利用mems电阻开关和mim电容器的dvc的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
技术领域
[0001]本发明的实施例一般性地涉及用于RF调谐和阻抗匹配的射频(RF)数字可变电容器(DVC)单元。
【背景技术】
[0002]
[0003]MEMS电容器在作为电容器工作时能够表现出非线性特性。在以一个频率传输的信号可能漏入其他频率的信道中时，这对于RF应用而言是个问题。对此的一个度量是IP3的值或输入值，在该输入下三阶非线性度乘以输入电压或电流等于第一阶项乘以输入电压或电流。
[0004]在MEMS电容器的情况下，随着RF线上的功率增大，产生了在RF线和接地的MEMS悬臂之间的氧化物上的增大的电压降。即使MEMS器件可以与氧化层机械接触，但是在该分界面处的任何粗糙部或微凸体都会导致(RF电极和接地的MEMS之间的)间隙随着施加功率的变化而产生小的变化。该间隙变化导致最大电容的变化，继而导致谐振频率随着功率改变。因此，功率的调制能够导致频率的调制并且导致在期望的频率窗之外发现更多信号。
[0005]因此，在本领域中需要具有恒定谐振频率的MEMSDVC0
【发明内容】
[0006]本发明一般性地涉及利用一个或更多个M頂电容器的MEMS DVC J頂电容器可以被布置在MEMS器件和RF垫之间，或者MIM电容器可以被集成到MEMS器件本身中。MM电容器确保了实现MEMS DVC的低电阻。
[0007]在一个实施例中，MEMS DVC包括:布置在衬底之上的RF垫;布置在衬底之上的MEMS器件，MEMS器件具有布置在空腔内的一个或更多个开关元件，空腔形成在衬底之上，MEMS器件还包括被布置在衬底内的RF电极，其中一个或更多个开关元件能够从与RF电极电接触的位置和与RF电极间隔开的位置移动；和布置在衬底之上的MM电容器，MM电容器耦合在RF垫和MEMS器件之间。
[0008]在另一实施例中，制造MEMSDVC的方法包括:将RF垫沉积在衬底之上;在衬底之上形成MEMS器件，其中MEMS器件包括布置在空腔内的一个或更多个开关元件，空腔形成在衬底之上，其中MEMS器件还包括布置在衬底内的RF电极，并且其中一个或更多个开关元件能够从与RF电极电接触的位置和与RF电极间隔开的位置移动;和在衬底之上形成M頂电容器，其中M頂电容器电耦合到RF垫和RF电极。
[0009]在另一实施例中，MEMS DVC包括:布置在衬底之上的RF垫；和布置在衬底之上的MEMS器件。所述MEMS器件包括:布置在空腔内的一个或更多个开关元件，所述空腔形成在衬底之上;和M頂电容器，其中M頂电容器电耦合到RF垫。
[0010]在另一实施例中，制造MEMS DVC的方法包括:将RF垫沉积在衬底之上;和在空腔内形成MEMS器件。所述形成包括:在衬底之上形成MM电容器，其中MM电容器耦合到RF垫；和在衬底之上形成一个或更多个开关元件，其中一个或更多个开关元件能够从与MM电容器电接触的位置和与M頂电容器间隔开的位置移动。
[0011]在另一实施例中，制造MEMS DVC的方法包括:将RF垫沉积在衬底之上和在空腔内形成MEMS器件。所述形成包括:在衬底之上形成MM电容器，其中MM电容器耦合到RF垫；和在衬底之上形成一个或更多个开关元件，其中一个或更多个开关元件能够从与MM电容器电接触的位置和与M頂电容器间隔开的位置移动。所述方法还包括形成使MM电容器连接到参考电位的可变电阻器。
【附图说明】
[0012]以能够详细地理解本发明的上述特征的方式，参照实施例可以获得上面简要总结的本发明的更具体的描述，在附图中图示了所述实施例中的一些。然而，应注意的是，附图仅图示了本发明的典型实施例，并且因此不应被认为限制了本发明的范围，这是因为本发明可以承认其他等同有效的实施例。
[0013]图1是根据一个实施例的MEMSDVC的示意性俯视图。
[0014]图2A和2B是图1的MEMS DVC的MEMS器件的示意性俯视图和横截面图。
[0015]图3A和3B是图1的MEMSDVC的MEMS器件中的单个开关元件的示意性俯视图和横截面图。
[0016]图4A和4B是分别处于Cmax和Cmin位置的、图3B的开关兀件的不意性横截面图。
[0017]图5A和5B分别是图4A和图4B的开关元件的示意性横截面放大(closeup)图。
[0018]图6是图1的MEMS DVC的示意性电路图。
[0019]图7是根据另一实施例的MEMSDVC的示意性俯视图。
[0020]图8A和8B是图7的MEMS DVC的MEMS器件的示意性俯视图和横截面图。
[0021]图9是将用于图1的MEMS DVC的电阻和用于图7的MEMS DVC的电阻进行对比的图表。
[0022]图1OA到1G是根据一个实施例的、处于各个制造阶段的MEMSDVC的示意图。
[0023]图1lA到IlD是根据另一实施例的、处于各个制造阶段的MEMSDVC的示意图。
[0024]为了便于理解，在可能的地方使用相同的附图标记来表示附图共有的相同的元素。可以预期的是，在一个实施例中公开的元素在没有特别说明的情况下可以有益地用在其他实施例中。
【具体实施方式】
[0025]本发明一般性地涉及利用一个或更多个M頂电容器的MEMS DVC J頂电容器可以被布置在MEMS器件和RF垫之间或者MM电容器可以被集成到MEMS器件本身中J頂电容器确保实现MEMS DVC的低电阻。
[0026]在本发明中，MEMS电容器被转化为电阻开关，所述电阻开关在金属绝缘体金属电容器(MIM)器件中切换，该MIM器件具有在第一金属之上的适形绝缘体涂层以及其后的金属。这种电容器对高电压和由氧化物上的电压降产生的高机械压力更稳健，这是因为力均匀地分布在分界面上。在MEMS充当电阻开关的情况下，需要低电阻以获得良好的Q值。对于100的Q，在电阻开关上产生施加电压的I %的电压降(对于40V峰值的RF信号为0.4V)。在正确设计的情况下，开关电阻能够独立于所施加的RF功率。为了在高频率下获得高的Q，重要的是在开关和M頂电容器之间获得低电阻。为了实现低电阻，通常需要能够向所述接触件施加大的力的大型MEMS器件。大型MEMS器件的问题在于其切换缓慢。为了避开这一点，许多并联的小型MEMS器件能够用于产生低电阻。虽然每个接触件具有适度的大电阻，但是总值小。该技术的优点在于如果能够实现低电阻，那么能够获得具有良好IP3隔离的高Q数字可变电容器。虽然确保电阻足够低而在高频率下不减小Q值并且不引入可能会有挑战性的其他IP3问题。但是存在确保在热切换期间没有电弧的问题。
[0027]欧姆和电容性MEMS开关在相同电流上的共存性
[0028]如果要获得Cmax为3pF、Cmin为(h43pF并且具有5比特分辨率(或32步)的DVC产品，那么需要每步切换8*10—14F的最小电容。如果期望在3GHz下为100的Q，那么需要l/(2pi频率XQ)或者l/(2pi 3χ10η)的RC时间常数，S卩1.3x10—12s。这导致需要电阻小于约16欧姆的要求。
[0029]此外，接触件的电容在断开状态应该小，因此如果每个开关的结合接触面积为I微米乘I微米并且存在并联的N个开关，那么电容应该小于步长的1/100或者8x10—16F,这意味着断开状态下的间隙必须大于N乘以10nm。如果N被设置为20，那么需要在关闭状态下大于200nm的间隙和在打开状态下每个悬臂的接触电阻为325欧姆。在每个悬臂两个接触件的情况下，然后每个接触件必须为约600欧姆。
[0030]如果悬臂拉近面积为8乘5微米并且拉近间隙减小至lOOnm，那么在拉近电压为20V的情况下，力为约(Ae/2)*(V/d)2或者70uN。因此，在每个