GBT 42895-2023 微機電系統(tǒng)（MEMS）技術 硅基MEMS微結構彎曲強度試驗方法

微機電系統(tǒng)(MEMS)技術硅基MEMS微結構彎曲強度試驗方法2023-08-06發(fā)布國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會I 2規(guī)范性引用文件 l3術語和定義 14試驗要求 24.1原位片上彎曲強度試驗機的設計要求 24.2原位片上彎曲強度試驗機的制備要求 34.3試驗環(huán)境要求 45試驗方法 45.1概述 45.2微結構彎曲強度試驗過程 45.3微結構彎曲強度試驗結果計算 5附錄A(規(guī)范性)測試裝置和測試結構設計尺寸 6Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國微機電技術標準化技術委員會(SAC/TC336)提出并歸口。本文件起草單位：北京大學、中機生產(chǎn)力促進中心有限公司、中國電子技術標準化研究院、北京燕東微電子科技有限公司、無錫韋感半導體有限公司、深圳市美思先端電子有限公司、南京飛恩微電子有限公司、廣州奧松電子股份有限公司、上海臨港新片區(qū)跨境數(shù)據(jù)科技有限公司。1微機電系統(tǒng)(MEMS)技術硅基MEMS微結構彎曲強度試驗方法本文件描述了硅基MEMS加工所涉及的微結構彎曲強度原位試驗的要求和試驗方法。本文件適用于采用微電子工藝制造的微結構彎曲強度測試。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；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。GB/T26111微機電系統(tǒng)(MEMS)技術術語GB/T34558金屬基復合材料術語3術語和定義GB/T26111和GB/T34558界定的以及下列術語和定義適用于本文件。等強度梁beamofconstantstrength各橫截面上的最大正應力都相等的梁。硅微加工技術。注：雖然硅工藝一般分為表面微加工和體硅微加工，但其中的許多技術是相同的。彎曲強度bendingstrength試樣在彎曲斷裂前所承受的最大正應力。由測試結構和測試裝置組成，并將二者集成在同一晶圓上采用同一硅加工工藝流程加工形成的用于評估工藝相關微結構彎曲強度的試驗機。為了測量材料性能或微結構的性能專門制作的微結構。2[來源：GB/T26111—2010,3.7.19,有修改]測試裝置testingdevice將力或位移傳遞到測試結構同時可以讀出力或位移的結構。4試驗要求4.1原位片上彎曲強度試驗機的設計要求原位片上彎曲強度試驗機結構如圖1所示，其中測試結構三視圖如圖2所示，測試結構設計示意如標引序號說明：1——鍵合錨點；2——等強度梁；3——加載段；4——片上針尖；6——可動框架；測試裝置(序號4～11)。8——驅(qū)動加載點；9——放大杠桿；10——形變量標尺；11——位移量標尺。圖1微結構彎曲強度試驗原位片上試驗機示意圖3標引序號說明：H——等強度梁厚度；h——等強度梁鍵合錨點高度；A——等強度梁鍵合錨點邊長；L——等強度梁力臂長度，該參數(shù)需要序列設計；l——加載段長度；w——加載段寬度。圖2測試結構三視圖X標引序號說明：h(x)——等強度梁的寬度；x——等強度梁的長度。圖3等強度梁設計示意圖原位片上彎曲強度試驗機的設計應滿足以下要求：a)測試結構采用等強度梁結構，以消除應力集中和工藝缺陷帶來的誤差；b)測試裝置的驅(qū)動應產(chǎn)生足夠的推力，使測試結構發(fā)生彎曲形變，可采用片外探針加載、片上熱驅(qū)加載或片上靜電加載等驅(qū)動方式；c)測試裝置的彈性梁在試驗過程中不發(fā)生斷裂；d)等強度梁部分梁寬設計為h(x)=k√x,其中k為常數(shù)；e)測試裝置的標尺設計滿足分辨率要求，在光學顯微鏡下能準確分辨標尺示數(shù)。4.2原位片上彎曲強度試驗機的制備要求原位片上彎曲強度試驗機的制備應滿足以下要求：4a)測試結構與測試裝置在同一晶圓上，采用同一硅加工工藝流程加工形成；b)測試結構材料兼容于試驗機制造的硅加工工藝。4.3試驗環(huán)境要求試驗應在MEMS器件芯片實際制造環(huán)境中進行。5試驗方法5.1概述微結構彎曲強度的試驗是利用驅(qū)動裝置對測試裝置施加作用，進而使測試裝置的片上針尖對測試結構施加作用，通過觀察測試結構的形變和破壞，利用測試裝置的形變量標尺讀數(shù)d確定測試結構的彎曲強度。5.2微結構彎曲強度試驗過程如圖4所示，微結構彎曲強度試驗時，探針臺光學顯微鏡的視野范圍應覆蓋探針和原位片上彎曲強度試驗機的全貌。微結構彎曲強度試驗過程如下。a)微結構彎曲強度試驗前，應將載有片上試驗機的晶圓固定在芯片檢測用探針臺上，如圖4a)所示。b)在驅(qū)動加載點處施加沿測試裝置中軸線的水平正壓力，運動方向如圖4b)所示。驅(qū)動加載作用的速度應保證能夠清楚觀察測試結構的變形情況。通過顯微鏡觀測測試結構和形變量標尺，當測試結構發(fā)生斷裂時，記錄此刻形變量標尺的讀數(shù)d。c)測試結構發(fā)生斷裂后，應停止驅(qū)動加載。為了獲得足夠的分辨率，測試裝置的設計尺寸按附錄A中表A.1的規(guī)定，測試結構的建議設計尺寸按表A.2的規(guī)定。a)驅(qū)動施加作用前標引序號說明：1——加載前；2——驅(qū)動加載點；3——加載后；d——形變量標尺的讀數(shù)。b)驅(qū)動施加作用后圖4微結構彎曲強度試驗過程示意圖5GB/T42895—20235.3微結構彎曲強度試驗結果計算測試前后放大杠桿處變化如圖5所示。彈性梁的尺寸如圖6所示。標引序號說明：a?——放大杠桿支架的間距；a?——放大杠桿的長度；d——形變量標尺的讀數(shù)。圖5放大杠桿示意圖標引序號說明：a?——彈性梁的長度；b——彈性梁的寬度。圖6彈性梁示意圖等強度梁側壁表面上的彎曲強度可按公式(1)計算。 (1)式中：σ(x)——等強度梁的彎曲強度，單位為兆帕(MPa);E——硅的楊氏模量，單位為帕(Pa);k—帶量綱常數(shù)(√μm),取值為5;a?——放大杠桿支架的間距，單位為微米(μm);a?——放大杠桿的長度，單位為微米(μm);d——形變量標尺讀數(shù)，單位為微米(μm)。6(規(guī)范性)測試裝置和測試結構設計尺寸測試裝置的尺寸標注如圖A.1和圖A.2所示，圖A.3為形變量和位移量標尺示數(shù)設計，表A.1是7Ⅱ?圖圖A.2測試裝置局