Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

22 2. Grundlagen
richtung der Bewegung sorgt. 3) Für die Bildung von Poren und/oder Hügeln müssen
Flussdivergenzen vorhanden sein. Alle drei Bedingungen sind bei stromdurchflossenen
metallischen Leitern (im Bereich von Zimmertemperatur und darüber) erfüllt.
2.5 Blech-Länge
Für das Elektromigrationsverhalten von Metallisierungen ist nicht nur die Stromdichte
und die Korngrößenverteilung entscheidend, sondern auch die Dimensionen und speziell
die Länge der Leiterbahnen. Vermutungen, dass die Leiterbahnlänge einen Einfluss auf
das Elektromigrationsverhalten besitzt, gab es bereits im Jahr 1970 [27]. Es dauerte aber
bis zum Jahre 1976, in dem I. Blech herausfand, dass für eine gegebene Leiterbahnlänge
eine kritische Stromdichte existiert, unterhalb derer keine Elektromigration auftritt [28].
Für ein typisches Blech-Experiment wird auf einem geeigneten Substrat zunächst eine
Titannitritleiterbahn mit einer vorgegebenen Breite präpariert. Auf diese wird anschlie-
ßend die zu untersuchende Leiterbahn, z. B. aus Aluminium, mit höherer Leitfähigkeit
und identischer Breite präpariert. Um nun Aluminiumsegmente (kurze, nicht zusam-
menhängende Leiterbahnstücke) unterschiedlicher Länge zu erhalten, wird die Leiter-
bahn beispielsweise mit Hilfe von fokussierten Ionenstrahlen (FIB, Focussed Ion Beam)
unterteilt, wobei der Titannitritstreifen erhalten bleibt. Wird eine elektrische Spannung
angelegt, fließen die Elektronen zunächst durch den Titannitrit-Streifen, um an den Posi-
tionen der Aluminiumsegmente aufgrund der höheren Leitfähigkeit in diese zu wechseln.
Dies ist schematisch in Abb. 2.7 a) gezeigt.
Abb. 2.7 b) zeigt das Ergebnis eines typischen Blech-Experiments. In diesem Fall
wurden Aluminiumsegmente mit einer Dicke von 800 nm, einer Breite von 10 µm mit
einer Länge zwischen 5 µm und 30 µm auf einem Titannitritstreifen präpariert [128].
In der REM-Aufnahme sind die Aluminiumsegmente durch den hellen Kontrast erkenn-
bar. (Im Bild diagonal von unten links nach oben rechts verlaufend). Die senkrecht zur
Leiterbahn erkennbaren hellen Streifen wurden durch die Präparation mit fokussierten
Ionenstrahlen hervorgerufen.
Im Aluminium kommt es nun, abhängig von der Länge der Segmente, zur Bildung
von Poren an der Kathodenseite (in Abb. 2.7 b) unten links am jeweiligen Segment) und
zur Bildung von Hügeln an der Anodenseite (in Abb. 2.7 b) oben rechts am jeweiligen
Segment). Man erkennt, dass die Elektromigration bei einer gegebenen Stromdichte in
den längeren Segmenten eine stärkere Schädigung hervorruft. In den kürzeren Segmenten
(in Abb. 2.7 b) oben rechts) kommt es hingegen nicht zu einer Schädigung. Damit kann
die kritische Länge direkt mit der Länge des Segments identifiziert werden, welches