Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

1.1 Industrielle Bedeutung und Literaturübersicht 3
Abb. 1.2: Schematische Ansicht der verschiedenen Ebenen von Metallisierungen innerhalb
eines integrierten Schaltkreises (entnommen aus [4].)
Jahre 2020 bei nur 14 nm liegen. Dies stellt enorme Herausforderungen an die Haltbar-
keit der Metallisierungen.
Abb. 1.2 zeigt einen schematischen Schnitt durch die Metallisierungen eines modernen
integrierten Schaltkreises. Die Verbindung zu den logischen Komponenten wird an der
untersten Metallisierungsebene durch Wolframverbindungen (Tungsten contact plug) ge-
schaffen. Hierüber befindet sich die Ebene mit den kleinsten metallischen Verbindungen
mit einer minimalen Strukturbreite von derzeit 90 nm. Über der ersten Metallisierungs-
ebene befinden sich die so genannten Intermediate-Ebenen; die Gesamtlänge dieser un-
tersten Metallisierungen beträgt bis zu 1 km pro Quadratzentimeter Chipfläche. Bereits
bei Ausfall einer Leiterbahn kann die Funktionsfähigkeit des IC’s entscheidend beein-
trächtigt werden. Der Ausfall durch Elektromigration findet im wesentlichen nur auf der
ersten Metallisierungsebene statt. Pro Chip mit mehreren Millionen Verdrahtungen sind
weniger als 100 Verbindungen als elektromigationsgefährdet anzusehen.
Abb. 1.3 zeigt die zu Anschauungszwecken mittels eines Ätzprozesses freigelegten
Kupfermetallisierungen eines IC’s [5]. Hierbei handelt es sich um eine der ersten Metal-
lisierungen aus dem Jahre 1997, bei welchem die elektrischen Verbindungen mit Kupfer