Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

1.1 Industrielle Bedeutung und Literaturübersicht 7
ten Jahren erkannt, dass es aufgrund der hohen Stromdichten auch in den Lötkontakten
(Verbindung des IC’s zu den makroskopischen Steckern der Bauteile) zu Elektromigra-
tionseffekten kommt. Diese müssen in zukünftige Zuverlässigkeitsuntersuchungen mit
einfließen [18]. Ein weiteres Problem stellt dabei die Umstellung auf neuartige Lötkon-
takte mit einem geänderten Elektromigrationsverhalten dar [19,20].
Industriell spielt die Erforschung der Elektromigration und verwandter Effekte al-
so eine wesentliche Rolle. Obwohl seit fünfzig Jahren mit einem immensen Aufwand
(sowohl experimentell als auch finanziell [21]) Forschung auf diesem Gebiet betrieben
wird, sind die grundlegenden Mechanismen der Elektromigration im Detail noch nicht
verstanden. Viele der durchgeführten Untersuchungen an den verschiedenen Materialien
und Materialsystemen waren empirischer Natur. Das Ziel war es und ist es weiterhin,
die Lebensdauer von bestimmten Strukturen bzw. Materialien zu verlängern. Aufgrund
der Vielzahl der Parameter, welche Einfluss auf die Elektromigration nehmen (wie z. B.
Temperatur, Morphologie, innere Spannungen, Fremdatome, usw. [22]), ist es schwierig,
einzelne Einflussgrößen voneinander zu separieren.
Im Folgenden wird - ohne Anspruch auf Vollständigkeit - ein kurzer Überblick über
die Literatur gegeben, bevor in den nachfolgenden Kapiteln die Grundlagen der Elek-
tromigration näher erläutert werden.
Trotz der über fünfzigjährigen intensiven Erforschung der Elektromigration gibt es
- vermutlich wegen der hohen Komplexität dieses Forschungsgebietes - in neuerer Zeit
nur wenige Monographien über dieses Thema. Im Jahre 1972 hat Wever [23] als einer
der Pioniere auf dem Gebiet der Festkörperdiffusion eine bis heute in vielen Berei-
chen immer noch aktuelle und erstaunlich umfassende Monographie über den Elektro-
und den Thermotransport verfasst. Speziellere Monographien befassen sich in neuerer
Zeit hauptsächlich mit Untersuchungen der Elektromigration in Zusammenhang mit
der Herstellung von IC’s [8,15]. Weiterhin sind im Laufe der letzten zwei Jahrzehnte
eine Reihe von Übersichtsartikeln - vor allem zur Elektromigration in IC’s - erschienen
[1,17,19,22,24]. Diese befassen sich teilweise mit speziellen Problemen wie der Elektro-
migration der Lötkontakte [20] oder der Elektromigration auf Halbleiteroberflächen [25].
Bisherige Untersuchungen zur Elektromigration wurden an einer großen Anzahl von
Metallen durchgeführt. Berücksichtigt wurden dabei bislang - wegen der großen indus-
triellen Bedeutung - vor allem reines Aluminium [12,26–31] und Aluminium-Kupfer
Legierungen [32–39] sowie weitere Legierungszusätze. In neuerer Zeit wird Kupfer als
Metallisierung verwendet [16,40–44], wobei auch hier Legierungszusätze [19,45] sowie
der Einfluss von Deckschichten [46] untersucht werden. Neben diesen beiden in der in-
dustriellen Forschung intensiv untersuchten Metallen, gibt es auch Untersuchungen an