Influence des contraintes résiduelles et de la texture sur les propriétés mécaniques de films minces de Cr élaborés par pulvérisation cathodique RF

Relation structure-dureté de films de Cr

Residual stress and texture influence on the mechanical properties of Cr thin films prepared by RF cathodic sputtering

¹ Institut P’, UPR 3346 CNRS, Université de Poitiers, ENSMA, BP 30179, 86962 Futuroscope, France
arnaud.le.priol@univ-poitiers.fr, Eric.le.bourhis@univ-poitiers.fr
² SAGEM Défense Sécurité, tablissement d’Argenteuil, 72-74 rue de la Tour Billy, BP 72, 95101 Argenteuil Cedex, France

Reçu : 23 Novembre 2012
Accepté : 22 Avril 2013

Résumé

Le chrome est souvent utilisé comme sous-couche pour permettre ou améliorer l’adhésion. Des analyses de contraintes résiduelles et de la microstructure des films minces de chrome élaborés par pulvérisation cathodique RF ont été réalisées afin de définir les conditions d’élaboration optimums pour incorporer celui-ci dans une métallisation existante. Une transition des contraintes résiduelles de compressiontension est observée suivie d’une relaxation lorsque la pression de travail est augmentée. Une évolution de la composante de texture du chrome apparaît également. L’apparition de fortes contraintes de compression et le développement de la texture de fibre {1 1 0} liés au bombardement très énergétique à faible pression engendre un film mince de Cr possédant une dureté élevée. L’augmentation de la pression de travail diminuant l’énergie des atomes pulvérisés arrivantla surface de l’échantillon engendre d’une part une diminution des contraintes de compression et d’autre part une évolution de la composante de texture. Un film mince de chrome possédant un état de contrainte en tension et une texture de fibre {1 1 1} présente une dureté relativement faible.

Abstract

Chromium is often used as an underlayer to provide or improve adhesion. Residual stresses and microstructure analyses of chromium thin films prepared by RF sputtering was performed to determine the optimum conditions in order to incorporate Cr thin film in an existing metallization. A transition from compression to tensile residual stress is observed followed by a stress relaxation related to working pressure during deposition. An evolution of texture component of chromium thin films also appears. High compressive stress and {1 1 0} fiber texture related to high kinetic energy of the sputtered atoms at low working pressure lead to a Cr thin film with high hardness. The increase in the working pressure decreasing the energy of the sputtered atoms arriving at the surface of the sample causes firstly a decrease in compressive stress and secondly a change in the texture component. Low tensile stress and {1 1 1} fiber texture in Cr thin films lead to a relatively low hardness.