Lehrstuhl für Schaltungsentwurf
Technische Universität München (TUM) - Arcisstr. 21 - 80333 München

DFG-Forschergruppe 395 - Teilprojekt F2

Silbermetallisierung

In Projekt F2 werden Alternativen zu derzeit üblichen Aluminium- und Kupfer-Metallisierungen untersucht. Im Antragszeitraum beschränkt sich die Auswahl auf Silber und Silberlegierungen. Reine Silberschichten benötigen eine Barriereschicht, damit eine Diffusion in benachbarte Strukturen verhindert wird. Diese Kapselung kann durch selbstbildende Barriereschichten relativ leicht realisiert werden. Chemisch gesehen ist Silber deulich reaktionsträger als Kupfer oder Aluminium und hat zudem neben der gröten Wärmeleitfähigkeit auch den geringsten elektrischen Widerstand aller in Frage kommenden Materialien. Durch seine groe atomare Masse hat Silber gute Voraussetzungen für eine hohe Elektromigrationsfestigkeit, Legierungszusätze (z.B. Kupfer oder Aluminium) bieten zudem die Möglichkeit, auch im Hinblick auf Diffusion und Korrosion die Eigenschaften weiter zu verbessern.

Im einzelnen sollen, ausgehend von eigenen Vorarbeiten, Herstellung, Strukturierung und verschiedene Barriereschichttechnologien für Silbermetallisierungen weiterentwickelt werden. Dabei gilt es in ULSI-relevanten Anordnungen die chemischen, physikalischen und elektrischen Eigenschaften wie Leitfähigkeit, Kornstruktur, Diffusion, Migration, Korrosion, Elektromigration und Hochfrequenzverhalten detailliert zu untersuchen.

Silver Interconnects for Future Integrated Circuits


The thinnest pure silver trenches so far with 70 nm line width and an aspect ration
of 2:1 were successfully produced using a damascene process (sputter deposition & CMP):



Results from resistivity measurements:

Resistivity measurements (red dots) are very promising: According to a realistic estimation resistivity can be decreased by 15-25% by annealing (blue triangles). Further improvements can be achieved by process optimization. This will reach and even undercut the resistivity of highly optimized Cu damascene lines (yellow open dots).




R. Emling, G. Schindler, G. Steinlesberger, M. Engelhardt, L. Gao, D. Schmitt-Landsiedel,
"Deposition and CMP of sub 100nm silver damascene lines".
Microelectronic Engineering 82 (2005) 273-276.


Thanks to Infineon Technologies for providing pre-manufactured damascene trenches in SiO2.