IEC 62047-2:2006

NORME CEI
INTERNATIONALE
IEC
62047-2
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2006-08
Dispositifs à semiconducteurs –
Dispositifs microélectromécaniques –
Partie 2:
Méthode d'essai de traction
des matériaux en couche mince
Semiconductor devices –
Micro-electromechanical devices –
Part 2:
Tensile testing method of thin film materials
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 62047-2:2006
Numérotation des publications Publication numbering
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sont numérotées à partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 issued with a designation in the 60000 series. For
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CEI incorporant les amendements sont disponibles. Par publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1
exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent and 1.2 refer, respectively, to the base publication,
respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and
base incorporant l’amendement 1, et la publication de the base publication incorporating amendments 1
base incorporant les amendements 1 et 2. and 2.
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sur les publications de la CEI
Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept
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.
NORME CEI
INTERNATIONALE
IEC
62047-2
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2006-08
Dispositifs à semiconducteurs –
Dispositifs microélectromécaniques –
Partie 2:
Méthode d'essai de traction
des matériaux en couche mince
Semiconductor devices –
Micro-electromechanical devices –
Part 2:
Tensile testing method of thin film materials

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M
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Commission Electrotechnique Internationale
International Electrotechnical Commission
МеждународнаяЭлектротехническаяКомиссия
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– 2 – 62047-2  CEI:2006
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS.4

1 Domaine d'application .8
2 Références normatives.8
3 Symboles et désignations.8
4 Méthode d’essai et appareillage d’essai .10
4.1 Méthode de fixation .10
4.2 Méthode de charge.10
4.3 Vitesse d’essai .10
4.4 Mesure de la force .10
4.5 Mesure de l’allongement .10
4.6 Courbe contrainte-déformation .12
4.7 Contrôle de l’environnement.12
5 Éprouvette d’essai.12
5.1 Généralités.12
5.2 Forme plane de l’éprouvette d’essai .12
5.3 Epaisseur de l’éprouvette d’essai .14
5.4 Marque repère.14
6 Rapport d'essai .14

Annexe A (informative) Méthode de serrage de l’éprouvette d’essai .16
Annexe B (normative) Conditions d’essai.20
Annexe C (informative) Éprouvette d’essai .22

62047-2  IEC:2006 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.5

1 Scope.9
2 Normative references .9
3 Symbols and designations .9
4 Testing method and test apparatus.11
4.1 Method of gripping .11
4.2 Method of loading.11
4.3 Speed of testing .11
4.4 Force measurement .11
4.5 Elongation measurement.11
4.6 Stress-strain curve .13
4.7 Environment control .13
5 Test piece .13
5.1 General .13
5.2 Plane shape of test piece .13
5.3 Test piece thickness.15
5.4 Gauge mark .15
6 Test report.15

Annex A (informative) Test piece grip methods .17
Annex B (normative) Testing conditions .21
Annex C (informative) Test piece .23

– 4 – 62047-2  CEI:2006
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE

____________
DISPOSITIFS À SEMICONDUCTEURS –
DISPOSITIFS MICROÉLECTROMÉCANIQUES –

Partie 2: Méthode d’essai de traction
des matériaux en couche mince
AVANT-PROPOS
1) La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI – entre autres activités – publie des Normes
internationales, des Spécifications techniques, des Rapports techniques, des Spécifications accessibles au
public (PAS) et des Guides (ci-après dénommés "Publication(s) de la CEI"). Leur élaboration est confiée à des
comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le sujet traité peut participer. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent
également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO),
selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les publications CEI se présentent sous la forme de recommandations internationales et elles sont agréées
comme telles par les Comités nationaux de la CEI. Tous les efforts raisonnables sont entrepris afin que la CEI
s'assure de l'exactitude du contenu technique de ses publications; la CEI ne peut pas être tenue responsable
de l'éventuelle mauvaise utilisation ou interprétation qui en est faite par un quelconque utilisateur final.
4) Dans le but d'encourager l'uniformité internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent, dans toute la
mesure possible, à appliquer de façon transparente les Publications de la CEI dans leurs publications
nationales et régionales. Toute divergence entre toute Publication de la CEI et toute publication nationale ou
régionale correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a prévu aucune procédure de marquage valant indication d’approbation et n'engage pas sa
responsabilité pour les équipements déclarés conformes à une de ses Publications.
6) Tous les utilisateurs doivent s'assurer qu'ils sont en possession de la dernière édition de cette publication.
7) Aucune responsabilité ne doit être imputée à la CEI, à ses administrateurs, employés, auxiliaires ou
mandataires, y compris ses experts particuliers et les membres de ses comités d'études et des Comités
nationaux de la CEI, pour tout préjudice causé en cas de dommages corporels et matériels, ou de tout autre
dommage de quelque nature que ce soit, directe ou indirecte, ou pour supporter les coûts (y compris les frais
de justice) et les dépenses découlant de la publication ou de l'utilisation de cette Publication de la CEI ou de
toute autre Publication de la CEI, ou au crédit qui lui est accordé.
8) L'attention est attirée sur les références normatives citées dans cette publication. L'utilisation de publications
référencées est obligatoire pour une application correcte de la présente publication.
9) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente publication CEI peuvent faire l’objet
de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété ou de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 62047-2 a été établie par le comité d'études 47 de la CEI:
Dispositifs à semiconducteurs.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
47/1865/FDIS 47/1878/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette norme.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 2.

62047-2  IEC:2006 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
SEMICONDUCTOR DEVICES –
MICRO-ELECTROMECHANICAL DEVICES –

Part 2: Tensile testing method of thin film materials

FOREWORD
1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, IEC publishes International Standards, Technical Specifications,
Technical Reports, Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as “IEC
Publication(s)”). Their preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested
in the subject dealt with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-
governmental organizations liaising with the IEC also participate in this preparation. IEC collaborates closely
with the International Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by
agreement between the two organizations.
2) The formal decisions or agreements of IEC on technical matters express, as nearly as possible, an international
consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation from all
interested IEC National Committees.
3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National
Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC
Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any
misinterpretation by any end user.
4) In order to promote international uniformity, IEC National Committees undertake to apply IEC Publications
transparently to the maximum extent possible in their national and regional publications. Any divergence
between any IEC Publication and the corresponding national or regional publication shall be clearly indicated in
the latter.
5) IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with an IEC Publication.
6) All users should ensure that they have the latest edition of this publication.
7) No liability shall attach to IEC or its directors, employees, servants or agents including individual experts and
members of its technical committees and IEC National Committees for any personal injury, property damage or
other damage of any nature whatsoever, whether direct or indirect, or for costs (including legal fees) and
expenses arising out of the publication, use of, or reliance upon, this IEC Publication or any other IEC
Publications.
8) Attention is drawn to the Normative references cited in this publication. Use of the referenced publications is
indispensable for the correct application of this publication.
9) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this IEC Publication may be the subject of
patent rights. IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 62047-2 has been prepared by IEC technical committee 47:
Semiconductor devices.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
47/1865/FDIS 47/1878/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 2.

– 6 – 62047-2  CEI:2006
Une liste de toutes les parties de la série CEI 62047, présentée sous le titre général
Dispositifs à semiconducteurs – Dispositifs microélectromécaniques, peut être consultée sur
le site web de la CEI.
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant la date de
maintenance indiquée sur le site web de la CEI sous «http://webstore.iec.ch» dans les
données relatives à la publication recherchée. A cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
62047-2  IEC:2006 – 7 –
A list of all parts of the IEC 62047 series, under the general title Semiconductor devices –
Micro-electromechanical devices, can be found on the IEC website.
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until
the maintenance result date indicated on the IEC web site under "http://webstore.iec.ch" in
the data related to the specific publication. At this date, the publication will be
• reconfirmed,
• withdrawn,
• replaced by a revised edition, or
• amended.
– 8 – 62047-2  CEI:2006
DISPOSITIFS À SEMICONDUCTEURS –
DISPOSITIFS MICROÉLECTROMÉCANIQUES –

Partie 2: Méthode d’essai de traction
des matériaux en couche mince
1 Domaine d'application
Cette norme internationale spécifie la méthode pour les essais de traction des matériaux en
couche mince d’une longueur et d’une largeur inférieure à 1 mm et d’une épaisseur inférieure
à 10 µm, qui sont des matériaux structurels principaux pour les systèmes microélectro-
mécaniques (MEMS), micromachines et dispositifs analogues.

Les matériaux structurels principaux pour les MEMS, les micromachines et autres dispositifs
analogues comportent des caractéristiques spéciales telles que des dimensions typiques de
l’ordre de quelques microns, une fabrication de matériau par dépôt, et une fabrication
d’éprouvettes d’essai par usinage non mécanique au moyen de la gravure et de la
photolithographie. Cette norme internationale spécifie la méthode d’essai qui garantit une
précision correspondant aux caractéristiques spéciales.

2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent
document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les références
non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 6892, Matériaux métalliques – Essai de traction à température ambiante
3 Symboles et désignations
Les symboles et désignations correspondantes sont donnés dans le Tableau 1.
Tableau 1 – Symboles et désignations de l’éprouvette d’essai
Symbole Unité Désignation
a
µm Epaisseur d’une éprouvette d’essai
b µm Largeur de la longueur parallèle d’une éprouvette d’essai
L
µm Longueur de calibre d’origine
o
L µm Longueur parallèle
c
µm Longueur totale de l’éprouvette d’essai
L
t
µm Section transversale d’origine de la longueur parallèle
S
o
µm Rayon de courbure des courbes de transition entre les extrémités
R
fixées et la longueur parallèle

62047-2  IEC:2006 – 9 –
SEMICONDUCTOR DEVICES –
MICRO-ELECTROMECHANICAL DEVICES –

Part 2: Tensile testing method of thin film materials

1 Scope
This International Standard specifies the method for tensile testing of thin film materials with
length and width under 1 mm and thickness under 10 µm, which are main structural materials
for micro-electromechanical systems (MEMS), micromachines and similar devices.
The main structural materials for MEMS, micromachines and similar devices have special
features such as typical dimensions in the order of a few microns, a material fabrication by
deposition, and a test piece fabrication by non-mechanical machining using etching and
photolithography. This International Standard specifies the testing method, which enables a
guarantee of accuracy corresponding to the special features.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document.
For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition
of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 6892, Metallic materials – Tensile testing at ambient temperature
3 Symbols and designations
Symbols and corresponding designations are given in Table 1.
Table 1 – Symbols and designations of a test piece
Symbol Unit Designation
a µm Thickness of a test piece
b µm Width of the parallel length of a test piece
L µm Original gauge length
o
L µm Parallel length
c
L µm Total length of test piece
t
S µm Original cross-sectional area of the parallel length
o
R
µm Radius of curvature of the transition curves between the
gripped ends and the parallel length

– 10 – 62047-2  CEI:2006
Marques repères
Extrémités fixées
a
S
R
L
L
c
L
t
IEC  1424/06
Figure 1 – Éprouvette d’essai en couche mince

4 Méthode d’essai et appareillage d’essai
4.1 Méthode de fixation
Il convient de fixer l’éprouvette d’essai à l’appareillage d’essai pour empêcher des contraintes
non désirées telles que les contraintes de courbure et de cisaillement au cours de l’essai.

Il convient pour la prise de posséder les deux propriétés suivantes:

a) la force de fixation est uniformément appliquée à l’extrémité fixée de l’éprouvette d’essai;
b) les prises sont alignées à l’axe de traction de l’appareillage d’essai.
Il convient que l’appareillage d’essai comporte un mécanisme d’alignement de l’éprouvette
d’essai en vue d’aligner l’axe de traction de l’éprouvette d’essai au sens de déplacement de
l’appareillage d’essai. Voir Annexe A.
4.2 Méthode de charge
Il convient d’appliquer la force de traction le long de l’axe de traction de l’éprouvette d’essai
pour éviter la contrainte de flexion de l’éprouvette d’essai. Il convient d’aligner l’axe de
traction et le sens de déplacement. Il convient de satisfaire aux deux conditions suivantes
pour prévenir la production de la contrainte de flexion:
a) la linéarité du mouvement de l’appareillage d’essai,
b) l’alignement entre l’axe de traction de l’éprouvette d’essai et l’axe de déplacement de
l’appareillage d’essai.
4.3 Vitesse d’essai
Il convient que le taux de sollicitation soit inférieur à 0,01/s. Il convient que le taux de
sollicitation ou le taux de contrainte soit constant au cours de l’essai. Voir l’Article B.1.
4.4 Mesure de la force
Une cellule de charge avec résolution suffisante, qui garantit une précision de 5 % de la
résistance à la traction mesurée, doit être utilisée pour la force de mesure. Voir l’Article B.2.
4.5 Mesure de l’allongement
La méthode de mesure qui permet de mesurer une valeur de déformation de 0,1 % doit être
utilisée.
b
62047-2  IEC:2006 – 11 –
Gauge mark Grip ends
a
S
R
L
L
c
L
t
IEC  1424/06
Figure 1 – Thin film test piece
4 Testing method and test apparatus
4.1 Method of gripping
The test piece should be gripped to the test apparatus to prevent unwanted stress such as
bending and shear stress during the test.
The grip should have the following two properties:
a) fixing force is uniformly applied on the gripped end of the test piece;
b) the grips are aligned to the tensile axis of the test apparatus.
The test apparatus should have a test piece alignment mechanism to align the test piece
tensile axis to the moving direction of the test apparatus. See Annex A.
4.2 Method of loading
The tensile force should be applied along the tensile axis of the test piece to avoid the
bending stress to the test piece. The tensile axis and the moving direction should be aligned.
The following two conditions should be satisfied to prevent the generation of the bending
stress:
a) linearity of movement in the test apparatus,
b) alignment between the tensile axis of the test piece and the moving axis of the test
apparatus.
4.3 Speed of testing
The straining rate should be lower than 0,01 /s. The straining rate or the stress rate should be
constant during the test. See Clause B.1.
4.4 Force measurement
A load cell with enough resolution, which guarantees 5 % accuracy of the measured tensile
strength, shall be used for the force measurement. See Clause B.2.
4.5 Elongation measurement
The measurement method that enables to measure 0,1 % strain value shall be used.

b
– 12 – 62047-2  CEI:2006
La méthode de mesure des marques repères est privilégiée, du fait que l’allongement de la
courbe et l’extrémité fixée ainsi que la déformation de l’appareillage d’essai ne peuvent être
négligeables. L’allongement de la partie courbe de l’éprouvette d’essai de forme plane est
plus grand que celui de l’éprouvette d’essai de type tige. La cellule de charge d’une gamme
de faible force comporte une faible rigidité.
Il convient que les marques repères pour la mesure d’allongement soient formées sur la
partie parallèle de l’éprouvette d’essai et il convient de mesurer l’allongement par une
méthode sans contacts. Lorsque la marque repère est fabriquée avec un matériau en couche
mince, il doit être suffisamment plus mince que l’éprouvette d’essai et être constitué d’un
matériau peu rigide et de faible contrainte interne de sorte que l’allongement de l’éprouvette
d’essai ne puisse être restreint. Voir l’Article B.3.

4.6 Courbe contrainte-déformation
Il convient d’utiliser la courbe contrainte-déformation ordinairement utilisée. Se reporter aux
figures de l’ISO 6892.
4.7 Contrôle de l’environnement
L’environnement d’essai doit être contrôlé de façon à ne pas modifier la température et
l’humidité au cours de l’essai.

5 Eprouvette d’essai
5.1 Généralités
Il convient de fabriquer l’éprouvette d’essai en utilisant un procédé aussi semblable que
possible à celui du dispositif où est appliquée la couche mince. Il convient qu’elle ait des
dimensions du même ordre que celui du composant de dispositif objectif, afin de minimiser
l’influence de la taille.
Il convient de fixer temporairement l’extrémité fixée au cadre qui soutient l’éprouvette d’essai
jusqu’à ce que l’on fixe l’éprouvette d’essai à l’appareillage d’essai. La couche mince, qui
comporte une distribution de contrainte interne le long de son épaisseur, ne peut pas être
manipulée en raison d’ondulations après libération du substrat.
5.2 Forme plane de l’éprouvette d’essai
Il convient que les dimensions d’une éprouvette d’essai comme la longueur, la largeur et la
longueur de calibre soient conçues pour être du même ordre que celles du dispositif pour
minimiser l’effet lié à la taille. Les dimensions doivent être spécifiées dans la plage de
précision de ±1 %.
La longueur parallèle de l’éprouvette d’essai doit être supérieure à 2,5 fois la largeur. Voir
l’Article C.1.
Il convient que la partie courbe entre les extrémités fixées et la partie parallèle comporte un
rayon de courbure suffisamment grand pour ne pas rompre à la partie courbe en raison de la
concentration de contrainte.
Il convient que la forme de la partie courbe soit assez lisse pour ne pas rompre à la partie
courbe. Voir l’Article C.2.
Le substrat sous les parties parallèle et courbe de l’éprouvette d’essai doit être enlevé afin
que le substrat restant ne compromette pas les résultats d’essai. Il est exigé que le procédé
prévu pour enlever le matériau du substrat n’endommage pas l’éprouvette d’essai.

62047-2  IEC:2006 – 13 –
The gauge mark measurement method is recommended because the elongation of the curve
and gripped end and the deformation of the test apparatus cannot be negligible. The
elongation of the curve part of the plane shape test piece is larger than that of the rod type
test piece. The load cell of low force range has a low stiffness.
The gauge marks for elongation measurement should be formed on the parallel part of the
test piece and the elongation should be measured by a non-contacting method. When the
gauge mark is fabricated with thin film material, it shall be thinner enough than the test piece
and be formed by low stiffness and low internal stress material so that the elongation of the
test piece may not be restrained. See Clause B.3.
4.6 Stress-strain curve
The stress-strain curve that is ordinarily use
...