[发明专利]一种热致驱动的MEMS可变电容器及其制备方法

权利要求书

1.一种热致驱动的MEMS可变电容器，其特征在于：所述的电容器包括衬底（1）、一个固定的下极板（7）和一个可上下活动的上极板（13），上极板通过呈对称结构布置的四个热驱动器驱动；所述热驱动器包括四根悬臂梁，呈两侧对称分布，其中的两根悬臂梁为冷臂（12），另两根悬臂梁为加热臂（9）；所述的冷臂（12）包括冷臂一侧的下电极（5）、冷臂一侧的通孔（12A）、冷臂一侧的悬臂梁（12B）、冷臂的连接平台（12C）、冷臂另一侧的悬臂梁（12D）、冷臂另一侧的通孔（12E）和冷臂另一侧的下电极（6），冷臂（12）的一端固定于衬底（1）上的锚点，另一端与上极板（13）连接；所述的加热臂（9）包括加热臂的输入电极（3）、加热臂一侧的通孔（9A）、加热臂一侧的悬臂梁（9B）、加热臂的连接平台（9C）、加热臂另一侧的悬臂梁（9D）、加热臂另一侧的通孔（9E）和加热臂的输出电极（4）；上极板（13）、冷臂的悬臂梁（12B、12D）和冷臂的连接平台（12C）处于同一平面A；加热臂的悬臂梁（9B、9D）和加热臂的连接平台（9C）处于平面A的下层，加热臂的连接平台（9C）与冷臂的连接平台（12C）之间以绝缘层（10）隔离；四个热驱动器的加热臂（9）的输入电极（3）相互并联，作为所述可变电容器的加热信号的输入端，加热臂（9）的输出电极（4）相互并联，作为所述可变电容器的加热信号的输出端；四个热驱动器的冷臂（12）的下电极（5、6）相互并联，作为所述可变电容器与外电路连接的一个电极，下极板（7）为所述可变电容器与外电路连接的另一个电极。

2.根据权利要求1所述的一种热致驱动的MEMS可变电容器，其特征在于：呈两侧对称分布的四根悬臂梁，其外侧的两根悬臂梁为冷臂（12B、12D），内侧的两根悬臂梁为加热臂（9B、9D）。

3.如权利要求1所述的热致驱动的MEMS可变电容器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）在一个衬底（1）上面制备一层衬底绝缘层（2），用于隔离衬底和衬底上的MEMS可变电容器；

（2）在衬底绝缘层（2）上生长一层掺杂后导电的第一半导体材料层，厚度为0.5～0.6 um，在第一半导体材料层上刻蚀加热臂（9）的输入电极（3）和输出电极（4），冷臂（12）的下电极（5、6）以及MEMS可变电容的下极板（7），其余部分去除；

（3）在步骤（2）得到的表面上填充第一牺牲层（8），经回流平坦化工艺处理得到平整表面；其中第一牺牲层（8）的上表面到衬底绝缘层（2）的厚度为1.4～2.5 um，到第一半导体材料层的厚度为2.0～3.0 um；在第一牺牲层（8）上刻蚀窗口，刻蚀深度至加热臂（9）的输入电极（3）和输出电极（4），以备生长加热臂（9）的半导体材料的通孔（9A、9E）；

（4）在第一牺牲层（8）的上表面上生长2.0～3.0 um厚度的掺杂后导电的第二半导体材料层，在第二多晶硅层上刻蚀出加热臂（9）的加热臂一侧的悬臂梁（9B）、加热臂的连接平台（9C）和加热臂另一侧的悬臂梁（9D），其余部分去除；

（5）在步骤（4）得到的表面上外延生长一层Si₃N₄绝缘层，厚度为0.75～1.0 um，在加热臂的连接平台（9C）上刻蚀出绝缘层（10），其余部分去除； 

（6）在步骤（5）得到的表面上填充第二牺牲层（11），经回流平坦化工艺处理得到平整表面，第二牺牲层（11）的上表面与绝缘层（10）的上表面平齐，绝缘层（10）的上表面裸露，第二牺牲层（11）的上表面到第一牺牲层（8）的上表面厚度为2.75～4.0 um，在第二牺牲层（11）上表面依次通过第二牺牲层（11）、第一牺牲层（8）刻蚀窗口，直至冷臂（12）的下电极（5、6），以备生长冷臂（12）的半导体材料的通孔（12A、12E）；

（7）在第二牺牲层（11）和绝缘层（10）的上表面上生长1.5～2.0 um厚度掺杂后导电的第三半导体材料层，在第三半导体材料层上刻蚀出冷臂一侧的悬臂梁（12B）、冷臂的连接平台（12C）、冷臂另一侧的悬臂梁（12D）和MEMS可变电容器的上极板（13），其余部分去除；

（8）溶解去除第一牺牲层（8）和第二牺牲层（11），即得到一种热致驱动的MEMS可变电容器。

4.根据权利要求3所述的一种热致驱动的MEMS可变电容器的制备方法，其特征在于：衬底（1）的材料为硅、不锈钢、石英玻璃、锗、砷化镓中的一种。