采用PC的IC工具降低MEMS设计方法

采用PC的IC工具降低MEMS设计方法

    鉴于MEMS工艺源自光刻微电子工艺，所以人们很自然会考虑用IC设计工具来创建MEMS器件的掩膜。然而，IC设计与MEMS设计之间存在着根本的区别，从版图特性、验证或仿真类型，到最重要的构造问题。

 尽管针对MEMS设计的专用工具套件已经面市，但它们的定价往往超出专注这一增长领域的许多小公司的承受范围。作为一种替代解决方案，低成本的、基于PC的IC工具开始被用于设计微机电系统及IC。

    不过，这类软件的使用者必须认识到MEMS设计的特殊复杂性，并评估这些软件是否能支持他们的产品制造和生产周期。对于只需要2层掩膜的简单微流通道(microfluidic channels)，这些软件也许正好合适。但对于复杂的多个掩膜层，在错误检测、参数对象构建和其它步骤上浪费的时间和金钱可能会使最初节省的成本变得毫无意义。

    当MEMS设计包含大量的曲线对象(curved object)时，使用IC CAD工具会引发一些有趣的问题。

    曲线对象必须分个构建，并被放置在比IC制造工艺更精细的栅格上，以确保机械的“平滑性”。此外，IC版图工具现在必须能处理具有数千个点的多边形(它们是因分立的曲线对象而产生的)。

 
图2：像电磁激励器这样的器件需要

    能绘制精确曲线的版图工具。

    管理这类数据可能会降低绘图操作的速度。处理曲线和多边形需要合适的绘图指令以及精确的几何定位工具，以准确捕捉中点、半径和角。在IC领域，精确定位一个中心点或到某一逻辑门的特定距离可能不像在MEMS设计中那么重要。例如，出于机械或惯性的目的，MEMS设计者可能需要把一个电阻精确地放置在某个曲梁单元(curved beam element)的中心。

    此外，IC工具可能无法按参数化方法构造复杂的曲线或对象，从而迫使设计师输入详细的x、y坐标以绘制出相同器件的近似版本。

    低成本的IC工具通常不提供算法到版图生成(Algorithm-to-layout generation)功能，所以设计师可能要使用Matlab或Excel这类的程序来创建x、y坐标点，然后再进入CAD工具。因此，这些对象是“静态”的，并且不能被无缝编辑。

    不同于成熟的IC制造领域，MEMS设计师从非常早的阶段起就必须考虑工艺以及器件的机械物理学问题。例如，在MEMS电磁激励器中，三维(3-D)线圈通常很难制造。事实上，MEMS制造工艺的二维(2-D)特性经常限制了机电设计的最佳优化。因此，设计师不得不利用新颖的分层技术和固定的工艺折衷来实现恰当的磁场。

    与制造紧密联系的是工艺特征和工件(artifact)。设计师可以直接在CAD工具中对它们做一些修正补偿。MEMS是在版图设计阶段预备掩膜数据的。在L-Edit版图编辑器里，所有关于复杂多边形(如弧、园及类似图形)的运算都能在一个简单的步骤中完成。在一些CAD工具中，这避免了很耗时的对各个对象逐一拷贝、粘贴和缩放的操作。

    MEMS设计师应特别注意那些大型的多边形，因为在为了满足GDSII要求对曲线对象进行多边形化时，最终产生的多边形往往具有大量的点。掩膜公司一般只允许一个多边形有200个点。L-Edit能检测这些多边形，并在GDSII 输出流上自动把它们分解成更小的多边形。

    对一家公司而言，MEMS工艺往往是其专有的知识产权，而且在材料选择、层次顺序等方面是独特的。实际上，现在只有很少的标准工艺。因此，这使得版图验证很困难，而那些初创的MEMS公司又很少有能力进行自动化的版图与原理图对比(LVS)检查。

    不过，定制的设计规则检查(DRC)工具可以用来发现MEMS设计中突然出现的简单版图和设计错误。以往，低成本IC工具中的DRC功能只能处理45度和直角对象。目前，在一些更好的工具中，DRC已能跨越不同的层检查任何多边形对象之间的最小间距。

    在MEMS设计中，对象尺寸在数量级上的差异会导致一个常犯的错误。两个对象在显示屏上看起来可能是连接在一起的，但实际上它们可能是由栅格点隔开的。这种错误若在出带时没有发现，将会造成惨重损失。能够处理曲线和多边形的DRC则可以避免这些错误。