具有均匀工作特性的MEMS数字可变电容器的非对称阵列制造技术

本发明专利技术一般性地涉及MEMS DVC。MEMS DVC具有RF电极并且形成于CMOS衬底之上。为了降低RF信号中的噪声，连接在波形控制器和MEMS元件的电极之间的多晶硅电阻器可以由被隔离的p阱或被隔离的n阱环绕。被隔离的阱耦合到被布置在多晶硅电阻器和MEMS元件之间的RF接地屏蔽层。由于存在环绕多晶硅电阻器的被隔离的阱，衬底电阻不影响MEMS DVC中的每个MEMS元件的动态特性，并且RF信号中的噪声被降低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有均匀工作特性的MEMS数字可变电容器的非对称阵列专利技术背景
本专利技术的实施例一般性地涉及微机电系统(MEMS)数字可变电容器(DVC)。
技术介绍
相关技术的描述如图1中示意性示出的，一些DVC器件基于可移动MEMS元件，具有在可移动MEMS元件之上的控制电极(即上拉或拉离或PU电极)和在可移动MEMS元件之下的控制电极(即拉近或下拉或PD电极)。另外，可移动MEMS元件(即板或悬臂或可移动板电极)之下存在RF电极。工作期间，电压被施加到PU或PD电极，这使得MEMS元件被上拉或下拉至接触以向RF电极提供稳定的最小或最大电容。这样，从可移动元件到RF电极(位于可移动元件之下)的电容能够从当被拉至底部(见图2)时的高电容Cmax变化到当被拉至顶部时的低电容Cmin(见图3)。图4示出了MEMSDVC器件是如何在互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的后端制程(即BEOL)中被集成的。连接到RFGND(即RF接地)的金属屏蔽层被置于MEMSDVC器件之下以屏蔽硅衬底使其不受MEMSDVC影响。这确保了硅中的损耗机制将不会负面地影响MEMSDVC器件的RF性能。金属屏蔽层通常被置于下金属层级(例如M1)中。金属屏蔽层和RF电极(在Mn中实施)之间的另外的金属层级M2…Mn-1确保了对RF和接地屏蔽层之间的寄生电容的限制。图5示出了MEMSDVC单元的PD电极和RF电极的俯视图。在典型的MEMSDVC单元中，RF连接在MEMSDVC单元的侧A处建立，而其他连接(GND、PU、PD)在MEMSDVC单元的侧B处建立。图6示出了为了最佳RF性能，多个MEMSDVC单元是如何绕着RF销被布置的。控制MEMSDVC器件状态的CMOS波形控制器被置于同一芯片中，要么在侧面，要么在MEMS单元之下。图7示意性地示出了波形控制器到MEMSDVC单元的电连接。可移动元件通常在DC接地上，并且施加到PD电极的电压(Vbottom)和施加到PU电极的电压(Vtop)通常被控制以确保MEMSDVC器件的长寿命的稳定性能。电阻器Rpd和Rpu提供了存在于PU和PD电极上的RF信号与CMOS驱动器之间的隔离。这还确保了没有CMOS噪声被耦合到MEMSDVC单元的RF电极中。另外，这些电阻器提供了使MEMS器件在MEMSDVC单元内阻尼，这允许快速工作。通常，这些电阻器用高电阻率多晶硅产生并且这些电阻器的值为从50kΩ到10MΩ。图8示出了MEMSDVC单元的侧B附近的MEMSDVC器件的横截面。多晶硅电阻器和PD电极之间建立连接，以允许CMOS波形控制器向每个MEMSDVC单元施加电压，同时维持RF信号和CMOS信号之间的隔离。在接地屏蔽层中生成孔以允许到多晶硅电阻器Rpd的连接。PU电极和多晶硅电阻器Rpu之间建立了类似连接。存在于CMOS衬底中的任何噪声都能够耦合到多晶硅电阻器中并且随后耦合到PD和PU电极中。该噪声随后能够耦合到RF电极中并且影响器件的RF性能。为了限制在衬底中在MEMS器件附近的噪声，能够避免MEMSDVC器件附近的衬底的地接触，使得在芯片中与MEMS器件相邻(见图6)的CMOS波形控制器中产生的任何CMOS噪声不得不在其到达多晶硅电阻器之前穿过CMOS衬底行进一段距离。由于在MEMS器件的区域中在硅衬底中不存在有源器件，因此在该区域中不需要衬底的地接触。由于大值的多晶硅电阻器，来自该多晶硅电阻器的寄生电容能够影响施加到MEMS单元的信号的动态特性。多晶硅电阻器将使在其之上的RFGND屏蔽层和在其之下的衬底两者都具有寄生电容。图9示出了给定MEMSDVC单元的多晶硅电阻器Rpu、Rpd的简化的等效电路模型，其具有到RFGND屏蔽层的寄生电容器Cshield，并且具有到衬底的寄生电容器Csub。电压Vtop、Vbottom由CMOS波形控制器相对于同样连接到衬底的CMOS接地产生。通过Csub耦合到衬底的任何电流都必须在到达实际的CMOS接地参照点之前穿过衬底行进一段距离，即存在给定的串联电阻Rsub。耦合到RFGND屏蔽层的电流直接有效耦合到CMOS接地，这是因为RFGND在芯片(由虚线指出)内部或外部连接到CMOSGND。在典型CMOS工艺中，多晶硅电阻器到衬底的耦合Csub能够大于多晶硅电阻器到多晶硅电阻器之上的金属屏蔽层的耦合Cshield。这意味着多晶硅电阻器的动态响应将依赖于Csub和Rsub的值。图6中的每个MEMS单元都具有在单元的侧B附近的多晶硅电阻器以提供RF隔离和MEMS阻尼。由于每个MEMS单元都位于芯片内部的不同位置，因此Rsub的值能够从单元到单元变化很大。这意味着各个单元将表现出不同的RF隔离和阻尼，以及在芯片上的各个MEMS单元的不同的动态驱动。本领域需要消除该变化并且进一步改善RF隔离。
技术实现思路
本专利技术一般性地涉及MEMSDVC。MEMSDVC具有RF电极并且形成于CMOS衬底之上。为了降低RF信号中的噪声，在波形控制器和MEMS元件的电极之间连接的多晶硅电阻器可以由被隔离的p阱或被隔离的n阱环绕。被隔离的阱耦合到布置在多晶硅电阻器和MEMS元件之间的RF接地屏蔽层。由于存在环绕多晶硅电阻器的被隔离的阱，衬底电阻不影响MEMSDVC中的每个MEMS元件的动态特性，并且RF信号中的噪声被降低。在一个实施例中，MEMSDVC包括衬底；布置在衬底之上的MEMS器件，所述MEMS器件具有RF电极和一个或更多个其他电极；多晶硅电阻器，其布置在衬底和MEMS器件之间并且耦合到MEMS器件；RF接地屏蔽层，其布置在MEMS器件和多晶硅电阻器之间；p阱触头，其布置在衬底和多晶硅电阻器之间，其中p阱触头耦合到RF接地屏蔽层；被隔离的p阱，其耦合到p阱触头并且布置在衬底和多晶硅电阻器之间，其中p阱触头和被隔离的p阱环绕多晶硅电阻器；n阱触头，其布置在衬底和多晶硅电阻器之间，其中n阱触头耦合到RF接地屏蔽层；和n阱，其耦合到n阱触头并且布置在衬底和被隔离的p阱之间，其中n阱触头和n阱环绕p阱触头和被隔离的p阱。在另一实施例中，MEMSDVC包括布置在衬底之上的MEMS器件，该MEMS器件具有一个或更多个电极；第一多晶硅电阻器，其耦合到一个或更多个电极中的至少一个；n阱，其环绕第一多晶硅电阻器；和RF接地屏蔽层，其耦合到n阱。在另一实施例中，MEMSDVC包括衬底；深n阱，其嵌入在衬底内；第一被隔离的p阱，其布置在深n阱之上；第一多晶硅电阻器，其布置在被隔离的p阱之上并且耦合到MEMS器件；和RF接地屏蔽层，其布置在多晶硅电阻器和MEMS器件之间，其中深n阱和被隔离的p阱耦合到RF接地屏蔽层。附图说明因此以使得本专利技术的上述特征能够容易理解的方式，可以参照实施例获得以上概述的本专利技术更详细的描述，所述实施例中的一些在附图中被图示。然而，应注意的是，附图仅图示了本专利技术的典型实施例，因此不应被认为限制了本专利技术的范围，这是因为本专利技术可以承认其他等同有效的实施例。图1是处于自由站立状态的MEMSDVC的示意性横截面图。图2是处于Cmax状态的图1的MEMSDVC的示意性横截面图。图3是处于Cmin状态的图1的MEMSDVC的示意性横截面图。图4是MEMSDVC器件的示意性横截面图，该MEMSDVC器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS DVC，包括：MEMS器件，其布置在衬底之上，所述MEMS器件具有一个或更多个电极；第一多晶硅电阻器，其耦合到所述一个或更多个电极中的至少一个；n阱，其环绕所述第一多晶硅电阻器；和RF接地屏蔽层，其耦合到所述n阱。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.07 US 61/832,1671.一种MEMS数字可变电容器，包括：MEMS器件，其布置在衬底之上，所述MEMS器件具有一个或更多个电极；第一多晶硅电阻器，其耦合到所述一个或更多个电极中的至少一个；n阱，其环绕所述第一多晶硅电阻器；和RF接地屏蔽层，其耦合到所述n阱。2.权利要求1所述的MEMS数字可变电容器，其中所述第一多晶硅电阻器耦合到波形控制器。3.权利要求2所述的MEMS数字可变电容器，其中所述第一多晶硅电阻器耦合到所述MEMS器件的第一电极。4.权利要求1所述的MEMS数字可变电容器，还包括第二多晶硅电阻器，其耦合到所述MEMS器件的第二电极。5.权利要求4所述的MEMS数字可变电容器，其中，要么：所述n阱环绕所述第一多晶硅电阻器和所述第二多晶硅电阻器两者；要么所述n阱包括环绕所述第一多晶硅电阻器的第一n阱和环绕所述第二多晶硅电阻器的第二n阱。6.权利要求5所述的MEMS数字可变电容器，其中所述第二多晶硅电阻器耦合到波形控制器。7.权利要求6所述的MEMS数字可变电容器，其中，所述n阱环绕所述第一多晶硅电阻器和所述第二多晶硅电阻器两者，并且其中，所述MEMS数字可变电容器还包括表面植入区域，其与所述n阱不同，但是耦合到所述n阱，其中所述表面植入区域在所述第一多晶硅电阻器和所述第二多晶硅电阻器之间延伸。8.权利要求1所述的MEMS数字可变电容器，其中所述RF接地屏蔽层被布置在所述第一多晶硅电阻器和所述MEMS器件之间。9.权利要求1所述的MEMS数字可变电容器，其中，所述n阱包括：n阱触头，其耦合到所述RF接地屏蔽层；在所述第一多晶硅电阻器之下嵌入所述衬底内的n阱；和n+连接，其耦合在所述n阱和所述n阱触头之间。10.权利要求9所述的MEMS数字可变电容器，还包括第二多晶硅电阻器，其耦合到所述MEMS器件的第二电极。11.权利要求10所述的MEMS数字可变电容器，其中，要么：所述n阱环绕所述第一多晶硅电阻器和所述第二多晶硅电阻器两者；要么所述n阱包括环绕所述第一多晶硅电阻器的第一n阱和环绕所述第二多晶硅电阻器的第二n阱。12.权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯托·彼得勒斯·范·卡普恩，
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