具有集成的去耦电容器的电容性RF-MEMS器件制造技术

本发明专利技术提出了一种包括垂直集成的去耦电容器（１４）的电容性ＲＦ－ＭＥＭＳ。因此所述去耦电容器（１４）不会占据额外的面积。另外，根据本发明专利技术的ＲＦ－ＭＥＭＳ需要更少的互连，这也节省了空间，并且减小了ＲＦ路径中的串联电感／阻抗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电容性RF-MEMS器件。更具体地，本专利技术涉及不要求大 面积并且具有减小的串联电感/阻抗的RF-MEMS器件和用于制造这种器 件的方法。
技术介绍
MEMS (微机电系统)技术的发展使得可以在单个器件中制造机电和 微电子部件。通过利用微小(微)尺度的机电结构，RF-MEMS开关结合 了传统的机电开关的优点(低插损、高隔离度、超高线性度)和固态开 关的优点(低功耗、低质量、长寿命)。RF-MEMS开关还具有在多种衬底 上低成本集成的可能性的优势，所述衬底包括承担有源半导体器件的衬 底。RF-MEMS开关本质上是由两个导电片构成的可调电容器， 一个在硅 芯片的表面上，而另一个悬挂在其上面数个微米左右。通过向下刻蚀芯 片上特别设计的导电层来产生所述悬挂片。通过使用所施加的静电场的 吸引力以物理地上下移动所述悬挂片来改变这两个片之间的间隔来调节 它们之间的电容。例如，可以将这些微尺度可调电容器用于将移动电话的RF功率放 大器与其天线动态地匹配，提供其中将能量损耗保持最小的最优电学条 件。将更多功率传输至天线，改进了电话的质量。几乎不会浪费能量， 减小了电池上的泄漏，因此改进了电话的通话时间。在现有的移动电话 中，不得不使用并非电学完美的并且占据大量空间的传统半导体器件来 执行该匹配功能。针对这些类型的开关的其他应用是无线网络装置(PDA、 膝上型计算机等)、汽车、卫星通信、计算机等。图1是传统电容性RF-MEMS开关或MEMS可开关电容器中的机械和 电学连接的示意性说明。将第一或底部电极1固定到衬底2上，并且第 二或顶部电极3在弹性力的作用下相对于衬底2是可移动的。如图1中所示的通过具有弹性常数k的弹簧4悬挂于盖子8上。因此，应该注意 到的是盖子8通常可以与衬底2相同，并且弹簧4通常可以是面内的弯 曲梁(flexural beam)。在固定的电极1的顶部上设置了电介质层5， 具有gd的厚度和&的介电常数。当弹簧4松弛时，在电介质层5的顶部 和顶部电极3的底部之间存在具有距离g的空气隙6。为了闭合开关DC，向顶部电极3施加DC电压Vdc，而将第一或底 部电极1保持为接地电势(或者反之亦然，将底部电极1和顶部电极3 彼此互换)。通过施加DC电压Vdc，顶部电极3和底部电极1之间的空 气隙6变小，并且因此顶部电极3和底部电极1之间的距离变小。当电 极l和3之间的距离g变小时，电容变大。这种MEMS可开关或可调电容器可以用于射频(RF)信号电子电路。 因为通常在RF电子器件中存在大DC电压不是所需的，需要设置DC去耦 电容器C，这占据了相当可观的芯片面积。另一方面，为了防止RF电流 通过dc驱动线泄漏，需要较大的电阻器R (或线圈L)。因为去耦电容器C与MEMS电容器串联，这大大地增加了所需的总 面积。例如，如果需要C。=10pF的闭合电容、MEMS电容密度是cMEMS = 75pF/mm2、并且固定电容器的电容密度是cflx = 150pF/mm2，那么可以示出 通过MEMS电容器和去耦电容器C的串联组合实现的电容C。的最小面积At。t为Atot =AMEMS +Afix =(cfix/cMEMS)1/2Aflx +AfixK(cMEMS)1/2+(Cfix)1/2)2ce/(CMEMsCfix)二 ((CMEMs7Cfix) +1) Atot,没有c对于给出的示例，总面积At。t是0. 39rnrn2。如果不需要去耦电容器C， 只需要面积At。t飾fCVC腦f0.13mm2，因此增加了总使用面积2.9个因 子，正好是去耦电容器所需要的面积。为了避免去耦电容器C的需要，可以将MEMS器件设计为具有分立 的DC驱动电极(actuation electrode) 7和RF电极1的继电器结构 (relay structured这在图2中示意性地示出。尽管该结构节省了用于固定电容器C的面积，DC驱动电极7需要额外的面积。通常这将意味着这种继电器将至少是A叫没有c^cyc腦s的两倍。如图2所示的所述继电器结构的另一个缺点是将Vdc的静电力只施 加到其中存在驱动电极7的点处。因为电极1位置处的力只是间接的，将不太强烈。这将具有两种主要缺点一在相同的DC电压下，RF电极1处的力将更小，这通常给出较低 的电容密度。有时甚至空气隙6将保持存在于RF-MEMS开关的闭合状态 中。一通过RF电压引入的力可以引入较大的电容变化，因为该力位于 电极1处。可以通过修改工艺使得在电极1的位置处空气隙6更小来减小这两 个问题。然而，这在保持较大面积的缺点的同时导致了工艺复杂性的增 加。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种改进的RF-MEMS，以及用于制造这种 RF-MEMS器件的方法。根据本专利技术器件的优点是所述器件可以具有减小 的芯片面积和减小的串联电感/阻抗。以上目的是通过根据本专利技术的方法和器件实现的。本专利技术的具体和优选方面在所附独立权利要求和从属权利要求中 进行阐述。视情况而定，可以将来自从属权利要求中的特征与其他从属 权利要求的特征进行组合，而不仅仅是权利要求明确提出的情形。本专利技术提出了一种电容性RF-MEMS器件，包括第一电极，固定到 位于平面中的衬底上；以及第二电极，悬挂在第一电极上方，并且相对 于衬底可移动。根据本专利技术的器件还包括驱动电极，沿与衬底平面实质 上垂直的方向集成在第一和第二电极之间。空气隙存在于第一电极和驱 动电极之间、或者存在于第二电极和驱动电极之间。可以通过使用所施 加的静电场的吸引力以物理地上下移动作为悬挂电极的所述第二电极、 因此改变了空气隙的厚度，来改变第一和第二电极之间的间隔来调节 RF-MEMS器件的电容。根据本专利技术的RF-MEMS器件与现有技术的RF-MEMS器件相比，具有 显著减小的面积。另外，要求更少的互连，这再次导致面积减小，还导 致减小的等效串联阻抗和减小的等效串联电感。根据本专利技术的实施例，可以将所述驱动电极掩埋在第一电介质层和 第二电介质层之间，从而形成叠层。根据本专利技术的优选实施例，所述叠层可以位于第一电极的顶部上， 在这种情况下在所述叠层和第二电极之间存在空气隙。在这种情况下， 可以向驱动电极施加DC电压Vdc，并且可以在第一电极和第二电极之间 施加RF电压Vrf。在其他实施例中，第二电极可以具有朝向第一电极的底部，并且可 以将所述叠层定位于第二电极的底部上，在这种情况下，在叠层和第一 电极之间存在空气隙。在另外的实施例中，第二电极具有朝向第一电极的底部，并且可以 将第一电介质层定位于第一电极的顶部上，以及将驱动电极定位于位于 第二电极的底部处的第二电介质层的底部处。在这种情况下，在驱动电 极和第一电极顶部上的第一电介质层之间存在空气隙。在另外的实施例中，第二电极具有朝向第一电极的底部，并且可以 将驱动电极定位于位于第一电极的顶部上的第一电介质层的顶部上，以 及第二电介质层可以位于第二电极的底部处。在这种情况下，在驱动电 极和第二电极的底部处的第二电介质层之间存在空气隙。第一电极可以具有第一面积，第二电极可以具有第二面积，并且驱 动电极可以具有第三面积，所述第一、第二和第三面积沿与衬底平面实 质上平行的方向延伸。在根据本专利技术的实施例中，所述第一、第二和第 三面积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容性ＲＦ－ＭＥＭＳ器件，包括：第一电极（１１），固定到位于平面中的衬底（１２）上；以及第二电极（１６），悬挂在第一电极（１１）上方，并且相对于衬底（１１）可移动，　　　　其中，所述器件还包括驱动电极（１４），该驱动电极（１４）沿与衬底（１２）平面实质上垂直的方向集成在第一和第二电极（１１、１６）之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2005-5-2 05103644.01.一种电容性RF-MEMS器件，包括第一电极(11)，固定到位于平面中的衬底(12)上；以及第二电极(16)，悬挂在第一电极(11)上方，并且相对于衬底(11)可移动，其中，所述器件还包括驱动电极(14)，该驱动电极(14)沿与衬底(12)平面实质上垂直的方向集成在第一和第二电极(11、16)之间。2. 根据权利要求1所述的电容性RF-MEMS器件，其中所述驱动电 极(14)掩埋在第一电介质层(13)和第二电介质层(15)之间，从而 形成叠层(13、 14、 15)。3. 根据权利要求2所述的电容性RF-MEMS器件，其中所述叠层(13、 14、 15)位于第一电极(11)的顶部上。4. 根据权利要求3所述的电容性RF-MEMS器件，其中向驱动电极 (14)施加DC电压(Vdc)，并且在第一电极(11)和第二电极(16)之间施加RF电压(Vrf)。5. 根据权利要求2所述的电容性RF-MEMS器件，所述第二电极(16) 具有朝向第一电极(11)的底部(16a)，其中所述叠层(13、 14、 15) 位于第二电极(16)的底部(16a)。6. 根据权利要求1所述的电容性RF-MEMS器件，其中所述第二电 极(16)具有朝向第一电极(11)的底部(16a)，第一电介质层(13) 位于第一电极(ll)的顶部上，并且驱动电极(14)位于在第二电极(16) 的底部(16a)设置的第二电介质层(15)的底部。7. 根据权利要求1所述的电容性RF-MEMS器件，其中所述第二电 极(16)具有朝向第一电极的底部(16a)，驱动电极(14)位于在第一 电极(11)的顶部上设置的第一电介质层(13)的顶部上，并且第二电 介质层(15)位于第二电极(16)的底部(16a)。8. 根据权利要求1所述的电容性RF-MEMS器件，其中所述第一电 极(11)具有第一面积，所述第二电极(16)具有第二面积，并且所述 驱动电极(14)具有第三面积，所述第一、第二和第三面积沿与衬底(12) 平面实质上平行的方向延伸，并且所述第一、第二和第三面积实质上相等。9. 根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得杰拉德斯蒂内肯，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]