Розмірна залежність механічних напружень у металічних конденсатах на кремнії

Abstract

В роботі експериментально досліджено зовнішній і внутрішній розмірні ефекти, що реалізуються у внутрішніх (власних) і термічних напруженнях мідних конденсатів на підложжях монокристалічного кремнію. Вивчено поведінку максимальних внутрішніх напружень зі зміною товщини плівки та швидкости осадження. Формування внутрішніх напружень пояснюється з позиції міжфазної взаємодії в системі конденсат—підложжя та в структурі конденсату. Показано, що процес конденсації металу на підложжя супроводжується орієнтаційною зміною енергетичних параметрів міжфазної взаємодії: міжфазної енергії, міжфазного натягу, енергії адгезійних зв’язків і роботи адгезії на стадіях наноконденсату (поверхня кремнію—металічний наноконденсат) і суцільної плівки (попередній шар—наступний шар). Досліджено вплив розмірної залежности механічних параметрів плівки на термічну компоненту механічних напружень.

В работе экспериментально исследованы внешний и внутренний размерные эффекты, реализуемые во внутренних (собственных) и термических напряжениях медных конденсатов на подложках монокристаллического кремния. Изучено поведение максимальных внутренних напряжений с изменением толщины плёнки и скорости осаждения. Формирование внутренних напряжений объясняется с позиции межфазного взаимодействия в системе конденсат—подложка и в структуре конденсата. Показано, что процесс конденсации металла на подложку сопровождается ориентационным изменением энергетических параметров межфазного взаимодействия: межфазной энергии, межфазного натяжения, энергии адгезионных связей и работы адгезии на стадиях наноконденсата (поверхность кремния—металлический наноконденсат) и сплошной плёнки (предыдущий слой—следующий слой). Исследовано влияние размерной зависимости механических параметров плёнки на термическую компоненту механических напряжений.

This paper experimentally examines the external and internal size effects implemented in the internal (intrinsic) and thermal stresses of copper condensates on the silicon single-crystal substrates. The behaviours of maximum tension with changing film thickness and deposition rate are studied. Formation of internal stresses is caused by the position of the interfacial interaction in the condensate system—substrate and the very structure of the condensate. As shown, the process of condensation on the metal substrate is accompanied by a change in orientation of interfacial interaction energy parameters: interfacial energy, interfacial tension, adhesion-bonds’ energy, and work of adhesion at the nanocondensate stages (silicon surface—metallic nanocondensate) and continuous film (previous layer—next layer). The influence of the size dependence of film mechanical parameters on the thermal component of mechanical stress is investigated.