王兰喜，张凯锋，王 虎，王 艺，熊玉卿，吴春华，李 坤，周 晖

（兰州空间技术物理研究所 真空技术与物理重点实验室，兰州 730000）

0 引言

随着薄膜航天器、大型空间电池阵、柔性展开天线、柔性电缆、柔性电子学等技术的快速发展，对物理气相沉积（PVD）高质量铜（Cu）膜材料提出了迫切的需求[1-4]。然而，在沉积过程中，Cu膜会形成本征应力，导致Cu膜弯曲变形，这不利于后期对Cu膜的高精度加工和高可靠应用，在本征应力非常高的情况下，甚至会导致Cu膜开裂和脱落[5-8]。用PVD制备Cu膜的本征应力类型和高低随膜厚呈现出一定规律的变化[9-11]，本征应力会受到镀膜方法[12]、基底状态[13-14]、镀膜工艺参数[15-17]等的显著影响。科研人员研究了Cu膜本征应力的形成机制、演变规律和影响因素，为降低或消除Cu膜本征应力提供了理论依据和技术途径。

本文根据近几年用PVD制备Cu膜的研究工作，总结并归纳Cu膜本征应力的形成机制、演变规律、影响因素等方面的研究成果，为开展真空镀制低本征应力Cu膜的研究提供参考。

1 物理气相沉积Cu膜本征应力形成机制及变化规律

对于大多数非外延的用PVD制备薄膜材料而言，薄膜主要有两种生长模式：一是对于高熔点（或沉积原子的迁移率低）材料，薄膜以柱状晶生长为特点，连续成膜后保持本征张应力状态；二是对于低熔点（或沉积原子的迁移率高）材料，薄膜按照Volmer-Weber的岛状方式生长，连续成膜后本征应力出现张应力向压应力转变的变化过程，如图1所示。Cu属于高迁移率材料，Cu膜生长过程包括岛的生长、岛与岛接触、岛合并成连续的薄膜、连续薄膜继续生长增厚，薄膜具有多晶体结构的特点。……