Analysis of the influence of structure on mechanical properties of multilayer Ni/Cu thin films for use in microelectronic technologies
Analiza uticaja strukture na mehanička svojstva višeslojnih tankih filmova Ni/Cu za primenu u mikroelektronskim tehnologijama
Abstract
Multilayer Ni/Cu thin films were produced by dual-bath electrodeposition technique (DBT) on polycrystalline cold-rolled Cu substrate. Different Ni/Cu multilayer structures were realized by changing of process parameters such as total film thickness, sublayer thickness and Ni/Cu sublayer thickness ratio. The mechanical properties of Vickers microhardness and interfacial adhesion in the films were investigated. Decreasing of sublayer thickness down to 300 nm and increasing of Ni:Cu sublayer thickness ratio to 1:4, lead to higher values of Vickers microhardness compared to monolayer metal films. Thin films with sublayer thicknesses from 75 nm to 5 μm show strong interfacial adhesion. A weak adhesion and sublayer exfoliation for the films with sublayer thickness greater than 5μm were found. Three-dimensional Ni microstructures can be fabricated using multilayer Ni/Cu film by selective etching of Cu layers in an acidic thiourea solution ('surface micromachining' technique).
Tehnikom elektrohemijske depozicije iz dva kupatila (dual-bath technique, DBT), dobijeni su višeslojni filmovi Ni i Cu, naizmeničnim deponovanjem na polikristalni, hladno-valjani bakarni supstrat. Različite strukture Ni/Cu višeslojnih filmova su ostvarene promenom procesnih parametara kao što su ukupna debljina filma, debljina pojedinačnog sloja u filmu i odnos debljina pojedinačnih slojeva Ni i Cu u filmu. Ispitana su mehanička svojstva mikrotvrdoće po Vikersu i adhezije filma na supstratu i kontaktnim površinama slojeva u filmu. Smanjenjem debljine pojedinačnog sloja do 300 nm i povećanjem odnosa debljina slojeva Ni:Cu na 1:4, došlo se do višestrukog povećanja vrednosti Vikersove mikrotvrdoće u odnosu na jednoslojne metalne filmove. Tanki slojevi Ni i Cu sa debljinom od 75 nm do 5 μm pokazuju dobru međuslojnu adheziju. Filmovi sa debljinom slojeva većom od 5 μm, nemaju dobru međuslojnu adheziju i uočava se delaminacija (razdvajanje) slojeva. Sve strukture višeslojnih filmova Ni i Cu ...se mogu primeniti za izradu trodimenzionalnih MEMS struktura od Ni, metodom selektivnog nagrizanja slojeva Cu u kiselom rastvoru tiouree tehnikom 'površinskog mikromašinstva'.
Keywords:
Ni/Cu electrochemical deposition / multilayer thin films / Vickers microhardnbess / interfacial adhesion / selective etching / elektrohemijska depozicija Ni/Cu / višeslojni tanki filmovi / Vikersova mikrotvrdoća / međuslojna adhezija / selektivno nagrizanjeSource:
Tehnika, 2015, 70, 6, 915-920Publisher:
- Savez inženjera i tehničara Srbije
Funding / projects:
- Micro- Nanosystems and Sensors for Electric Power and Process Industry and Environmental Protection (RS-MESTD-Technological Development (TD or TR)-32008)
Collections
Institution/Community
IHTMTY - JOUR AU - Lamovec, Jelena AU - Jović, Vesna AU - Mladenović, Ivana AU - Popović, Bogdan AU - Radojević, Vesna PY - 2015 UR - https://cer.ihtm.bg.ac.rs/handle/123456789/1691 AB - Multilayer Ni/Cu thin films were produced by dual-bath electrodeposition technique (DBT) on polycrystalline cold-rolled Cu substrate. Different Ni/Cu multilayer structures were realized by changing of process parameters such as total film thickness, sublayer thickness and Ni/Cu sublayer thickness ratio. The mechanical properties of Vickers microhardness and interfacial adhesion in the films were investigated. Decreasing of sublayer thickness down to 300 nm and increasing of Ni:Cu sublayer thickness ratio to 1:4, lead to higher values of Vickers microhardness compared to monolayer metal films. Thin films with sublayer thicknesses from 75 nm to 5 μm show strong interfacial adhesion. A weak adhesion and sublayer exfoliation for the films with sublayer thickness greater than 5μm were found. Three-dimensional Ni microstructures can be fabricated using multilayer Ni/Cu film by selective etching of Cu layers in an acidic thiourea solution ('surface micromachining' technique). AB - Tehnikom elektrohemijske depozicije iz dva kupatila (dual-bath technique, DBT), dobijeni su višeslojni filmovi Ni i Cu, naizmeničnim deponovanjem na polikristalni, hladno-valjani bakarni supstrat. Različite strukture Ni/Cu višeslojnih filmova su ostvarene promenom procesnih parametara kao što su ukupna debljina filma, debljina pojedinačnog sloja u filmu i odnos debljina pojedinačnih slojeva Ni i Cu u filmu. Ispitana su mehanička svojstva mikrotvrdoće po Vikersu i adhezije filma na supstratu i kontaktnim površinama slojeva u filmu. Smanjenjem debljine pojedinačnog sloja do 300 nm i povećanjem odnosa debljina slojeva Ni:Cu na 1:4, došlo se do višestrukog povećanja vrednosti Vikersove mikrotvrdoće u odnosu na jednoslojne metalne filmove. Tanki slojevi Ni i Cu sa debljinom od 75 nm do 5 μm pokazuju dobru međuslojnu adheziju. Filmovi sa debljinom slojeva većom od 5 μm, nemaju dobru međuslojnu adheziju i uočava se delaminacija (razdvajanje) slojeva. Sve strukture višeslojnih filmova Ni i Cu se mogu primeniti za izradu trodimenzionalnih MEMS struktura od Ni, metodom selektivnog nagrizanja slojeva Cu u kiselom rastvoru tiouree tehnikom 'površinskog mikromašinstva'. PB - Savez inženjera i tehničara Srbije T2 - Tehnika T1 - Analysis of the influence of structure on mechanical properties of multilayer Ni/Cu thin films for use in microelectronic technologies T1 - Analiza uticaja strukture na mehanička svojstva višeslojnih tankih filmova Ni/Cu za primenu u mikroelektronskim tehnologijama VL - 70 IS - 6 SP - 915 EP - 920 DO - 10.5937/tehnika1506915L ER -
@article{ author = "Lamovec, Jelena and Jović, Vesna and Mladenović, Ivana and Popović, Bogdan and Radojević, Vesna", year = "2015", abstract = "Multilayer Ni/Cu thin films were produced by dual-bath electrodeposition technique (DBT) on polycrystalline cold-rolled Cu substrate. Different Ni/Cu multilayer structures were realized by changing of process parameters such as total film thickness, sublayer thickness and Ni/Cu sublayer thickness ratio. The mechanical properties of Vickers microhardness and interfacial adhesion in the films were investigated. Decreasing of sublayer thickness down to 300 nm and increasing of Ni:Cu sublayer thickness ratio to 1:4, lead to higher values of Vickers microhardness compared to monolayer metal films. Thin films with sublayer thicknesses from 75 nm to 5 μm show strong interfacial adhesion. A weak adhesion and sublayer exfoliation for the films with sublayer thickness greater than 5μm were found. Three-dimensional Ni microstructures can be fabricated using multilayer Ni/Cu film by selective etching of Cu layers in an acidic thiourea solution ('surface micromachining' technique)., Tehnikom elektrohemijske depozicije iz dva kupatila (dual-bath technique, DBT), dobijeni su višeslojni filmovi Ni i Cu, naizmeničnim deponovanjem na polikristalni, hladno-valjani bakarni supstrat. Različite strukture Ni/Cu višeslojnih filmova su ostvarene promenom procesnih parametara kao što su ukupna debljina filma, debljina pojedinačnog sloja u filmu i odnos debljina pojedinačnih slojeva Ni i Cu u filmu. Ispitana su mehanička svojstva mikrotvrdoće po Vikersu i adhezije filma na supstratu i kontaktnim površinama slojeva u filmu. Smanjenjem debljine pojedinačnog sloja do 300 nm i povećanjem odnosa debljina slojeva Ni:Cu na 1:4, došlo se do višestrukog povećanja vrednosti Vikersove mikrotvrdoće u odnosu na jednoslojne metalne filmove. Tanki slojevi Ni i Cu sa debljinom od 75 nm do 5 μm pokazuju dobru međuslojnu adheziju. Filmovi sa debljinom slojeva većom od 5 μm, nemaju dobru međuslojnu adheziju i uočava se delaminacija (razdvajanje) slojeva. Sve strukture višeslojnih filmova Ni i Cu se mogu primeniti za izradu trodimenzionalnih MEMS struktura od Ni, metodom selektivnog nagrizanja slojeva Cu u kiselom rastvoru tiouree tehnikom 'površinskog mikromašinstva'.", publisher = "Savez inženjera i tehničara Srbije", journal = "Tehnika", title = "Analysis of the influence of structure on mechanical properties of multilayer Ni/Cu thin films for use in microelectronic technologies, Analiza uticaja strukture na mehanička svojstva višeslojnih tankih filmova Ni/Cu za primenu u mikroelektronskim tehnologijama", volume = "70", number = "6", pages = "915-920", doi = "10.5937/tehnika1506915L" }
Lamovec, J., Jović, V., Mladenović, I., Popović, B.,& Radojević, V.. (2015). Analysis of the influence of structure on mechanical properties of multilayer Ni/Cu thin films for use in microelectronic technologies. in Tehnika Savez inženjera i tehničara Srbije., 70(6), 915-920. https://doi.org/10.5937/tehnika1506915L
Lamovec J, Jović V, Mladenović I, Popović B, Radojević V. Analysis of the influence of structure on mechanical properties of multilayer Ni/Cu thin films for use in microelectronic technologies. in Tehnika. 2015;70(6):915-920. doi:10.5937/tehnika1506915L .
Lamovec, Jelena, Jović, Vesna, Mladenović, Ivana, Popović, Bogdan, Radojević, Vesna, "Analysis of the influence of structure on mechanical properties of multilayer Ni/Cu thin films for use in microelectronic technologies" in Tehnika, 70, no. 6 (2015):915-920, https://doi.org/10.5937/tehnika1506915L . .