Elektromigrationsverhalten von Silberdünnfilmen auf LTCC

Konferenz: Mikrosystemtechnik 2013 - Von Bauelementen zu Systemen
14.10.2013 - 16.10.2013 in Aachen, Deutschland

Tagungsband: Mikrosystemtechnik 2013

Seiten: 4Sprache: DeutschTyp: PDF

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Autoren:
Bittner, Achim; Backes, Andreas; Schmid, Ulrich (Technische Universität Wien, Institut für Sensor und Aktuatorsysteme, Abteilung Mikrosystemtechnik, Floragasse 7, 1040 Wien, Österreich)

Inhalt:
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.