박막의 기계적 물성은 미세구조, 계면효과 그리고 기지의 구속 때문에 벌크 재료의 물성과 매우 다르다. 일반적으로, 벌크 재료의 결정립 크기보다 박막 두께가 더 작기 때문에 물성이 치수적인 구속(dimensional constraint)의 정도에 따라 다르고, 기지와 붙어있는 층구조물의 형태를 가지고 있기 때문에 박막만의 기계적 물성을 얻어내기가 어렵다. 이종재료의 접합은 각 물질의 물성차, 즉 열팽창계수, ...
박막의 기계적 물성은 미세구조, 계면효과 그리고 기지의 구속 때문에 벌크 재료의 물성과 매우 다르다. 일반적으로, 벌크 재료의 결정립 크기보다 박막 두께가 더 작기 때문에 물성이 치수적인 구속(dimensional constraint)의 정도에 따라 다르고, 기지와 붙어있는 층구조물의 형태를 가지고 있기 때문에 박막만의 기계적 물성을 얻어내기가 어렵다. 이종재료의 접합은 각 물질의 물성차, 즉 열팽창계수, 탄성계수 등의 차이에 의해 제조 시 또는 실제 사용중에 고유응력(intrinsic stress), 열응력에 의해 층간 잔류응력이 발생한다. 과도한 인장응력은 박막이 기판으로부터 벗겨짐(peeling)을 일으키고, 압축응력은 기판으로부터 박막의 좌굴(buckling)을 일으킨다. 또한 잔류응력은 박막의 전기적, 자기적, 광학적 특성에 영향을 미치며, 특히 반도체 소자 제조시 소자의 변형을 일으켜 lithographic 패턴의 변형을 일으킨다. 따라서 박막 제조에 있어서 박막의 잔류응력 발생 원인을 이해하고 박막의 잔류응력을 조절하는 것은 박막의 신뢰성 측면에서 매우 중요하다. 본 연구에서는 반도체 소자에서 배선재료로 널리 사용되는 Al, Al-1wt%Cu의 박막을 각각 대략 0.5, 1, 2cm 두께로 상온과 250℃의 기지에 증착하여 보의 굽힘에 기초한 방법(beam bending method)으로 얻어진 응력을 통해 온도의 함수로 얻어내었다. 응력은 laser빔과 시편의 상대운동을 통해 곡률을 얻고(laser scanning method), 이 곡률을 stoney식에 대입하여 구해졌다. 열사이클링 곡선의 변화에 대한 증착온도, 박막두께의 영향을 조사하였고, 열사이클링 전후의 미세구조의 변화를 관찰하고, 조성에 따른 곡선 변화를 조사하였다.
박막의 기계적 물성은 미세구조, 계면효과 그리고 기지의 구속 때문에 벌크 재료의 물성과 매우 다르다. 일반적으로, 벌크 재료의 결정립 크기보다 박막 두께가 더 작기 때문에 물성이 치수적인 구속(dimensional constraint)의 정도에 따라 다르고, 기지와 붙어있는 층구조물의 형태를 가지고 있기 때문에 박막만의 기계적 물성을 얻어내기가 어렵다. 이종재료의 접합은 각 물질의 물성차, 즉 열팽창계수, 탄성계수 등의 차이에 의해 제조 시 또는 실제 사용중에 고유응력(intrinsic stress), 열응력에 의해 층간 잔류응력이 발생한다. 과도한 인장응력은 박막이 기판으로부터 벗겨짐(peeling)을 일으키고, 압축응력은 기판으로부터 박막의 좌굴(buckling)을 일으킨다. 또한 잔류응력은 박막의 전기적, 자기적, 광학적 특성에 영향을 미치며, 특히 반도체 소자 제조시 소자의 변형을 일으켜 lithographic 패턴의 변형을 일으킨다. 따라서 박막 제조에 있어서 박막의 잔류응력 발생 원인을 이해하고 박막의 잔류응력을 조절하는 것은 박막의 신뢰성 측면에서 매우 중요하다. 본 연구에서는 반도체 소자에서 배선재료로 널리 사용되는 Al, Al-1wt%Cu의 박막을 각각 대략 0.5, 1, 2cm 두께로 상온과 250℃의 기지에 증착하여 보의 굽힘에 기초한 방법(beam bending method)으로 얻어진 응력을 통해 온도의 함수로 얻어내었다. 응력은 laser빔과 시편의 상대운동을 통해 곡률을 얻고(laser scanning method), 이 곡률을 stoney식에 대입하여 구해졌다. 열사이클링 곡선의 변화에 대한 증착온도, 박막두께의 영향을 조사하였고, 열사이클링 전후의 미세구조의 변화를 관찰하고, 조성에 따른 곡선 변화를 조사하였다.
The mechanical properties of thin films differ significantly from those of bulk materials due, largely, to the effects of interfaces, unique microstructure of thin films, and constraints from underlying substrates. The mechanical properties of thin films are generally difficult to measure using conv...
The mechanical properties of thin films differ significantly from those of bulk materials due, largely, to the effects of interfaces, unique microstructure of thin films, and constraints from underlying substrates. The mechanical properties of thin films are generally difficult to measure using conventional methods, due to film thickness of micrometer level and the layer structure of substrate and attached thin films. In this study, thin films of Al, Al-1wt%Cu were deposited using a RF magnetron sputter to the thicknesses of about 0.5, 1 and 2cm, on the Si substrate of room temperature and 250℃. The stresses in the films were obtained using Stoney's formula with the curvatures measured using relative motion of laser beam and specimen (laser scanning method). Effects of deposition temperature and film thickness on the film stress were investigated using thermal cycling experiments. For Al-1wt%Cu thin films, the influence of precipitation hardening on the film stress was also investigated by performing thermal cycling experiments. The microstructures for Al-1wt%Cu thin films were observed using SEM before and after thermal cycling to find no significant change.
The mechanical properties of thin films differ significantly from those of bulk materials due, largely, to the effects of interfaces, unique microstructure of thin films, and constraints from underlying substrates. The mechanical properties of thin films are generally difficult to measure using conventional methods, due to film thickness of micrometer level and the layer structure of substrate and attached thin films. In this study, thin films of Al, Al-1wt%Cu were deposited using a RF magnetron sputter to the thicknesses of about 0.5, 1 and 2cm, on the Si substrate of room temperature and 250℃. The stresses in the films were obtained using Stoney's formula with the curvatures measured using relative motion of laser beam and specimen (laser scanning method). Effects of deposition temperature and film thickness on the film stress were investigated using thermal cycling experiments. For Al-1wt%Cu thin films, the influence of precipitation hardening on the film stress was also investigated by performing thermal cycling experiments. The microstructures for Al-1wt%Cu thin films were observed using SEM before and after thermal cycling to find no significant change.
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