CN103748646A

CN103748646A - 用于rf应用的mems可变电容器的布线

Info

Publication number: CN103748646A
Application number: CN201280040288.4A
Authority: CN
Inventors: 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·乌纳穆诺
Original assignee: Cavendish Kinetics Ltd
Current assignee: Cavendish Kinetics Ltd
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2032-08-17
Also published as: KR102064936B1; US20140218839A1; JP6084614B2; US9373447B2; EP2745301B1; JP2014529893A; EP2745301A1; CN103748646B; KR20140073501A; WO2013028546A1

Abstract

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。

Description

用于RF应用的MEMS可变电容器的布线

技术领域

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

随着半导体尺寸的不断缩小，耦接至半导体的微电子机械***（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改对于直流电或交流电的流动的电阻抗的悬浮结构。

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。

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。

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

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。

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的一个或更多个接地电极。

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。

在另一实施方式中，一种制造可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

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。

图1A是根据一个实施方式的MEMS装置的示意性横截面视图。

图1B是根据另一实施方式的MEMS装置的示意性横截面视图。

图2是单元200的示意图。

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。

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。

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。

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。

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。

图8是在焊盘之间使用预先确定的间距的进一步优化的电容器装置的示意性布局。

图9是小尺寸的电容器的示意性布局。

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。

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

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。

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、104E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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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，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来蚀刻。

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。

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。

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。

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。

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）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。

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200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。

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MEMS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。

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（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。

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MEMS装置元件的电子机械设计拓扑结构。

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。

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。

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下面更深的位置而产生的额外的寄生现象。

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、406C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。

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，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。

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）的腔体。

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。

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。

当期望的应用要求极低的最小电感时，对RF中央焊盘的设计进一步优化以使杂散寄生电容最小化，同时保持低损耗（高Q）。图8示出了这样的实施方式，其中：（1）考虑到所选择的焊料凸点技术，中央RF焊盘/凸点802被制成最小区域；（2）蹄形地围绕中央RF焊盘布置多个单元402使得等效串联损耗最小化，因此获得了最佳可能的Q；（3）电容器阵列任一侧的接地凸点804以由选择的封装技术规定的给定固定间距而放置。

要实现的电容器的总的尺寸将与在先描述的实施方式发生轻微变化。图9示出了尺寸减小的电容器。单元402的总数已经减小，并且单元402在中央RF焊盘902的两侧布置成2个半圆。考虑到所选择的焊料凸点技术，中央RF焊盘902由最小区域形成。在电容器阵列的任一侧的接地凸点904以由选择的封装技术规定的给定固定间距而放置。合适的单元尺寸设计、也在需要时使用稍微不同的MEMS装置尺寸、以及通过以比特对单元进行分组和CMOS设计的控制策略可以确保数字电容器的均匀的步长。

图10示出了大尺寸的电容器实现。单元402的尺寸独立设计，旨在实现目标电容值，同时维持RF焊盘1002与接地（GND）焊盘1004之间的预先确定的间距。这通过ICR设计方法而变得可能，ICR设计方法实现了MEMS单元402内部和外部的独立的权衡。实现了：（1）串联损耗与并联寄生现象之间的最佳总体权衡，使依据Q因数和电容范围的电容器的RF性能最大化；以及（2）维持线性电容控制设计具有正确的电容大小和CMOS控制器的每个单元，使得能够生成二进制加权的电容大小。连接（凸点）焊盘1002、1004之间的间距通过选择的封装技术来限定并且不能增加。因此，对于被限制在两个凸点402、1004之间的单元，如单元编号4、5、6、7、8、9、10和11，单元尺寸较小。但是其他单元402可以在凸点焊盘1002、1004的两侧延伸，以增加总的电容大小，如在单元0、1、2、3、12、13、14、15、16和17。合适的单元尺寸设计、也在需要时使用稍微不同的MEMS装置尺寸、以及通过以比特对单元进行分组和CMOS设计的控制策略可以确保数字电容的均匀步长。

虽然上述内容涉及本发明的实施方式，然而，可以在不偏离本发明的基本范围的情况下构想本发明的其他的和另外的实施方式，并且本发明的范围由以下权利要求来确定。

Claims

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，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。

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；

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13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。

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。