Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

2.7 Reversible Elektromigration 27
nen zurückgeführt werden kann [64]. Für kleinere Werte gibt es einen starken Anstieg
der mittleren Lebensdauer, der durch die Bildung von Bambussegmenten innerhalb der
Leiterbahn erklärt wird. Diese Bambussegmente dienen, wie bereits erwähnt, als Diffu-
sionsbarriere. Der Einfluss solcher Bambussegmente auf die Lebensdauer von Metalli-
sierungen ist in der Literatur Gegenstand zahlreicher experimenteller und theoretischer
Untersuchungen (siehe z. B. [94,132–137]).
Seit dem Jahre 1983 wurden für die industriell wichtige Lebensdauervorhersage eine
Reihe von beschleunigten Testverfahren entwickelt. Diese Verfahren erlauben das Aus-
fallverhalten von Leiterbahnen (bzw. von integrierten Schaltungen) innerhalb weniger
Stunden bis hin zu wenigen Sekunden für Betriebsbedingungen zu bestimmen [24]. Die
verschiedenen Verfahren beruhen dabei großteils auf der Black-Gleichung und unter-
scheiden sich im wesentlichen nur in den experimentellen Details.
Hervorzuheben ist der so genannten SWEAT-Test (Standard Wafer Level
Electromigration Acceleration Test) mit einer Dauer von ca. 15 Sekunden. Zunächst
wird der Widerstand und der lineare Temperaturkoeffizient der zu testenden Struktur
bestimmt. Diese Struktur ist in Bezug auf die Herstellungsbedingungen identisch mit
dem gewünschten Produkt. Über den Zusammenhang zwischen Leistung und Tempe-
raturerhöhung wird ein Kriterium für die Ausfallzeit unter beschleunigten Testbedin-
gungen berechnet. Die Erwärmung der Leiterbahn erfolgt über Joul’sche Wärme. Die
Stromdichte wird während des Tests so lange erhöht bis ein vorgegebener Maximalwert
der Stromdichte erreicht wird. Übersteigt die Lebensdauer dabei den zuvor berechneten
Wert, hat der Wafer den Test bestanden.
2.7 Reversible Elektromigration
Neben Untersuchungen zum Elektromigrationsverhalten von Leiterbahnen bei Anlegen
eines gepulsten Gleichstroms [138–141], wurden bereits im Jahre 1967 erste Experimente
zur Elektromigration unter Wechselstrombedingungen durchgeführt [79]. Für Frequen-
zen im Bereich von z. B. 60 Hz bis zu einigen MHz wurde bei diesen Versuchen eine
erhebliche Erhöhung der Lebensdauer festgestellt [142]. Dennoch kam es nach einer ge-
wissen Zeit zum Ausfall der Leiterbahnen aufgrund von Elektromigrationsschädigungen.
Dies ist zunächst überraschend, da man vermuten könnte, dass der Materialtransport
symmetrisch sein sollte. Obwohl in polykristallinen Leiterbahnen die Korngrenzen die
schnellen Diffusionspfade darstellen, ist die Migration der Atome stark von den loka-
len Gegebenheiten innerhalb der Korngrenzen abhängig. Da diese im Normalfall nicht
symmetrisch sind, kommt es zu einer (verringerten bzw. verzögerten) Elektromigrati-
onsschädigung der Leiterbahnen.