用于射频应用的包括MEMS器件的可变电容器制造技术

一种可变电容器(300)，其包括具有耦合到接合焊盘(30)的RF电极(202、402)的单元(200、400)。每个单元包括其电容可以借助于可移动电极来改变的多个MEMS器件(100)。所述MEMS器件放置在单元的密封腔中并且沿着单元的RF电极的长度彼此相邻地布置。可以调节每个单元的RF电极以获得RF线(402)和另外的接地电极(404)并且改变单元的RF电容而不影响MEMS单元的机械性能。每个单元具有与RF电容无关的相同的控制电容。这使得每个单元可以采用相同的、RF工作所要求的隔离电阻，并且因此使每个单元具有相同的寄生电容。这使得CMOS控制电路可以优化并且使单元的动态性能可以匹配。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于射频应用的包括MEMS器件的可变电容器
本专利技术实施例一般地涉及用于射频(RF)和微波应用的可变电容器。
技术介绍
随着半导体尺寸不断减小，耦合到半导体的微机电系统(MEMS)的尺寸也不断减小。MEMS器件可以用于微型继电器开关、电容开关、非易失性存储组件以及许多其他应用中。MEMS器件具有悬挂结构，该悬挂结构在至少两个位置之间移动，以改变阻碍连续电流或交变电流流动的电阻抗。MEMS器件可以用互补金属氧化物半导体(CMOS)器件构建。MEMS器件通过与半导体制造厂中那些处理步骤类似的处理步骤来制作，并因此可以在晶圆尺度下成本高效地制造。MEMS器件中出现的一些问题包括不利的容性耦合、串联电感和损耗。MEMS器件可以布置在单元或位单元中，一起形成数字式可变电容(DVC)。DVC可以以二进制方式控制，以产生范围从Cmin到Cmax的RF电容。可以将许多小的MEMS开关组合在一个腔内，同时将它们致动。位组通过组合多个单元产生，例如具有开关数的2倍、4倍、8倍等，或者用部分单元产生，例如仅具有单元中开关数的1/2、1/4或1/8。DVC的电容可以定制以获得特定的电容。为了获得定制的电容，可以定制制作位单元以实现希望的电容。获得希望电容的一种方式是定制设计每个单元仅具有产生所需RF电容所需要的数量的开关，例如这些部分单元仅包含完整单元的开关数的1/2、1/4、1/8等。与标准单元相比，这些部分单元的控制线的容性负载也因此按比例减小。通常，在控制电极与CMOS驱动器之间需要大值隔离电阻，以确保控制电极是RF浮动的，这保证了RF电流不流入CMOS驱动器，否则会损害Q。为了实现这一点，该隔离电阻的阻抗在整个RF频率范围(0.5…3.5GHz)内必须比控制电极到可移动MEMS组件的阻抗大数个数量级。隔离电阻的典型值范围从100K奥姆到10M奥姆。因为这些部分单元在控制电极和可移动MEMS组件之间具有更低的电容，所以为实现相同的RF性能需要更大值的隔离电阻。这些增大了的隔离电阻表现出更高的寄生电容，使得CMOS控制电路难以将这些部分单元的动态性能与完整单元匹配。所以，需要提供具有希望的电容而没有寄生电容的DVC。
技术实现思路
本公开实施例提供了一种用于改变DVC单元的RF电容而不影响MEMS单元的机械性能的方法。每个单元具有与RF电容无关的相同的控制电容。这使得每个单元可以采用相同的、RF工作所要求的隔离电阻，并且因此使每个单元具有相同的寄生电容。这使得CMOS控制电路可以优化并且使单元的动态性能可以匹配。所以，数个电容范围(不同的部件号或产品)可以重用相同的控制器电路。此外，可以实现对最终的最小电容和最大电容的调节，以使工艺偏差围绕规格限制，从而使良率最大化。最后，可以采用通用的电容数组并进行后续调节以便快速响应用户要求，节省新产品开发时间。在一个实施例中，可变电容器包括：衬底；布置在所述衬底上的一个或多个接合焊盘；布置在所述衬底上并耦合到所述一个或多个接合焊盘的第一单元；和布置在所述衬底上并耦合到所述一个或多个接合焊盘的第二单元。第一单元具有第一端和第二端并且包括：耦合到一个或多个接合焊盘和第一单元的第一端的RF电极；布置在所述RF电极上的多个MEMS器件，每个MEMS器件具有第一端和第二端并且每个MEMS器件布置在所述RF电极上；和耦合到每个MEMS器件的第一端和第二端并且耦合到所述第一单元的第二端的一个或多个接地电极。第二单元具有第一端和第二端并且包括：耦合到一个或多个接合焊盘的RF电极；布置在所述RF电极上的多个MEMS器件，每个MEMS器件具有第一端和第二端并且少于全部的所述MEMS器件布置在所述RF电极上；和耦合到每个MEMS器件的第一端和第二端并且耦合到第一个单元的第二端的一个或多个接地电极。在另一个实施例中，可变电容器包括：衬底；布置在所述衬底上的一个或多个接合焊盘；布置在所述衬底上并且耦合到所述一个或多个接合焊盘的第一单元；和布置在所述衬底上并且耦合到所述第一或第二接合焊盘的第二单元。所述第一单元具有第一电容、第一端和第二端并且包括：耦合到所述一个或多个接合焊盘和第一单元的第一端的RF电极；布置在所述RF电极上的第一多个MEMS器件，每个MEMS器件具有第一端和第二端；和耦合到每个MEMS器件的第一端和第二端以及第一单元的第二端的一个或多个接地电极。第二单元具有小于第一电容的第二电容、第一端和第二端并且包括：耦合到一个或多个接合焊盘的RF电极；布置在RF电极上的第二多个MEMS器件，每个MEMS器件具有第一端和第二端；和耦合到每个MEMS器件的第一端和第二端以及第一单元的第二端的一个或多个接地电极。所述第二多个MEMS器件等于所述第一多个MEMS器件。在另一个实施例中，可变电容包括：衬底；布置在所述衬底上的一个或多个接合焊盘；布置在所述衬底上的第一单元；和布置在所述衬底上并且耦合到一个或多个接合焊盘的第二单元。第一单元具有第一端和第二端并且包括：耦合到所述一个或多个接合焊盘和第一单元的第一端的RF电极，所述RF电极具有第一长度；布置在所述RF电极上多个MEMS器件，每个MEMS器件具有第一端和第二端；和耦合到每个MEMS器件并且耦合到第一单元的第二端的一个或多个接地电极。所述第二单元具有第一端和第二端并且包括：耦合到所述一个或多个接合焊盘的RF电极，所述RF电极具有小于第一长度的第二长度；布置在所述RF电极上的多个MEMS器件，每个MEMS器件具有第一端和第二端；和耦合到每个MEMS的第一端和第二端并且耦合到第一单元的第二端的一个或多个接地电极。所述第一单元和所述第二单元具有基本相同体积的腔。附图说明为使本专利技术的上述特征有更清楚的理解，以下参照实施例详细说明本专利技术。部分实施例以附图示出，但应当注意，附图仅示出了本专利技术的典型实施例，不应被解释为对本专利技术范围的限制，本专利技术应包括其他等效实施方式。图1是根据一个实施例的MEMS器件的截面示意图。图2是根据一个实施例的单元的示意图。图3表示根据一个实施例的具有围绕公共RF焊球排列的多个DVC单元的一个示例器件。图4表示根据一个实施例的具有调节后的RF线的DVC单元。为了有助于理解，在可能的情况下，相同的附图标记表示在各个图中共有的相同组件。应当理解，在一个实施例中公开的组件可以有利地用在其他实施例中而无需具体说明。具体实施方式本公开实施例提供了一种用于改变DVC单元的RF电容而不影响MEMS单元的机械性能的方法。每个单元具有与RF电容无关的相同的控制电容。这使得每个单元可以采用相同的、RF工作所要求的隔离电阻，并且因此使每个单元具有相同的寄生电容。这使得CMOS控制电路可以优化并且使单元的动态性能可以匹配。本公开实施例允许部分单元设计成与全长单元完全相同，但具有降低了的RF电容，以实现二进制变化。RF线以上的可移动MEMS组件被设计为全长单元并且在被致动时与标准全长单元的机械行为相同，这是因为致动电极的控制电容不被影响。因此更容易匹配每个单个单元的动态行为。另一个益处是，通过仅仅一次掩模变化来改变DVC数组中每个单元的RF线就可以改变DVC数组的总RF电容。这使得能够在工艺流程中相当晚的阶段通过选择合适的掩模来对具有不同RF电容的多种产品采用相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变电容器，包括：衬底；布置在所述衬底上的一个或多个接合焊盘；布置在所述衬底上并且耦合到所述一个或多个接合焊盘的第一单元，所述第一单元具有第一端和第二端并且包括：耦合到所述一个或多个接合焊盘和所述第一单元的第一端的RF电极；布置在所述RF电极上的多个MEMS器件，每个MEMS器件具有第一端和第二端，而且每个MEMS器件布置在所述RF电极上；和一个或多个接地电极，其耦合到每个MEMS器件的第一端和第二端并且耦合到所述第一单元的第二端；和布置在所述衬底上并且耦合到所述一个或多个接合焊盘的第二单元，所述第二单元具有第一端和第二端并且包括：耦合到所述一个或多个接合焊盘的RF电极；布置在所述RF电极上的多个MEMS器件，每个MEMS器件具有第一端和第二端并且少于全部的所述MEMS器件布置在所述RF电极上；和一个或多个接地电极，其耦合到每个MEMS器件的第一端和第二端并且耦合到所述第一单元的第二端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.10 US 61/682,1241.一种可变电容器，包括：衬底；布置在所述衬底上的一个或多个接合焊盘；布置在所述衬底上并且耦合到所述一个或多个接合焊盘的第一单元，所述第一单元具有第一端和第二端并且包括：耦合到所述一个或多个接合焊盘和所述第一单元的第一端的RF电极；布置在所述RF电极上的多个MEMS器件，每个MEMS器件具有第一端和第二端，而且每个MEMS器件布置在所述RF电极上；和一个或多个接地电极，其耦合到每个MEMS器件的第一端和第二端并且耦合到所述第一单元的第二端；和布置在所述衬底上并且耦合到所述一个或多个接合焊盘的第二单元，所述第二单元具有第一端和第二端并且包括：耦合到所述一个或多个接合焊盘的RF电极；多个MEMS器件，其中少于全部的所述MEMS器件布置在所述RF电极上；和一个或多个接地电极，其耦合到每个MEMS器件的第一端和第二端并且耦合到所述第一单元的第二端。2.权利要求1所述的可变电容器，其中，所述第二单元另外包括拉入电极，其长度大于所述第二单元的RF电极的长度。3.权利要求1所述的可变电容器，其中，所述第二单元还包括邻近所述RF电极布置的接地电极。4.权利要求3所述的可变电容器，其中，所述第一单元的RF电极与所述第一单元的接地电极隔开1微米到10微米的距离。5.权利要求1所述的可变电容器，其中，所述第一单元和所述第二单元各自具有不同的电容。6.权利要求5所述的可变电容器，其中，所述第二单元另外包括拉入电极，所述拉入电极的长度大于所述第二单元的RF电极的长度。7.权利要求1所述的可变电容器，其中，每个单元是一个密封腔，其包括全体包含在所述密封腔内的所述多个MEMS器件。8.一种可变电容器，包括：衬底；布置在所述衬底上的一个或多个接合焊盘；布置在所述衬底上并且耦合到所述一个或多个接合焊盘的第一单元，所述第一单元具有第一电容、第一端和第二端并且包括：耦合到所述一个或多个接合焊盘和所述第一单元的第一端的RF电极，所述RF电极具有第一长度；布置在所述RF电极上的第一多个MEMS器件，每个MEMS器件具有第一端和第二端；和一个或多个接地电极，其耦合到每个MEMS器件的第一端和第二端并且耦合到所述第一单元的第二端；和布置在所述衬底上并且耦合到所述一个或多个接合焊盘的第二单元，所述第二单元具有小于所述第一电容的第二电容、第一端和第二端并且包括：耦合到所述一个或多个接合焊盘的RF电极，所述RF电极具有小于所述第一长度的第二长度；布置在所述RF电极上的第二多个MEMS器件，每个MEMS器件具有第一端和第二端，所述第二多个MEMS器...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯托·彼得勒斯·范卡普恩，理查德·L·奈普，
申请(专利权)人：卡文迪什动力有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US