半导体器件 微电子机械器件 第6部分：薄膜材料轴向疲劳试验方法 征求意见稿

GB/T42709.6—XXXX/IEC62047-6:1半导体器件微电子机械器件第6部分：薄膜材料轴向疲劳试验方法以保证与特殊特征相对应的精度。测试在室温、空气中进行，载荷方向为试样的纵IEC62047-2:2006,半导体器件微电机器件第2部分:薄膜材料的拉伸试验方法（Part2:Tensiletestingmethodofthinfilmmaterials）力的范围△PforcerangeGB/T42709.6—XXXX/IEC62047-6:2应力范围△σstressrangemaxmaximumdisplacementminminimumdisplacementmeanmeandisplacement最小力（或最小应力）与最大力（或最大应力）的代4.1试样的设计4.2试样的制备GB/T42709.6—XXXX/IEC62047-6:34.3试样的厚度因晶圆上薄膜厚度通常不均匀，所以需要对每个试样进行厚度测量，测量精度须在5%以内。测量4.4试验前的存储5.1通则应提供试样的失效检测系统，并记录失效时的载荷（或位移）循环试样的安装应确保加载轴和试样轴对齐。夹紧试样两端时，应注意避免对试样造成过大的力和/或5.3静载试验建议先对试样进行静态拉伸试验，以确定疲劳试验的试验条件。静态拉伸试验应按5.4加载方法应使用分辨率足以保证加载力5%精度的测压元件。试验过程中，测压原件对于恒定范围位移试验，应使用分辨率足以保5.5试验速度变能在试样中的快速耗散，在施加循环载荷期间，该频率不应加热5.6环境控制GB/T42709.6—XXXX/IEC62047-6:4-对于单晶：给出晶体取向；-薄膜沉积方法-制备工艺流程-热处理（退火）条件-平均应力（对于位移控制，为平均位移）-应力范围（对于位移控制，为位移范围）-试验环境（温度和相对湿度）-波形（正弦、三角、斜坡）-频率明“未失效”-失效的定义（类型）-对于多晶薄膜：织构和晶粒尺寸GB/T42709.6—XXXX/IEC62047-6:5A.1薄膜轴向载荷疲劳试验的意义电路（LSI）加工中使用的沉积和蚀刻技术类似。薄膜的微观结构和表面粗糙度取决于加工工艺条件，在工艺过程中可能会出现微米/纳米缺陷，进而影响薄膜的机械性能。因此，进行薄膜的力学性能试验在这些标准试验方法中，首先建立了轴向疲劳试验方法，并规定了扩展试验方法，包括S-N曲线等数据此，首先明确薄膜轴向疲劳测试的方法，就可以对MEMS器件的疲劳性能进行一般性的讨论。A.2在日本进行的循环试验概述本文件根据2003年至2005年在日本进行的薄膜轴向疲劳循环试验(RRT)的结果，规定了薄膜材料轴RRT在日本几所大学和研究机构的参与下进行。所用材料为单晶、多晶硅薄膜，以及多晶铝薄膜。这些薄膜沉积在硅晶圆上。根据IEC62047-2要求，使用光刻技术在同一片晶圆上的薄膜层制备微尺寸样品。每个试样的几何形状应适合指定机构的试验机，但试样平行部分的尺寸应按照IEC62047-2标准境（主要是湿度）对疲劳寿命的影响。将结果绘制成S-N曲线，并对疲劳寿命进行交叉比较。本文件对GB/T42709.6—XXXX/IEC62047-6:6试样的形状和尺寸须按照IEC62047-2中要求进行设计。轴向疲劳试验条件根据试样的屈服应力和断裂强度确定。如果使用相同的试样进行拉伸试验，则疲劳试验条件相对容易确定。顺便说一下，IEC62047-2中规定的试样横截面几何形状为ISO6892[11]中规定的几何形GB/T42709.6—XXXX/IEC62047-6:7行器的位移，但报告中须对这种测量进行描述GB/T42709.6—XXXX/IEC62047-6:8为显著。特别是试验期间的湿度，其很大程度上决定了疲劳寿命[4]。因此，在对微观尺寸材料进行疲GB/T42709.6—XXXX/IEC62047-6:9试验件数量强度变得越来越重要。对于散装材料，ISO12107[12]中规定了这些分析。在该标准中，可根据所要求的试验结果的可靠性确定试验件的数量。然而，该标准仅限于分析由于单一疲劳失效机制而表现出均对于金属薄膜材料，疲劳通常由单一机制控制，试样数量可根据ISO12107确定。然而，对于硅薄膜材料，人们认为涉及多种疲劳机制，而可能的疲劳机制尚未确定。这表明ISO12107中的分析方法不GB/T42709.6—XXXX/IEC62047-6:[1]ASTME1823-05a,Standardterminologyrelatingtofatigueandfracturetesting.[2]Kahn,H.,Ballarini,R.,Mullen.,R.L.,Heuer,A.H.,Electrostaticallyactuatedfailureofmicrofabricatedpolysiliconfracturemechanicsspecimens,ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondon,455(1999),pp.3807-3823.[3]Ando,T.,Shikida,M.andSato,K.,Tensile-modefatiguetestingofsiliconfilmsasstructuralmaterialsforMEMS,SensorsandActuators,A93(2001)pp.70-75.[4]Muhlstein,C.L.,Brown,S.B.andRitchie,R.O.,High-cyclefatigueanddurabilityofpolycrystallinesiliconthinfilmsinambientair,SensorsandActuators,A94(2001),pp.177-188.[5]SharpeJr.,W.N.andBagdahn,J.,Fatiguetestingofpolysilicon-aReview,MechanicsofMaterials,36(2004)pp.3-11.[6]Namazu,T.andIsono,Y.,High-cyclefatiguedamageevaluationformicro-nanoscalesinglecrystalsiliconunderbendingandtensilestressing,Proc.17thIEEEInternationalConferenceonMEMS2004,IEEE,Maastricht,Netherlands,(2004),pp.149-152.[7]Takashima,K.andHigo,Y.,FatigueandfractureofaNi-Pamorphousalloythinfilmonthemicrometerscale,Fatigue&FractureofEngineeringMaterials&Structures,28(2005),pp.703-710.[8]ISO1099,Metallicmaterials-Fatiguetesting-Axialforce-controlledmethod[9]ASTME466-96,Standardpracticeforconductingforcecontrolledconstantamplitudeaxialfatiguetestsofmetallicmaterials.[10]Takashima,K,Round-RobinTestonFatigueofThinFilmsforMEMSApplicationsinJapan,Proc.2ndWorkshoponCharacterizationofMaterialsforMEMS/MSTDevices,MicromachineCe