In der Halbleitertechnik, wie auch in der chemischen Sensorik werden Metallstrukturen mit geringen Strukturbreiten auf Substratoberflächen mit sehr niedriger mittlerer Rauhtiefe (wie Glas bzw. polierten Siliziumeinkristallen) benötigt. Die für diesen Zweck industriell angewandten Verfahren sind solche, die mit einer Abscheidung aus der Gasphase arbeiten (PVD, CVD). In der vorgelegten Arbeit werden zwei Varianten zur Sensibilisierung von Silikatglasoberflächen mit Zinkoxid für das electroless plating von Nickel-Phosphor-Schichten beschrieben. Die Strukturierung erfolgte mit einem photolithographischen Prozess. Die so sensibilisierten Glasoberflächen wurden in einer sauren Palladiumchloridlösung aktiviert und in einer alkalischen Lösung mit Nickel-Phosphor metallisiert. Nach dem elektrolytischen Abscheiden einer Gold- bzw. Silberschicht sind elektrochemische Untersuchungen zur (Langzeit-)Stabilität der Schichtsysteme durchgeführt worden, in deren Verlauf der Nachweis der Eignung für den Einsatz als Elektroden in elektrochemischen Sensoren erbracht worden ist.

In this paper, a study of tungsten metallization in advanced BEOL interconnects is presented. A mature 10 nm process is used for comparison between the tungsten and conventional copper metallization. Wafers were processed together till M1 dual-damascene etch then separated for different metallization. Tungsten metal line of 24 nm width is showing a 1.6X wire resistance comparing to the copper metal line. Comparable opens/shorts yield were obtained on a 0.8 M comb serpentine, Kelvin-via and 4K via chains. Similar physical profile were also achieved. This study has demonstrated the feasibility of replacing the copper by tungsten at BEOL using the conventional tungsten metallization tools and processes. This could be a cost- effective solution for the low-power products.

The exceptional self-assembly properties of DNA as well as its ability to interact with different kinds of chemical compounds and biological structures make this biomolecule to an interesting object for the fabrication of artificial nanostructures. In this work several methods for a DNA-based self-assembly of electronic nanocircuitry are explored. For this, four basic steps, which turned out to be essential within a circuit assembly process, are addressed: (i) The formation of multi-branched DNA junctions by a simple building-block procedure. (ii) The site-specific attachment of nanoobjects (gold colloids) at the center of DNA junctions. (iii) The integration of DNA into microstructured gold electrode arrays, in particular the stretching of single DNA molecules between two electrodes. For this a simple, but reliable methods for the functionalization of gold electrodes by using aminoethanethiol was developed, which enables end-specific attachment of the DNA but does not require DNA modification. (iv) The metallization of DNA. A synthesis procedure was developed, which results in the formation of continuous chains of 5nm platinum clusters along the DNA. The metal deposition process turned out to take place exclusively at the DNA while background metallization is completely suppressed.

Mit dünnen Schichten, die mittels der PVD-Dünnschichttechnik auf Textilien aufgebracht werden, wird eine neue Möglichkeit zur Veredlung von Textilien eröffnet. Die Plasmabehandlung bewirkt eine Veränderung der Substratoberfläche in zwei Richtungen. Einerseits werden die Oberflächenspannung und die Adhäsion beeinflusst und andererseits kommt es zum Aufrauhen der Oberfläche. Die Zunahme der Oberflächenrauheit, hat drei Auswirkungen. Erstens bietet die größere Fläche mehrere molekulare Aufstellungsorte für die Wechselwirkung zwischen dem Adhärens und dem Adhäsiv an. Zweitens wird das mechanische Ineinandergreifen (Interlocking) zwischen dem Adhäsiv und Adhärens stärker und drittens kommt es zum Entfernen der schwachen Grenzschichten auf der Proben-Oberfläche. Die Vorbehandlung mittels Fluorierung führt ebenso wie die Niederdruckplasmabehandlung mit Sauerstoff bei Gewebe aus synthetische Fasern grundsätzlich zu einer Verbesserung der Festigkeit im Verbund. Beide Vorbehandlungsmethoden stellen alternative, notwendige Verfahren zur Haftungsverbesserung dar. Im Allgemeinen haften die Schichten bei besputterten Proben gegenüber bedampften Proben besser. Eine wesentlich geringere Haftung weisen die Schichten auf den unbehandelten Substraten auf. Neben Untersuchungen zur Haftbeständigkeit der Schichten erfolgen Untersuchungen zur Leitfähigkeit und zur elektromagnetischen Schirmdämpfung der Substrate. Die Oberflächenwiderstände werden sowohl von der Konstruktion der textilen Fläche als auch von den Beschichtungszeiten beeinflusst. Erwartungsgemäß führen längere Beschichtungszeiten zu sinkenden Oberflächenwiderständen.

Tantalum and tantalum nitride thin films are routinely applied as diffusion barriers in state-of-the-art metallization systems of microelectronic devices. In this work, such films were prepared by reactive magnetron sputtering on silicon and oxidized silicon substrates and studied by spectroscopic ellipsometry in the spectral range from 190 nm to 2.55 μm. The complex refractive index for thick films (75 to 380 nm) was modeled using a Lorentz-Drude approach. These models were applied to film stacks of 20 nm TaN / 20 nm Ta on unoxidized and thermally oxidized Si. With free oscillator parameters, accurate values of the film thicknesses were obtained according to cross-sectional scanning electron microscope (SEM) measurements. At the same time, a strong variation of the optical properties with film thickness and substrate was observed.

Mit dünnen Schichten, die mittels der PVD-Dünnschichttechnik auf Textilien aufgebracht werden, wird eine neue Möglichkeit zur Veredlung von Textilien eröffnet. Die Plasmabehandlung bewirkt eine Veränderung der Substratoberfläche in zwei Richtungen. Einerseits werden die Oberflächenspannung und die Adhäsion beeinflusst und andererseits kommt es zum Aufrauhen der Oberfläche. Die Zunahme der Oberflächenrauheit, hat drei Auswirkungen. Erstens bietet die größere Fläche mehrere molekulare Aufstellungsorte für die Wechselwirkung zwischen dem Adhärens und dem Adhäsiv an. Zweitens wird das mechanische Ineinandergreifen (Interlocking) zwischen dem Adhäsiv und Adhärens stärker und drittens kommt es zum Entfernen der schwachen Grenzschichten auf der Proben-Oberfläche. Die Vorbehandlung mittels Fluorierung führt ebenso wie die Niederdruckplasmabehandlung mit Sauerstoff bei Gewebe aus synthetische Fasern grundsätzlich zu einer Verbesserung der Festigkeit im Verbund. Beide Vorbehandlungsmethoden stellen alternative, notwendige Verfahren zur Haftungsverbesserung dar. Im Allgemeinen haften die Schichten bei besputterten Proben gegenüber bedampften Proben besser. Eine wesentlich geringere Haftung weisen die Schichten auf den unbehandelten Substraten auf. Neben Untersuchungen zur Haftbeständigkeit der Schichten erfolgen Untersuchungen zur Leitfähigkeit und zur elektromagnetischen Schirmdämpfung der Substrate. Die Oberflächenwiderstände werden sowohl von der Konstruktion der textilen Fläche als auch von den Beschichtungszeiten beeinflusst. Erwartungsgemäß führen längere Beschichtungszeiten zu sinkenden Oberflächenwiderständen.

The exceptional self-assembly properties of DNA as well as its ability to interact with different kinds of chemical compounds and biological structures make this biomolecule to an interesting object for the fabrication of artificial nanostructures. In this work several methods for a DNA-based self-assembly of electronic nanocircuitry are explored. For this, four basic steps, which turned out to be essential within a circuit assembly process, are addressed: (i) The formation of multi-branched DNA junctions by a simple building-block procedure. (ii) The site-specific attachment of nanoobjects (gold colloids) at the center of DNA junctions. (iii) The integration of DNA into microstructured gold electrode arrays, in particular the stretching of single DNA molecules between two electrodes. For this a simple, but reliable methods for the functionalization of gold electrodes by using aminoethanethiol was developed, which enables end-specific attachment of the DNA but does not require DNA modification. (iv) The metallization of DNA. A synthesis procedure was developed, which results in the formation of continuous chains of 5nm platinum clusters along the DNA. The metal deposition process turned out to take place exclusively at the DNA while background metallization is completely suppressed.

Since its inception as the Tungsten Workshop in 1984, AMC has served as the leading conference for the interconnect and contact metallization communities, and has remained at the leading edge of the development of tungsten, aluminum, and copper/low-K interconnects. As the semiconductor industry evolves, exciting new challenges in metallization are emerging, particularly in the areas of contacts to advanced devices, local interconnect solutions for highly-scaled devices, advanced memory device metallization, and 3D/packaging technology. While the conference content has evolved, the unique workshop environment of AMC fosters open discussion to create opportunities for cross-pollination between academia and industry. Submissions are covering materials, process, integration and reliability challenges spanning a wide range of topics in metallization for interconnect/contact applications, especially in the areas of: - Contacts to advanced devices (FinFET, Nanowire, III/V, and 2D materials) - Highly-scaled local and global interconnects - Beyond Cu interconnect - Novel metallization schemes and advanced dielectrics - Interconnect and device reliability - Advanced memory (NAND/DRAM, 3D NAND, STT and RRAM) - 3D and packaging (monolithic 3D, TSV, EMI) - Novel and emerging interconnects Executive Committee: Sang Hoon Ahn (Samsung Electronics Co., Ltd.) Paul R. Besser (Lam Research) Robert S. Blewer (Blewer Scientific Consultants, LLC) Daniel Edelstein (IBM) John Ekerdt (The University of Texas at Austin) Greg Herdt (Micron) Chris Hobbs (Sematech) Francesca Iacopi (Griffith University) Chia-Hong Jan (Intel Corporation) Rajiv Joshi (IBM) Heinrich Koerner (Infineon Technologies) Mehul Naik (Applied Materials Inc.) Fabrice Nemouchi (CEA LETI MINATEC) Takayuki Ohba (Tokyo Institute of Technology) Noel Russell (TEL Technology Center, America) Stefan E. Schulz (Chemnitz University of Technology) Yosi Shacham-Diamand (Tel-Aviv University) Roey Shaviv (Applied Materials Inc.) Zsolt Tokei (IMEC)

The increasing clock speed and the further reduction of the feature size in integrated circuits lead to increasing demands on the interconnecting material. Thus an increasing need for a metallization with low electrical resistance and high electromigration endurance exist. Copper can be count as a material with these properties. Since 1998 Copper interconnections are commercially manufactured for integrated circuits. Electromigration is the most lifetime limiting factor in modern integrated circuits. The main the electromigration behavior influencing parameter and especially the influence of the microstructure is unknown. In this work the influence of the grain boundaries and their properties on the electromigration is examined at sputtered (PVD) and electroplated (ECD) Copper interconnects. For this investigation microstructure mappings produced by electron backscatter diffraction (EBSD) are correlated to in-situ electromigration experiments inside the SEM to research the electromigration behavior and the diffusion paths. Microstructure analysis shows big a difference between the two investigated types of interconnects. In both a strong <111> fibre texture is observed, but the PVD Copper shows a stronger texture than the electroplated one. The texture index of the PVD interconnects is 15,9 whereas the ECD lines show an index of 3,9. The frequency densities of the grain boundary misorientation, which is important for the electromigration behavior, are very different for both films. The ECD lines show a fraction of 55% Sigma 3 twin boundaries and 40% high angle grain boundaries. In contrast the PVD interconnects show a fraction of 5% Sigma 3 twin boundaries, 75% high angle grain boundaries and 20% small angle grain boundaries. This shows that a reduction of the high angle grain boundaries is not related to a strong <111> fibre texture. With in-situ experiments correlated to microstructure analysis it is shown, that voiding at high angle grain boundaries occur in the down wind of blocking grains or sites where only Sigma 3 twin boundaries are present. Hillocks were formed at high angle grain boundaries in the upwind of blocking grains or sites where only small angle grain boundaries or Sigma 3 twin boundaries are found. By a statistical evaluation of the in-situ experiments it is shown that more than 50% of the observed electromigration damages could be ascribed clearly to a grain boundary related local mass flux divergence. At strings of high angle grain boundaries voiding at the cathode side and hillock growth at the anode side is shown. The distance between these voids and hillocks is always higher than the Blech length. As the current density increases the distance between these voids and hillocks decreases according to Blech´s law, whereby it´s valid for local divergence is shown. FIB cuts show, that hillocks on PVD lines grow non-epitaxial in contrast to hillocks on ECD lines, which show epitaxial growth. These differences of hillock´s growth may suggest different underlying growth mechanisms. Reliability testing performed on PVD Copper interconnects lead to an activation energy for electromigration of 0,77eV ± 0,07eV. The confidence interval includes reported values for surface and also grain boundary diffusion. This indicates that the electromigration in these experiments is mainly influenced by surface and grain boundary diffusion. In this work the nucleation of voids and hillocks related to the previous analysed microstructure is observed inside the SEM and correlated to high angle grain boundaries and their misorientation angle. The result of this work show that electromigration damage in Copper interconnects is mostly caused by inhomogeneities of the microstructure. In this process the high angle grain boundaries are the main diffusion path. / Mit steigender Taktrate u. weiter fortschreitender Integrationsdichte in mikroelektr. Schaltungen nehmen d. Anforderungen an d. Metallisierungsmaterial weiter zu. Es besteht d. zunehmende Forderung nach Metallisierungen mit geringem elektrischen Widerstand u. hoher Elektromigra- tionsfestigkeit. Kupfer kann als Material angesehen werden, welches d. Anforderungen erfüllt. Seit 1998 wird Kupfer als Metallisierungsmaterial in höchstintegr. Schaltun- gen eingesetzt. Die Elektromigration (EM) ist der d. Zuver- lässigkeit am meisten begrenzende Faktor in mod. mikro- elektron. Schaltungen. Die Haupteinflußgrößen auf d. Elektromigrationsverhalten u. insbes. d. Einfluß d. Gefüges ist unklar. In d. Arbeit wird an nichtpassivier- ten physikalisch (PVD) u. galvanisch (ECD) abgeschied. Kupferleitbahnen d. Einfluß d. Korngrenzen u. deren Eigenschaften auf d. Elektromigrationsverhalten untersucht. Dazu werden Gefügeanalysen mittels Kikuchi-Rückstreutechnik u. in-situ Elektromigrationsexperimente im Rasterelektron- enmikroskop gekoppelt, um d. Elektromigrationsverhalten u. d. Migrationspfade zu erforschen. Gefügeuntersuchungen zeigen, daß d. untersuchten Leitbahnen sich in ihren Gefügeeigenschaften deutl. unterscheiden. Beide Schichten zeigen e. <111> Fasertextur, wobei d. PVD-Leitbahnen e. deutl. schärfere Textur mit e. Texturfaktor von 15,9 gegenüber den ECD-Leitbahnen d. e. Texturfaktor von 3,9 aufweisen. Die Häufigkeitsverteilungen d. Korngrenz- Misorientierung, sind für d. beiden Schichten unterschiedl. Die ECD-Leitbahnen zeigen e. Anteil von 55% Sigma 3-Korngrenzen und 40% Großwinkelkorngrenzen. Die PVD- Leitbahnen hingegen weisen nur e. Anteil von 5% Sigma 3-Korngrenzen, 75% Großwinkelkorngrenzen u. 20% Kleinwin- kelkorngrenzen auf. Dadurch wird gezeigt, daß e. scharfe <111> Textur keine Reduzierung d. Großwinkelkorngrenzen zur Folge haben muß. Anhand von in-situ Experimenten gekoppelt mit Gefügeanalysen wird gezeigt, daß Porenbildung an Groß- winkelkorngrenzen hinter blockierenden Körnern oder hinter Bereichen auftritt, in d. nur Sigma 3-Korngrenzen o. Kleinwinkelkorngrenzen vorliegen. Hügelbildung tritt an Großwinkelkorngrenzen vor blockierenden Körnern o. Berei- chen auf, in denen nur Kleinwinkelkorngrenzen o. Sigma 3-Korngrenzen vorliegen. Mit e. statist. Auswertung d. in-situ Experimente wird gezeigt, daß mehr als d. Hälfte aller Elektromigrationsschädigungen bei beiden Herstellungsmethoden eindeutig auf e. korngrenzbedingte lokale Divergenz im Massenfluß zurückzuführen sind. An Ketten von Großwinkelkorngrenzen wird verdeutl., daß kathodenseitig Porenbildung und anodenseitig Hügelbildung auftritt. Der Abstand zw. Pore u. Hügel liegt hier immer oberh. d. Blechlänge. Mit zunehmender Stromdichte nimmt d. Pore-Hügel-Abstand entspr. d. Blechtheorie ab, wodurch gezeigt wird, daß d. Blechtheorie auch bei lokalen Flußdivergenzen gilt. FIB-Querschnittsanalysen zeigen, daß Hügel auf PVD-Leitbahnen nicht epitaktisch mit d. darunterliegenden Schicht verwachsen sind im Gegensatz zu Hügeln auf ECD-Leitbahnen, die teilw. e. epitaktische Verwachsung mit d. Leitbahn zeigen. Lebensdauermessungen an PVD-Leitbahnen ergeben e. Aktivierungsenergie von 0,77eV ± 0,07eV. Es ist davon auszugehen, daß das Elektromigrationsverhalten d. hier untersuchten unpassi- vierten Leitbahnen haupts. von Korngrenz- u. von Oberfläch- endiffusion beeinflußt wird. In d. Arbeit wurde zum ersten Mal an Kupferleitbahnen d. Entstehung von eit- bahnschädigungen im Zusammenhang mit dem vorher aufgenomme- nen Gefüge im Rasterelektronenmikroskop direkt beobachtet u. mit d. Korngrenzen u. d. Korngrenzwinkeln in Zusammenhang gebracht. Die Ergebnisse d. Arbeit zeigen, daß Schädigungen durch Elektromigration in Kupferleitbahnen vorw. durch Gefügeinhomogenitäten entstehen. Bei d. Prozeß sind Großwinkelkorngrenzen d. bevorzugte Diffusionspfad.

Visualization and study of reconformation of polyelectrolytes (PEs) of different architecture is of great fundamental and practical interest. Verification of theoretical predictions with experiment is of essential importance. On the other hand, a wide range of bottom-up techniques based on patterning of matter on the length scale of a few nanometers have been recently developed. Particularly interesting is the possibility of using self-assembled single molecule structures as templates for the deposition of inorganic matter, in particular metals. Synthetic "normal-sized" polymers of various architecture, like poly-2-vinylpyridine (P2VP) or polystyrene-poly(2-vynil pyridine) P2VP7-PS7 star-like block copolymer, adsorbed on solid substrates have been visualized for the first time with molecular resolution by AFM in different conformation. This finding allowed us to study largely discussed problem, a coil-to-globule transition of PEs. It was found that PE molecules undergo conformational transitions from stretched worm-like coil to compact globule via set of necklace-like globules, as the fraction of charged monomers decreases with an increase of pH and ionic strength. These results are in good agreement with recently developed DRO theory for weakly charged flexible PEs in poor solvent. The size of the deposited single molecules correlates very well with molecular dimensions in solution obtained in light scattering experiments. PE single molecules of various architectures was mineralized in different conformations that constitutes the route to nanoparticles with desired shape (including wire-shape and star-shaped), size, and composition (including metallic, magnetic and semiconductive nanoparticles). It was shown that molecular details of the adsorbed linear flexible PE molecules determine the dimensions of the nanostructures after metallization and that observed sizes are consistent with the decoration of single molecules with nanoclusters. Thus those metallized nanoparticles (cluster assembles) reflect the conformation of original adsorbed PE molecules. The dimensions of the obtained nanowires are significantly smaller than those previously reported. All of these features are of the potential benefit in applications for nanodevices. Metallization of the PS7-P2VP7 improves AFM resolution due to the selective deposition of Pd clusters along the P2VP chains. For the first time, the number of the P2VP second generation arms of the heteroarm block-copolymer was directly counted in the single molecule AFM experiment. Simple contrasting procedure was developed to improve AFM visualization of positively charged polymer chains deposited on the substrates of relatively high roughness. This method allows increasing the thickness of the resulting structures up to 10 nm, and, consequently, provide visualization of polymer chains on rough surfaces. This innovation is important for the development of single molecule experiments with polymer chains. The reaction of HCF-anion could be used for recognition of polycation molecules, when polycations, polyanions and neutral molecules coexist on the surface. Recently, the study was strongly restricted to atomically smooth surfaces. The contrasting procedure extends the range of substrates (Si-wafers, chemically modified or patterned Si-wafers, polished glasses, polymer films, etc) appropriate for the experiments. Thus, polymer single molecules can be considered not only as representative of the ensemble molecules, but also as individual nanoscale objects which can be used for future nanotechnology for the fabrication of single molecule electronic devices. Also these findings are important from fundamental point of view, since developed approach can be successfully applied for investigation of various "classical" problems in polymer science, such as polymer reconformation, interpolyelectrolyte complex formation, polymer diffusion, adsorption, etc.