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A. Bittner, A. Backes, U. Schmid:
"Elektromigrationsverhalten von Silberdünnfilmen auf LTCC";
Poster: Mikrosystemtechnik Kongress 2013, Aachen, D; 14.10.2013 - 16.10.2013; in: "Proceedings MikroSystemTechnik Kongress 2013", VDE VERLAG GMBH, Berlin und Offenbach, Bismarckstraße 33, 10625 Berlin, (2013), ISBN: 978-3-8007-3555-6; S. 729 - 732.

Silber (Ag) ist wegen seiner exzellenten elektrischen Leitfähigkeit und seiner Elektromigrationsbeständigkeit eine
vielversprechende Metallisierung für moderne mikroelektronische Anwendungen. Neben dem üblichen Silizium als
Substratmaterial für mikrotechnologisch hergestellten Bauteilen werden Dünnfilmanwendungen auch auf keramischen und
glaskeramischen LTCC (engl.: low temperature cofired ceramics) Substraten immer interessanter, da nur in
Dünnfilmtechnologie laterale Auflösungen im μm-Bereich erzielt werden können, die beispielsweise für
Hochfrequenzanwendungen notwendig sind.
Daher ist es Ziel dieser Arbeit, die Zuverlässigkeit von Ag Dünnfilmstrukturen auf LTCC unter beschleunigten
Alterungsbedingungen zu untersuchen. Dafür werden 5 parallele Leiterbahnen mit Stromdichten bis 1,5·107 A·cm-² bei
Temperaturen bis 300°C untersucht. Um die Degradation der Stromkurve als Funktion der Zeit erfassen zu können, wird eine
konstante Spannung über die Dünnfilmstruktur angelegt, sodass der Stromfluss direkt vom momentanen Widerstandswert der
Struktur abhängt. Die Zeit bis zum Abbruchkriterium hängt dabei wesentlich von der Orientierung in (111)-Richtung der Ag-
Körner ab, die wiederum hauptsächlich von der Plasmaleistung während der Sputter-Abscheidung abhängt. Die Messungen
zeigen daher eine 7 mal längere Lebensdauer von Schichten, die bei PP= 1000 W abgeschieden wurden, im Vergleich zu
denjenigen, die bei nur PP= 100 W abgeschieden wurden. Es kann gezeigt werden, dass in (111)-Richtung orientierte Körner
stabiler sind und daher die Migration vor allem entlang der Korngrenzen stattfindet, während bei nicht texturierten Schichten
Körner aufgelöst werden.

Silver (Ag) is regarded as advanced material for metallization purposes in microelectronic devices because of its high
conductivity and its enhanced electromigration resistance. Besides the typical use of silicon based substrate materials for
device fabrication, thin film metallization on ceramic and glass-ceramic LTCC (low temperature cofired ceramics) substrates
gets more and more into focus as only thin film technology can provide the required lateral resolutions of structures in the μmrange
needed for e.g. high frequency applications. Therefore, the reliability of Ag thin films is investigated under accelerated
aging conditions, utilizing a test structure which consists of 5 parallel lines stressed with current densities up to
1.5·107 A·cm-² at temperatures ranging from room-temperature up to 300°C. To detect the degradation via the temporal
characteristics of the current signal, a constant voltage is applied taking the overall resistance of the test structure into account.
The mean time to failure (MTF) of the Ag metallization substantially depends on the degree of (111)-orientation which, in
turn, is strongly affected by the plasma power PP during deposition. Therefore, Ag thin films deposited at PP= 1000 W feature
a 7 times higher MTF value than those deposited at PP= 100 W. Due to the enhanced stability of grains being (111)-oriented in
textured thin films the material transport predominantly occurs along grain boundaries, whereas in Ag films without a (111)
orientation volume-related diffusion effects dominate due to the lower stability of these grains.