Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

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36 3. Experimentelles h. zwischen den 4Pkt-Spannungsabgriffen befindet sich eine 10 µm breite Lücke. Der Widerstand dieser Struktur wurde anschließend über zwei Stunden gemessen und ein Wert von R ≥ 5000 Ω bestimmt. Im Vergleich zu den typischen Widerständen der Goldleiterbahnen von maximal ca. 50 Ω ist dieser Parallelwiderstand vernachlässigbar. Weiterhin wurden einige Leiterbahnen auf Substraten mit einer thermisch gewachse- nen Oxidschichtdicke von 50 nm präpariert [154]. Hierdurch verringert sich die thermi- sche Leitfähigkeit der Substrate und die Leiterbahn heizt sich bei gleicher Stromdichte stärker auf (siehe Kap. 5.4). Abgesehen von dem thermischen Einfluss auf das Elektromi- grationsverhalten zeigen sich keine Änderungen in Bezug auf Substrate mit natürlichem Oxid. 3.2.2 In-situ Beobachtung der morphologischen Änderungen Die in dieser Arbeit verwendete Hauptuntersuchungsmethode hinsichtlich der morphologischen Beschaffenheit der Proben (Erscheinungsbild der Leiterbahnen, Korngrößen und morphologische Veränderungen während der Elektromigration) ist die Rasterelektronen- mikroskopie. Verwendet wurde ein REM vom Typ LEO 1530 (Baujahr 2000) mit einer nominellen minimalen Auflösung von 2 nm, welche unter optimalen Bedingungen mit dem Inlens-Detektor erreicht wird [155]. Zur allgemeinen Funktionsweise eines Raster- elektronenmikroskops sei auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen (z. B. [156,157]). Das hier verwendete Gerät besitzt einen Everhart-Thornley Sekundärelektronende- tektor außerhalb der elektronenoptischen Säule (im Folgenden als Outlens-Detektor bezeichnet) sowie einen Detektor innerhalb der elektronenoptischen Säule (im Folgenden als Inlens-Detektor bezeichnet). Das Signal beim Inlens-Detektor entsteht hauptsächlich aufgrund von oberflächennahen Sekundärelektronen und erlaubt so eine hochauflösende Abbildung der Probenoberfläche. Wenn nicht anders vermerkt, handelt es sich bei den in dieser Arbeit gezeigten REM-Aufnahmen um Aufnahmen, welche mit dem Inlens- Detektor erstellt wurden. Die Aufnahmezeit eines REM-Bildes beträgt - je nach ein- gestellter Rastergeschwindigkeit und Bildgröße - typischerweise zwischen 330 ms und 1, 3 Minuten, wobei Aufnahmen mit geringerer Geschwindigkeit ein höheres Signal zu Rausch-Verhältnis zeigen und damit an Schärfe gewinnen. Bis November 2004 wurden die REM-Aufnahmen während der in-situ Elektromigra- tionsuntersuchungen per Hand angefertigt: Zu vorgegebenen Zeiten (typischerweise im Abstand von 30 Sekunden) wurde eine REM-Aufnahme gestartet und abgespeichert. Nach November 2004 bestand aufgrund eines neuen Steuerungscomputers für das REM die Möglichkeit, ein kontinuierliches Video im AVI-Format aufzunehmen. Bei diesem wird in einem vorgegebenen Zeitintervall (typisch: 1 −5 s) die aktuelle REM-Aufnahme
3.3 Zusätzliche Charakterisierung 37 in einer fortlaufenden Datei abgespeichert. Anhand des synchronisierten Zeitindexes zwischen den elektrischen Messdaten und der Videodatei besteht weiterhin die Möglichkeit, aus diesem Film einzelne Aufnahmen als BMP-Datei zu extrahieren und tiefergehend zu analysieren. Die morphologischen Änderungen innerhalb der Leiterbahnen lassen sich auf diese Art in Echtzeit bzw. nach einer Videobearbeitung im Zeitraffer verfolgen. 3.3 Zusätzliche Charakterisierung Neben der bereits beschriebenen Beobachtung der morphologischen Veränderungen der Proben im REM wurden folgende Verfahren zur Charakterisierung der Proben einge- setzt: 1. Die Schichtdicke der Leiterbahnen wurde - neben der in-situ Kontrolle mit Hil- fe eines kalibrierten Schwingquarzes - mit einem Rasterkraftmikroskop (englisch: Atomic Force Microscope, AFM) kontrolliert. Hierfür wurde exemplarisch jeweils eine Probe aus einer Aufdampfserie untersucht. Weiterhin wurden mittels AFM exemplarisch die morphologischen Veränderungen innerhalb der Leiterbahnen post mortem untersucht. 2. Für die Analyse der chemischen Zusammensetzung der Proben (vor allem nach der in-situ Beobachtung) kam exemplarisch die energiedispersive Röngtenanalyse (EDX) zum Einsatz. 3. Ein Philipps CM20 Transmissionselektronenmikroskop (TEM) wurde genutzt, um die (mittlere) Korngröße vergleichend zu den REM-Aufnahmen bestimmen zu können. Weiterhin konnte so die Kristallstruktur der Goldleiterbahnen bestimmt werden. 4. Das Vorhandensein einer Textur innerhalb der Leiterbahnen wurde mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie (XRD) an geschlossenen Schichten überprüft. Im Folgenden werden diese vier Methoden kurz erläutert. Weiterhin wird bereits hier kurz auf wesentliche Ergebnisse eingegangen. AFM Für die rasterkraftmikroskopischen Untersuchungen wurde ein DI Dimension 3000 Rasterkraftmikroskop im Tapping-Modus TM verwendet. Hierbei tastet eine Siliziumspit- ze in geringem Abstand die Oberfläche einer Probe ab (siehe z. B. [158]). Der maximale Bildausschnitt des verwendeten Gerätes beträgt 90 µm mit einer typischen Auflösung
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Seite 14 und 15: 4 1. Einleitung Abb. 1.3: Kupfermet
Seite 16 und 17: 6 1. Einleitung Abb. 1.4: Schematis
Seite 18 und 19: 8 1. Einleitung Silber [47-49], Gol
Seite 20 und 21: 10 1. Einleitung zwischen dem Wider
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Seite 34 und 35: 24 2. Grundlagen In der Literatur w
Seite 36 und 37: 26 2. Grundlagen mittlere Ausfallze
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110 7. Zusammenfassung und Ausblick
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116 Literatur [29] H.-U. Schreiber,
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118 Literatur [56] P. S. Ho, J. Phy
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