Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen
Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen
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7. Zusammenfassung <strong>und</strong> Ausblick<br />
In dieser Arbeit wurde vorrangig die <strong>Elektromigration</strong> <strong>in</strong> polykristall<strong>in</strong>en <strong>Gold</strong>leiter-<br />
bahnen untersucht. Besonderes Augenmerk lag auf der hochauflösenden <strong>in</strong>-situ Beob-<br />
achtung der auftretenden morphologischen Änderungen der Leiterbahnen. Hierzu wurde<br />
e<strong>in</strong> neuer Versuchsstand am bereits vorhandenen Rasterelektronenmikroskop aufgebaut,<br />
<strong>und</strong> dessen Tauglichkeit für die geplanten Untersuchungen getestet. Die Herstellung der<br />
polykristall<strong>in</strong>en Leiterbahnen erfolgte mittels der Elektronenstrahllithographie, wobei<br />
die Herstellungsparameter von e<strong>in</strong>er vorangegangenen Diplomarbeit übernommen wer-<br />
den konnten.<br />
Während der <strong>Elektromigration</strong> kommt es <strong>in</strong> metallischen Leitern üblicherweise zur<br />
Bildung von Poren an der Kathodenseite <strong>und</strong> zur Bildung von Hügeln an der Anoden-<br />
seite. Dieses Verhaltenen konnte <strong>in</strong> der vorliegenden Arbeit bestätigt werden. Als we-<br />
sentlicher Diffusionspfad wurden erwartungsgemäß die Korngrenzen identifiziert. Der<br />
elektrische Ausfall erfolgt im Endstadium der <strong>Elektromigration</strong>sschädigung für die po-<br />
lykristall<strong>in</strong>en Leiterbahnen über e<strong>in</strong>e schlitzförmige Pore senkrecht zur Stromrichtung.<br />
Dies ist aufgr<strong>und</strong> der Vielzahl an Korngrenzen zunächst etwas überraschend, kann je-<br />
doch gut mit e<strong>in</strong>em Widerstandsnetzwerk erklärt werden.<br />
Im Rahmen dieser Arbeit wurde e<strong>in</strong>e Vielzahl an Parametern untersucht, welche<br />
E<strong>in</strong>fluss auf das <strong>Elektromigration</strong>sverhalten nehmen. Neben Variationen der Breite <strong>und</strong><br />
Höhe der Leiterbahnen wurden gezielt Leiterbahnen mit E<strong>in</strong>buchtungen hergestellt, um<br />
so e<strong>in</strong>e höhere Auflösung bei den <strong>in</strong>-situ Untersuchungen erzielen zu können.<br />
Die Korngröße, beziehungsweise das Verhältnis von Korngröße zu Leiterbahnbreite,<br />
nimmt E<strong>in</strong>fluss auf das <strong>Elektromigration</strong>sverhalten. Da sich die Leiterbahnen aufgr<strong>und</strong><br />
Joul’scher Wärme erhitzen, kommt es gegebenenfalls zu e<strong>in</strong>em Kornwachstum. Durch<br />
die vom Mikroskop hervorgerufenen Kohlenstoffverunre<strong>in</strong>igungen ist es möglich, das<br />
<strong>Elektromigration</strong>sverhalten unabhängig von e<strong>in</strong>em temperaturbed<strong>in</strong>gten Kornwachstum<br />
zu beobachten. Bei <strong>in</strong>-situ Anlassversuchen konnte gezeigt werden, dass der Kohlenstoff<br />
effektiv e<strong>in</strong> Kornwachstum beh<strong>in</strong>dert <strong>und</strong> so die kristall<strong>in</strong>e Struktur der Leiterbahnen<br />
auch bei erhöhten Temperaturen erhalten bleibt. Das Ausfallverhalten h<strong>in</strong>sichtlich der<br />
Morphologie der Schädigungen wird durch den Kohlenstoff nicht verändert.<br />
Die gesamte Porenfläche <strong>in</strong>nerhalb e<strong>in</strong>er Leiterbahn nimmt im wesentlichen l<strong>in</strong>ear<br />
mit der Versuchszeit zu. Hierbei wird e<strong>in</strong>e kolumnare Kornstruktur vorausgesetzt, bei<br />
welcher sich die Poren von der Substratoberfläche bis zur Oberseite der Leiterbahn<br />
ausdehnen. Dies ist <strong>in</strong> den polykristall<strong>in</strong>en <strong>Gold</strong>leiterbahnen gegeben. Abweichungen<br />
vom l<strong>in</strong>earen Verhaltenen des Porenwachstums gibt es gegen Ende der Experimente,<br />
wenn die kritischen Poren, welche zum Ausfall der Leiterbahn führen, überproportional<br />
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