退火温度对铝互连线热应力的影响

采用二维面探测器X射线衍射(XRD)测量1μm和0.5μm厚Al互连线退火前后的残余应力.沉积态Al线均为拉应力,且随膜厚的增加而减小.沿长度方向的应力明显高于宽度方向的应力,表面法线方向应力最小.250℃退火2.5h后,互连线在各方向上的应力都减弱,其中1μm Al线应力减弱幅度高于0.5μm互连线.采用电子背散射衍射(EBSD)方法,测量退火前后Al互连线(111),(100),(110)取向晶粒的IQ值.退火后平均IQ值提高,互连线残余内应力随之减小.EBSD分析结果与XRD应力测试结果相符合.     

退火温度对铝互连线热应力的影响

采用二维面探测器X射线衍射（XRD）测量1μm和0.5μm厚Al互连线退火前后的残余应力. 沉积态Al线均为拉应力，且随膜厚的增加而减小. 沿长度方向的应力明显高于宽度方向的应力，表面法线方向应力最小. 250℃退火2.5h后，互连线在各方向上的应力都减弱，其中1μm Al线应力减弱幅度高于0.5μm互连线. 采用电子背散射衍射（EBSD）方法，测量退火前后Al互连线(111), (100), (110)取向晶粒的IQ值. 退火后平均IQ值提高，互连线残余内应力随之减小. EBSD分析结果与XRD应力测试结果相符合.     

磁控溅射Cu膜的织构与残余应力

用磁控溅射工艺在不同沉积温度制备200 nm与2μm厚的Cu膜,并用X射线衍射仪(XRD)与光学相移方法测量薄膜织构与残余应力.结果表明,对于200 nm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,Cu<111>/Cu<200>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.根据表面能、应变能及缺陷形成等机制对薄膜残余应力与织构的演化特征进行了分析.     

GaN外延结构中微区应变场的测量和评价

 采用电子背散射衍射(EBSD)技术,测量GaN/蓝宝石结构中的弹性应变场.将EBSD菊池衍射花样的图像质量IQ值及小角度错配作为应力敏感参数,表征GaN-Buffer层-蓝宝石结构中的晶格畸变和转动,显示微区弹性应变场.在GaN/蓝宝石系统中,弹性应变的影响范围大约200×700nm.采用快速傅立叶变换(FFT)提取菊池花样的衍射强度,识别GaN外延结构中的应变/无应变区域.     

大马士革镶嵌结构对Cu膜微结构及应力的影响

通过TEM、SEM、XRD和EBSD,观察了Cu互连线和平坦Cu膜的微观结构。采用薄膜应力测试分布仪和二维面探测器XRD,测量了平坦Cu膜和Cu互连线的应力,计算了Cu薄膜热应力的理论值。凹槽侧壁成为互连线新的形核区域,并且在平行于侧壁的方向形成较弱的(111)织构。与平坦膜相比,互连线晶粒尺寸明显变小(、111)织构较弱,且存在大量Σ3和Σ9晶界。平坦膜和互连线分别表现出压应力和张应力。降温过程产生的热应力为互连线的主要应力。     

掺杂铌和钴元素的PZT薄膜的残余应力测定

锆钛酸铅(PZT)薄膜具有优异的压电性能,是制作微机电系统(MEMS)振动式能量收集器的理想材料。在溶胶-凝胶法制备PZT薄膜的过程中产生的残余应力会对能量收集器有负面影响。该文利用X线衍射法对在退火温度分别为650℃、700℃、750℃、800℃下掺杂铌(Nb)和钴(Co)元素的PZT薄膜样品的残余应力进行了测定。实验结果表明,PZT薄膜样品中的残余应力表现为压应力,从650℃升高到750℃的过程中,随着退火温度的升高薄膜中的残余应力增大;直到750℃附近后,残余应力基本保持稳定。     

Cu互连线显微结构和应力的AFM及SNAM分析

在ULSI中采用Cu互连线代替Al以增加电子器件的传输速度和提高器件的可靠性，Cu的激活能约为1．2eV，而Al的激活能约为0．7eV,Cu互连线寿命约为Al的3－5倍。Cu大马士革互连线的制备工艺为：在硅衬底上热氧化生成的SiO2上开出凹槽，在凹槽中先后沉积阻挡层Ta和晶种层Cu，然后由电镀的Cu层将凹槽填满，最后采用化学机械抛光将凹槽外多余的Cu研磨掉，Cu互连线的尺寸为：200um长，0．5μm厚，宽度分别为0．35，0．5，1至3μm不等，部分样品分别在200℃，300℃和450℃下经过30min退火。利用原子力显微镜（AFM）和扫描近场声学显微镜（SNAM），同时获得形貌像和声像，分别了Cu大马士革凹槽构造引起的机械应力和沉积引起的热应力对Cu互连线显微结构及可靠性的影响，SNAM是在Topometrix公司AFM基础上建造的实验装置，实验采用的机械振动频率在600Hz-100kHz之间。分析测试结果如下：1．AFM和SNAM可以实现对微米和亚微米特征尺寸的Cu互连线的局域应力分布和显微结构的原位分析。2．采用AFM，TEM、XRD观察和测试了Cu互连线的晶体结构，分析了大马士革凹槽工艺 对Cu晶粒尺寸及取向的影响。平坦的沉积态Cu膜的晶粒尺寸约为100nm；而由大马士革工艺制备的凹槽中的Cu互连线的晶粒尺寸约为70－80nm，凹槽结构抑制了晶粒生长，平坦的沉积态Cu膜有较强的（111）织构；而凹槽中的Cu互连线的（111）织构减弱，（200）和其它的晶体取向分量增强。3．SNAM声阻尼信号对材料局域应力的变化敏感，SNAM声图衬底可显示出局域应力的分布，在沉积态的Cu互连线声图中，金属和SiO2介电层的界面处像衬度强，表明该处为应力较高的区域，而在退火后的Cu互连线的声图中，金属和SiO2介电层的界面处像衬度弱，表明退火后该处应力减小，我们对Cu膜进行了宏观应力的测试，退火后应力值从沉积态的661MPa减少至359Mpa，这与SNAM声成像的结果相符合。     

退火温度对AZO薄膜场发射性能的影响

以纯度为99.95%、Al2O3为2wt.%的ZnO-Al2O3金属氧化物为溅射靶材,采用射频(RF)磁控溅射的方法,在玻璃衬底上制备Al掺杂ZnO(AZO)薄膜,研究其场发射特性和导电性能,并分析了不同的退火温度对AZO薄膜的形貌、导电及场发射性能的影响。采用原子力显微镜(AFM)及X射线衍射(XRD)对AZO薄膜表面形貌与结晶特性进行测试的结果表明,随着退火温度的升高,AZO薄膜的表面粗糙度随之增大,AZO薄膜的结晶度变好;场发射性能研究的结果表明,AZO薄膜的开启电场随着退火温度增加呈先减小后增大的趋势,当退火温度为300℃时,AZO薄膜样品粗糙度最大,场发射性能最好,开启场强为2.8V/μm,发光均匀性较好,亮度达到650cd/m2,导电性能最好,电阻率为5.42×10-4Ω·cm。     

氧分压对电子束蒸发TiO2薄膜残余应力的影响

采用电子束蒸发法制备了单层TiO2薄膜.控制O2流量从10 mL/min以步长10 mL/min递增至50 ml/min(标况下).利用ZYGO干涉仪测量基片镀膜前后的面型变化;采用Stoney公式计算出残余应力,分析了不同O2压下残余应力的变化.在本实验条件下,TiO2薄膜的应力随O2的增大,张应力先增大后减小;随O2压继续增大,由张应力逐渐过渡到压应力;O2压过大时,压应力减小.因此,可以通过改变O2压来控制薄膜的应力.应力的变化与薄膜的微观结构密切相关,分析了所有样品的X射线衍射(XRD)谱发现,薄膜结构均为非晶态.     

沉积温度对电子束蒸发HfO2薄膜残余应力的影响

采用电子束蒸发沉积方法在BK7玻璃基底和熔融石英基底上沉积了HfO2薄膜,研究了不同沉积温度下的应力变化规律。利用ZYGO干涉仪测量了基片镀膜前后曲率半径的变化,计算了薄膜应力。结果发现在所考察的实验条件下HfO2薄膜的残余应力均为张应力,应力值随沉积温度的升高先增大后减小。两种基底上薄膜的残余应力的主要产生机制不同。对于BK7玻璃基底HfO2薄膜的残余应力起决定作用的是内应力,熔融石英基底上HfO2薄膜的残余应力在较低沉积温度下制备的薄膜起决定作用的是热应力,在沉积温度进一步升高后内应力开始起决定作用。通过对样品的X射线衍射(XRD)测试,发现在所考察的温度范围内,HfO2薄膜的结构发生了晶态转换,这一结构转变与薄膜残余应力的变化相对应。两种基底上薄膜微结构的演变及基底性能差异是两种基底上薄膜应力不同的主要原因。