引言

薄膜和多層中的應力會降低性能，甚至導致技術應用中的故障，通過諸如破裂、彎曲或分層的機制。然而，在某些情況下，應力是理想的，因為它可以用來提高涂層的特定性能，例如導電性，熱穩定性，機械強度或磁性。由于這個原因，評估和控制薄膜和涂層的應力狀態具有技術重要性。

實驗與討論

英思特用磁控濺射裝置在基底壓強為5×10-7pa的超高真空室內生長了銅和鎢薄膜。選擇在a-SiNx上生長薄膜而不直接在Si上生長薄膜有兩個動機:一方面，a-SiNx緩沖層作為擴散阻擋層來防止原子從薄膜擴散到襯底中(Cu特別容易與Si反應),從而阻止像CuxSi或WxSi這樣的化合物的形成；另一方面，無定形氮化硅的存在阻止了膜從母襯底繼承晶體結構，這將影響膜生長期間的應力演變。通過這種方式，沉積層獨立于晶體取向形成它們自己的織構母基板的位置。

如圖1，我們利用W和Cu金屬膜應力演化的知識，制備了Cu/W納米多層膜。它們由10個重復的Cu/W雙層單元構成，每個Cu和W層的厚度為10nm。

圖1：Cu/W納米多層和襯底的幾何形狀

襯底與用于單層Cu和W膜的相同，即200微米厚的Si(100)(平方11cm2)晶片，具有90 nm的a-SiNx阻擋層和25 nm的W緩沖層，10nm厚的Cu層和10nm厚的W層在0.533 Pa的Ar壓力和80 W的功率下進行交替沉積。我們選擇這些特定條件是因為它們將壓縮Cu與拉伸W相結合，以試圖實現幾乎無應力的NML。根據圖2顯示，通過簡單地考慮塊體Cu{111}和W{110}之間的面內晶格失配，我們預計Cu總是處于高拉伸應力下。

對于Cu/Ag多層膜我們研究發現其中新的晶粒在下面的多晶層上成核，與先前沉積的晶粒在一起，產生拉伸應力。因此，W在a-SiNx和多晶Cu上的不同應力演化表明“疊加原理”在納米多層膜中不成立。換句話說，對于單一金屬膜，生長應力對沉積參數的依賴性不能直接用于調整相應多層結構中的應力演變。

圖2：應力-厚度曲線

英思特通過觀察在沉積銅層期間獲得的應力-厚度數據， 發現在先前沉積的鎢層上沉積銅不會影響整個襯底曲率，增厚的Cu層不能使下面的W/Cu疊層變形，而是簡單地容納在其上。然而，生長期間恒定的襯底曲率并不意味著零增量應力。

結論

英思特研究了DC磁控濺射法生長的鎢和銅薄膜中，氬氣壓強和外加功率對應力演化的影響。由此可見，低Ar壓力和高功率有利于壓縮固有應力的發展，因為更高能的吸附原子到達生長膜的表面，觸發原子擴散進入晶界和/或原子噴丸。

對于較低能量的吸附原子，如在高Ar壓力和低施加功率下所有利的，這些應力產生機制被抑制，并且所得薄膜形成拉伸應力狀態。對于在與其單膜變體相似的條件下生長的Cu/W多層膜，應力演變由連續沉積的W層中的本征應力控制。較軟的銅層中的應力簡單地適應下面較硬的鎢層的應力狀態，導致大的界面應力貢獻。

江蘇英思特半導體科技有限公司主要從事濕法制程設備，晶圓清潔設備，RCA清洗機，KOH腐殖清洗機等設備的設計、生產和維護。

審核編輯 黃宇