# 【72】磁控溅射Cu膜的织构与残余应力

## 基本信息
- **作者**：赵海阔等（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**：⭐⭐⭐⭐（详细，应力机制）

## 核心内容

### 实验配置

| 参数 | 值 |
|------|-----|
| 基材 | Si基底，500μm，SiO₂层20nm |
| 膜厚 | 200nm / 2μm |
| 溅射方法 | 射频磁控溅射 |
| 溅射功率 | 100W |
| 工作气压 | 0.5 Pa |
| 靶基距 | 6cm |
| 沉积温度 | 300-450 K |

### 关键发现1：200nm膜 vs 2μm膜

#### 200nm Cu膜
| 参数 | 结果 |
|------|------|
| I(111)/I(200) | 不随温度变化 |
| 织构 | 保持稳定 |
| 应力 | **低且不断减小** |

#### 2μm Cu膜
| 参数 | 结果 |
|------|------|
| I(111)/I(200) | **随温度↑而减小** |
| 织构 | 〈111〉↓，〈200〉↑ |
| 应力 | **高但不断减小** |

**关键结论**：**膜厚影响应力演化机制**

### 应力随沉积温度变化

| 温度 | 200nm膜应力 | 2μm膜应力 |
|------|-------------|-----------|
| 300K | 低 | 高 |
| 增加 | **减小** | **减小** |
| 450K | 最低 | 降低 |

**所有膜均表现为拉应力**

### 应力与织构的关系

| 织构类型 | 应力状态 |
|----------|----------|
| 〈111〉织构 | **趋向拉应力** |
| 〈200〉织构 | 趋向压应力 |

### 机制分析：薄膜生长的能量竞争

| 能量类型 | 影响 |
|----------|------|
| 表面能 | 〈111〉晶面表面能最低 |
| 应变能 | 〈200〉晶面应变能最小 |
| 缺陷能 | 孔洞、裂纹等 |

### 薄膜生长三个阶段

```
阶段1：晶核形成
     ↓
阶段2：晶粒竞争生长
     ↓
阶段3：织构形成
```

### 200nm膜机制（表面能主导）

#### 表面能最小化
| 晶面 | 表面能 |
|------|--------|
| 〈111〉 | **最低** |
| 〈200〉 | 较高 |

**结果**：〈111〉织构稳定，不随温度变化

#### 缺陷演化
| 温度↑ | 缺陷数量↓ | 应力↓ |
|--------|-----------|--------|
| 300→450K | 孔洞减少 | 拉应力减小 |

### 2μm膜机制（应变能+缺陷共同作用）

#### 应变能最小化
| 晶面 | 应变能 |
|------|--------|
| 〈200〉 | **最低** |
| 〈111〉 | 较高 |

**结果**：温度↑ → 应变能主导 → 〈200〉增加

#### 缺陷演化
| 温度↑ | 缺陷数量↓ | 应力↓ |
|--------|-----------|--------|
| 300→450K | 孔洞减少 | 拉应力减小 |

### I(111)/I(200)比值变化

| 膜厚 | 300K | 450K | 变化 |
|------|------|------|------|
| 200nm | 基准 | 基准 | **无变化** |
| 2μm | 高 | 低 | **急剧减小** |

### 缺陷与应力的关系

| 缺陷类型 | 影响 |
|----------|------|
| 孔洞 | 导致拉应力 |
| 裂纹 | 导致拉应力 |
| 缺陷减少 | 应力减小 |

### 综合结论

| 膜厚 | 主导机制 | 织构变化 | 应力水平 |
|------|----------|----------|----------|
| 200nm | **表面能** | 不变 | **低** |
| 2μm | **应变能+缺陷** | 〈111〉↓〈200〉↑ | **高** |

## 与其他文献的关联

### 印证点
- 与《Cu膜应力_李爱丽》印证：应力机制
- 与《溅射功率_周序乐》印证：〈111〉择优取向

### 与XC03项目关联
- **直接相关**：XC03也是Cu溅射
- **薄膜**：〈111〉织构稳定
- **厚膜**：应变能主导，〈200〉增加
- **温度↑**：应力↓（但需控制）

## 个人理解/提炼

**核心结论**：
1. **200nm膜**：表面能主导，〈111〉稳定
2. **2μm膜**：应变能主导，〈111〉→〈200〉转变
3. **所有膜**：拉应力，温度↑→应力↓
4. **缺陷**：孔洞/裂纹导致拉应力
5. **膜厚决定主导机制**

**对XC03的启发**：
- 薄膜（<1μm）：〈111〉织构稳定
- 厚膜：注意应变能主导机制
- 适当提高沉积温度可降低应力
- 注意缺陷控制

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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 |