DIN EN 62047-2-2007 Semiconductor devices - Micro-electromechanical devices - Part 2 Tensile testing method of thin film materials (IEC 62047-2 2006) German version EN 62047-2 2006.pdf

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1、Februar 2007DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 9DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 31.

2、080.01; 31.220.01!,q7A“9782030www.din.deDDIN EN 62047-2Halbleiterbauelemente Bauteile der Mikrosystemtechnik Teil 2: Prfverfahren zur Zugbeanspruchung beiDnnschicht-Werkstoffen (IEC 62047-2:2006);Deutsche Fassung EN 62047-2:2006Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 2: Tensile te

3、sting method of thin film materials (IEC 62047-2:2006);German version EN 62047-2:2006Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 2: Mthodes dessai de traction des matriaux en couche mince(CEI 62047-2:2006);Version allemande EN 62047-2:2006Alleinverkauf der Normen durch Beuth

4、Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 14 SeitenDIN EN 62047-2:2007-02 2 Beginn der Gltigkeit Die von CENELEC am 2006-09-01 angenommene EN 62047-2 gilt als DIN-Norm ab 2007-02-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 62047-2:2004-08. Fr diese Norm ist das nationale

5、 Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (http:/www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom TC 47 Semiconductor devices“ erarbeitet. Eine Aufstellung aller Teile der Reihe IEC 62047 Semico

6、nductor devices Micro-electromechanical devices“ ist auf der IEC-Website einzusehen. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ mit den Daten zu dieser Publikation angegebenen Datum (maintenance result date) unvernd

7、ert bleiben soll. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hin

8、weis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Z

9、usammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche No

10、rmenwerk aufgenommen. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 62047-2 September 2006 ICS 31.080.99 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Bauteile der Mikrosystemtechnik Teil 2: Prfverfahren zur Zugbeanspruchung bei Dnnschicht-Werkstoffen (IEC 62047-2:2006) Semiconductor devices Micro-e

11、lectromechanical devices Part 2: Tensile testing method of thin film materials (IEC 62047-2:2006) Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 2: Mthodes dessai de traction des matriaux en couche mince (CEI 62047-2:2006) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2006-09-01 an

12、genommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen m

13、it ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantw

14、ortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Grieche

15、nland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elek

16、trotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: rue de Stassart 35, B-1050 Brssel 2006 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern

17、von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62047-2:2006 DEN 62047-2:2006 2 Vorwort Der Text des Schriftstcks 47/1865/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 62047-2, ausgearbeitet von dem IEC TC 47 Semiconductor devices“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2006-09-01 als

18、 EN 62047-2 angenommen. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2007-06-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen,

19、zurckgezogen werden mssen (dow): 2009-09-01 Der Anhang ZA wurde von CENELEC hinzugefgt. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62047-2:2006 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. EN 62047-2:2006 3 Inhalt Seite Vorwort .2 1 Anwendungsbereich.4 2 N

20、ormative Verweisungen.4 3 Symbole und Benennungen.4 4 Prfdurchfhrung und Prfeinrichtung .5 4.1 Art und Weise des Einspannens5 4.2 Verfahren der Zugbeanspruchung .5 4.3 Beanspruchungsrate 5 4.4 Messung der Kraft5 4.5 Messung der Dehnung.5 4.6 Spannungs-Dehnungs-Diagramm6 4.7 Beherrschung der klimatis

21、chen Umgebungsbedingungen 6 5 Mikroprobe .6 5.1 Allgemeines6 5.2 Form der Mikroprobe6 5.3 Dicke der Mikroprobe .6 5.4 Messmarkierungen.7 6 Prfbericht7 Anhang A (informativ) Arten des Einspannens von Mikroproben .8 A.1 Elektrostatisches Einspannverfahren.8 A.2 Klebeverfahren.8 A.3 Mechanisches Einspa

22、nnverfahren.8 A.4 Integrierter Zugmechanismus (On-Chip-Verfahren) 8 A.5 Stiftpassungs-Verfahren.8 Anhang B (normativ) Beanspruchungsbedingungen 9 B.1 Beanspruchungsgeschwindigkeit.9 B.2 Genauigkeit der Kraftmessung.9 B.3 Messung der Dehnung.9 Anhang C (informativ) Mikroprobe 10 C.1 Form der Mikropro

23、be10 C.2 Fotomasken fr Mikroproben .10 C.3 Messung der Mikroproben-Dicke .10 C.4 Messmarkierungen.11 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen12 Bilder Bild 1 Dnnschicht-Mikroprobe .5 Tabellen Tabelle 1 Symbole und

24、 Benennungen fr eine Mikroprobe4 EN 62047-2:2006 4 1 Anwendungsbereich In dieser Internationalen Norm ist ein Prfverfahren zur Zugbeanspruchung bei Dnnschicht-Werkstoffen, welche die hauptschlichen Basiswerkstoffe fr Bauteile der Mikrosystemtechnik (MEMS, en: micro-electro-mechanical systems), Mikro

25、bauteile und hnliche Bauteile mit Lngen und Breiten jeweils kleiner als 1 mm und Dicken kleiner als 10 m sind, festgelegt. Die wichtigsten Basiswerkstoffe fr Bauteile der Mikrosystemtechnik, Mikrobauteile und hnliche Bauteile haben solche speziellen Eigenschaften wie Mae blicherweise im Bereich von

26、einigen Mikrometern, der Werkstoffherstellung durch Abscheideprozesse und der Herstellung von Mikroproben mittels einer nichtmechanischen Verarbeitung unter Verwendung von tz- und Fotolithografie-Prozessen. In dieser Internationalen Norm ist das Prfverfahren festgelegt, welches eine Sicherheit der G

27、enauigkeit, welche zu diesen spezifischen Eigenschaften korrespondiert, erlaubt. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die l

28、etzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). ISO 6892, Metallic materials Tensile testing at ambient temperature 3 Symbole und Benennungen Symbole und die dazugehrigen Benennungen sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Symbole und Benennungen fr eine Mikroprobe Sy

29、mbol Einheit Benennungen a m Dicke der Probe b m Breite bezglich des Gleichmabereiches der Probe L0 m Anfangs-Messlnge Lc m Versuchslnge (Parallel-Lnge) Lt m Gesamtlnge der Probe S0 m2Anfangs-Querschnittsflche innerhalb der Versuchslnge R m Radius der bergangsschulter zwischen der Versuchslnge und d

30、en Probenkpfen EN 62047-2:2006 5 Bild 1 Dnnschicht-Mikroprobe 4 Prfdurchfhrung und Prfeinrichtung 4.1 Art und Weise des Einspannens Die Mikroprobe sollte so in die Prfeinrichtung eingespannt werden, dass unerwnschte Beanspruchungen wie Biege- und Scherbeanspruchungen whrend der Prfung vermieden werd

31、en. Die Einspannvorrichtung sollte folgende zwei Eigenschaften haben: a) Die Haltekraft wirkt gleichmig an den Einspannkpfen der Mikroprobe; b) die Einspannhalterungen sind in einer Linie mit der Zugachse der Prfeinrichtung. Die Prfeinrichtung sollte einen Mechanismus zum Ausrichten der Mikroprobe h

32、aben, um die Zugkraftachse der Mikroprobe mit der Bewegungsrichtung der Prfeinrichtung in eine Linie zu bringen. Siehe Anhang A. 4.2 Verfahren der Zugbeanspruchung Die Zugkraft sollte lngs der Zugachse der Mikroprobe ausgebt werden, um eine Biegebeanspruchung der Mikroprobe zu vermeiden. Die Zugkraf

33、tachse und die Bewegungsrichtung sollten in einer Linie sein. Die folgenden zwei Anforderungen sollten erfllt sein, um die Entstehung von Biegebeanspruchungen zu verhindern: a) die lineare Bewegung in der Prfeinrichtung; b) die Zugkraftachse der Mikroprobe und die Bewegungsachse der Prfeinrichtung l

34、iegen in einer Linie. 4.3 Beanspruchungsrate Die Dehnungs-(Beanspruchungs-)rate sollte kleiner als 0,01 s1sein. Die Dehnungsrate sollte whrend der Prfbeanspruchung konstant sein. Siehe B.1. 4.4 Messung der Kraft Fr die Messung der Kraft ist eine Kraftmessdose mit ausreichender Auflsung, mit welcher

35、5 % Messun-sicherheit bezglich der zu messenden Zugkraft gesichert ist, zu verwenden. Siehe B.2. 4.5 Messung der Dehnung Es ist ein Messverfahren zu verwenden, das eine Messauflsung bis auf 0,1 % des Dehnungswertes ermglicht. Das Messverfahren bezglich der Markierungen wird empfohlen, weil die Dehnu

36、ng der Schulter und des Probenkopfes sowie die Deformation der Prfeinrichtung nicht vernachlssigbar sind. Die Dehnung des EN 62047-2:2006 6 gekrmmten Teils der Gleichma-Mikroprobe ist grer als die Dehnung einer stabfrmigen Mikroprobe. Die Kraftmessdose fr einen kleinen Kraftbereich hat eine geringe

37、Steifigkeit. Die Markierungen fr die Messung der Dehnung sollten im Gleichmabereich der Mikroprobe angebracht werden und die Dehnung selbst sollte mit einem kontaktlosen Verfahren gemessen werden. Falls die Markierung aus Dnnschicht-Werkstoff hergestellt wird, muss sie ausreichend dnner sein als die

38、 Mikroprobe und sie muss aus einem Werkstoff mit kleiner Steifigkeit und kleinen inneren Spannungen geformt werden, um die Dehnung der Mikroprobe nicht einzuschrnken. Siehe B.3. 4.6 Spannungs-Dehnungs-Diagramm Es sollte das bliche Spannungs-Dehnungs-Diagramm verwendet werden. Siehe die entsprechende

39、n Bilder in ISO 6892. 4.7 Beherrschung der klimatischen Umgebungsbedingungen Die prfklimatischen Umgebungsbedingungen mssen so beherrscht werden, dass sich whrend der Prfbe-anspruchung weder die Temperatur noch die Luftfeuchte ndern. 5 Mikroprobe 5.1 Allgemeines Die Mikroprobe sollte unter Verwendun

40、g eines Prozesses hergestellt werden, welcher so weit wie mglich gleich jenem Prozess ist, bei dem die Dnnschicht angewendet wird. Sie sollte Abmessungen in der gleichen Grenordnung wie die realen Mikrobauteile haben, um den Greneinfluss zu minimieren. Die Mikroprobe sollte mit ihren Einspannkpfen s

41、o lange in ihrem (Transport-)Halterahmen eingespannt bleiben, bis die Mikroprobe in der Prfeinrichtung eingespannt worden ist. Der Grund dafr ist, dass die Dnnschicht-Probe, welche eine innere Beanspruchungsverteilung entlang der Dicke hat, sich durch Verwindungen nach dem Entfernen aus dem Substrat

42、 nicht handhaben lsst. 5.2 Form der Mikroprobe Die Lnge, Breite und (Anfangs-)Messlnge einer Mikroprobe sollten in der gleichen Grenordnung wie die des Mikrobauteils konzipiert werden, um den Greneinfluss zu minimieren. Die Mae sind mit Grenzab-weichungen innerhalb des Bereiches von 1 % festzulegen.

43、 Die Versuchslnge (Lnge des Gleichmabereiches) der Mikroprobe muss grer als das 2,5fache der Breite sein. Siehe C.1. Die Schulter (gekrmmter Teil) zwischen den Probenkpfen und dem Gleichmabereich sollte einen ausreichend groen Krmmungsradius haben, damit im Schulterbereich kein Bruch infolge einer K

44、raftkon-zentration erfolgt. Die Form des Schulterbereiches sollte so gleichmig sein, dass kein Bruch im Schulterbereich erfolgt. Siehe C.2. Das Substrat unter dem Gleichma- und Schulterbereich der Mikroprobe muss entfernt werden, damit das verbleibende Material nicht die Prfergebnisse beeinflusst. E

45、s ist erforderlich, dass der Prozess fr das Entfernen des Substratmaterials nicht die Mikroprobe beschdigt. 5.3 Dicke der Mikroprobe Die Dicke jeder Mikroprobe ist zu messen und der Messwert ist im Prfbericht anzugeben. Die Mess-ungenauigkeit der Dickenmessung muss kleiner als 5 % sein. EN 62047-2:2

46、006 7 Die Dicke jeder Mikroprobe ist direkt zu messen. Allerdings kann auch die Schichtdicke, die aus der Stufenhhe einer getzten Fensterffnung nahe der Mikroprobe ermittelt wird, als Dicke der Mikroprobe verwendet werden, um eine mechanische Beschdigung durch eine Profiltastnadel zu vermeiden. Die

47、Lage des Fensters sollte deshalb innerhalb des Bereiches festgelegt werden, in dem die Dicke der Mikroprobe mit einem Genauigkeitsbereich von 1 % abgeschtzt werden kann, wenn die Dickenvariation ber den Wafer beachtet wird. Siehe C.3. 5.4 Messmarkierungen Messmarkierungen sollten auf der Mikroprobe

48、sein, um die Dehnung zu messen. Die Lnge der Markierung sollte kleiner als 80 % der Versuchslnge und mehr als das Doppelte der Breite der Mikroprobe sein. Die Messmarkierungen sollten die Dehnung der Mikroprobe nicht einschrnken und nur einen kleinen Einfluss auf das Prfergebnis haben. Aus diesem Gr

49、und sollten die Messmarkierungen so dnn sein, dass gerade noch ein Kontrast erhalten bleibt, oder der Elastizittsmodul und die inneren Spannungen des fr die Markierung verwendeten Werkstoffs mssen viel kleiner als die des Mikroprobenwerkstoffs sein. Als Markierungswerkstoff wird eine Metallschicht empfohlen. Die Dicke der Messmark