Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

5.2 Kornwachstum und der Einfluss von Kohlenstoff 77
Weiterhin befindet sie sich jeweils am Beginn des schmalen Bereichs der Leiterbahn,
also dort, wo die Stromdichte einen höheren Wert besitzt als in den breiteren Bereichen
der Leiterbahn. Die Hügelbildung erfolgt in Richtung der Anode, also entsprechend der
Fließrichtung der Elektronen.
Im Vergleich zu Leiterbahnen ohne Engstelle hat sich damit kein wesentlicher Un-
terschied im Ausfallverhalten ergeben. Der Grund hierfür ist das immer noch große
Verhältnis von Korngröße zu Leiterbahnbreite. Die Diffusion findet weiterhin über die
Korngrenzen statt, so dass die Verjüngung der Leiterbahnen nur die Position des elektri-
schen Ausfalls eingrenzt. Daher werden die Messungen an Leiterbahnen mit Einbuchtung
im folgenden nicht gesondert behandelt.
5.2 Kornwachstum und der Einfluss von Kohlenstoff
5.2.1 Kornwachstum innerhalb von Leiterbahnen
Von metallischen Schichten, die auf Halbleitersubstraten aufwachsen, ist bekannt, dass
Texturen auftreten können. Um zu überprüfen ob bei den verwendeten Goldleiterbahnen
auch eine Textur vorliegt, wurden an geschlossenen Goldschichten mit zwei unterschied-
lichen Schichtdicken t1 ≃ 38 nm und t2 ≃ 64 nm XRD-Messungen durchgeführt. Dabei
wurde jeweils die gleiche Schicht vor und nach einem Anlassschritt bei einer Temperatur
von 450 ◦ C für einen Zeitraum von 15 Minuten untersucht.
Für beide Schichtdicken wird nach Anlassen der Proben ein deutliches Anwachsen der
Intensität des (111)- bzw. des (222)-Peaks beobachtet. Vergleicht man die Intensitäten
der Peaks vor und nach dem Anlassen, erkennt man, dass bereits vor dem Anlassen eine
(111)-Textur in den Proben vorhanden ist. Gleichzeitig zeigen die XRD-Spektren, dass
zwar eine Textur vorliegt, aber die Schichten nicht epitaktisch auf den Siliziumsubstraten
aufgewachsen sind.
Wie in-situ-Anlassversuche gezeigt haben, findet ein wesentliches Kornwachstum erst
oberhalb einer Temperatur von ca. 130 ◦ C statt. Dabei stellt sich die Frage, ob es auf-
grund der Elektromigration zu einem Kornwachstum innerhalb der Leiterbahnen kommt.
Die typische Erwärmung der Leiterbahnen liegt für Siliziumsubstrate mit natürlichem
Oxid typischerweise in einem Bereich von 50 ◦ C bis 100 ◦ C. Bei den Substraten mit
thermisch gewachsenem Oxid kann sie bis 200 ◦ C betragen. Eine darüber hinausge-
hende Erwärmung aufgrund Joul’scher Wärme findet erst in den letzten Stadien der
Elektromigration lokal statt (siehe Kap. 5.1).
Abb. 5.11 zeigt ein Beispiel für eine elektromigrierte Leiterbahn mit Engstelle. Diese
Leiterbahn wurde vor dem Elektromigrationsexperiment nicht angelassen; die Korngröße