Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

7. Zusammenfassung und Ausblick
In dieser Arbeit wurde vorrangig die Elektromigration in polykristallinen Goldleiter-
bahnen untersucht. Besonderes Augenmerk lag auf der hochauflösenden in-situ Beob-
achtung der auftretenden morphologischen Änderungen der Leiterbahnen. Hierzu wurde
ein neuer Versuchsstand am bereits vorhandenen Rasterelektronenmikroskop aufgebaut,
und dessen Tauglichkeit für die geplanten Untersuchungen getestet. Die Herstellung der
polykristallinen Leiterbahnen erfolgte mittels der Elektronenstrahllithographie, wobei
die Herstellungsparameter von einer vorangegangenen Diplomarbeit übernommen wer-
den konnten.
Während der Elektromigration kommt es in metallischen Leitern üblicherweise zur
Bildung von Poren an der Kathodenseite und zur Bildung von Hügeln an der Anoden-
seite. Dieses Verhaltenen konnte in der vorliegenden Arbeit bestätigt werden. Als we-
sentlicher Diffusionspfad wurden erwartungsgemäß die Korngrenzen identifiziert. Der
elektrische Ausfall erfolgt im Endstadium der Elektromigrationsschädigung für die po-
lykristallinen Leiterbahnen über eine schlitzförmige Pore senkrecht zur Stromrichtung.
Dies ist aufgrund der Vielzahl an Korngrenzen zunächst etwas überraschend, kann je-
doch gut mit einem Widerstandsnetzwerk erklärt werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Vielzahl an Parametern untersucht, welche
Einfluss auf das Elektromigrationsverhalten nehmen. Neben Variationen der Breite und
Höhe der Leiterbahnen wurden gezielt Leiterbahnen mit Einbuchtungen hergestellt, um
so eine höhere Auflösung bei den in-situ Untersuchungen erzielen zu können.
Die Korngröße, beziehungsweise das Verhältnis von Korngröße zu Leiterbahnbreite,
nimmt Einfluss auf das Elektromigrationsverhalten. Da sich die Leiterbahnen aufgrund
Joul’scher Wärme erhitzen, kommt es gegebenenfalls zu einem Kornwachstum. Durch
die vom Mikroskop hervorgerufenen Kohlenstoffverunreinigungen ist es möglich, das
Elektromigrationsverhalten unabhängig von einem temperaturbedingten Kornwachstum
zu beobachten. Bei in-situ Anlassversuchen konnte gezeigt werden, dass der Kohlenstoff
effektiv ein Kornwachstum behindert und so die kristalline Struktur der Leiterbahnen
auch bei erhöhten Temperaturen erhalten bleibt. Das Ausfallverhalten hinsichtlich der
Morphologie der Schädigungen wird durch den Kohlenstoff nicht verändert.
Die gesamte Porenfläche innerhalb einer Leiterbahn nimmt im wesentlichen linear
mit der Versuchszeit zu. Hierbei wird eine kolumnare Kornstruktur vorausgesetzt, bei
welcher sich die Poren von der Substratoberfläche bis zur Oberseite der Leiterbahn
ausdehnen. Dies ist in den polykristallinen Goldleiterbahnen gegeben. Abweichungen
vom linearen Verhaltenen des Porenwachstums gibt es gegen Ende der Experimente,
wenn die kritischen Poren, welche zum Ausfall der Leiterbahn führen, überproportional
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