W pakiecie CADENCE istnieje możliwość projektowania mikrostruktur krzemowych osadzonych na mostach, wysięgnikach bądź membranach. Jest to możliwe dzięki wytrawianiu pewnych – ściśle zdefiniowanych przez projektanta obszarów. Trawienie to ma miejsce podczas kroków technologicznych dodawanych do standardowego cyklu technologicznego zwanych postprocesem. Dzięki tym dodatkowym fazom w procesie nanoszenia masek w fabryce możliwe jest wytwarzanie mostów, wysięgników oraz membran.

Zastosowaniem takich mikrostruktur mogą być różnego rodzaju sensory bądź urządzenia wykonawcze (ang. actuators). Częstą aplikacją tych struktur są czujniki sygnałów termicznych. Składają się one zwykle z elementu grzejnego umieszczonego w centralnej części mostu (bądź na końcu wysięgnika) oraz z zestawu termopar konwertujących różnicę temperatur między elementem grzejnym a podłożem na napięcie zgodnie z równaniem Seebeck’a.

przy czym:

Zasada działania tego rodzaju czujników polega na przetworzeniu sygnału termicznego na sygnał elektryczny za pośrednictwem termopar umieszczonych na ramionach mostu. Pojedynczą termoparę stanowią połączone paski z polikrzemu oraz aluminium. W miejscu złącz "gorących" połączone są one kontaktem. Cała termopara jest zbudowana ze standardowych materiałów używanych w mikroelektronice i nie wymaga żadnych dodatkowych kroków technologicznych w cyklu produkcji układu.

• Opanowanie podstaw projektowania topografii układów mikroczujników przy pomocy programu Virtuoso Layout Editor
• Zaprojektowanie mikrostruktury przetwornika elektrotermicznego na pojedyńczym moście

1. Otworzyć nowe okno linii poleceń (Console, Terminal)
2. Przejść do katalogu microsensors przez wpowadzenie polecenia

cd ~/ microsensors

3. Uruchomić środowisko Design Framework II przez wprowadzenie polecenia

startmems &

4. Utworzyć nową bibliotekę o nazwie Microsensors



rys. 1

1. Z menu okna głównego icfb (zwanego także CIW – Command Interpreter Window) wybrać polecenie File -> New -> Library... Pojawi się wtedy okno dialogowe jak na rys. 1
2. Wpisać nazwę nowej biblioteki: Microsensors w polu nazwy i kliknąć OK. Pojawi się wtedy nowe okno dialogowe, pokazane na rys. 2



rys. 2

3. Wybrać technologię TECH_MEMS i kliknąć OK aby zakończyć tworzenie biblioteki

1. Uruchomić program Library Manager przez wybranie z menu polecenia Tools -> Library Manager. Pojawi się wtedy okno dialogowe o tej samej nazwie
2. Utworzyć nową celkę o nazwie ETConverter z widokiem layout

1. Zaznaczyć bibliotekę Microsensors
2. Z menu okna Library Manager wybrać polecenie File -> New -> Cell View
3. Wypełnić okno dialogowe tak jak to zaprezentowano na rys. 3 i kliknąć OK. Otworzy się wtedy okno programu Virtuoso w trybie edycji widoku layout celki ETConverter

3. Projekt mikrostruktury zacząć należy od narysowania rezystora grzejnego oraz doprowadzeń.

1. Edycja rezystora grzejnego

• Z okna LSW należy wybrać warstwę POLY1 dg (drawing).
• Z menu głównego wybrać polecenie Create -> Rectangle (można tego dokonać również wybierając odpowiednią ikonę z paska narzędziowego).
• Narysować prostokąt o odpowiednich wymiarach tak jak pokazano na rys. 4.

• Z okna LSW należy wybrać warstwę MET1 dg (drawing).
• Z menu głównego należy wybrać polecenie Create -> Path
• Narysować dwie ścieżki jak to jest przedstawione na rysunku 4. (W celu zmiany szerokości ścieżki należy zaznaczyć ją, następnie kliknąć ikonę properties znajdującą się po lewej stronie edytora schematów i ustawić żądaną szerokość w polu width).

1. Nanoszenie kontaktów

• Z okna LSW należy wybrać warstwę CONT dg (drawing).
• Z menu głównego wybrać polecenie Create -> Rectangle
• Narysować kontakty

3. Drugim etapem projektu jest edycja termopary. W skład pojedynczej termopary wchodzą dwa paski z różnych materiałów. Pierwszym z nich jest polikrzem, drugim metal. Struktury te są połączone ze sobą kontaktami. Złącze leżące przy rezystorze grzejnym zwane jest “ złączem gorącym”, złącze leżące z drugiej strony (najczęściej poza mostem) jest zwane “złączem zimnym”.

1. Projektowanie termopary należy zacząć od narysowania ścieżki z materiału POLY1 dg analogicznie jak to miało miejsce w podpunkcie 3.b, zgodnie z wymiarami przedstawionymi na rys. 5.
2. Edycja paska metalowego – drugiej części termopary.

• Z menu głównego wybierz Create -> Path (przed rozpoczęciem rysowania ścieżki wcisnąć F3 i ustawić Snap Mode na diagonal – pozwoli to na rysowanie ścieżki pod kątem 45 stopni)
• Z LSW wybrać analogicznie jak w poprzednim punktach warstwę MET1 dg
• Narysować kształt tak jak to pokazano na rys. 5.

1. Edycja kontaktów.

• Z LSW wybrać warstwę CONT dg
• Kontakty położyć w miejscach złącza gorącego i zimnego, tak jak na rys. 5.

3. Edycja masek definiujących wytrawiane obszary oraz pole mostu. Obszar do wytrawienia definiuje sie poprzez nałożenie w odpowiedniej kolejności trzech masek. Są to VIA dg, CONT dg oraz PAD dg. (Kolejność oraz ilość masek narzucona przez technologie w celu określenia obszarów trawienia) Zgodnie z regułami geometrycznymi charakterystycznymi dla tej technologii odległości między poszczególnymi warstwami nie mogą być mniejsze niż 2m m co zostało zobrazowane na rys. 6.

1. Edycja warstwy VIA dg zgodnie z wymiarami przedstawionymi na rys. 6.
2. Edycja warstwy CONT dg
3. Edycja warstwy PAD dg



rys. 6

4. Końcowy widok mikrostruktury (rys. 7) zapisać jako pod nazwą layout.param.

 



rys. 7

7. Technologia w której mikrostruktura ta ma zostac wykonana nie jest technologia izotropową. Oznacza to, że prędkość trawienia krzemu podłożowego zależy od kierunku. W celu eliminacji efektów nierównomiernego wytrawiania zdefiniowanych obszarów należy dokonać obrotu zaprojektowanej mikrostruktury o kąt 45° . Dokonać tego należy w następujący sposób:

1. Z głównego menu wybrać opcję Edit -> Other -> Sellect all. W ten sposób wszystkie wyedytowane maski zostają zaznaczone
2. Przeprowadzić operacje obracania zaznaczonej mikrostruktury poprzez wybranie opcji Edit -> Other -> Rotate, a nastepnie kliknięcie w centralną część mostu i obrót o ustalony kąt

8. Całość otoczyć warstwą MICBULK dg wcześniej wybieracjąc opcję Create -> Rectangle
9. Zapisać końcowy widok mikrostruktury przetwornika elektro-termicznego (rys. 8) pod domyślną nazwą layout.



rys. 8

Laboratorium nr 3. Testy i ekstrakcja parametrów zaprojektowanej struktury

1. Jednym z testów jest test dotyczy zachowania w projekcie reguł topologicznych narzucanych przez technologię. Reguły te są zwykle zdefiniowane w pliku technologicznym i są one inne dla każdej technologii. W celu zweryfikowania zgodności projektu z regułami rządzącymi technologią przeprowadzić należy test DRC.

1. Z menu głównego Verify należy wybrać opcję DRC (Design Rules Checking). Pojawi się okno dialogowe takie jak na rys. 9.
2. Ustawić opcję Set Switches na no_grid.



rys. 9

3. Kliknąć OK.

2. Dokonanie ekstrakcji parametrów z projektu

1. Z menu głównego Verify należy wybrać opcję Extract w celu dokonania ekstrakcji parametrów. Pojawi się okno dialogowe takie jak na rys. 10.
2. Kliknąć OK. W ten sposób dokonana zastanie ekstrakcja parametrów. Zostanie wygenerowany plik o rozszerzeniu extracted.

Poniżej zamieszczone zostały podstawowe informacje na temat geometrycznych reguł projektowania mikrostruktur.