# 05 磁控溅射Cu膜织构与残余应力

> **来源**：赵海阔等，《半导体技术》2009年第34卷第2期
> **路径**：源文件/文献/应力相关/磁控溅射Cu膜的织构与残余应力_赵海阔.pdf
> **页数**：4页（P150-153）

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## 🎯 研究目的

探究磁控溅射Cu膜在不同沉积温度下，薄膜织构与残余应力的演化特征及两者关联性。

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## 📊 实验条件

| 参数 | 值 |
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| 设备 | 高真空射频磁控溅射 |
| 膜厚 | 200nm / 2μm |
| 衬底 | Si基片（含20nm SiO₂层）|
| 溅射功率 | 100W |
| 靶基距 | 6cm |
| 沉积温度 | 300~450K |
| Ar气流量 | 20cm³/min |
| 溅射气压 | 0.5Pa |

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## 🔬 核心发现

### 1. 薄膜织构随温度演化

| 膜厚 | 随T↑的变化 | 主导机制 |
|------|-----------|----------|
| **200nm** | 〈111〉/〈200〉比值**几乎不变** | 表面能最小化 |
| **2μm** | 〈111〉/〈200〉比值**急剧减小** → 〈200〉增加 | 应变能最小化 |

### 2. 残余应力随温度变化

| 膜厚 | 应力值 | 随T↑变化 |
|------|--------|----------|
| **200nm** | 较低 | ↓ 不断减小 |
| **2μm** | 较大 | ↓ 不断减小 |

**关键结论**：所有Cu膜均表现为**拉应力**；相同温度下，200nm膜应力值 < 2μm膜

### 3. 织构与应力关联机制

| 织构类型 | 应力状态 | 机制 |
|----------|----------|------|
| **〈111〉** | 拉应力 | 表面能最小化 |
| **〈200〉** | 压应力 | 应变能最小化 |

**解释**：面心立方Cu的〈111〉面表面能最低 → 薄膜优先〈111〉取向；随膜厚增加，应变能主导 → 〈200〉增加

### 4. 缺陷影响

- 孔洞、裂纹等缺陷 → 导致拉应力
- 缺陷减少 → 拉应力减小
- 较厚膜中缺陷堆积更多 → 应力更大

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## 💡 对PET-Cu复合集流体的启示

| 问题 | 文献结论 | 应用建议 |
|------|----------|----------|
| **PET基材镀Cu多厚？** | 薄膜(200nm)应力低、厚膜(2μm)应力大 | PET-Cu 1-2μm需关注应力控制 |
| **要不要加热？** | T↑→应力↓ | 适当加热有利于降低应力 |
| **〈111〉 vs 〈200〉？** | 〈111〉电阻率低、〈200〉电阻率高 | ULSI追求低电阻→〈111〉；复合集流体也需低电阻 |
| **膜厚增加会怎样？** | 膜厚↑→缺陷堆积→应力↑ | 厚膜需注意应力释放 |

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## ⚠️ 注意事项

1. 本文基材是**Si**，PET基材热膨胀系数不同，温度效应可能不同
2. 射频磁控溅射 vs 直流磁控溅射（PET-Cu常用DC），工艺参数需调整
3. 膜厚200nm~2μm范围，复合集流体通常~1μm，落在此范围内

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## 📚 关联文献

- **〈111〉织构→低电阻率**：与知识结晶"功率↑→电阻率↓"可能关联
- **温度↑→应力↓**：与"〈111〉织构→拉应力"矛盾统一（温度同时影响织构和应力）
- **缺陷→应力**：可关联"等离子体刻蚀"处理对缺陷的影响

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*学习日期：2026-04-08*
*理解程度：⭐⭐⭐⭐*