# 【42】磁控溅射Cu膜的织构与残余应力

## 基本信息
- **作者**：赵海阔，雒向东（兰州城市学院）
- **来源**：《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(1).pdf
- **阅读日期**：2026-04-11
- **理解程度**：⭐⭐⭐⭐

## 核心内容

### 实验条件

| 参数 | 值 |
|------|-----|
| 设备 | 高真空射频磁控溅射 |
| 靶材 | Cu |
| 膜厚 | 200nm / 2μm |
| 衬底 | Si (20nm SiO₂) |
| 溅射气压 | 0.5Pa |
| 溅射功率 | 100W |
| 沉积温度 | 300-450K |
| Ar气流量 | 20cm³/min |

### 测量方法

#### 织构测量：XRD
- **设备**：X射线衍射仪
- **模式**：θ-θ模式
- **靶材**：Cu靶，λ=0.154056nm

#### 应力测量：光学相移方法
- **设备**：BGS6341型电子薄膜应力分布测试仪
- **原理**：光偏振相移干涉
- **测量**：基片曲率半径变化

### 核心发现：膜厚对织构与应力的影响

#### 200nm Cu膜
| 沉积温度T | 织构变化 | 应力变化 |
|------------|----------|----------|
| 300K→450K | 基本不变 | **减小** |

- 〈111〉取向晶粒组成较大
- 织构不依赖沉积温度
- 拉应力较小且不断减小

#### 2μm Cu膜
| 沉积温度T | 织构变化 | 应力变化 |
|------------|----------|----------|
| 300K→450K | 〈111〉↓〈200〉↑ | **减小** |

- I_Cu〈111〉/I_Cu〈200〉值随T增加而减小
- 〈111〉取向晶粒减少
- 〈200〉取向晶粒增加
- 拉应力较大但不断减小

### 关键结论

#### 所有Cu膜均为**拉应力**

#### 相同温度下
- 200nm膜应力 < 2μm膜应力

#### 应力演化机制

##### 200nm膜
| 机制 | 说明 |
|------|------|
| 表面能 | 影响较弱 |
| 应变能最小化 | **主导** |
| 缺陷演化 | 孔洞减少→应力减小 |

→ 〈200〉取向增加，拉应力减小

##### 2μm膜
| 机制 | 说明 |
|------|------|
| 表面能最小化 | **主导** |
| 应变能 | 影响较小 |
| 缺陷演化 | 孔洞减少→应力减小 |

→ 〈111〉织构无显著变化，拉应力仍减小

### 织构与电阻率关系

| 织构 | 电阻率 |
|------|--------|
| 〈200〉强 | **较高** |
| 〈111〉强 | **较低** |

→ 〈111〉织构越强，Cu膜电阻率越低（导电性更好）

### 文献结论原文
> "对于200nm厚Cu膜，随着沉积温度T增加，晶粒取向组成几乎保持不变，薄膜具有较低拉应力且不断减小；而对于2μm厚Cu膜，随着T增加，晶粒取向组成比值急剧减小，薄膜具有较大的拉应力且不断减小"

## 与其他文献的关联

### 印证点
- 与《应力对薄膜结构与性能影响_冉春华》印证：热应力机制
- 与《镀金膜残余应力_刘明智》印证：温度升高→应力减小

### 与XC03项目关联
- **直接相关**：XC03也是镀Cu膜
- 膜厚不同 → 织构演化机制不同
- 〈111〉织构 → 低电阻率（对复合集流体很重要）
- 沉积温度 → 应力可控

## 个人理解/提炼

**核心规律**：
1. **薄膜(200nm)**：应变能主导，温度↑→应力↓
2. **厚膜(2μm)**：表面能主导，温度↑→〈111〉↓〈200〉↑
3. **所有Cu膜**：均为拉应力
4. **〈111〉织构**：导电性更好

**对XC03的启发**：
- 如果需要低电阻率 → 提高〈111〉织构比例
- 膜厚增加 → 应力增加（注意控制）
- 适当提高沉积温度 → 可减小拉应力

## 待深入/疑问
- PET基材上Cu膜的织构演变规律
- HiPIMS工艺对织构的影响

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## 📅 更新记录

| 日期 | 操作 | 说明 |
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| 2026-04-11 | 新增 | 芝士虾 |