DIN EN 62047-8-2011 Semiconductor devices - Micro-electromechanical devices - Part 8 Strip bending test method for tensile property measurement of thin films (IEC 62047-8 2011) Ger.pdf

1、Dezember 2011DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 14DIN 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

2、 31.080.01; 31.220.01!$ts“1818029www.din.deDDIN EN 62047-8Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 8: Streifen-Biege-Prfverfahren zur Messung vonZugbeanspruchungsmerkmalen dnner Schichten (IEC 62047-8:2011);Deutsche Fassung EN 62047-8:2011Semiconductor devices Micro-electromecha

3、nical devices Part 8: Strip bending test method for tensile property measurement of thin films(IEC 62047-8:2011);German version EN 62047-8:2011Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 8: Mthode dessai de la flexion de bandes en vue de la mesure des proprits detraction des

4、couches minces (CEI 62047-8:2011);Version allemande EN 62047-8:2011Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 20 SeitenDIN EN 62047-8:2011-12 2 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2011-04-18 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist

5、 2011-12-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 62047-8:2008-05. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Pub

6、likation wurde vom SC 47F Micro-electromechanical systems“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (stability date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu diesem Ze

7、itpunkt 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 Hinweis auf eine Abschnittsnummer

8、, 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 Zusammenhang der zitierten Norm

9、en 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 Normenwerk aufgenommen. EUROPISC

10、HE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 62047-8 Mai 2011 ICS 31.080.99 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 8: Streifen-Biege-Prfverfahren zur Messung von Zugbeanspruchungsmerkmalen dnner Schichten (IEC 62047-8:2011) Semiconductor devices Micro-electrom

11、echanical devices Part 8: Strip bending test method for tensile property measurement of thin films (IEC 62047-8:2011) Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 8: Mthode dessai de la flexion de bandes en vue de la mesure des proprits de traction des couches minces (CEI 6204

12、7-8:2011) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2011-04-18 angenommen. 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. A

13、uf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit 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

14、anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung 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 Bel

15、gien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Repu

16、blik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2011 CENELEC Alle Rechte der Verwer

17、tung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62047-8:2011 DDIN EN 62047-8:2011-12 EN 62047-8:2011 2 Vorwort Der Text des Schriftstcks 47F/71/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 62047-8, ausgearbeitet von dem SC 47F Micro-ele

18、ctromechanical systems“ des IEC TC 47 Semiconductor devices“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2011-04-18 als EN 62047-8 angenommen. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CEN und CENELEC sin

19、d nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. 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): 2012-01-18

20、 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2014-04-18 Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62047-8:2011 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. In der offiziellen Fassung sind unter Lite

21、raturhinweise“ zu den aufgelisteten Normen die nachstehenden Anmerkungen einzutragen: IEC 62047-2:2006 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 62047-2:2006 (nicht modifiziert). IEC 62047-3:2006 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 62047-3:2006 (nicht modifiziert). DIN EN 62047-8:2011-12 EN 62047-8:2011 3 Inhalt Seit

22、eVorwort .2 1 Anwendungsbereich.5 2 Normative Verweisungen .5 3 Begriffe .5 4 Prfeinrichtung .5 4.1 Allgemeines5 4.2 Antriebseinheit (Aktor)6 4.3 Druckstempel (Druckfinne).6 4.4 Fhrungsmechanismus6 4.5 Kraft- und Auslenkungssensoren.6 4.6 Prfumgebung6 5 Mikroprobe .6 5.1 Allgemeines6 5.2 Form der Mi

23、kroprobe7 5.3 Messung der Mikroprobenmae 7 6 Prfdurchfhrung und Analyse.7 6.1 Allgemeines7 6.2 Datenanalyse .8 7 Prfbericht9 Anhang A (informativ) Datenanalyse: Prfergebnisse bei Verwendung der Nanoindentations-Technik (Eindruckverfahren)10 A.1 Fehlerursachen 10 A.2 Kompensation der thermischen Drif

24、t10 A.3 Bestimmung der Referenzposition auf der Oberflche10 A.4 Kompensation der Blattfeder-Steifigkeit.11 Anhang B (informativ) Herstellung der Mikroproben: MEMS-Fertigungsverfahren.13 B.1 Mikroprobenherstellung13 B.2 Messung der Form der Mikroprobe14 Anhang C (informativ) Auswirkungen von Fehleins

25、tellungen und Geometrie auf die Messmerkmale .15 C.1 Grundlagen.15 C.2 Analyse mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM)15 C.3 Analyseergebnisse.15 Literaturhinweise 18 Bilder Bild 1 Dnnschicht-Mikroprobe .7 Bild 2 Prinzipdarstellung einer Streifen-Biegeprfung.9 Bild A.1 Drei aufeinanderfolgende K

26、eilbeanspruchungen zur Ermittlung der Referenzposition einer Mikroprobe .10 DIN EN 62047-8:2011-12 EN 62047-8:2011 4 SeiteBild A.2 Prinzipdarstellung einer Nanoindentations-Prfeinrichtung11 Bild A.3 Aktorkraft ber der Biegung fr Streifen-Biegebeanspruchung und Blattfeder-Beanspruchung . 11 Bild A.4

27、Kurve der Kraft ber der Biegung einer Mikroprobe nach Kompensation der Steifigkeit der Blattfeder . 12 Bild B.1 Verfahren zum Herstellen einer Mikroprobe . 13 Bild C.1 FEM-Analyse der Fehler auf Basis der Strukturdaten einer Au-Dnnschicht mit einer Dicke von 1 m 16 Bild C.2 Fehlpositionierungen in d

28、er Lnge (d) und im Winkel (, , ) 17 Tabellen Tabelle 1 Symbole und Bezeichnungen fr die Mikroprobe. 7 DIN EN 62047-8:2011-12 EN 62047-8:2011 5 1 Anwendungsbereich Diese Internationale Norm legt das Streifen-Biege-Prfverfahren (en: strip bending test) zur Messung von Zugbeanspruchungsmerkmalen an dnn

29、en Schichten fest und das mit hoher Genauigkeit, Wiederholbarkeit und einem vertretbaren Aufwand fr das Einrichten sowie Handling der Mikroproben im Vergleich zum herkmmlichen Zug-Prfverfahren. Anwendbar ist dieses Prfverfahren bei Mikroproben mit Dicken zwischen 50 nm und einigen Mikrometern sowie

30、Aspektverhltnissen (Verhltnis von Lnge zur Dicke) grer als 300. Der zwischen zwei Einspannpunkten eingehngte Streifen (oder Tragbalken) wird hufig in MEMS- oder Mikrosystem-Bauteilen verwendet. Es ist viel leichter, diese Struktur herzustellen als herkmmliche Zug-Probekrper. Die Prfdurchfhrungen sin

31、d so einfach, dass sie ohne Weiteres automatisierbar sind. Diese Internationale Norm kann fr Qualittsprfungen in der MEMS-Produktion verwendet werden, da die Prfergebnisse in einem sehr hohen Ma mit denen herkmmlicher Zug-Prfverfahren vergleichbar sind. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitiert

32、en Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). KEINE 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokum

33、ents gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Biegung Durchbiegung w Auslenkung (Versetzung) im Mittelpunkt der Lnge einer Mikroprobe, welche in Bezug auf die verbindende Gerade zwischen den beiden Einspannpunkten (Aufsetzpunkten) der Mikroprobe gemessen wird 3.2 Biegewinkel Winkel zwischen der verformten

34、 Mikroprobe und der verbindenden Gerade zwischen den beiden Einspann-punkten (Aufsetzpunkten) der Mikroprobe ANMERKUNG In diesem Dokument wird die Mikroprobe hufig als Biege-Streifenprobe bezeichnet. 4 Prfeinrichtung 4.1 Allgemeines Die Prfeinrichtung besteht aus einer Antriebseinheit (Aktor), einer

35、 Kraftmesseinheit (Lastsensor, Kraft-sensor), einer Verformungsmesseinheit (Auslenkungssensor) und einem Fhrungsmechanismus wie andere mechanische Prfeinrichtungen auch, z. B. eine Mikro-Zugprfeinrichtung oder eine Nanoindentations-Prfeinrichtung. Eine Mikroprobe in Form eines Streifens ist sehr gef

36、gig und vertrgt groe Dehnungen unter einer kleinen Lastbeanspruchung, wenn sie mit einer Zug-Mikroprobe gleicher Geometrie verglichen wird. Deshalb sollte der Lastsensor eine auergewhnlich gute Messauflsung und der Dehnungssensor einen sehr groen Messbereich haben. Einzelheiten zu den jeweiligen Bau

37、teilen der Prfeinrichtung werden im Folgenden beschrieben. DIN EN 62047-8:2011-12 EN 62047-8:2011 6 4.2 Antriebseinheit (Aktor) Alle Antriebseinheiten, mit denen man in der Lage ist, Linearbewegungen zu realisieren, knnen fr dieses Prfverfahren verwendet werden, z. B. piezoelektrische Aktoren, Tauch

38、spulen, Servomotoren usw. Allerdings wird wegen der kleinen Abmae der Mikroprobe eine Antriebseinheit mit einer feinen Antriebsauflsung nachhaltig empfohlen. Die Antriebsauflsung muss besser als 1/1 000 der grten Biegung der Mikroprobe sein. 4.3 Druckstempel (Druckfinne) Der Druckstempel, mit dem di

39、e linienfrmige Kontaktkraft (Last) auf die Mikroprobe ausgebt wird, ist in der Bauform hnlich dem herkmmlichen Keiltyp und kann aus Diamant, Saphir oder anderen harten Werkstoffen gefertigt werden. Der Radius der Finne muss vergleichbar gro oder grer sein als die Dicke der Mikroprobe, aber immer kle

40、iner als L/50 (siehe Anhang, C.3). 4.4 Fhrungsmechanismus Der Druckstempel muss in der Prfeinrichtung montiert werden und entsprechend der Kraft- und Auslen-kungsachsen gefhrt werden, wobei der Abweichungswinkel kleiner als 1 sein muss. Der Druckstempel muss weiterhin zur Probenoberflche mit einem A

41、bweichungswinkel kleiner 1 gefhrt werden (siehe Anhang C zu den Festlegungen der Abweichungswinkel und Fehlerabschtzungen der Abmessungen). Es wird empfohlen, die Prfeinrichtung mit Neigungsschlitten auszustatten, um die Neigungswinkel entsprechend einzustellen. Der Druckstempel ist mittig zur Mikro

42、probe zu positionieren, wobei die Positionierungsungenauigkeit kleiner als L/100 sein muss. 4.5 Kraft- und Auslenkungssensoren Die Kraft- und Auslenkungssensoren mssen Messauflsungen besser als 1/1 000 der Hchstkraft und Biegung whrend der Prfbeanspruchung haben. Die Messungenauigkeit der Sensoren m

43、uss innerhalb des 1 %-Bereiches sein. Die Auslenkungssensoren knnen bei annehmbarer Messauflsung und Genauigkeit von kapazitiver, induktiver LVDT (en: linear variable differential transformer) oder optischer Bauart sein. In der Praxis kann die Auslenkung ber die Bewegung des Druckstempels mithilfe e

44、ines kapazitiven Sensors oder ber die Versetzung der Probe unter Verwendung eines optischen Sensors gemessen werden. 4.6 Prfumgebung Es wird empfohlen, die Prfung unter konstanten Temperatur- und Luftfeuchtebedingungen durchzufhren. Temperaturnderungen knnen thermische Driften whrend der Biegungsmes

45、sung verursachen. Die Temperaturnderungen oder thermischen Driften sind vor und nach der Prfbeanspruchung zu berprfen. 5 Mikroprobe 5.1 Allgemeines Die Mikroprobe muss unter Anwendung des gleichen Herstellungsprozesses vorbereitet werden, wie er fr die tatschliche Bauelementeherstellung verwendet wi

46、rd. Um die Auswirkungen der Gre einer Mikroprobe zu minimieren, mssen Struktur und Gre der Mikroprobe hnlich denen von tatschlichen Bauteilen sein. Abhngig von den Anwendungen gibt es viele Arten der Probenherstellung. Die Herstellung einer Mikroprobe auf Basis des MEMS-Prozesses wird beispielhaft i

47、m Anhang B beschrieben. Auf einem Wafer oder Substrat kann eine groe Anzahl von Biege-Streifenproben hergestellt werden. DIN EN 62047-8:2011-12 EN 62047-8:2011 7 5.2 Form der Mikroprobe Die Form der Mikroprobe und die dazugehrigen Symbole sind in Bild 1 und Tabelle 1 angegeben. Die Mikro-probe muss

48、so gestaltet werden, dass die Wirkung des Biegemoments minimiert wird. Um diese Wirkung zu minimieren, muss die hchste Biegungsversetzung grer als das 40fache der Probendicke, die Probenlnge grer als das 300fache der Probendicke, die Probenbreite grer als das 10fache der Probendicke und die Probenln

49、ge grer als das 10fache der Probenbreite sein. Die Substratdicke muss grer als das 500fache der Probendicke sein. Die Abmessungen des Substrats werden durch die Eigenschaften der Prfeinrichtung bestimmt. Die Geometrie der Einspannpunkte fr die Mikroprobe kann die Prfergebnisse beeinflussen. Die Stelle unter der Mikropr