結合領域モデルによるサブミクロン膜界面のクリープき裂成長予測

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電子デバイスはサブミクロン・ナノメートル厚の多層膜からできており、異材界面が多数存在している。異材では変形のミスマッチによって界面端に応力が集中し、き裂発生場所となりやすいことが知られている。き裂伝ぱに対しては従来の破壊力学概念が有効であったが、微小な材料のき裂発生についてはその適用性を検討する必要がある。とくに、Cohesive Zone Model(CZM)は有力な方法である。一方、負荷後の応力再分布に大きな特徴のあるクリープ条件においては研究例自体が少なく、基本的な知見に欠けている。また、はんだのように低融点を有する金属材料や高分子材料は室温でもクリープ変形するため、界面端におけるき裂発生も時間に依存すると考えられる。この場合には、Cohesive Zone Modelの拡張概念が考えられるが、それについて検討した例はない。本研究は、クリープを含む複雑な負荷条件における微小材料界面端き裂発生・伝ぱ挙動へのCohesive Zone Modelの適用性の検討を目的としてしている。昨年度は、応力場の異なるCu/TiN微小材料における単純負荷による界面端き裂発生の実験結果を参考に、Cohesive Zone Modelの有効性と異なる界面端形状におけるき裂発生への適用性を解明した。本年度は、室温でクリープ変形を生じるSnに着目し、Sn/Si微小材料の界面端クリープき裂発生についてCohesive Zone Modelに基づく解析を行い、その有効性を解明した。さらに、き裂発生について他の破壊力学に基づくクライテリオンと比較した結果、Cohesive Zone Modelが最も一般性を有することが明らかにした。この成果は、既に国際誌(Materials and Design)に投稿済みである。