[发明专利]微机电系统（MEMS）结构和设计结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体结构和制造方法，更具体而言，涉及微机电系统（MEMS）结构、制造方法和设计结构。

背景技术

变抗器（varactor）是这样一种器件：其电容随着施加的电压而变化。典型地用其耗尽区随着施加的电压而变化的MOS电容器来制造变抗器，导致电容的大约3:1变化。硅变抗器（例如，固态变抗器）具有差的与硅基底的隔离度，并且其调制范围有限。

典型地，在需要可调电容的情况下，采用固态变抗器。然而，固态变抗器提供非常有限的调制范围，并具有高的电阻性损耗和相对高的功耗。例如，在固态变抗器二极管中，变抗器的电容由子电路生成的偏置电流来设定，该子电路消耗相当大量的稳态功率。并且，施加到固态变抗器的信号电流倾向于影响电容，由此引起某种误差度量。

为了避免这些问题，MEMS变抗器可代替固态变抗器来使用。然而，已知的MEMS变抗器具有由“吸合（snap down）”效应引起的小调制范围（<3:1）的缺点。当由一对致动电极提供的静电吸引力超过MEM梁的弹簧恢复力时，该效应使得变抗器的两块板之间的间隙突然闭合。一旦间隔减小超过1/3，则“吸合”现象起作用，MEMS梁的先前自由端与器件的基部接触。由于吸合效应，MEMS变抗器经常被用作双稳态器件，而不是作为在电容全范围内连续可调的真正的变抗器。

因此，本领域中存在克服上述缺陷和限制的需求。

发明内容

在本发明的第一方面中，一种方法包括在基底上形成至少一个固定电极。所述方法还包括在所述至少一个固定电极之上以从微机电系统（MEMS）梁的顶部观看的变化的宽度尺寸形成所述MEMS梁。

在本发明的另一方面中，一种形成MEMS变抗器的方法包括通过沉积和构图（pattern）在基底上形成固定电极层。所述方法还包括在所述固定电极之上形成牺牲材料。所述方法还包括在所述牺牲材料之上层叠（layer）金属和绝缘体材料。所述方法还包括以变化的宽度尺寸来掩蔽（mask）层叠的金属和绝缘体材料。所述方法还包括蚀刻所述层叠的金属和绝缘体材料，以形成具有不等（non-uniform）宽度尺寸的梁结构。所述不等宽度尺寸包括所述梁的初始拉入部分（pull-in section）的缩小区域（reduced area）部分。所述方法还包括通过开孔工艺（venting process）在所述梁附近形成腔。

在本发明的又一个方面中，一种结构包括在基底上形成的固定电极。所述结构还包括具有变化的宽度尺寸的组合梁结构，其至少具有恒定尺寸的第一部分和与所述第一部分相比宽度缩小的第二部分，所述第二部分包括所述梁结构的初始拉入部分。所述结构还包括围绕所述梁结构的腔结构。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于设计、制造或测试集成电路的在机器可读存储介质中有形地体现的设计结构。所述设计结构包括本发明的结构。在另一实施例中，在机器可读数据存储介质上编码的硬件描述语言（HDL）设计结构包括这样的要素：当在计算机辅助设计系统中被处理时，所述要素生成微机电系统（MEMS）结构的机器可执行表示，该表示包括本发明的结构。在又一实施例中，提供了计算机辅助设计系统中用于生成微机电系统（MEMS）结构的功能设计模型的方法。所述方法包括生成微机电系统（MEMS）结构的结构要素的功能表示。

更具体而言，在本发明的实施例中，提供了一种在计算机辅助设计系统中用于生成MEMS结构的功能设计模型的方法。所述方法包括生成在基底上形成的固定电极的功能表示；生成具有变化的宽度尺寸的组合梁结构的功能表示，所述组合梁结构至少具有恒定尺寸的第一部分和与所述第一部分相比宽度缩小的第二部分，所述第二部分包括所述梁结构的初始拉入部分；以及生成围绕所述梁结构的腔结构的功能表示。

附图说明

通过本发明的示例性实施例的非限制性实例，参考给出的多个附图，在下面的详细说明中描述本发明。

图1-7示出了根据本发明的方面的结构和各个处理步骤；

图8a、8b、8c、9a、9b和9c示出了根据本发明的方面的各种形状的MEMS梁；

图10示出了根据本发明的方面的MEMS桥式梁的俯视图；

图11示出了本发明的各种MEMS梁设计与常规MEMS梁对比的“吸合”效应的比较图；

图12示出了具有致动器凸起（actuator bump）的本发明的各种MEMS梁设计与常规MEMS梁对比的“吸合”效应的比较图；