Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

92 5. Ergebnisse und Diskussion: Goldleiterbahnen
Die in dieser Arbeit gefundenen Werte zeigen damit eine gute Übereinstimmung mit
den Literaturwerten für metallische Leiterbahnen. Dies zeigt, dass für die experimentelle
Bestimmung des kritischen Produktes nicht notwendigerweise aufwändig zu präparieren-
de Blech-Strukturen hergestellt werden müssen.
5.5 Abschließende Diskussion: Polykristalline Goldleiterbah-
nen
Bei den Untersuchungen zur Elektromigration in polykristallinen Goldleiterbahnen
konnten gegenüber alten Arbeiten weitere Fortschritte erzielt werden. Durch die erhöhte
Auflösung der in-situ Messungen konnte gezeigt werden, dass das Elektromigrationsver-
halten dem bislang beschriebenen Verhalten für polykristalline (Aluminium-) Leiter-
bahnen folgt. Hierbei ist in der vorliegenden Arbeit die Korngröße geringer als in vielen
vorangegangenen Arbeiten. In Bezug auf die Morphologie der Porenbildung konnten
Ergebnisse aus theoretischen Arbeiten validiert werden.
Da die Leiterbahnen im Verhältnis zur Korngröße um mindestens einen Faktor fünf
breiter waren, wurde kein Einfluss der Leiterbahnbreite auf die Elektromigration fest-
gestellt. Aufgrund des kolumnaren Wachstums der Körner wurde weiterhin kein we-
sentlicher Einfluss der Schichtdicke auf das Elektromigrationsverhalten festgestellt. Die
vorgegebenen Engstellen innerhalb der Leiterbahnen haben nicht zu zusätzlichen Fluss-
divergenzen, und damit nicht zu einem geänderten Elektromigrationsverhalten geführt.
Dies zeigt, dass das Phänomen der Elektromigration für die hier untersuchten polykris-
tallinen Leiterbahnen wesentlich stärker von der Mikrostruktur (Korngröße und Anord-
nung der Körner, bzw. der Korngrenzen) abhängig ist, als von geometrischen Faktoren.
Auch der Einfluss von Richtungswechseln, welche neben Engstellen zu dem in der Li-
teratur beschriebenen ”current crowding” [19,122] führen können, hatte keinen Einfluss
auf das Elektromigrationsverhalten.
Während die Porenbildung zunächst zu großflächigen Poren führt, ist das Ausfall-
verhalten von schlitzförmigen Poren dominiert. Erste theoretische Berechnungen zum
schlitzförmigen Ausfallverhalten wurden bereits im Jahre 1973 von Sigsbee [182] durch-
geführt und die Ergebnisse wurden mit experimentellen Befunden verglichen. Die Poren
breiten sich dabei senkrecht zur Stromrichtung aus und führen damit zum elektrischen
Ausfall der Leiterbahn [34]. Dies wurde in weiteren theoretischen Arbeiten von Pennetta
et al. [92,183] mit einem ”residual resistor network” berechnet. In diesem Modell führt
der Ausfall eines Ersatzwiderstandes zu einer Erhöhung der Belastung der benachbarten
Widerstände. Dadurch kommt es auch hier statistisch gesehen verstärkt zu Ausfällen, so
dass sich, senkrecht zur Stromrichtung eine Reihe von benachbarten, ausgefallenen Er-