一种评价Cu系金属纳米多层膜材料附着性能的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料科学技术领域，涉及金属纳米多层膜材料附着性能，尤其是一种 评价Cu系金属纳米多层膜材料附着性能的方法。
【背景技术】
[0002] 金属薄膜是微电子产品中应用最为广泛的一种薄膜。随着电子元器件微型化、小 型化的发展，尤其是纳米金属多层膜薄膜在半导体器件、集成电路和电子元器件等方面得 到了广泛深入的研宄，取得了丰硕的成果。纳米金属多层膜薄膜的附着问题是薄膜化元器 件研宄工作的一个重要组成部分，在实际镀膜工作中，由于金属本身物理化学性质的不同， 金属与基片之间热膨胀系数、弹性模量的差异，引起薄膜附着性差，经常出现薄膜脱落的现 象，严重影响了元器件性能。
[0003] 由于附着能在工程中的材料设计密切相关，如何能方便准确的评价多层膜材料的 附着能，提高金属薄膜附着性的规律和方法，并从工艺上提出改进方法成为设计微观结构 敏感性材料的巨大挑战。广大学者研宄发现，克服膜基片间不匹配问题通常可通过设置过 渡层或夹层来实现。一方面增加它们之间的附着力，另一方面减少它们之间的应力。多层 膜材料体系中，大量过渡层及异质界面的存在无疑提高了多层膜材料的附着能。然而，对于 含过渡层和夹层的材料附着性能的评估方法以十分成熟，尤其是用纳米压痕的方法。可是 对于金属纳米多层膜，目前还没有利用纳米压入方法简单快捷的评估其附着性能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种评价Cu系金属纳米多层 膜材料附着性能的方法，该方法可以简单、方便、快捷地评价纳米多层膜的附着能，能够解 决金属多层膜材料附着能测量的问题，为解决纳米多层膜薄膜附着能力的评估提供了有效 途径。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006] 这种评价Cu系金属纳米多层膜材料附着性能的方法，采用纳米压痕法，以层片状 薄膜试样作为测试样品，采用三棱锥金刚石压头进行加载试验；压入试验结束后，采用聚焦 离子束技术观察压痕截面形貌，并侧得膜基界面分离裂纹的长度a之后，可以利用下述公 式（1)计算金属多层膜材料的断裂韧性K rc;
【主权项】
1. 一种评价Cu系金属纳米多层膜材料附着性能的方法，其特征在于，采用纳米压痕 法，以层片状薄膜试样作为测试样品，采用三棱锥金刚石压头进行加载试验；压入试验结束 后，采用聚焦离子束技术观察压痕截面形貌，并侧得膜基界面分离裂纹的长度a之后，可以 利用下述公式（1)计算金属多层膜材料的断裂韧性K k;
其中E，H，v分别是薄膜的弹性模量，膜厚和泊松比；％是薄膜的残余应力；c，〇，口 σ ^分别由以下公式（2)，（3)和（4)得到： c = [1+0. 902(l-v)]_1 (2)
其中，hp是塑性变形的深度，由实时监测纳米压入过程的载荷-位移曲线得到；a是界 面面径向裂纹的长度；k是常数为42. 67 ;h#是薄膜的特征尺寸一般取为多层膜薄膜的调制 波长或变形的基本单位。
2. 根据权利要求1所述的评价Cu系金属纳米多层膜材料附着性能的方法，其特征在 于，压入深度为薄膜膜厚的80%或以上，裂纹的长度a为压痕中心到裂纹尖端的距离。
3. 根据权利要求1所述的评价Cu系金属纳米多层膜材料附着性能的方法，其特征在 于，所述三棱锥金刚石压头为Berkovich三棱锥金刚石压头。
4. 根据权利要求1所述的评价Cu系金属纳米多层膜材料附着性能的方法，其特征在 于，层片状薄膜试样的制备是通过磁控溅射镀膜，电沉积镀膜或化学气相沉积制备进行的。
5. 根据权利要求1所述的评价Cu系金属纳米多层膜材料附着性能的方法，其特征在 于，层片状薄膜试样的尺寸为5 X 5 X 5mm3,层片状薄膜试样上下左右互相平行。
6. 根据权利要求1所述的评价Cu系金属纳米多层膜材料附着性能的方法，其特征在 于，纳米压痕法控制应变速率为0. 2s'加载过程中载荷，塑性变形区和弹性变形区需要精 确测量。
【专利摘要】本发明涉及了一种评价Cu系金属纳米多层膜材料附着性能的方法，该方法采用层片状薄膜试样作为测试样品，采用应变速率可控的纳米压痕仪试验装置，采用纳米压入仪，压头为三棱锥金刚石压头,控制应变速率为0.2s-1,压入深度为薄膜膜厚的80％或以上，测量在加载结束后压痕截面处膜基间界面裂纹的长度，即可计算出金属纳米多层膜材料的附着能。本方法可以简单、方便、快捷地评价纳米多层膜的附着能，为解决纳米多层膜薄膜附着能力的评估提供了有效途径。
【IPC分类】G01N19-04
【公开号】CN104677819
【申请号】CN201510044188
【发明人】黄平, 周青, 王飞, 徐可为
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年1月28日