Kinetics of interfacial reaction in bimetallic CuSn thin films

Kinetics of formation of Cu6Su5 between Cu and Sn thin films at room temperature and of Cu3Sn between Cu6Sn5 and Cu at temperatures from 115° to 150°'C were measured by Rutherford backscattering spectroscopy and glancing-incidence X-ray diffraction. The growth of Cu6Sn5; showed a linear rate and the reduction of Cu6Sn5 due to the growth of Cu3Sn showed a parabolic rate with an activation energy of 0.99 eV. A flash of W film was deposited between Cu and Sn as diffusion markers during their room temperature reaction. Marker displacement measured by the backscattering technique showed that Cu is the dominant diffusing species in forming Cu6,Sn5. By annealing a Cu3Sn/Cu sample at 640°C for 20 min and by cooling (not a rapid quenching) it to room temperature, we found that the high temperature phase Cu4Sn can be made metastable at room temperature. Nous avons mesuré par spectroscopie de rétrodiffusion de Rutherford et par diffraction de rayons X sous incidence rasante, les cinétiques de formation de Cu6Sn5; entre des films de Cu et Sn à la température ambiante, et de Cu3Sn entre Cu6Sn5; et Cu à des températures comprises entre 115° et 150°C. La vitesse de croissance de Cu6Sn5 était linéaire et celle de la réduction de Cu6Sn5 due à la croissance de Cu3Sn était parabolique avec une énergie d'activation de 0,99 eV. Un film mince de tungstène était évaporé entre Cu et Sn comme marqueur de diffusion au cours de leur réaction à la température ambiante. Le déplacement du marqueur mesuré par la technique de rétrodiffusion a montré que c'est le cuivre qui diffuse le plus et permet la formation de Cu6Sn5. En recuisant un échantillon de Cu3Sn/Cu à 640°C pendant 20 min et en le refroidissant (mais sans le temper brutalement) à la température ambiante, la phase de haute température Cu4Sn pouvait d̂evenir metastable à la température ambiante. Die Kinetik der Bildung von Cu6Sn5 zwischen dünnen Cu- und Sn-Filmen bei Raumtemperatur und von Cu3Sn zwischen Cu6Sn5 und Cu bei Temperaturen zwischen 115 und 150°C wurde mittels Rutherford-Rückstreuung und Röntgenbeugung bei streifendem Einfall untersucht. Cu6Sn5 wuchs linear; die durch das Wachstum von Cu3Sn auftretende Verringerung von Cu6Sn5 war parabolisch mit einer Aktivierungsenergie von 0,99 eV. Mit W als Markierung konnte aus der mit Rückstreuung gemessenen Verschiebung gezeigt werden, daβ bei der Raumtemperaturreaktion zu Cu6Sn5 im wesentlichen Cu diffundiert. Eine Cu3Sn/Cu-Probe wurde bei 640°C 20 Minuten lang ausgeheilt und auf Raumtemperatur abgekühlt (nicht abgeschreckt); es wurde dabei gefunden, daβ die Hochtemperaturphase Cu4Sn bei Raumtemperatur als metastabile Phase erhalten werden kann.