Elektromigration in bikristallinen Ag-Nanostrukturen mit definierter Orientierung des Kristallgitters

In polykristallinen Leiterbahnen bietet das komplexe Korngrenzennetzwerk günstige Diffusionspfade für die Elektromigration. In modernen integrierten Schaltkreisen schrumpfen die Dimensionen der Leiterbahnen unter die mittlere Korngröße. Daher stehen immer mehr Korngrenzen senkrecht zur Stromrichtung und andere Diffusionsmechanismen tragen den strominduzierten Massetransport. Um das Zusammenspiel der verschiedenen Diffusionsmechanismen zu verstehen, ist es wichtig den Einfluss des Kristallgitters auf die Elektromigration zu untersuchen. Hier wird eine neue Methode zur Herstellung von Teststrukturen mit wohldefinierten Kristallgitter-Konfigurationen vorgestellt. Fokussierte Ionen werden dazu genutzt um Leiterbahnen aus ausgedehnten, selbst-organisierten Silberinseln herzustellen. Auf sauberen Si(111)-Oberflächen wachsen bikristalline Silberinseln, die aus einem Ag(001)- und einem Ag(111)-Teil bestehen. Eine detaillierte Analyse der Orientierung ihres Kristallgitter mittels Elektronenbeugung zeigt, dass sich beide Teile eine gemeinsame -artige Gitterrichtung teilen, die parallel zur Korngrenze verläuft. Die zeitliche Entwicklung von Poren und Hügeln in solchen bikristallinen Teststrukturen wird durch in-situ Rasterelektronenmikroskopie während der elektrischen Belastung studiert. Die Bilderserien zeigen die Bewegung von Poren und Hügeln, die durch die Windkraft getrieben wird, unabhängig davon ob die Leiterbahn eine Korngrenze aufweist oder nicht. Die Analyse der Porenbewegung zeigt, dass die Driftgeschwindigkeit invers mit der Porengröße skaliert. Die Porenform ist durch die Kristallsymmetrie entschieden und ändert sich für Poren beim Passiere der Korngrenze. Die Auswertung der Lage der Ausfallstelle zeigt nur einen schwachen Einfluss der Korngrenze, aber einen starken Einfluss des Temperaturgradienten. Für einen Materialtransport vom Ag(001)-Teil über die Korngrenze hin zum Ag(111)-Teil der Teststrukturen kann die Bildung von Hügeln an der Korngrenze beobachtet werden. Wenn die Korngrenze einen Winkel von 30° mit den Drahtkanten einschließt, bewegen sich Poren und Hügel vorzugsweise entlang der Korngrenze. Die Bewegungsrichtung von Poren ist außerdem vom Kristallgitter beeinflusst. Im Ag(111)-Gitter mit Stromrichtung entlang einer -artigen Richtung bewegen sich die Poren unter verschiedenen Winkeln zur Stromrichtung. Wenn sich eine Pore durch eine Teststruktur bewegt hat, ist die Wahrscheinlichkeit erhöht, entlang desselben Pfades weitere Poren zu finden. Diese Porenspuren werden durch eine Störung des Kristallgitters verursacht und können durch Elektronenbeugung sichtbar gemacht werden.