<<
>>

Влияние эффектов старения на адгезионную прочность

Учет изменения адгезии на тонкопленочных образцах при увеличении времени их хранения и эксплуатации важен для прогнозирования надежности изделий микроэлектроники. Этот вопрос изучался рядом исследователей в начале 60-х годов.

Металлические покрытия Cu/ Au, Fe, Al, Cr, Mo, V, W, Na, Ag, Sn, Sb напылялись на стеклянные подложки, адгезионная прочность контролировалась методом скрайбирования через определенные интервалы времени в течение 600 ч. Эксперименты показали, что материалы ведут себя по-разному: адгезионная прочность пленок Fe, Cr, Mo, V, W увеличивается сильно; пленок Cu, Al, Na, Sb увеличивается слабее, пленок Au, Ag изменяется мало, а пленки Sn уменьшается. На основании этих результатов была выдвинута теория, которая объясняла изменение адгезионной способности различных материалов при «старении» возникновением и ростом переходного окисного слоя между пленкой и подложкой. Возрастание прочности адгезии вследствие увеличения окисления материала пленки при напылении рассматривалось выше. В данном случае происходят аналогичные процессы окисления, причем кислород попадает в граничный район между пленкой и подложкой посредством диффузии через пленку. Предположение об усилении ядгезии в связи с формированием окисного слоя подтверждается тем фактом, что наибольшая скорость увеличения адгезии наблюдается у металлов, имеющих высокое сродство с кислородом, а у инертных металлов,v таких как Au, Pt, изменения адгезионной способности не наблюдается. Уменьшение адгезии у олова объясняется структурными особенностями данного материала. Недоста

точно высокая скорость роста адгезии с увеличением времени у такого активного к кислороду металла, как алюминий, происходит из-за высокой плотности его поверхностного окисла, вследствие чего затрудняется диффузия кислорода к области границы.

Измерение адгезии методом нормального отрыва показала устойчивое снижение адгезии с увеличением времени выдержки тонкопленочных образцов.

Эксперименты проводились на тонкопленочной структуре NiCr—Cu—Sn, которая напылялась на керамические подложки. Результаты показали четко выраженное уменьшение силы адгезии с возрастанием времени выдержки образца. Этот эффект, по-видимому, связан с образованием крупких фаз вследствие взаимодействия тонких пленок друг с другом.

На эффекты изменения свойств тонких пленок с увеличением времени выдержки сильно влияет температура, при которой хранится образец. Это связано с тем, что при повышении температуры значительно усиливаются процессы диффузии и химического взаимодействия в образцах. Изменнеие адгезии с увеличением времени выдержки при различных температурах оценивалось в [29]. Эксперименты проводились на тонкопленочных структурах нихром — золото и хром — золото, напыленных на стекло, при этом толщина подслоя была равна 150 и 500 нм. К поверхности всех образцов предварительно были припаяны штыри для измерения прочности адгезии методом нормального отрыва. Температуры выдержки образцов были равны: 25, 50, 75, 100, 125°С, время выдержки — 2000 ч. Результаты измерения показали, что на образцах, содержащихся при 25 и 50°С, наблюдается повышение прочности адгезии на 20%, а образцы,, выдерживаемые при температурах 75, 100} и 125°С, показали уменьшение прочности адгезии на 60% от первоначального значения, при этом наблюдается тенденция к уменьшению прочности адгезии с увеличением температуры выдержки.

Авторы [29] объясняют снижение адгезии с течением времени эффектом образования интерметаллических соединений в объеме пленочной структуры. Эти соединения диффундируют к границе и изменяют значение адгезионной прочности.

Исследование влияния выдержки образцов при относительно высоких температурах (500... 600°С) показали значительное возрастание адгезионной прочности. Так, выдержка тонкопленочной структуры хром — медь — хром в течение 30 мин при 600°С приводит к увеличению сцепления в 5...7 раз [61]. Эффект усиления адгезии в этом случае может быть объяснен активизацией диффузионных процессов на границе между пленкой и подложкой, приводящей к взаимному растворению материалов (влияние на адгезию этого эффекта рассматривалось в § 21).

Анализ эффектов «старения» тонкопленочных структур позволяет сделать вывод, что результаты измерения адгезионной прочности, полученные методами скрайбирования и нормального отрыва, сильно различаются. Это объясняется в основном двумя причинами. Во-первых, на результаты измерения адгезионной прочности методом скрайбирования сильное влияние оказывает твер- 92 дость материалов пленки и подложки, которая может изменяться в процессе старения (особенно это касается материала пленки, часто охрупчивающегося от взаимодействия с кислородом воздуха). Во-вторых, что особенно важно, применение метода нормального отрыва для измерения адгезионной прочности сопровождается нанесением на поверхность исследуемой пленки слоя припоя. Зто приводит к сложным явлениям в пленочной системе: возникновению новых фаз, диффузии припоя к границе между пленкой и подложкой, что вызывает уменьшение адгезионной прочности. Следует отметить, что для микроэлектронного производства более важны результаты, полученные методом нормального отрыва, так как монтаж навесных элементов на плату осуществляется приваркой, т. е. операциями, характерными для метода нормального отрыва. Кроме того, в производственных процессах часто производят покрытие оловом пленочных структур, полученных нанесением в вакуме. В этом случае происходит диффузия олова через напыленную структуру, что снижает адгезию.

<< | >>
Источник: Углов А. А. и др.. Адгезионная способность пленок.—М.: Радио и связь,. — 104 с.. 1987

Еще по теме Влияние эффектов старения на адгезионную прочность:

  1. Влияние температурного режима подложки на адгезионную прочность
  2. Влияние давления остаточных газов и скорости напыления на адгезионную прочность
  3. Глава 3 Исследование влияния деформационного старения на коррозионную стойкость трубных сталей различной категории прочности и их сварных соединений
  4. Влияние совместного действия обработки подложек: в тлеющем разрядеи предварительного нагрева перед напылением на адгезионную прочность
  5. ИЛЮХИН ВЛАДИМИР ЮРЬЕВИЧ. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДЕФОРМАЦИОННОГО СТАРЕНИЯ НА КОРРОЗИОННУЮ СТОЙКОСТЬ И СКЛОННОСТЬ К ВОДОРОДНОМУ ОХРУПЧИВАНИЮ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ РАЗЛИЧНОЙ КАТЕГОРИИ ПРОЧНОСТИ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва-2009, 2009
  6. Неразрушающие методы измерения адгезионной прочности
  7. Другие разрушающие методы измерения адгезионной прочности
  8. Применение ионно-лучевой обработки подложек для повышения адгезионной прочности
  9. Эффекты физического старения
  10. Глава 2 Анализ склонности к деформационному старению трубных сталей различной категории прочности
  11. Глава третья. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОИЗВОДСТВА НА АДГЕЗИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ ПЛЕНОК
  12. 2.4 Влияние деформационного старения на изменение тонкой структуры сталей.