為瞭解設計的微壓力感測器的性能和製造的可行性,需透過積體電路佈局編 輯繪製軟體(L-Edit)繪製光罩,及配合微機電模擬軟體 IntelliSuite 之 IntelliFab 建 立符合實際製程之製程檔案後,轉入機械分析模組(Mechanical Analysis Module) 進行模擬,其模擬分析過程如下列所示:
第一步驟:使用L-Edit 繪製出設計之光罩。
第二步驟:使用微機電模擬軟體 IntelliSuite 之 IntelliFab 建立符合實際製程 之製程檔案,配合光罩之GDSⅡ檔案,轉入 Mechanical Analysis Module 建構分析模型。
第三步驟:對模型作切割網格(mesh)動作,本研究設定最大 Mesh Size 為 10μm。
第四步驟:完成切割動作接著設定邊界條件,如設定元件之輸入電壓之大 小、起始溫度、固定端以及壓力量。
第五步驟:將邊界條件設定完成,元件開始進行「應力-位移」分析。
3.2 應用軟體工具介紹
在競爭的世代中,科技的發展已無法將軟體工具排除在外,相反的,有效地 應用軟體工具的協助,可使科技的發展更省時而效果卻更具體,新興科技如微機 電領城更是如此,以下將本次研究所會使用到的軟體工具做介紹。
3.3 積體電路 (Integrated Circuit,IC) 佈局編輯 (L-Edit) 的簡介
L-Edit 是一套完全針對微機電系統的光罩設計軟體並以 PC 為架構。此軟體 具有設計微系統結構光罩的功能,此功能包括系統模擬、光罩設計和驗證等功 能。主要功能為具有模擬微機電元件和半導體元件之系統,並具備設計微機電元 件光罩的功能與顯示製程幾何之剖面圖,可定義使用者所需之製程條件和步驟,
並且可與不同的軟體相結合,如AutoCAD 和 IntelliSuite 等軟體。例如設計一個 微結構,首先利用L-EDIT 繪製其光罩圖形,再由 IntelliSuite 進行結構的各種模 擬分析。
3.4 微機電設計模擬軟體(IntelliSuite)的介紹
IntelliSuite 一套專為微機電系統設計、製程與分析的模擬軟體,從前級半導 體製程模擬,包括製程之資料庫、製程建立模組、製程模擬模組、製程之檢驗、
及與其他設計圖結合之能力,到設計結構模型的建立及後級的有限元素分析,提 供各種領域藕合的分析功能,讓使用者能分析微機電元件的各種特性,包括靜電 場分析、熱與應力(含自然振頻與接觸)藕合分析、暫態熱分析、電熱藕合分析、
壓阻材料特性模擬、電磁場分析、壓電特性分析、元件操作環境的阻尼與彈簧特 性分析等等,使用IntelliSuite 模擬微陣列式熱致動器過程。
3.5 製程模型之建立
工平臺之共用製程的製程檔,再使用IntelliSuite 中 Mechanical Analysis Module 進行模擬,並將CMOS 製程步驟製成表格【24】。
CIC CMOS MEMS 共用製程是一個 2P4M 的共用製程,其中以 Poly1、Poly2 為主結構,再於Poly1 與 Poly2 之間,加上低溫氧化矽 LTO 為犧牲層,其 Dimple 可防止懸浮結構產生沾黏(sticking)現象,Anchor 1 可用於蝕刻 Poly1 與 Poly2 之 間低溫氧化矽LTO,最後一層為金屬層,金屬層於本研究中,作為微光學元件之 微面鏡及微陣列式熱致動器之電極。SMart 製程一共八道光罩、八道蝕刻手續和 其他類似半導體製程的步驟,例如:上光阻、顯影、曝光、軟硬烤等步驟,構成 一個完整的製作過程,IntelliFab 所建立的製程與共用製程相當吻合,如圖 17 所 示。
圖17 利用IntelliFab建立CMOS MEMS共用製程
本研究計劃是使用IntelliSuite 之 IntelliFab 及 Mechanical Analysis Module 軟 體為主,IntelliFab 軟體主要是依照下線的廠商的製程,建立模擬實際製程的製
程檔案,再配合IntelliSuite 之 Mechanical Analysis Module 軟體,建立模擬元件 之模型,並輸入討論參數,例如:輸入電壓、環境溫度或材料的特性等等,再進 行分析模擬,此可讓模擬結果更加的趨近於實際的情況。