Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

110 7. Zusammenfassung und Ausblick
schnell anwachsen. Der Ausfall der polykristallinen Leiterbahnen erfolgt typischerweise
bei einer Gesamtporenfläche von 2 % bis 4 % der Gesamtleiterbahnfläche.
Einen wesentlichen Einfluss auf die Elektromigration besitzt die Temperatur der
Leiterbahnen. Diese wurde in der vorliegenden Arbeit indirekt über die Widerstand-
serhöhung unter Belastung bestimmt. Dabei konnte gezeigt werden, dass für gleich pro-
zessierte Leiterbahnen ein quantitativer Zusammenhang zwischen der Stromdichte und
der Temperaturerhöhung existiert. Mit Hilfe des thermischen Stromdichteexponenten
lässt sich so die zu erwartende Temperaturerhöhung berechnen. Dies wurde ausgenutzt,
um zu zeigen, dass es innerhalb einer durch Poren gebildeten Engstelle nicht zu einer
der Stromdichte entsprechenden Temperaturerhöhung kommt. Aufgrund des guten ther-
mischen Kontakts zwischen den Leiterbahnen und den Substrat wird die entstehende
Wärme effektiv abgeführt.
Bei Umkehrung der Polarität zeigte sich ein in Teilen reversibles Elektromigrati-
onsverhalten der Goldleiterbahnen. Dies ist aufgrund der geringen Korngröße zunächst
überraschend, da man erwarten würde, dass einmal gebildete Poren stabil sind. Dies
ist nicht der Fall. Vielmehr kommt es zunächst zu einem periodischen, reversiblen Ver-
halten von Poren und Hügeln. Erst zu einem späteren Zeitpunkt bilden sich einzelne
Poren heraus, die für beide Stromrichtungen anwachsen und so schließlich zum Ausfall
der Leiterbahn führen. Interessant ist hierbei, dass es zunächst zu einem ausgeprägten
Ausheilverhalten der Leiterbahn kommt. Dies äußert sich in einem stark absinkenden
Widerstand. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass sich die Widerstandsänderungen in
Teilen einzelnen Poren zuordnen lassen.
Für vergleichende Untersuchungen der Resistenz gegenüber Elektromigrationsschädi-
gungen bieten die Blechlänge sowie das kritische Produkt gute Anhaltspunkte. Im Ver-
lauf dieser Arbeit konnte die Blechlänge für die polykristallinen Leiterbahnen definiert
werden. Aufgrund der dynamischen Änderungen, welche bei den in-situ Experimenten
zu beobachten sind, lässt sich dem Wachstum einzelner Poren auch das Wachstum einzel-
ner Hügel zuordnen. Dies wurde als Grundlage der hier bestimmten Blechlänge genutzt.
Berechnet man weiterhin das kritische Produkt aus Leiterbahnlänge und Stromdich-
te, ergibt sich eine gute Übereinstimmung mit Literaturdaten für andere metallische
Leiterbahnen. Dabei ist zu beachten, dass das kritische Produkt wesentlich von der Vor-
geschichte und der Prozessierung der Leiterbahnen abhängt, wie auch in dieser Arbeit
gezeigt werden konnte.
In der Literatur ist die Beobachtung von Widerstandsoszillationen während Elektro-
migrationsexperimenten beschrieben. Weitere Arbeiten versuchen diesen Effekt theore-
tisch zu erklären. In dieser Arbeit konnte aufgrund der hohen Genauigkeit der Wider-
standsmessungen gezeigt werden, dass die lokale Erwärmung durch den Elektronenstrahl