden. Wenn das erledigt ist und der Wafer inspiziert wurde, geht er in die elektrische Messtechnik, um das Ergebnis zu best\u00e4tigen. Dann kann das Produkt in den n\u00e4chsten Bearbeitungsschritt gegeben werden. Dazu wird beispielsweise eine weitere, elektrisch nichtleitende Schicht aufgetragen, zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder auch BCB (Benzocyclobutene), die die Metallisierung sch\u00fctzt und Kurzschl\u00fcsse verhindert.<\/p>\n<\/div>

Gibt es Ihrer Meinung nach bei diesem gesamten Prozess noch Optimierungsm\u00f6glichkeiten?<\/p>\n<\/div>

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Das kommt auf die Perspektive an. Die meisten Leute in der Industrie w\u00fcrden sich fragen, wie der Prozess weiter beschleunigt werden kann. Optimierung w\u00fcrde nach diesem Verst\u00e4ndnis bedeuten: Wie kann der Durchsatz erh\u00f6ht werden. Der Durchsatz hat f\u00fcr uns am Institut aber nicht die gr\u00f6\u00dfte Priorit\u00e4t. Wir kommen immer innerhalb von wenigen Stunden auf ein ausreichendes Ergebnis, weil unsere Anlagen schnell genug sind und wir Wafer nicht in industriellen Gr\u00f6\u00dfenordnungen bearbeiten. Wir optimieren daher eher die Schichtdickenverteilung oder die Gesamtintegration und fragen uns beispielsweise: Wie kann der gesamte Prozess weiterentwickelt werden, damit das Gesamtergebnis noch besser wird?<\/p>\n<\/div>

Was macht den Halbleiterherstellungsprozess aus Ihrer Sicht besonders und grenzt ihn von anderen Prozessen ab?<\/p>\n<\/div>

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Der gesamte Halbleiterprozess ist Teamarbeit, denn wenn in einem dieser 800 oder mehr Arbeitsschritten in der Chipherstellung etwas falsch l\u00e4uft, ist die Ausbeute gleich null. Damit ist ein Erfolg immer ein Erfolg aller Beteiligten. Wenn etwas schief geht, kann das andererseits immer auf einen Bearbeitungsschritt oder das Zusammenspiel von Bearbeitungsschritten zur\u00fcckgespiegelt werden. Das liefert wichtige Erkenntnisse, denn so l\u00e4sst sich nachvollziehen, an welcher Stelle es im Prozess hakt. Denn manchmal hat man ein Produkt oder Ergebnis, aber es funktioniert nicht optimal Diese Ursachenforschung zu betreiben ist auch Teil des Spa\u00dfes, zumindest f\u00fcr mich. Nat\u00fcrlich freue ich mich noch mehr, wenn etwas auf Anhieb funktioniert.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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Ausblick:<\/strong> Wir haben mit Andreas Thies au\u00dferdem \u00fcber die Ionenimplantation am FBH gesprochen, einen weiteren wichtigen Prozess in der Halbleitertechnik. Mehr dazu lesen Sie hier<\/a>.<\/p>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n <\/div>\n\n\n

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©<\/span>FBH | Matthias Baumbach<\/div><\/div>\n <\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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