半導(dǎo)體器件 微機電器件 第3部分：拉伸試驗用的薄膜標(biāo)準(zhǔn)試驗片

ICS號:31.080.99

中國標(biāo)準(zhǔn)文獻分類號:L55

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)

GB/TXXXXX—XXXX

半導(dǎo)體器件微機電器件

第3部分:拉伸試驗用的薄膜標(biāo)準(zhǔn)試驗片

Semiconductordevices-Micro-electromechanicaldevices-

part3：Thinfilmstandardtestpiecefortensiletesting

（IEC62047-3：2016,IDT）

（征求意見稿）

（本稿完成日期：2021-11-30）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

GB/TXXXXX—XXXX

前言

本標(biāo)準(zhǔn)的附錄是規(guī)范性附錄。

本標(biāo)準(zhǔn)使用翻譯法等同采用IEC62047-3(1stEd.2006-08)《半導(dǎo)體器件微機電器件第3部分:

拉伸試驗用的薄膜標(biāo)準(zhǔn)試驗片》（英文版）。

本標(biāo)準(zhǔn)由工業(yè)和信息化部（電子）歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：河北美泰電子科技有限公司、中電國基北方有限公司。

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：羅蓉、劉聰聰。

I

GB/TXXXXX—XXXX

半導(dǎo)體器件微機電器件第3部分：拉伸試驗用的薄膜標(biāo)準(zhǔn)試驗片

1范圍

本文件規(guī)定了微機電系統(tǒng)（MEMS）、微機械和類似器件用的長度和寬度均小于1mm，厚度小于10um

的薄膜結(jié)構(gòu)材料拉伸試驗用標(biāo)準(zhǔn)試驗片的制備，以保證試驗的規(guī)范性和準(zhǔn)確性。

本文件的目的是為了確保拉伸測試系統(tǒng)的規(guī)范性和準(zhǔn)確性，測試用標(biāo)準(zhǔn)試驗片的拉伸強度應(yīng)是可預(yù)

計的，且在測試系統(tǒng)測試范圍內(nèi)，同時也規(guī)定了應(yīng)使試驗片間的性能偏差最小。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

IEC62047-2半導(dǎo)體器件-微機電器件-第2部分：薄膜材料的拉伸試驗方法

ISO17561精細(xì)陶瓷（高級陶瓷，高級工業(yè)陶瓷）-用聲波共振法測定室溫下單片陶瓷彈性模量的

試驗方法

3試驗片材料

制備試驗片所用材料的機械特性應(yīng)是已知的，單晶硅是制備試驗片的優(yōu)選材料之一。但由于拉伸試

驗是針對塑性材料進行的，因此試件制備中塑性材料常被用作于附加材料。

4試驗片制備

應(yīng)明確規(guī)定試驗片的制備工藝和試驗片材料的淀積工藝，并按規(guī)定的工藝流程制備。

5試驗片形狀

試驗片的外形尺寸，如平行部分長度、試驗片寬度以及標(biāo)距，應(yīng)控制在±1%的精度范圍內(nèi)。平行部

分長度應(yīng)大于2.5倍的寬度值。

平行部分和固置端之間的曲線（曲面）過渡部分應(yīng)具有足夠大的彎曲半徑，以防止因應(yīng)力集中而導(dǎo)

致曲線（曲面）過渡部分產(chǎn)生破裂。

曲線（曲面）部分外形應(yīng)足夠平滑，防止曲線（曲面）部分發(fā)生破裂。（見A.1。）

應(yīng)規(guī)定試驗片下的的襯底去除方法，確保試驗片下的的襯底材料去除過程中不會損傷試驗片，且確

保殘留的襯底材料不會影響測試結(jié)果。

6試驗片厚度

1

GB/TXXXXX—XXXX

試驗片的厚度應(yīng)能直接測量，試驗片的厚度應(yīng)適合使用非接觸式測量方法測量。由于使用輪廓儀直

接測量試驗片厚度時可能損傷到試驗片，可通過測量試驗片附近區(qū)域厚度間接獲得試驗片厚度?？紤]到

圓片厚度的影響，應(yīng)規(guī)定厚度測試區(qū)域、位置，在這個范圍內(nèi)估計的試驗片厚度的精度在±1%以內(nèi)。見

A.2。

7標(biāo)距刻度線

為了測量延伸率，標(biāo)距刻度線應(yīng)該制備在試驗片上。標(biāo)距長度應(yīng)小于試驗片平行部分長度的80%，

并大于兩倍的試驗片寬度。

標(biāo)距刻度線應(yīng)不能限制試驗片的延伸，且對測試結(jié)果影響較小。因此只要能獲得對比度，標(biāo)距刻度

線應(yīng)該足夠薄，或者采用彈性模量和材料內(nèi)應(yīng)力遠(yuǎn)小于試驗片材料的材料來制備標(biāo)距刻度線。標(biāo)距刻度

線的厚度不應(yīng)超過試驗片厚度的1%。

8試驗

應(yīng)使用不少于10個標(biāo)準(zhǔn)試驗片進行試驗，這些試驗片要使用同樣的工藝進行制備，優(yōu)先選擇同一批

次制備的試驗片，最好能選用同一圓片上的試驗片。拉伸試驗方法的詳細(xì)描述見IEC62047-2中規(guī)定。

可以通過拉伸強度、楊氏模量和最大延伸率的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差來評估測試系統(tǒng)的適用性。（見A.3。）

如果試驗片應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不是線性的，楊氏模量應(yīng)通過其他標(biāo)準(zhǔn)（如，ISO17561）來確定。

9試驗報告

標(biāo)準(zhǔn)試驗片提供者應(yīng)附以下文件：

a)注明引用本文件；

b)試驗片合格證；

c)材質(zhì)；

d)試驗片的形狀和尺寸；

e)預(yù)期的機械特性（楊氏模量，拉伸強度，……）。

2

GB/TXXXXX—XXXX

附錄A

（規(guī)范性附錄）

試驗片

A.1試驗片的光刻掩膜

為了避免試驗片非測試部分由于應(yīng)力集中而斷裂，測試部分、固定部分和緊固端應(yīng)使用一個合適曲

率的曲線（曲面）部分進行連接。當(dāng)使用光刻方法制作曲線（曲面）部分時，光刻掩膜的制作方法應(yīng)明

確規(guī)定出來。

在光掩膜的制備過程中,對曲線（曲面）過渡部分進行普通光柵掃描的數(shù)字處理會導(dǎo)致實際產(chǎn)生的

曲線（曲面）部分變成小而集中的光柵作用區(qū)，這個區(qū)域很有可能就變成了試驗片斷裂的起始點。因此

在考慮應(yīng)力集中的情況下,建議在制作曲線（曲面）過渡部分時盡量采用矢量掃描來減少這種光柵集中

問題。

A.2試驗片厚度的測試方法

鑒于目前的技術(shù)情況，SOI圓片上的薄硅層和通過濺射、CVD（化學(xué)氣相淀積）等方式淀積到圓片上

的薄膜將會產(chǎn)生±20%的厚度偏差。除非試驗片的厚度是一片片直接測量得到，否則這些誤差將會影響

到測試結(jié)果中。在圓片上試驗片附近的薄膜區(qū)域設(shè)置一個用于厚度測量的測試結(jié)構(gòu)，通過測試這個測試

結(jié)構(gòu)來得到圓片上每個單元上的試驗片的厚度。因為圓片和試驗片的典型尺寸分別為100mm和100um，所

以通過測量遠(yuǎn)離試驗片50倍典型試驗片尺寸的區(qū)域內(nèi)的試驗片厚度可使厚度偏差對厚度測量精度的影

響降低到±1%以內(nèi)。

20%(100um50)/100mm=1%

測量薄膜厚度的精度在1%之內(nèi)是必須的。例如，0.1um厚度試驗片要具有1%的測量精度時，就需要

具有1nm的測量精度，目前條件下保證這樣的測量精度去測量大量試驗片是比較困難。必須關(guān)注厚度測

量過程中的誤差。關(guān)于厚度測量方法應(yīng)該根據(jù)薄膜的特點進行選擇，常用方法有探針測試法，光學(xué)干涉

儀、橢偏儀或熒光X-射線法等。

A.3用于試驗的試驗片數(shù)量

由于常用于制備標(biāo)準(zhǔn)試驗片的單晶硅是一種易碎材料，其機械特性會有某些變化，尤其是拉伸強度。

考慮到此類材料強度分布特性，通常在ISO標(biāo)準(zhǔn)中對這種易碎材料機械特性測試方法中規(guī)定用于試驗的

試驗片數(shù)量。在這些標(biāo)準(zhǔn)中一般要求10個左右的試驗片，用于計算平均值和威布爾分布。

________________________

3

GB/TXXXXX—XXXX

目次

1范圍..............................................................................1

2規(guī)范性引用文件....................................................................1

3試驗片材料........................................................................1

4試驗片制作........................................................................1

5試驗片形狀........................................................................1

6試驗片厚度........................................................................2

7標(biāo)距刻度線........................................................................2

8試驗..............................................................................2

9試驗報告..........................................................................2

附錄A（規(guī)范性附錄）試驗片..........................................................3

I

GB/TXXXXX—XXXX

半導(dǎo)體器件微機電器件第3部分：拉伸試驗用的薄膜標(biāo)準(zhǔn)試驗片

1范圍

本文件規(guī)定了微機電系統(tǒng)（MEMS）、微機械和類似器件用的長度和寬度均小于1mm，厚度小于10um

的薄膜結(jié)構(gòu)材料拉伸試驗用標(biāo)準(zhǔn)試驗片的制備，以保證試驗的規(guī)范性和準(zhǔn)確性。

本文件的目的是為了確保拉伸測試系統(tǒng)的規(guī)范性和準(zhǔn)確性，測試用標(biāo)準(zhǔn)試驗片的拉伸強度應(yīng)是可預(yù)

計的，且在測試系統(tǒng)測試范圍內(nèi)，同時也規(guī)定了應(yīng)使試驗片間的性能偏差最小。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

IEC62047-2半導(dǎo)體器件-微機電器件-第2部分：薄膜材料的拉伸試驗方法

ISO17561精細(xì)陶瓷（高級陶瓷，高級工業(yè)陶瓷）-用聲波共振法測定室溫下單片陶瓷彈性模量的

試驗方法

3試驗片材料

制備試驗片所用材料的機械特性應(yīng)是已知的，單晶硅是制備試驗片的優(yōu)選材料之一。但由于拉伸試

驗是針對塑性材料進行的，因此試件制備中塑性材料常被用作于附加材料。

4試驗片制備

應(yīng)明確規(guī)定試驗片的制備工藝和試驗片材料的淀積工藝，并按規(guī)定的工藝流程制備。

5試驗片形狀

試驗片的外形尺寸，如平行部分長度、試驗片寬度以及標(biāo)距，應(yīng)控制在±1%的精度范圍內(nèi)。平行部

分長度應(yīng)大于2.5倍的寬度值。

平行部分和固置端之間的曲線（曲面）過渡部分應(yīng)具有足夠大的彎曲半徑，以防止因應(yīng)力集中而導(dǎo)

致曲線（曲面）過渡部分產(chǎn)生破裂。

曲線（曲面）部分外形應(yīng)足夠平滑，防止曲線（曲面）部分發(fā)生破裂。（見A.1。）

應(yīng)規(guī)定試驗片下的的襯底去除方法，確保試驗片下的的襯底材料去除過程中不會損傷試驗片，且確

保殘留的襯底材料不會影響測試結(jié)果。

6試驗片厚度

1

GB/TXXXXX—XXXX

試驗片的厚度應(yīng)能直接測量，試驗片的厚度應(yīng)適合使用非接觸式測量方法測量。由于使用輪廓儀直

接測量試驗片厚度時可能損傷到試驗片，可通過測量試驗片附近區(qū)域厚度間接獲得試驗片厚度?？紤]到

圓片厚度的影響，應(yīng)規(guī)定厚度測試區(qū)域、位置，在這個范圍內(nèi)估計的試驗片厚度的精度在±1%以內(nèi)。見

A.2。

7標(biāo)距刻度線

為了測量延伸率，標(biāo)距刻度線應(yīng)該制備在試驗片上。標(biāo)距長度應(yīng)小于試驗片平行部分長度的80%，

并大于兩倍的試驗片寬度。

標(biāo)距刻度線應(yīng)不能限制試驗片的延伸，且對測試結(jié)果影響較小。因此只要能獲得對比度，標(biāo)距刻度

線應(yīng)該足夠薄，或者采用彈性模量和材料內(nèi)應(yīng)力遠(yuǎn)小于試驗片材料的材料來制備標(biāo)距刻度線。標(biāo)距刻度

線的厚度不應(yīng)超過試驗片厚度的1%。

8試驗

應(yīng)使用不少于10個標(biāo)準(zhǔn)試驗片進行試驗，這些試驗片要使用同樣的工藝進行制備，優(yōu)先選擇同一批

次制備的試驗片，最好能選用同一圓片上的試驗片。拉伸試驗方法的詳細(xì)描述見IEC62047-2中規(guī)定。

可以通過拉伸強度、楊氏模量和最大延伸率的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差來評估測試系統(tǒng)的適用性。（見A.3。）

如果試驗片應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不是線性的，楊氏模量應(yīng)通過其他標(biāo)準(zhǔn)（如，ISO17561）來確定。

9試驗報告

標(biāo)準(zhǔn)試驗片提供者應(yīng)附以下文件：

a)注明引用本文件；

b)試驗片合格證；

c)材質(zhì)；

d)試驗片的形狀和尺寸；

e)預(yù)期的機械特性（楊氏模量，拉伸強度，……）。

2

GB/TXXXXX—XXXX

附錄A

（規(guī)范性附錄）

試驗片

A.1試驗片的光刻掩膜

為了避免試驗片非測試部分由于應(yīng)力集中而斷裂，測試部分、固定部分和緊固端應(yīng)使用一個合適曲

率的曲線（曲面）部分進行連接。當(dāng)使用光刻方法制作曲線（曲面）部分時，光刻掩膜的制作方法應(yīng)明

確規(guī)定出來。

在光掩膜的制備過程中,對曲線（曲面）過渡部分進行普通光柵掃描的數(shù)字處理會導(dǎo)致實際產(chǎn)生的

曲線（曲面）部分變成小而集中的光柵作用區(qū)，這個區(qū)域很有可能就變成了試驗片斷裂的