《用于RF应用的MEMS可变电容器的布线.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于RF应用的MEMS可变电容器的布线.pdf（18页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103748646 A (43)申请公布日 2014.04.23 CN 103748646 A (21)申请号 201280040288.4 (22)申请日 2012.08.17 61/525,224 2011.08.19 US 61/530,534 2011.09.02 US H01G 5/16(2006.01) H01G 5/38(2006.01) H01H 59/00(2006.01) B81B 3/00(2006.01) (71)申请人 卡文迪什动力有限公司 地址 美国加利福尼亚州 (72)发明人 罗伯特加迪 罗伯托彼得勒斯范卡普恩 理查德L奈普 阿奈兹乌纳穆。
2、诺 (74)专利代理机构 北京柏杉松知识产权代理事 务所 ( 普通合伙 ) 11413 代理人 王春伟 刘继富 (54) 发明名称 用于 RF 应用的 MEMS 可变电容器的布线 (57) 摘要 本发明一般涉及一种用于 RF 和微波应用的 可变电容器。可变电容器包括电耦接有多个单元 的接合焊盘。多个单元中的每个中具有多个 MEMS 装置。MEMS 装置共享公共 RF 电极、 一个或更多个 接地电极和一个或更多个控制电极。RF 电极、 接 地电极和控制电极都彼此平行地布置在单元内。 RF 电极使用不同层级的电布线金属电连接至一 个或更多个接合焊盘。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入。
3、国家阶段日 2014.02.18 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2012/051427 2012.08.17 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/028546 EN 2013.02.28 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 7 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书7页 附图7页 (10)申请公布号 CN 103748646 A CN 103748646 A 1/3 页 2 1. 一种可变电容器， 包括 ： 衬底 ； 一个或更多个接合焊盘， 所述一个或更多个接合焊盘布置在所述衬底上 ； 以。
4、及 多个单元， 所述多个单元布置在所述衬底上并且耦接至所述一个或更多个接合焊盘， 每个单元具有第一端和第二端并且包括 ： 一个或更多个 RF 电极， 所述一个或更多个 RF 电极耦接至所述一个或更多个接合焊盘 和每个单元的所述第一端 ； 多个 MEMS 装置， 所述多个 MEMS 装置布置在所述一个或更多个 RF 电极上， 每个 MEMS 装 置具有第一端和第二端 ； 以及 一个或更多个接地电极， 所述一个或更多个接地电极耦接至每个 MEMS 装置的所述第 一端和所述第二端以及所述单元的所述第二端。 2. 根据权利要求 1 所述的可变电容器， 其中， 所述多个单元耦接至所述一个或更多个 接合焊。
5、盘并且具有准圆形最小距离形状。 3. 根据权利要求 1 所述的可变电容器， 其中， 所述多个单元以分叉方式耦接至所述一 个或更多个接合焊盘。 4. 根据权利要求 1 所述的可变电容器， 其中， 所述多个单元以单分支方式耦接至所述 一个或更多个接合焊盘。 5. 根据权利要求 1 所述的可变电容器， 其中， 所述一个或更多个 RF 电极和所述一个或 更多个接地电极彼此平行， 并且其中， 所述多个 MEMS 装置每个沿着与所述一个或更多个接 地电极和所述一个或更多个 RF 电极基本上垂直的方向从各自的第一端延伸至各自的第二 端。 6. 根据权利要求 5 所述的可变电容器， 还包括一个或更多个控制电极。
6、， 所述一个或更 多个控制电极布置在所述多个单元中的每个单元内， 其中， 每个控制电极与所述一个或更 多个接地电极和所述一个或更多个 RF 电极平行地延伸。 7. 根据权利要求 1 所述的可变电容器， 其中， 所述可变电容器被并联， 其中， 所述一个 或更多个 RF 电极包括第一 RF 电极， 其中， 所述一个或更多个接合焊盘包括第一接合焊盘， 其中， 所述第一 RF 电极通过每个单元的所述第一端耦接至所述第一接合焊盘。 8. 根据权利要求 1 所述的可变电容器， 其中， 所述可变电容器为串联配置， 其中， 所述 一个或更多个 RF 电极包括第一 RF 电极和第二 RF 电极， 其中， 所述一。
7、个或更多个接合焊盘 包括第一接合焊盘和第二接合焊盘， 其中， 所述第一 RF 电极通过每个单元的所述第一端耦 接至所述第一接合焊盘， 所述第二 RF 电极通过所述每个单元的所述第二端耦接至所述第 二接合焊盘。 9. 根据权利要求 1 所述的可变电容器， 其中， 每个单元为密封腔， 所述密封腔包括被共 同封闭在所述密封腔内的所述多个 MEMS 装置。 10. 根据权利要求 1 所述的可变电容器， 其中， 所述多个 MEMS 装置中的至少一个 MEMS 装置包括多层结构， 该多层结构包括氮化钛 - 铝 - 氮化钛。 11. 根据权利要求 1 所述的可变电容器， 其中， 每个单元还包括一个或更多个释。
8、放电 极， 所述一个或更多个释放电极布置在所述单元中使得所述多个 MEMS 装置布置在所述一 个或更多个 RF 电极与所述一个或更多个释放电极之间。 权 利 要 求 书 CN 103748646 A 2 2/3 页 3 12. 根据权利要求 1 所述的可变电容器， 其中， 所述衬底包括具有第一层级的电气布线 的 CMOS 衬底， 并且其中， 所述多个单元具有与所述第一层级的布线分离的第二层级的电气 布线。 13. 一种可变电容器， 包括 ： 衬底 ； 一个或更多个接合焊盘， 所述一个或更多个接合焊盘布置在所述衬底上 ； 以及 多个单元， 所述多个单元布置在所述衬底上并且耦接至所述一个或更多个接。
9、合焊盘， 每个单元具有第一端和第二端并且包括 ： 一个或更多个 RF 电极， 所述一个或更多个 RF 电极耦接至所述一个或更多个接合焊盘 和每个单元的所述第一端 ； 多个 MEMS 装置， 所述多个 MEMS 装置布置在所述一个或更多个 RF 电极上， 每个 MEMS 装 置具有第一端和第二端 ； 一个或更多个接地电极， 所述一个或更多个接地电极每个耦接至每个 MEMS 装置的所 述第一端和所述第二端以及所述单元的所述第二端 ； 以及 两个控制电极， 所述两个控制电极每个布置在所述一个或更多个 RF 电极与相应的接 地电极之间。 14. 根据权利要求 13 所述的可变电容器， 其中， 所述多个。
10、单元耦接至所述一个或更多 个接合焊盘并且具有准圆形最小距离形状。 15. 根据权利要求 13 所述的可变电容器， 其中， 所述多个单元以分叉方式耦接至所述 一个或更多个接合焊盘。 16. 根据权利要求 13 所述的可变电容器， 其中， 所述多个单元以单分支方式耦接至所 述一个或更多个接合焊盘。 17. 根据权利要求 13 所述的可变电容器， 其中， 所述一个或更多个 RF 电极和所述一个 或更多个接地电极彼此平行， 并且其中， 所述多个 MEMS 装置每个沿着与所述一个或更多个 接地电极和所述一个或更多个 RF 电极基本上垂直的方向从各自的第一端延伸至各自的第 二端。 18. 根据权利要求 1。
11、3 所述的可变电容器， 其中， 所述可变电容器被并联， 其中， 所述一 个或更多个 RF 电极包括第一 RF 电极， 其中， 所述一个或更多个接合焊盘包括第一接合焊 盘， 其中， 所述第一 RF 电极通过每个单元的所述第一端耦接至所述第一接合焊盘。 19. 根据权利要求 13 所述的可变电容器， 其中， 所述可变电容器为串联配置， 其中， 所 述一个或更多个 RF 电极包括第一 RF 电极和第二 RF 电极， 其中， 所述一个或更多个接合焊 盘包括第一接合焊盘和第二接合焊盘， 其中， 所述第一 RF 电极通过每个单元的所述第一端 耦接至所述第一接合焊盘， 所述第二 RF 电极通过所述每个单元的。
12、所述第二端耦接至所述 第二接合焊盘。 20. 根据权利要求 13 所述的可变电容器， 其中， 每个单元为密封腔， 所述密封腔包括被 共同封闭在所述密封腔内的所述多个 MEMS 装置。 21. 根据权利要求 13 所述的可变电容器， 其中， 所述多个 MEMS 装置中的至少一个 MEMS 装置包括多层结构， 该多层结构包括氮化钛 - 铝 - 氮化钛。 22. 根据权利要求 13 所述的可变电容器， 其中， 每个单元还包括一个或更多个释放电 权 利 要 求 书 CN 103748646 A 3 3/3 页 4 极， 所述一个或更多个释放电极布置在所述单元中使得所述多个 MEMS 装置布置在所述一 。
13、个或更多个 RF 电极与所述一个或更多个释放电极之间。 23. 根据权利要求 13 所述的可变电容器， 其中， 所述衬底包括具有第一层级的电气布 线的 CMOS 衬底， 并且其中， 所述多个单元具有与所述第一层级的电气布线分离的第二层级 的电气布线。 24. 一种制造可变电容器的方法， 包括 ： 在衬底上制造多个单元， 所述衬底上具有一个或更多个接合焊盘， 每个单元中布置有 一个或更多个 RF 电极和多个 MEMS 装置， 所述多个 MEMS 装置沿着与所述一个或更多个 RF 电极基本上垂直的方向从各自的第一端延伸至各自的第二端 ； 使用不同层级的布线金属将每个 RF 电极电连接至所述一个或更。
14、多个接合焊盘 ； 以及 密封每个单元以形成密封腔。 25. 根据权利要求 24 所述的方法， 其中， 所述多个单元耦接至所述一个或更多个接合 焊盘并且具有准圆形最小距离形状。 26. 根据权利要求 24 所述的方法， 其中， 所述多个单元以分叉方式耦接至所述一个或 更多个接合焊盘。 27. 根据权利要求 24 所述的方法， 其中， 所述多个单元以单分支方式耦接至所述一个 或更多个接合焊盘。 28. 根据权利要求 24 所述的方法， 其中， 每个单元还包括耦接至所述单元中的每个 MEMS 装置的一个或更多个接地电极， 所述方法还包括将每个接地电极电连接至地。 29. 根据权利要求 24 所述的方。
15、法， 其中， 每个 RF 电极从相应的单元的一端连接至所述 接合焊盘， 所述端与所述一个或更多个接地电极电连接至地的所述单元的端相反。 权 利 要 求 书 CN 103748646 A 4 1/7 页 5 用于 RF 应用的 MEMS 可变电容器的布线 技术领域 0001 本发明的实施方式一般涉及一种用于射频 （RF） 和微波应用的可变电容器。 背景技术 0002 随着半导体尺寸的不断缩小， 耦接至半导体的微电子机械系统 （MEMS） 的尺寸也不 断缩小。 MEMS装置可以用在微型继电器开关、 电容式开关、 非易失性存储元件中并且可以用 于更多应用。 MEMS装置具有在至少两个位置之间移动来修。
16、改对于直流电或交流电的流动的 电阻抗的悬浮结构。 0003 MEMS 装置使用与半导体代工厂中类似的工艺步骤来制造， 因此可以在晶圆级低成 本高效地制造。 在MEMS装置存在一些问题， 包括不需要的电容性耦合、 串联电感和损耗。 为 了使不需要的电容性耦合最小化， 考虑在高质量的衬底如蓝宝石或石英上使用半导体工艺 的异构集成。另一种使不需要的电容性耦合最小化的技术是增加本征 MEMS 装置例如可变 电容器的尺寸以使寄生电容对装置性能的相关影响 （即电容调谐率） 最小化。 0004 已经使用了大横截面的互连线来尝试使串联电感和损耗最小化来使品质因数最 大化。也尝试了高导电率金属化来使品质因数最大。
17、化。此外， 为了使品质因数最大化， 尝试 了通过采用芯片级组装集成策略以及使用高质量低损耗的衬底材料如蓝宝石和石英来使 损失最小化。 0005 至今， 使电容性耦合最小化、 使串联电阻和电感最小化以使得品质因数最大化的 努力尚未如期望的那样取得成功。 因此， 本领域需要一种使不需要的电容性耦合最小化、 使 串联电感最小化并且使品质因数最大化的 MEMS 可变电容器。 发明内容 0006 本发明一般涉及一种用于 RF 和微波应用的可变电容器。可变电容器包括接合焊 盘， 接合焊盘使用 CMOS 后端金属化布线电耦接有多个单元。多个单元中的每个中具有多个 MEMS 装置。MEMS 装置共享公共 RF。
18、 电极、 一个或更多个接地电极和一个或更多个控制电极。 RF 电极、 接地电极和控制电极使用被完全封闭在单元内的第二层级的布线 （腔体内布线或 ICR） 来实现。RF 电极、 接地电极和控制电极都彼此平行地布置在单元内。 0007 在一种实施方式中， 可变电容器包括衬底、 布置在衬底上的接合焊盘以及布置在 衬底上并且耦接至接合焊盘的多个单元。 每个单元具有第一端和第二端， 并且包括 ： 耦接至 接合焊盘和每个单元的第一端的 RF 电极 ； 布置在 RF 电极上的多个 MEMS 装置， 每个 MEMS 装 置具有第一端和第二端 ； 以及耦接至每个 MEMS 装置的第一端和第二端以及单元的第二端 。
19、的一个或更多个接地电极。 0008 在另一实施方式中， 可变电容器包括衬底、 布置在衬底上的接合焊盘以及布置在 衬底上并且耦接至接合焊盘的多个单元。 每个单元具有第一端和第二端， 并且包括 ： 耦接至 接合焊盘和每个单元的第一端的 RF 电极 ； 布置在 RF 电极上的多个 MEMS 装置， 每个 MEMS 装 置具有第一端和第二端 ； 每个耦接至每个 MEMS 装置的第一端和第二端以及单元的第二端 说 明 书 CN 103748646 A 5 2/7 页 6 的一个或更多个接地电极 ； 以及每个布置在 RF 电极与相应的接地电极之间的两个控制电 极。 0009 在另一实施方式中， 一种制造可。
20、变电容器的方法包括 ： 在其上具有接合焊盘的衬 底上制造多个单元， 每个单元中布置有 RF 电极和多个 MEMS 装置， 多个 MEMS 装置沿着与 RF 电极基本上垂直的方向从各自的第一端延伸至各自的第二端 ； 将每个 RF 电极电连接至接 合焊盘 ； 以及密封每个单元以形成密封腔。 附图说明 0010 为了详细地理解本发明的上述特征， 可以参考实施方式给出对以上简要概述的本 发明的更具体的描述， 附图中示出了一些实施方式。 可是应当注意， 附图仅示出了本发明的 典型实施方式， 因此不认为其限制本发明的范围， 本发明的其他等效实施方式也是可以的。 0011 图 1A 是根据一个实施方式的 M。
21、EMS 装置的示意性横截面视图。 0012 图 1B 是根据另一实施方式的 MEMS 装置的示意性横截面视图。 0013 图 2 是单元 200 的示意图。 0014 图 3 是利用腔体内布线 （ICR） 的单元的等同 RLGC 电路的简化示意图。 0015 图 4 是在使用分叉布线拓扑结构的情况下的并联可变电容器的示意性布局。 0016 图 5 是在中央焊盘位置产生单分支的情况下的并联可变电容器的示意性布局。 0017 图 6 是根据一个实施方式的串联可变电容器的示意性布局。 0018 图 7 是根据另一实施方式的串联可变电容器的示意性布局。 0019 图 8 是在焊盘之间使用预先确定的间距。
22、的进一步优化的电容器装置的示意性布 局。 0020 图 9 是小尺寸的电容器的示意性布局。 0021 图 10 是受焊盘之间的预先决定的间距制约的大尺寸的电容器的示意性布局。 0022 为了便于理解， 在可能的情况下使用了相同的附图标记来表示对于附图而言相同 的元素。应当理解， 一种实施方式中公开的元素可以在没有具体引用的情况下有利地用于 其他实施方式。 具体实施方式 0023 本发明一般涉及一种用于 RF 和微波应用的可变电容器。可变电容器包括接合焊 盘， 接合焊盘具有使用 CMOS 后端金属化布线而电耦接到其的多个单元。多个单元中的每一 个中具有多个 MEMS 装置。MEMS 装置共享公共。
23、 RF 电极、 一个或更多个接地电极和一个或更 多个控制电极。RF 电极、 接地电极和控制电极使用被完全包封在单元内的第二层级的布线 来实现。RF 电极、 接地电极和控制电极都彼此平行地布置在单元内。 0024 图 1A 是根据一个实施方式的 MEMS 装置 100 的示意性横截面视图。MSMS 装置 100 通过形成接地电极 104A、 104E、 控制电极 104B、 104D 以及 RF 电极 104C 来制造。图 1B 是根 据另一实施方式的 MEMS 装置的示意性横截面视图， 其中存在两个 RF 电极 104C1、 104C2。应 当理解， 虽然示出了两个接地电极 104A、 104。
24、E 以及两个控制电极 104B、 104D， 但也可设想使 用单个接地电极和单个控制电极。衬底 102 可以包括用于独立的 MEMS 装置的单层材料例 如基于半导体的衬底， 或者一般包括例如在后端 （BEOL） 工艺中制造的多层结构。在一个实 说 明 书 CN 103748646 A 6 3/7 页 7 施方式中， 衬底 102 可以包括互补金属氧化物半导体 （CMOS） 衬底。可以用于电极 104A 至 104E 的适合的材料包括通常在 BEOL 工艺中使用的导电材料， 如铜、 铝、 钛、 钽、 钨、 氮化钛、 氮化铝、 氮化钨及它们的组合。电极 104A 至 104E 可以通过众所周知的沉。
25、积方法如物理气 相沉积 （PVD） 、 化学气相沉积 （CVD） 、 电镀及原子层沉积 （ALD） 以及众所周知的图案化方法 如蚀刻或众所周知的双镶嵌处理步骤来形成。控制电极 104B、 104D 作为吸合电极发挥功能 以将开关元件移动至与 RF 电极 104C 相邻的位置。 0025 在电极104A至104E上沉积有薄的介电层106， 然后将薄的介电层106图案化以暴 露接地电极 104A、 104E。可以用于薄的介电层 106 的合适的材料包括氮化硅、 碳化硅、 氧化 硅、 氧化铝、 氮氧化硅以及其他适于在 CMOS 装置中使用的介电材料。介电层 106 可以通过 众所周知的沉积方法包括 。
26、CVD 和 ALD 来沉积。薄的介电层 106 由于以下几点原因而非常有 用 ： 减小了开关元件粘附到电极 104B 至 104D 并且减小了在去除将在下面讨论的牺牲材料 时蚀刻气体离子的复合。 0026 在薄的介电层 106 上覆被沉积 （blanket deposit） 有导电材料， 然后将导电材料 图案化以形成与接地电极 104A、 104E 的电互连线 108A。此外， 可以对导电材料进行图案化 以形成焊盘 108B， 焊盘 108B 可以作为对于之后待沉积的锚定材料的种子材料来使用。适 用于电互连线 108A 和焊盘 108B 的材料包括通常在 BEOL 工艺中使用的导电材料， 如铜。
27、、 铝、 钛、 钽、 钨、 氮化钛、 氮化钨、 氮化铝及它们的组合。导电材料可以通过众所周知的沉积方法 如 PVD、 CVD、 电镀和 ALD 来沉积， 并且接着通过众所周知的图案化方法如蚀刻被图案化。 0027 然后， 在暴露的介电层 106 以及电互连线 108A 和焊盘 108B 上沉积牺牲材料。可 设想在沉积牺牲材料之前在介电层 106 上沉积附着力促进剂来帮助将牺牲材料粘附至介 电层 106。适用于牺牲材料的材料包括旋涂玻璃或者包含具有碳主链的长链分子的旋装电 介质。牺牲材料可以通过众所周知的沉积方法如旋涂、 CVD 和 ALD 来沉积。牺牲材料被称 为牺牲材料是因为这种材料用于至少。
28、部分规定腔体并且可以稍后在制造过程中被去除。 因 此， 牺牲材料被使用， 并且被 “牺牲” 或去除以形成腔体。 0028 在沉积牺牲材料之后， 接着可以形成开关元件110。 开关元件110可以包括包含第 一结构层 112 的多层结构。第一结构层 112 耦接至电互连线 108A 并且跨越电互连线 108A 之间的长度。接着， 在第一结构层 112 上布置第二结构层 114， 并且通过多个柱 116 将第二 结构层 114 耦接至第一结构层 112。可以适用于第一结构层 112、 第二结构层 114 和柱 116 的材料包括氮化钛、 钛、 铝、 钨、 铜、 氮化钛铝、 铝及它们的组合以及多层结构。
29、如氮化钛 / 氮 化钛铝 / 氮化钛。第一开关元件 110 可以通过使用众所周知的沉积方法如 PVD、 CVD 和 ALD 对材料进行沉积并且接着通过众所周知的图案化方法如蚀刻对材料进行图案化来形成。 第 二结构层 114 被图案化以具有与接地电极 104A、 104E 轴对准的第一部分 118A 和将作为开 关元件 110 的柔性部分 120 的一部分的第二部分 108B。在完成时， 开关元件 110 具有华夫 饼状外观。 0029 可以在开关元件 110 上并且在第一结构层 112 与第二结构层 114 形成之间沉积另 外的牺牲材料。另外的牺牲材料连同先沉积的牺牲材料限定了开关元件 110。
30、 可以在其中移 动的腔体的形状和边界。 然后， 可以在后沉积的牺牲材料上沉积第二介电层122。 第二介电 层 122 可以使用如以上关于介电层 106 所讨论的众所周知的沉积方法和材料来沉积。 0030 然后， 对第二介电层 122 进行图案化和蚀刻以限定腔体的轮廓。在同一步骤中， 借 说 明 书 CN 103748646 A 7 4/7 页 8 助于结构层 118A、 112 作为硬掩模对牺牲材料进行蚀刻， 以提供腔体侧壁的逐渐下降。这个 多步的逐渐下降改善了腔体壁 126 的完整性。 0031 然后， 沉积导电材料并且对导电材料进行图案化以形成释放电极 124 以及腔体壁 126。因此， 。
31、在同一沉积期间， 沉积用于形成释放电极 124 以及腔体壁 126 二者的材料。在 图案化期间， 释放电极 124 和腔体壁 126 变为分离的元件。应当理解， 虽然释放电极 124 被 示出为在开关元件 110 上， 然而， 释放电极 124 也可以电连接至被布置在开关元件 110 下方 的材料。此外， 腔体壁 126 通过接地电极 104A、 104E 接地。适用于导电材料的材料包括通 常用在 BEOL 工艺中的导电材料， 如铜、 铝、 钛、 钽、 钨、 氮化钛及它们的组合。导电材料可以 通过众所周知的沉积方法如 PVD、 CVD 和 ALD 来沉积， 并且通过众所周知的图案化方法如蚀 刻。
32、来蚀刻。 0032 在对导电材料进行图案化之后， 可以在导电材料上沉积介电顶部 128。介电顶部 128 提供释放电极 122 与包括导电材料的壁 126 之间的电绝缘。介电顶部 128 包封 MEMS 装 置 100。介电顶部 128 可以使用如以上关于介电层 106 所讨论的众所周知的沉积方法和材 料来沉积。可以设想用于形成腔体壁 126 的导电材料可以从腔体壁 126 除去， 使得介电顶 部 128 以足够的量沉积以形成腔体壁 126。 0033 接着， 穿通介电顶部 128 和第二介电层 122 形成一个或更多个释放孔。接着， 导入 蚀刻气体以去除牺牲材料并且使得开关元件能够在腔体内自。
33、由地移动。 可以使用的合适的 蚀刻气体包括 H2、 NH3、 O2、 O3、 N2O 或任何产生 H、 O 或 N 的其他蚀刻气体。接着， 通过在介电 顶部 128 上并且在释放孔内沉积密封层 130 来密封腔体。 0034 在操作中， 通过向吸合电极 104B、 104D 或者向释放电极 124 施加电偏压来移动开 关元件 110。开关元件 110 的柔性部分 120A（118B） 移动， 而锚定部分 120B（118A） 固定 地附接至接地电极 104A、 104E。密封层 130 和导电壁 126 二者均提供另外的杠杆作用以确 保锚定部分 120B 不与接地电极 104A、 104E 分。
34、离。如图 1A 所示， 开关元件 110 的两端具有 锚定部分 120B， 两个锚定部分 120B 直接耦接至密封层 130 以及被沉积以形成释放电极 124 的导电材料。 0035 上述MEMS装置100是在用于RF和微波应用的MEMS可变电容器装置中使用的MEMS 装置的实施方式， 其中， 首要考虑的是使得寄生效应和损耗最小化。 MEMS装置100可以用在 基于 MEMS 的可变电容器中， 该可变电容器集成在 CMOS 后端中嵌入的密封腔中。 0036 在可变电容器中使用 MEMS 装置 100 有若干优点。一个优点是， 与替选的传统的装 置架构相比， 使损耗的最小化 （即最佳 Q 因数）。
35、 与不需要的电容性耦合的最小化 （即最佳电 容调谐率） 之间的权衡较好。由 ICR 实现的第二层级的布线提供了减小的电容性耦合， 这 是由于 ：（1） 可以使 ICR 金属化厚度最优以提供单元内的低损耗与低寄生电容之间的最优 权衡， 而将所有单元连接至承载最大电流的焊盘的第一层级的布线可以用较厚的金属来实 施而不会显著增加寄生电容 ；（2） ICR 被封闭在单元内， 使得能够提供有效屏蔽以防止与相 同衬底上附近的其它单片集成电路的电容性耦合 ； 以及 （3） 可以将 ICR 集成在标准 CMOS 后 端金属化上， 以提供距有源衬底或在最下层 CMOS 金属层中实现的接地平面的更远的距离。 另一。
36、优点在于， 密封腔体的制造由于腔体的窄且长的形状 （下面将讨论） 而变得容易， 这有 助于释放和结构强度。此外， 分层分组使控制组 （即共享相同的控制电极的装置） 的定义适 合于数字可变电容器的分辨率要求 （即共享相同控制电极的装置） （即电容变化的最小步长 说 明 书 CN 103748646 A 8 5/7 页 9 与控制） 。然而， 对集成复杂性和成本有轻微的影响， 这是因为， 代替传统布线方案中的单个 层， 布线将由两个不同的金属化层来执行。 0037 MEMS可变电容器装置的布置通过生成被称为单元的第一分组层次来进行。 图2是 并联 （shunt） 单元 200 的示意图。单元 20。
37、0 可以包括共同在公共腔体内的多个 MEMS 装置 100。MEMS 装置 100 共享 RF 电极 202 以及一个或更多个控制电极 206 和一个或更多个接 地电极 204。电极 202、 204、 206 中的每个彼此平行地布置在单元内。MEMS 装置 100 可以布 置成使得 MEMS 装置 100 的第二部分 118B（参见图 1A 和 1B） 沿着与 RF 电极 202、 控制电极 206 和接地电极 204 垂直的方向从接地电极 204 延伸。 0038 RF 布线的第二层级在任意给定单元内生成， 这样的布线称为腔体内布线 （ICR） 。 作为一个单元 200 的一部分的所有 M。
38、EMS 装置 100（一般用虚线示出） 具有以下特征。一个 单元 200 内的所有 MEMS 装置共享相同的密封腔。单元 200 中的所有 MEMS 装置 100 之间共 享单个 RF 导体， 这样的导体称为 ICRRF 电极 202。在 MEMS 装置 100 使用两个 RF 电极 202 （如串联配置的可变电容器） 的情况下， 这样的电极中的每个电极可以用任意给定单元 200 内的一个单个导体来实现。单元 200 中的所有 MEMS 装置 100 之间共享单个 RF 接地导体， 这样的导体称为 ICR 接地电极 204。应当理解， 可设想 MEMS 装置 100 的每侧有单独的接地 电极 。
39、204。单元 100 中的所有 MEMS 装置 100 之间共享单个控制导体， 这样的导体称为 ICR 控制电极 206。在 MEMS 装置 100 使用两个或更多个控制电极 206 的情况下， 这样的控制电 极 206 中的每个控制电极可以用任意给定单元 200 内的一个单个导体来实现。图 2 示出了 用于并联配置的可变电容器的 ICR 的示例布局视图， 示出了三个电极 ： RF 电极 202、 接地电 极 204 和控制电极 206。 0039 单元 200 内的 MEMS 装置 100 沿着一个维度对齐以占据长方形区域， 该长方形区域 的一个维度 （即 “X” 维度） 显著大于另一维度 。
40、（即 “Y” 维度） 。MEMS 装置 100 布置成使得 MEMS 装置 100 的第二部分 118B 沿着与 RF 电极 202 垂直的方向在 RF 电极 202 上方延伸。在这 样的布置内， 单元腔是长的且窄的， 这改善了环境应力情况下的工艺性和可靠性。 0040 RF电极202成形为具有给定宽度的直路， 其长度由要包括在单元200中的MEMS装 置 100 的总数给定。这也适用于 ICR 接地电极 204 和所有 ICR 控制电极 206。RF 电极 202、 接地电极 204 和控制电极 206 在单元 200 内的位置取决于可变电容器的设计配置 （如串联 与并联） 并且取决于 ME。
41、MS 装置元件的电子机械设计拓扑结构。 0041 在任何情况下， 单元内的 ICR RF 电极的每单位长度的电感将与通过每个 MEMS 装 置 100 实现的单位电容结合而生成分布式 LC 网络。串联电阻和并联电导两种形式的损耗 也可以对作为等效分布式 RLGC 网络的单元 200 的总的电响应作出贡献。每单位长度的电 感和每个 MEMS 装置 100 的单位电容的最优化使得能够使这样的分布式网络的等效寄生效 应最小化， 这取决于操作的频率范围方面的目标规格设定。最优化获得了设计处理的一定 程度的灵活性， 而这在传统的布线方案中不能获得。这是第二层级的布线方法在减少高频 操作的寄生效应的努力方。
42、面的关键优点。图 2 是在并联配置的可变电容器的情况下 ICR 的 实施例。 0042 单元元件与后端金属布线的电连接通过单元 ICR 的任一端处的连接来进行。图 3 是具有ICR的单元的等效RLGC电路的简化示意图， 包括表示单元与任一端处的后端布线的 连接的端口 ； 在这种情况下， 两个控制电极和单个RF电极的存在对应于具有锁扣MEMS装置 说 明 书 CN 103748646 A 9 6/7 页 10 设计的并联配置的可变电容器。对于本文中所描述的实施方式， 锁扣被理解为表示装置在 吸合状态或释放状态下通常被主动偏置而在未偏置的自由存在状态下不工作。在图 3 所示 的示意图中， 示出了描。
43、述了使用ICR的单元的实施例的分布式网络， 包括用于RF电极、 接地 电极和控制电极的端连接。RF 电极和接地电极应当在单元的相反侧具有连接， 以使得能够 使寄生效应最小化。 0043 用于实现具有期望尺寸的可变电容器的给定数量的单元的分组也符合旨在使寄 生效应进一步最小化的拓扑概念。BEOL RF 布线布置在中央焊盘周围， 中央焊盘提供与应 用电路的连接。 长且窄的单元的纵横比使得能够在这个中央焊盘周围以准圆形布置多个单 元， 这在下文中将被称为 “蹄子” 形状。这使得总计在一起的所有迹线的总的有效电长度最 小化， 并且产生最小可能的等同串联RL和并联寄生电容。 RF布线的形状使得能够在另外。
44、的 不需要的杂散电容性耦合与电阻/电感串联损耗之间实现最佳权衡。 RF布线被成形为蹄子 状， 并且单元连接至其外侧边缘。 当查看所有的单元参照焊盘连接点的响应时， 等效串联电 感和电阻被最小化， 而同时， 使用最少量的直接联系到杂散电容性耦合的布线金属区域。 这 种新颖的连接方法也使对于给定所需电容尺寸所使用的 RF 焊盘的数量最小化。对于由选 择的芯片层级的封装技术规定的给定间距， 这是通过 RF 焊盘和接地焊盘周围的可用芯片 区域的最优使用来实现的。因此， 所得到的少量的 RF 焊盘可以非常接近晶片边缘， 以避免 在考虑下一层级的组装 （RF 板或模块） 时由于长的铜迹线必须到达晶片覆盖区。
45、下面更深的 位置而产生的额外的寄生现象。 0044 在具体的实施方式中， 进一步的要求可能影响详细描述的蹄形设计布线。一个这 样的要求是由装置保持最大 RF 功率。图 4 是基于十六个相同的单独单元 402 的完全并联 配置可变电容器装置 400 的示例实现。每个单元 402 中具有共享公共 RF 电极 202 的一个 或更多个 MEMS 装置 100。每个单元 402 使用上述 ICR 来实现。如图 4 所示， 分叉蹄形布线 拓扑结构适于增加最大额定功率。分叉布线包含使用公共接合焊盘 404 以及具有从接合焊 盘 404 延伸的导电材料的四个分支 406A 至 406D。分支 406A、 4。
46、06C 是分支 406B、 406D 的镜 像。相似地， 分支 406A、 406B 是分支 406C、 406D 的镜像。因此， 每个单元 402 在第一端 410 上单独连接至相应的分支 406A 至 406D， 以提供与单独的单元 402 的 RF 连接。装置拓扑结 构是并联， 并且接地布线连接在单元 402 的相对端 408。 0045 图 5 示出了第二替选实现。图 5 示出了基于十六个相同的单独单元 402 的完全并 联配置可变电容器装置 500 的示例实现。每个单元 402 中具有共享公共 RF 电极 202 的一 个或更多个MEMS装置100。 电容器装置500包括具有单分支蹄。
47、形布线拓扑结构的公共接合 焊盘 404。分支 506A、 506B 从接合焊盘 404 沿着相反方向延伸。分支 506A、 506B 包括导电 材料。分支 506A、 506B 为彼此的镜像。每个单元 402 单独地连接至相应的分支 506A、 506B 或者直接连接至主线510， 主线510围绕接合焊盘404并且分支506A、 506B从主线510延伸 以提供与单独的单元 402 的 RF 连接。接地连接在每个单元 402 的 RF 连接的相反侧 408 进 行。与图 4 相比， 图 5 以稍微降低的 RF 额定功率为代价进一步减少了不需要的杂散电容性 耦合。BEOL 布线遵循相同的概念， 。
48、但是杂散电容性耦合是通过具有从中心焊盘位置产生的 单独分支来减小的。与图 4 的分叉设计相比， 这样最小化了的金属区域是以减小的处理 RF 功率为代价的。 0046 图 4 和图 5 例示了并联配置。仅有一个 RF 电极 202（参见图 2） 存在于每个单元 说 明 书 CN 103748646 A 10 7/7 页 11 402 中并且在单元 100 的第一端 410 耦接到接合焊盘 404， 而其余电极合并至接地。接地连 接并非必须耦接至单元402的任何其他电极。 在使用ICR被独立地布线的每个单元402内， 每个单元 402 具有一个具有电极 202、 204 和 206（参见图 2） 。
49、的腔体。 0047 另一方面， 串联连接具有全部耦接至接合焊盘的两个或更多个 RF 电极 104C1、 104C2（参见图 1B） ， 并且存在一个或更多个接地连接。类似于并联配置， 在使用 ICR 被布线 的单元 100 内， 每个单元 100 具有一个腔体， 但是具有电极 104A、 104B、 104C1、 104C2、 104D、 104E（参见图 1B） 。图 6 和图 7 例示了完整的电容器的串联实现。图 6 使用了两个接合焊 盘 602、 604， 而图 7 示出了三个接合焊盘 702、 704、 706。对于串联部件， 结合焊盘 602、 604、 702、 704、 706 在单元 402 的端 408 或 410 处连接至 RF 电极 104C1、 104C2。 0048 考虑到所应用的后端COMS工艺和焊料凸点/芯片级组装技术的制约， 本文中所讨 论的 MEMS 可变电容器通过获得最小可能串联电阻和电感 （RL） ， 使不需要的电容性耦合最 小化， 使串联电感最小化， 并且使品质因数最大化。 0049 当期望的应用要求极低的最小电感时， 对 RF 中央焊。