CN105556635B - 利用mems电阻开关和mim电容器的dvc - Google Patents
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Abstract
本发明一般性地涉及利用一个或更多个MIM电容器的MEMS DVC。MIM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。MIM电容器确保实现MEMS DVC的低电阻。
Description
技术领域
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
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。
在MEMS电容器的情况下，随着RF电极上的功率增大，产生了在RF电极和接地的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。
因此，在本领域中需要具有恒定谐振频率的MEMS DVC。
发明内容
本发明一般性地涉及利用一个或更多个MIM电容器的MEMS DVC。MIM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。MIM电容器确保了实现MEMS DVC的低电阻。
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MIM电容器，MIM电容器耦合在RF垫和MEMS器件之间。
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；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MIM电容器，其中MIM电容器电耦合到RF垫和RF电极。
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MIM电容器，其中MIM电容器电耦合到RF垫。
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MIM电容器，其中MIM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MIM电容器电接触的位置和与MIM电容器间隔开的位置移动。
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MIM电容器，其中MIM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MIM电容器电接触的位置和与MIM电容器间隔开的位置移动。所述方法还包括形成使MIM电容器连接到参考电位的可变电阻器。
附图说明
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。
图1是根据一个实施例的MEMS DVC的示意性俯视图。
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。
图3A和3B是图1的MEMS DVC的MEMS器件中的单个开关元件的示意性俯视图和横截面图。
图4A和4B是分别处于Cmax和Cmin位置的、图3B的开关元件的示意性横截面图。
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(close up)图。
图6是图1的MEMS DVC的示意性电路图。
图7是根据另一实施例的MEMS DVC的示意性俯视图。
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。
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。
图10A到10G是根据一个实施例的、处于各个制造阶段的MEMS DVC的示意图。
图11A到11D是根据另一实施例的、处于各个制造阶段的MEMS DVC的示意图。
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
本发明一般性地涉及利用一个或更多个MIM电容器的MEMS DVC。MIM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。MIM电容器确保实现MEMS DVC的低电阻。
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1％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MIM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。
欧姆和电容性MEMS开关在相同电流上的共存性
如果要获得Cmax为3pF、Cmin为0.43pF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1/(2pi频率xQ)或者1/(2pi 3x1011)的RC时间常数，即1.3x10-12s。这导致需要电阻小于约16欧姆的要求。
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1微米乘1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。
如果悬臂拉近面积为8乘5微米并且拉近间隙减小至100nm，那么在拉近电压为20V的情况下，力为约(Aε/2)*(V/d)2或者70uN。因此，在每个接触件35uN的力的情况下应该产生600欧姆的接触电阻。
图1示出了从顶部示出的电阻开关式数字可变电容器的一种可能实施。在该设计中，1标记通过迹线连接到被遮蔽的金属绝缘体金属电容器的RF垫所处的地方。这些电容器然后通过小型开关阵列3接地，所述小型开关阵列包含并联(5)工作的大约20个小型开关。在开关阵列端部存在到地的迹线4。6标记比特0，7标记比特1，8标记比特2，9标记比特3并且10标记比特4。在一个实施例中，数字可变电容器具有一个较小的比特0MIM、一个较大的比特1MIM、两个较大的比特2MIM、四个较大的比特3MIM和八个较大的比特4MIM。图1不是完全成比例的，这是因为会期望小型开关的数目与MIM的尺寸成比例使得RC时间常数会保持相同。
图2A和2B示出了在图1中被标记为3的欧姆开关阵列的俯视图和侧视图。图2A为在图1中被标记为3的开关阵列的俯视图。11标记在被标记为14的小型开关下延伸的RF电极。12和13示出了拉近电极。2B示出了具有上拉电极15、空腔16、在开关之下的绝缘层17、和RF电极，而18是导电接地平面。19是下层硅衬底，其还可以具有被设计在其中的CMOS地址电路以操作数字可变电容器。
图3A示出了在图2A中被标记为14并且在该图中以虚线方框标记的以阵列布置的开关中的一个的俯视图。12和13标记拉近电极而11是RF电极。MEMS桥的层22可以降落在凸部15A和15B上。MEMS桥的两个层20、22由导电材料制成并且利用被标记为21的通孔结合在一起。如图3B所示，层20可以不一直延伸到结构的端部，使得层20在长度上比层22更短。接地的MEMS桥通过通孔23连接到下层金属化部。19是被金属18覆盖的顶部氧化物，其用于将MEMS上拉到顶以处于关闭状态。这有助于降低开关在关闭状态下的电容。17标记顶部氧化物，其填充被用于移除牺牲层的刻蚀孔。顶部氧化物进入这些孔并且帮助支承悬臂的端部，同时还密封空腔使得空腔中存在低压环境。16指示导电的并且与悬臂的导电底面接触的两个降落柱中的一个。16B为导电柱上的表面材料，其提供良好导电性、对周围材料的低反应性、和用于长寿命的高熔化温度以及硬度。底面可以涂布有绝缘体，但是窗口在悬臂的底面上被打开以提供用于在MEMS被下拉时与导电柱电接触的导电区域16C。
图4A示出了在向12和13(图3A和3B)施加电压的情况下被拉近的悬臂，使得层22(图3B)降落在绝缘凸部15A和15B(图3B)上。悬臂的导电底面降落在两个导电柱上(仅示出了一个，由于另一个在其后面)(图3B中为16)。这给出了低电阻状态。图4B示出了在已利用图3B中的电极18将悬臂拉到顶之后的悬臂。其与图3B所示的绝缘层19接触。这防止了上拉电极和悬臂之间的任何电接触。虚线矩形中的区域在图5A和5B中示出。
虽然在这些图中未示出，但是在悬臂的大部分底面和顶部之上可以存在绝缘层。在悬臂的底面上的绝缘体中生成孔以允许其与导电柱16接触。在该状态下，悬臂到RF电极的电阻非常大并且到该线的电容耦合小。
图5B示出了图4B中的虚线矩形的放大图并且示出了处于上位置的悬臂，其在该位置中具有在接触件顶部和悬臂底部之间的间隙D。图5A示出了处于下位置的同一器件，其中如图4A中的虚线矩形所示，悬臂与导电柱电接触。X标记悬臂和下拉电极之间的间隙。
图6示出了具有连接到MEMS悬臂阵列的MIM电容器CMIM 1的器件的示意图，所述悬臂切换一个MIM电容器并且具有在打开时的RON以及在关闭时的COFF的组合电容。在打开时，RON与CMIM串联，并且在关闭时，COFF与CMIM串联。RON为一个阵列中、连接到一个MIM电容器的并行切换的所有电阻器的接触电阻。MEMS充当开关，并且要么连接到RF电极要么不连接到任何物体。CMIM 1是指第一MIM电容器，而CMIM N是指第N个MIM电容器。
设计使得RON<<CMIM并且COFF<<CMIM。这意味着在MEMS悬臂打开时，RF电极和地之间的电容由CMIM值控制，而在断开时由COFF控制。该电阻会由并联的所有接触件的组合电阻RON控制。用于接触件的材料必须被选择为使得其会持续对于大多数产品所需的十亿次循环，并且具有低接触电阻以及能够与CMOS制造设备兼容。
为了确保接触件不被污染，重要的是它们不会经历可能导致有机材料的薄层沉积在接触件之上的周围环境。这些提供了对能够极大地增大接触电阻的输送障碍。对于一些材料来说，0.2nm厚的绝缘层能够使电阻提高9倍。为了保持接触件干净，MEMS器件在其本身的空腔中被制造。利用低压力气体蚀刻移除牺牲材料，以将其从MEMS开关之上和之下移除，留下在器件之上的空腔以及在悬臂桥锚固件附近的空腔中的小孔。在同一工具中，材料也在低压力下被沉积，其填充空腔并且在MEMS器件周围密封低压力环境。
接触区域会具有一定的粗糙度，使得整个接触区域不会物理地接触(touching)。当间距增大一个纳米时，从一个金属到另一金属穿过真空的隧穿率减小超过5个数量级，因此电阻由处于物理接触中的微凸体控制。这些微凸体的数量和半径会改变接触电阻，因此金属加工必须为使得微凸体的曲率半径小并且使得它们在尺寸上相似。接触件的电阻会依赖于接触材料的电阻率和微凸体的接触面积。其还依赖于在每个微凸体处的力。接触力的增大首先使微凸体弹性变形，使接触面积大，使力更加增大，然后导致非弹性变形，所述非弹性变形增大了面积而进一步导致较小的电阻率。如果材料硬，那么在力下该面积的非弹性增大会变小。
通常许多接触件由金制成，这是由于其不容易受到污染并且由于材料软且其具有高的导电性。然而，这在CMOS制造设备中是不允许的并且因此不是最佳的选择。氮化钛是良好的材料，这是由于其已经被用于CMOS制造，在CMOS制造中其被用作屏蔽层。氮化钛也不容易受到污染，并且因此接触表面应该具有低的污染可能性。但是氮化钛是非常硬的材料并且其电阻率不是非常低。TiN的一个优点在于其成为用于MEMS制造的非常耐用的材料，因此可以使用相同材料用于MEMS和接触电阻。
因为接触电阻由接触件处的微凸体的性质来控制并且因为这些微凸体会通常小于20nm高，因此10nm的材料子层能够被图案化在底部接触件之上以及在MEMS底面上的、当MEMS器件处于下位置时底部接触件接触MEMS器件的区域中被图案化。
在CMOS制造设备中允许的或者在具有低电阻率值并且不与环境激烈反应的设备中已经能够找到的材料包括：TiN、Tu、Pt、Ir、Rh、Ru和Mo。TiN、Mo和Tu是能够较容易被蚀刻的材料而其他的材料不那么容易被蚀刻。它们都较硬并且具有高熔融温度，并且它们都具有小于10-5Ohmcm的电阻率值。
为了使IP3值低，重要的是接触件的电阻不随着施加到接触件的功率改变。因此重要的是在高压力下在微凸体上工作，此时它们几乎完全变形。通常在接触之后，微凸体接触的电阻在另外的力下快速地减小，但是在已施加了适当的力时，电阻变稳定并且不再强烈地依赖于施加的力。这是工作时所处的状态。
通过选择更硬的膜，变形长时间保持在弹性限制中，这确保了提供更高的粗糙度以及向上的力以在试图关闭器件时帮助分离器件。因此，期望具有最高导电率也还具有高硬度值的材料以有助于防止与粘附相关的问题。
增加温度可能导致接触件的软化并且由此导致硬度变化。加热能够由于电流流过微凸体而产生。因此，具有高熔融温度的材料是有用的。
电阻开关的一个问题是由于在接触件断开时形成电弧而产生的接触寿命的减短。这由电路中的任何杂散电感产生，其产生由V＝L(dI/dt)给出的电压V。因此，重要的是减小器件设计中的杂散电感并且减小任何不期望的电流突变。通过添加类似氩气的惰性气体的受控环境，能够衰减能够导致悬臂在降落时跳动的任何悬臂振动。跳动增加了比所需的多得多的接触件断开并且减少器件寿命。
通过确保悬臂接触件慢慢地断开，能够减小dI/dt的值。这能够通过使拉近电压的绝对值斜坡降低至0然后施加上拉电压来实现。这允许弹簧将接触件掰开(prize apart)，克服粘附力并且一次断开一个微凸体接触。由于一旦接触断开，电流就快速地变成零，因此该过程能够在几百纳秒内完成，并且因此不会使总切换时间慢很多，这是由于总切换时间可以是一个或两个毫米的等级。使开关阵列一起切换还导致与一个大接触件快速断开相比更慢的电流平均变化率，这是由于每个接触会以稍微不同的速率断开。
全部MEMS开关为混合式欧姆-MIM器件
图7示出了从顶部示出的电阻开关式数字可变电容器的一种可能实施。在该设计中，1标记通过灰色迹线连接到小型混合式欧姆-MIM开关阵列3的RF垫所处的地方，所述阵列包含大约20个并联(5)工作的小型混合式欧姆-MIM开关。在开关阵列端部存在到地的迹线4。
图8A到8B示出了在图7中被标记为5的阵列中的混合式欧姆-MIMMEMS开关的俯视图和横截面图。12和13标记拉近电极而11是RF电极。MEMS桥由层20和22制成。如图8B所示，层20可以不一直延伸到结构的端部，使得层20在长度上比层22更短。桥降落在凸部15A和15B上。MEMS桥的两个层由导电材料制成并且利用被标记为21的通孔结合在一起。接地的MEMS桥通过通孔23连接到下层金属化部。19是被金属18覆盖的顶部氧化物，其用于将MEMS上拉到顶以处于关闭状态。这有助于降低开关在关闭状态下的电容。17标记顶部氧化物，其填充被用于移除牺牲层的刻蚀孔。顶部氧化物进入这些孔并且帮助支承悬臂的端部，同时还密封空腔使得在空腔中存在低压环境。16B表示导电的并且与悬臂的导电底面接触的降落柱。16A为导电柱上的表面材料，其提供良好导电性、对周围材料的低反应性、和用于长寿命的高熔融温度以及硬度。桥的底面可以涂布有绝缘体，但是窗口在悬臂的底面上开口来提供用于在MEMS被下拉时与导电柱电接触的导电区域16C。25是被沉积在拉近电极12和13上以及RF电极11上的介电层。金属特征16B、介电层25和RF电极11实现MIM电容器。该MIM的顶部电极在MEMS桥处于上位置时是电浮动的，或者在MEMS桥处于下位置时通过16A和16C之间的欧姆接触接地。
在替代实施例中，作为MIM的顶部电极的金属特征16A和16B通过可变电阻器电连接到参考DC电位。参考DC电位能够是一般的地电位，或者是器件的单独端子。作为一种示例性实施，可变电阻器能够由晶体管或者单独的更高电阻的MEMS欧姆开关来实现。
在特定实施例中，控制逻辑会被用于设置可变电阻器的值，其如下地起作用。当MEMS桥(20+21+22)处于上位置或下位置时，可变电阻器通常会被设置为其最大的值。该值会被设计为使得流过可变电阻器的电流会显著低于MEMS桥和RF电极11之间的耦合。当MEMS桥的位置从下位置变成上位置或者从上位置变成下位置时，可变电阻器会暂时被设置为其最低值一小段时间，直到状态转变完成为止。这会减小在切换事件期间可移动桥和MIM覆盖层之间的间隙中的电场，其提高了热切换性能并且避免了表面退化。
实施具有大量小型欧姆-MIM开关的整个器件具有几个优点。低电容意味着开关的高阻抗，在给定rms电压下小RF电流流过器件；由于电流因应用电路中的电路级电感而不能立即变成零，这使由于在欧姆开关的断开期间的电弧而产生的可靠性问题最小化。器件固有的Q为1/(omega*C)与开关欧姆电阻的比率；在例如1GHz下，(5到10fF等级的)小的C对大于100欧姆的电阻提供100的Q；一般来说，将器件分解成每个都由欧姆开关形成的、具有串联的非常小的MIM的大量支路缓解了对欧姆电阻值的要求，以实现小的总等效串联电阻(ESR)和高的器件Q因子。
图9是仿真分析生成的图，所述仿真分析将仅由MIM电容器实施的器件(因此具有固定的电容值)和将串联的欧姆开关引入到所有MIM以获得可编程C值的器件进行比较；MIM的器件ESR仅为0.3欧姆；增加欧姆开关使ESR增大，但是为了具有小于0.1欧姆的ESR惩罚，使每个欧姆开关电阻小于60欧姆是足够的；这利用了由大量非常小的欧姆-MIM开关形成的架构中的并联化。
使所有开关变成混合式欧姆-MIM而不是前述分割方式的优点包括：每个欧姆接触上流经的较低电流，因此减少电弧放电和对功率的敏感性；在转变期间跨越不同开关的更均匀的电流分布(由于MIM而产生的高阻抗)；以及减小的寄生电容，这是由于所有路经都被用于电容而不是具有仅MIM+仅开关的路经。
MEMS DVC制造
图10A到10G是根据一个实施例的、处于各个制造阶段的MEMS DVC 1000的示意图。如图10A和10B所示，衬底1002具有在其中形成的多个电极1004A-1004E和会形成在MIM底部“金属”的导电材料1004F。图10A示出了MEMS器件而图10B示出了MIM。MIM被布置在同一衬底1002上，但是在MEMS器件的空腔之外。电极1004A-1004E和导电材料1004F可以在同一沉积和图案化过程期间形成，并且因此由相同的材料制成。因此，RF电极1004C直接耦合到导电材料1004F。可以预期，电极1004A-1004E和导电材料1004F可以包括不同材料并且在不同的过程中形成。例如，可以预期，电极1004A-1004E与导电材料1004F分开形成并且导电材料1004F与RF垫同时形成，使得导电材料1004F直接耦合到垫。
可以理解，衬底1002可以包括单层衬底或多层衬底、例如具有一个或更多个互连件层的CMOS衬底。此外，可以用于电极1004A-1004E和导电材料1004F的合适材料包括氮化钛、铝、钨、铜、钛及其包括不同材料的多层堆叠的组合。
如图10C和10D所示，电绝缘材料层1006然后被沉积在电极1004A-1004E和导电材料1004F之上。用于电绝缘材料层1006的合适材料包括硅基材料，其包括氧化硅、二氧化硅、氮化硅和氮氧化硅。如图10C所示，电绝缘材料1006被从接地电极1004A、1004E之上以及从RF电极1004C之上移除，以暴露下层电极1004A、1004C、1004E。
导电材料1008然后可以被沉积在电绝缘层1006之上。导电材料1008提供了到接地电极1004A、1004E和到RF电极1004C的直接电连接。此外，导电材料1008提供了MIM中的上部“金属”。在一个实施例中，MIM的上部金属与MEMS器件间隔开并且与其电断开，但是直接连接到RF垫。在另一个实施例中，MIM的上部金属直接连接到RF电极1004C而MIM的下部金属直接连接到RF垫。可以用于导电材料1008的合适材料包括钛、氮化钛、钨、铝、它们与包括不同材料层的多层堆叠的组合。
一旦导电材料1008已经被沉积和图案化，就可以进行加工的其余部分以形成图10G所示的MEMS DVC 1000。具体地，表面材料1010可以形成在导电材料1008之上以形成导电的降落柱，导电材料1008形成在RF电极1004C之上。此外，电绝缘降落结构1012可以形成在电绝缘层1006之上以允许开关元件1014在开关元件1014处于Cmax位置时降落在其上。如上所述，开关元件1014可以具有涂布其底部表面的绝缘材料，并且因此可能存在会降落在表面材料1010上的暴露的导电材料的区域1024。另外的电绝缘层1018可以形成在拉离(即上拉)电极1020之上，并且密封层1022可以密封整个MEMS器件，使得开关元件1014被布置在空腔内。在制造期间，牺牲材料被用于限定空腔的边界。
一旦被制造，图10A到10G所示的MEMS DVC就具有直接连接到MIM的顶部金属或底部金属的RF电极1004C。因此，MIM的不直接连接到RF电极1004C的其他金属直接连接到RF垫。因此，MIM电容器能够与MEMS器件同时形成以形成MEMS DVC。
图11A到11D是根据另一实施例的、处于各个制造阶段的MEMS DVC 1100的示意图。用于MEMS DVC的材料可以与用于制造MEMS DVC 1000的材料相同。如图11A所示，电极1104A-1104E形成在衬底1102之上。如图11B所示，电绝缘层1106可以被沉积和图案化在电极1104A-1104E之上以暴露接地电极1104A、1104E。电绝缘层1106保持在RF电极1104C之上，这是由于在该实施例中MIM会形成在MEMS器件内。
导电材料1108然后可以沉积和图案化以形成到接地电极1104A、1104E的电连接并且以形成MIM的第二金属。如图11C所示，MIM形成在MEMS器件内而不是作为分离器件形成在MEMS器件的空腔外。
一旦导电材料1108已经被沉积和图案化，就可以进行加工的其余部分以形成图11D所示的MEMS DVC 1100。具体地，表面材料1110可以形成在导电材料1108之上以形成导电的降落柱，导电材料1108形成在RF电极1104C之上。此外，电绝缘降落结构1112可以形成在电绝缘层1106之上以允许开关元件1114在开关元件1114处于Cmax位置时降落在其上。如上所述，开关元件1114可以具有涂布其底部表面的绝缘材料，并且因此可能存在会降落在表面材料1110上的暴露的导电材料的区域1124。另外的电绝缘层1118可以形成在拉离(即上拉)电极1120之上，并且密封层1122可以密封整个MEMS器件，使得开关元件1114和MIM被布置在空腔内。在制造期间，牺牲材料被用于限定空腔的边界。在一个实施例中，每个开关元件1114(在空腔内能够存在一个或许多开关元件)具有空腔内的相应MIM结构。
通过使用MIM电容器，在空腔内或空腔外，MEMS DVC会具有低电阻和由此的恒定谐振频率。
虽然以上描述针对本发明的实施例，但是在不脱离本发明基本范围的情况下可以设想本发明的其他和另外的实施例，并且本发明的范围由所附权利要求确定。
Claims (25)
1.一种MEMS DVC，包括：
布置在衬底之上的RF垫；
布置在所述衬底之上的MEMS器件，所述MEMS器件具有布置在空腔内的一个或更多个开关元件，所述空腔形成在所述衬底之上，所述MEMS器件还包括布置在所述衬底内的RF电极，其中所述一个或更多个开关元件的底面涂布有绝缘体，其中导电区域通过在所述一个或更多个开关元件的底面上打开的窗口而暴露，其中所述一个或更多个开关元件能够从通过所述导电区域与所述RF电极电接触的位置和与所述RF电极间隔开的位置移动；和
布置在所述衬底之上的MIM电容器，所述MIM电容器耦合在所述RF垫和所述MEMS器件之间。
2.如权利要求1所述的MEMS DVC，其中所述MIM电容器包括第一导电层、布置在所述第一导电层上的电绝缘层、和布置在所述电绝缘层上的第二导电层。
3.如权利要求2所述的MEMS DVC，其中所述第一导电层电耦合到所述RF电极。
4.如权利要求3所述的MEMS DVC，其中所述第二导电层电耦合到所述RF垫。
5.如权利要求4所述的MEMS DVC，其中所述第一导电层为所述RF电极。
6.如权利要求2所述的MEMS DVC，其中所述第一导电层电耦合到所述RF垫。
7.如权利要求6所述的MEMS DVC，其中所述第二导电层电耦合到所述RF电极。
8.如权利要求7所述的MEMS DVC，其中所述第二导电层为所述RF电极。
9.一种制造MEMS DVC的方法，包括：
将RF垫沉积在衬底之上；
在所述衬底之上形成MEMS器件，其中所述MEMS器件包括布置在空腔内的一个或更多个开关元件，所述空腔形成在所述衬底之上，其中所述一个或更多个开关元件的底面涂布有绝缘体，其中导电区域通过在所述一个或更多个开关元件的底面上打开的窗口而暴露，其中所述MEMS器件还包括布置在所述衬底内的RF电极，并且其中所述一个或更多个开关元件能够从通过所述导电区域与所述RF电极电接触的位置和与所述RF电极间隔开的位置移动；和
在所述衬底之上形成MIM电容器，其中所述MIM电容器电耦合到所述RF垫和所述RF电极。
10.如权利要求9所述的方法，其中形成所述MIM电容器包括：
在所述衬底之上沉积第一导电层；
在所述第一导电层之上沉积第一电绝缘层；和
在所述第一电绝缘层之上沉积第二导电层。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述第一导电层包括所述RF电极并且所述第二导电层耦合到所述RF垫。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述第一导电层耦合到所述RF垫并且所述第二导电层包括所述RF电极。
13.一种MEMS DVC，包括：
布置在衬底之上的RF垫；和
布置在所述衬底之上的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，所述空腔形成在所述衬底之上，其中所述一个或更多个开关元件的底面涂布有绝缘体，其中导电区域通过在所述一个或更多个开关元件的底面上打开的窗口而暴露；和
MIM电容器，其中所述MIM电容器电耦合到所述RF垫。
14.如权利要求13所述的MEMS DVC，其中所述MIM电容器包括第一导电层、布置在所述第一导电层上的电绝缘层、和布置在所述电绝缘层上的第二导电层。
15.如权利要求14所述的MEMS DVC，其中所述第一导电层电耦合到所述RF垫。
16.如权利要求14所述的MEMS DVC，其中所述第二导电层电耦合到所述RF垫。
17.一种制造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：
在所述衬底之上形成MIM电容器，其中所述MIM电容器耦合到所述RF垫；和
在所述衬底之上形成一个或更多个开关元件，其中所述一个或更多个开关元件能够从与所述MIM电容器电接触的位置和与所述MIM电容器间隔开的位置移动，其中所述一个或更多个开关元件的底面涂布有绝缘体，并且其中导电区域通过在所述一个或更多个开关元件的底面上打开的窗口而暴露。
18.如权利要求17所述的方法，其中形成所述MIM电容器包括：
在所述衬底内沉积第一导电层；
在所述第一导电层之上沉积第一电绝缘层；和
在所述第一导电层之上沉积第二导电层。
19.如权利要求18所述的方法，其中沉积所述第一导电层使所述MIM电容器耦合到所述RF垫。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述第二导电层在所述一个或更多个开关元件处于与所述MIM电容器间隔开的位置时是电浮动的。
21.一种制造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：
在所述衬底之上形成MIM电容器，其中所述MIM电容器耦合到所述RF垫；和
在所述衬底之上形成一个或更多个开关元件，其中所述一个或更多个开关元件能够从与所述MIM电容器电接触的位置和与所述MIM电容器间隔开的位置移动，其中所述一个或更多个开关元件的底面涂布有绝缘体，并且其中导电区域通过在所述一个或更多个开关元件的底面上打开的窗口而暴露；和
通过可变电阻器使所述MIM电容器连接到参考电位。
22.如权利要求21所述的方法，其中形成所述MIM电容器包括：
在所述衬底内沉积第一导电层；
在所述第一导电层之上沉积第一电绝缘层；和
在所述第一导电层之上沉积第二导电层。
23.如权利要求22所述的方法，其中沉积所述第一导电层使所述MIM电容器耦合到所述RF垫。
24.如权利要求22所述的方法，其中所述第二导电层是电浮动的。
25.如权利要求21所述的方法，还包括基于以下逻辑来设置所述可变电阻器的值：
当所述开关元件处于上位置或下位置时，所述可变电阻器通常会被设置到其最大值，使得在所述可变电阻器中流动的电流会显著低于所述开关元件和所述MIM电容器之间的耦合；和
当所述开关元件的位置从所述下位置变成所述上位置或者从所述上位置变成所述下位置时，所述可变电阻器会暂时被设置到其最小值，直到状态转变完成为止。
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