專利名稱：一種平行四邊形結(jié)構(gòu)的微機械可變電容的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微型電子元件范圍，特別涉及一種平行四邊形結(jié)構(gòu)的微機械可變電容。
背景技術(shù)：
在“Aleksander Decand Ken Suyama，“Micromachined Electro-MechanicallyTunable Capacitors and Their Application to RF IC’s”，IEEE TRANSACTIONSON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES，VOL.46，NO.12，DECEMBER 1998”文獻中公開了兩種結(jié)構(gòu)的微機械可變電容電容下極板固定、上極板懸于彈簧下的二極板結(jié)構(gòu)可變電容；由兩個串連電容構(gòu)成的三極板結(jié)構(gòu)可變電容。二極板結(jié)構(gòu)可變電容調(diào)節(jié)范圍為1.5∶1；三極板結(jié)構(gòu)可變電容調(diào)節(jié)范圍為1.87∶1。前者電容值調(diào)節(jié)范圍較小；后者制作工藝比較復雜，且兩者在工作時最大應(yīng)力值較大。
在“un Zou，Chang Liu，Jose Schutt-Aine，Jinghong Chen，and Sung-MoKang，“Development of a Wide Tuning Range MEMS Tunable Capacitor forWireless Communication Systems”，IEEE IEDM 00-403，2000”文獻中將可變電容的控制極板和電容極板分離，且兩者極板間距不同，實現(xiàn)了較大的電容值調(diào)節(jié)范圍為1.70∶1；但缺點是電容所占芯片面積較大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種平行四邊形結(jié)構(gòu)的微機械可變電容，其特征在于所述微機械可變電容由上極板、下極板、左支撐梁、右支撐梁在硅襯底上形成其橫截面為平行四邊形的結(jié)構(gòu)體；其下極板固定在高阻n型或p型的硅襯底上的氧化層上面，在下極板兩端斜向濺射金屬層作為左支撐梁和右支撐梁，在左、右支撐梁上再濺射金屬層作為上極板。
所述左支撐梁、右支撐梁與橫截面的傾角均為45°±15°。
所述上極板、下極板、左支撐梁、右支撐梁的金屬層均為鋁或銅。
本發(fā)明的有益效果1.平行四邊形結(jié)構(gòu)的可變電容相比于目前左右支撐梁均為垂直式的可變電容，在相同的極板材料、相同中間絕緣介質(zhì)材料、相同極板面積、極板厚度、中間絕緣層厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)下?？梢詫崿F(xiàn)在上下極板間加相同偏置電壓，平行四邊形可變電容比普通平行板結(jié)構(gòu)可變電容電容值變化大；在兩種結(jié)構(gòu)發(fā)生相同極板間距變化下，平行四邊形結(jié)構(gòu)可變電容最大應(yīng)力值要小于普通平行板結(jié)構(gòu)。2.在零偏電容值、所占用芯片面積、品質(zhì)因數(shù)(Q值)等電學性能上，兩種結(jié)構(gòu)基本相同。3.減小微機械可變電容一定形變量下的最大應(yīng)力值，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可變電容使用壽命。4.減小微機械可變電容操作電壓，使為實現(xiàn)一定形變量所加的偏置電壓減小。
圖1為平行四邊形結(jié)構(gòu)微機械可變電容結(jié)構(gòu)示意2為圖1的橫截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種平行四邊形結(jié)構(gòu)的微機械可變電容，其上極板4、下極板5、左右支撐梁3在硅襯底1上面的氧化層2上形成其橫截面為平行四邊形的結(jié)構(gòu)體。在下極板兩端濺射與橫截面的傾角均為45°±15°的斜向金屬鋁或銅層作為左支撐梁和右支撐梁，在左、右支撐梁上再濺射金屬鋁或銅層作為上極板。
可變電容極板間距為1～3μm，上、下極板厚為0.4～0.6μm，平行四邊形結(jié)構(gòu)微機械可變電容的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。具體制作工藝與微細加工工藝兼容；其過程如下1.備片、清洗，采用高阻n型或p型硅作襯底；2.熱氧化，生成氧化層；3.濺射金屬(鋁或銅)，作為可變電容下極板；4.光刻I(金屬)，形成可變電容下極板和上下極板對外連接的PAD；5.PECVD氮化硅，作為過壓保護結(jié)構(gòu)；6.光刻II(氮化硅)，使氮化硅僅覆蓋極板部分；7. 涂聚合物(光刻膠或聚酰亞胺)，作為犧牲層；
8.光刻III(聚合物)，形成兩個梯形犧牲層結(jié)構(gòu)。可采用方法1或方法2；9.濺射金屬(鋁或銅)，作為支撐梁；10.光刻IV(金屬)，形成兩個有一定傾角的平行支撐梁；11.涂聚合物(光刻膠或聚酰亞胺)，使聚合物填充滿支撐梁之間的空隙；12.CMP拋光，使聚合物沿支撐梁上沿齊平；13.濺射金屬(鋁或銅)，作為可變電容上極板；14.光刻V(金屬)，形成上極板圖形；15.在氧氣PLASMA環(huán)境中釋放犧牲層，形成懸浮結(jié)構(gòu)；16.合金退火，使可變電容上極板和支撐梁金屬接觸良好。
權(quán)利要求
1.一種平行四邊形結(jié)構(gòu)的微機械可變電容，其特征在于所述微機械可變電容由上極板、下極板、左支撐梁、右支撐梁在硅襯底上形成其橫截面為平行四邊形的結(jié)構(gòu)體；其下極板固定在高阻n型或p型的硅襯底上的氧化層上面，在下極板兩端斜向濺射金屬層作為左支撐梁和右支撐梁，在左、右支撐梁上再濺射金屬層作為上極板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述平行四邊形結(jié)構(gòu)的微機械可變電容，其特征在于所述左支撐梁、右支撐梁與橫截面的傾角均為45°±15°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述平行四邊形結(jié)構(gòu)的微機械可變電容，其特征在于所述上極板、下極板、左支撐梁、右支撐梁的金屬層均為鋁或銅。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于微型電子元件范圍的一種平行四邊形結(jié)構(gòu)的微機械可變電容。由上極板、下極板、左支撐梁、右支撐梁在硅襯底上形成其橫截面為平行四邊形的結(jié)構(gòu)體。平行四邊形結(jié)構(gòu)的可變電容相比于目前左右支撐梁均為垂直式的可變電容，在相同條件下比普通平行板結(jié)構(gòu)可變電容電容值變化大；可變電容最大應(yīng)力值要小于普通平行板結(jié)構(gòu)；提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可變電容使用壽命；減小微機械可變電容操作電壓，使為實現(xiàn)一定形變量所加的偏置電壓減??；并且電容所占芯片面積小。
文檔編號H01G5/00GK1490830SQ0315737
公開日2004年4月21日 申請日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月19日
發(fā)明者劉澤文, 方杰 申請人:清華大學