行業應用 | 納米劃痕測試：揭秘芯片“不脫落”的秘密

閱讀：77 發布時間：2026-7-6

在半導體制造領域，芯片由許多層極薄的材料堆疊而成。微芯片的性能與可靠性高度依賴于各薄膜層與硅晶圓基板之間的附著力。一旦附著力不足，可能導致涂層過早分層，直接影響芯片功能甚至引發元件失效。那么，如何科學、高效地評估這種附著力呢？

納米劃痕測試技術是評估微芯片薄膜附著力的核心手段。

一、什么是納米劃痕測試？

圖1：安東帕 NST3 是半導體材料附著力測試的儀器

納米劃痕測試是一種通過在涂層表面施加逐漸增大的法向載荷，金剛石壓頭同時劃過樣品，并實時監測涂層失效過程中深度等信號的測試方法。它能夠精確測定臨界載荷——即涂層開始脫層或發生失效時的法向載荷。一般來說，臨界載荷越高，附著力越強。

二、實驗設計：三種常見鈍化層的對比研究

本研究選用硅片上三種典型的鈍化層進行測試：

所有測試使用安東帕 NST3 納米劃痕儀和球形金剛石針尖完成。

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三、關鍵發現：附著力差異顯著

通過對每個樣品進行三次漸進載荷劃痕測試，研究人員確定了兩個關鍵的臨界載荷：

? Lc?（第一臨界載荷）：涂層本身出現變化（顏色變化、裂紋）。

? Lc?（第二臨界載荷）：涂層與基體開始分層，基底暴露。

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圖2：三個樣品的劃痕全景圖，垂直線標示臨界載荷位置

測試結果匯總

核心結論

樣品2（Si?N?）附著力最佳——盡管厚度最薄（300 nm），但其 Lc? 值高達43.56 mN，遠超其他兩種涂層，且涂層本身開始變化的載荷大，表現出優異的抗劃傷性。

樣品3（Al?O?）附著力最小——幾乎從劃痕起始階段涂層本身發生失效，對劃傷極為敏感。

四、為什么這項技術如此重要？

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圖3：樣品1的劃痕深度信號，深度信號波動對應涂層開裂脫落，穩定段對應基底暴露

安東帕 NST3 的一大獨特優勢在于其內置高質量光學顯微鏡，能夠記錄整個劃痕軌跡的全景圖像，并與所有測試信號（劃痕深度、殘留深度、摩擦力等）同步，實現快速、直觀的失效識別。

對于半導體行業而言，這一技術在研發階段尤為重要——幫助工程師在新沉積工藝開發過程中，精準控制鈍化層與基底的附著力，從而提升微芯片的可靠性和使用壽命。

納米劃痕測試不僅是評估鈍化層附著力的高效工具，更是保障半導體器件品質的關鍵技術手段

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