表面硅微器件中掩膜和工艺流程的自动生成方法

　　近年来,微机电系统(MEMS)技术已取得了很大进展,但其辅助设计方法仍然较为滞后,采用的主要设计模式依然是掩膜O结构O功能.由于该模式是通过手工方法直接设计二维掩膜和工艺流程来仿真MEMS器件的结构,而不是直接设计器件的结构,因此直观性差、工艺难度大,不符合设计者所看即所得的思维习惯.

　　事实上,MEMS最理想的设计模式是功能O结构O掩膜[1],即根据功能需求直接设计出器件的三维结构模型,再自动生成掩膜和工艺流程,其核心是从三维结构模型自动生成掩膜及工艺流程.目前,该领域的研究虽然已成为一个热点,但取得的成果并不多.Venkatarman等人[2]提出了从MEMS几何模型和给定的工艺参数中自动生成掩膜的方法,但该方法需要输入工艺信息,工艺难度很大.Schiek和Schmidt[3]利用MEMS器件的二维截面形状研究了从结构模型生成掩膜的方法,但不能生成工艺流程且直观性较差.Ma等人[4]用遗传算法研究了从体硅工艺器件模型生成掩膜的方法,但该方法只适用于体硅工艺器件.因此,目前的研究还有待于进一步深入.本文在详细分析表面硅微器件结构特点的基础上,结合其组成特征的材料信息,研究了从结构自动生成掩膜及工艺流程的方法,旨在消除目前手工设计掩膜及工艺流程的繁琐过程,改善设计过程的直观性和效率,降低工艺难度,同时使设计过程更加符合设计者的思维习惯.

　　1　方法原理

　　三维模型自动生成掩膜和工艺流程的设计方法可以把设计者从掩膜和工艺的繁琐设计活动中解放出来,以便能集中精力设计出满足功能要求的器件结构.与传统的设计方法相比,该方法更强调器件本身结构的设计,更符合设计者所看即所得的思维习惯.

　　掩膜和工艺流程是通过MEMS设计系统的自动生成模块实现的,该模块是整个设计系统的核心模块之一,它的前端是三维模型设计模块,后端为掩膜和工艺流程的仿真验证模块,如图1所示.

　　在三维模型设计模块中,设计者根据器件的功能需求,利用三维特征设计了结构模型,并对其进行有限元分析和形状修改,然后为每个三维特征选择工艺材料,并保存模型信息和材料信息.掩膜和工艺流程自动生成模块则将这些设计信息作为输入,经过识别判断处理后自动生成掩膜和工艺流程.图2主要包含2个阶段(虚线框内):在工艺层识别阶段,其任务是将设计信息作为输入,以特征为单位,按照特征链表的结点顺序,从基底开始向上逐层识别出工艺层,然后保存到工艺层链表中;在掩膜及工艺流程的生成阶段,针对每个工艺层的结构形状特点及材料信息判断出相应的工艺步骤及其参数,进而生成掩膜和工艺流程.