Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

6 1. Einleitung
Abb. 1.4: Schematische Darstellung des Einflusses der Größe von Kupfermetallisierungen
auf den Widerstand. Man erkennt eine deutliche Zunahme mit kleiner werdenden Dimensionen
der Leiterbahnen aufgrund zusätzlicher elektronischer Streueffekte (entnommen aus [13].).
Aluminiumleiterbahnen statt [14].
Der Einfluss von Zulegierungen und der Kornstruktur ist in den letzten Jahrzehn-
ten, vor allem an Aluminium (-Legierungen), sehr intensiv untersucht worden. Doch
aufgrund der weiterhin gestiegenen Anforderungen an die Metallisierungen wurde im
Jahr 1997 (siehe [15], Seite 405 und den darin enthaltenen Referenzen) damit begonnen,
Aluminium durch Kupfer mit höherer Leitfähigkeit zu ersetzen [16].
Die Vorteile von Kupfer als Metallisierung wurden innerhalb von zwei Jahren durch
die fortschreitende Miniaturisierung aufgezehrt [17]. Aufgrund der kleiner werdenden Di-
mensionen kommt es zu einer erhöhten Energiedissipation innerhalb der Leiterbahnen.
Dies ist in Abb. 1.4 dargestellt, wo schematisch die verschiedenen Einflussgrößen auf
den Widerstand in Abhängigkeit der Leiterbahnbreite gezeigt sind. Man erkennt in Ab-
bildung 1.4, dass der Beitrag des Widerstandes der Korngrenzen sowie der Seitenwände
für Leiterbahnen mit einer Breite unter 100 nm erheblich ansteigt. Mit zunehmenden
Widerstand steigt entsprechend die Energiedissipation innerhalb einer Metallisierung.
Aufgrund von Joul’scher Wärme kommt es so zu einer erhöhten Temperatur und damit
verbunden zu einer verstärkten Elektromigration, welche gerade in den nanostruktu-
rierten Leiterbahnen schnell zu einem elektrischen Ausfall führt. Daher gehört auch in
Zukunft die Elektromigration zu den größten Herausforderungen bei der Herstellung
von zuverlässigen Halbleiterbauteilen.
Neben dem Problem der Elektromigration in den Metallisierungen wurde in den letz-