本發(fā)明涉及SAW器件制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于Si基的高頻SAW器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，聲表面波(SAW)器件的使用頻率不斷提高，從開始的MHz級(jí)到現(xiàn)在的GHz級(jí)。SAW器件的頻率正比于材料的聲波傳播速度，反比于叉指換能器(IDT)的周期，因此提高SAW器件的頻率主要可以從兩方面著手，一是使IDT的指條向更細(xì)的方向發(fā)展，二是采用具有更高SAW傳播速度的材料。細(xì)化IDT指條的方法簡單直接，但是指條的細(xì)化也會(huì)引起一些弊端，例如，IDT指條細(xì)化到亞微米量級(jí)，會(huì)給光刻工藝帶來挑戰(zhàn)，導(dǎo)致品率下降，成本增高；同時(shí)，IDT指條細(xì)化會(huì)導(dǎo)致阻抗增大，從而降低了SAW器件的功率承受能力，這就迫使人們將目光轉(zhuǎn)變至尋找更高SAW傳播速度的材料上來。

金剛石及類金剛石是物質(zhì)中聲波傳播速度最快的材料，且它們具有很高的彈性模量，有利于聲波傳輸?shù)谋Ｕ妫僬?，他們還具有較高的熱導(dǎo)率，有利于提高器件的功率承受能力，這些優(yōu)點(diǎn)都表明它們是制造高頻SAW器件的理想候選材料。但是，金剛石及類金剛石本身并不是壓電材料，無法激發(fā)SAW，無法進(jìn)行電磁波和聲表面波的相互轉(zhuǎn)換，因此需要在它們上沉積一層壓電薄膜，構(gòu)成壓電薄膜/金剛石或類金剛石結(jié)構(gòu)的SAW器件。同時(shí)，使用壓電薄膜代替壓電晶體，也可以節(jié)約成本。從上面的討論可以看出，由金剛石膜或類金剛石膜和壓電薄膜組成的多層膜結(jié)構(gòu)的SAW器件可以同時(shí)具備高頻、大功率和低成本的優(yōu)勢。

為了和集成電路工藝相兼容，金剛石或類金剛石薄膜大都沉積在Si基片上，但是金剛石或類金剛石薄膜厚度都是在納米量級(jí)，以至使激發(fā)出的聲表面波有一部分在Si中傳播，而Si的相速度較小，影響了該多層結(jié)構(gòu)SAW器件的中心頻率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述存在的問題或不足，為解決因高聲速層即金剛石或類金剛石薄膜厚度引起的多層膜結(jié)構(gòu)的SAW器件的中心頻率與理論值偏差太大，本發(fā)明提供了一種基于Si基的高頻SAW器件及其制備方法。

該高頻SAW器件為多層膜結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括Si基、高聲速層、壓電層和叉指換能器。

所述Si基的背面設(shè)置有溝槽，其截面形狀為梯形即溝槽為梯形槽空間形狀為梯形柱，梯形截面的兩條底邊對(duì)應(yīng)Si基上下表面，截面高即梯形高等于Si基厚度；溝槽與高聲速層接觸面為矩形，接觸面與梯形截面的公共邊即梯形截面的上底邊≥叉指對(duì)數(shù)×(電極指寬+指條間隙)，矩形另一條邊即梯形柱的柱高≥聲孔徑；開槽方向?yàn)槁暱讖介L度方向，整個(gè)矩形接觸面空間上與叉指換能器相適應(yīng)即叉指換能器空間上被溝槽的接觸面完全覆蓋。

從而使聲表面波的傳播局限在金剛石或類金剛石薄膜內(nèi)，以提高該器件的中心頻率。

所述溝槽的數(shù)目為叉指換能器的個(gè)數(shù)，并一一對(duì)應(yīng)設(shè)置；高聲速層為金剛石或類金剛石薄膜；壓電層為壓電薄膜或壓電單晶。

其制備方法包括以下步驟：

步驟1、用CVD法在硅基上生長金剛石或類金剛石薄膜，然后經(jīng)過CMP拋光，制得金剛石或類金剛石薄膜，厚度為300-600nm，粗糙度為5-10nm。

步驟2、在步驟1制備的基片上制備100-500nm的壓電層。

制備方法有薄膜沉積技術(shù)、鍵合技術(shù)，薄膜沉積技術(shù)有PLD、射頻磁控濺射或ECR-PEMOCVD。壓電層為壓電薄膜或壓電單晶，壓電薄膜有：ZnO、LiNbO₃、LiTaO₃、AlN、GaN或PMN-PT，壓電單晶有LiNbO₃、LiTaO₃、石英或PMN-PT。

步驟3、在步驟2制備的基片兩面利用甩膠機(jī)旋涂一層光刻膠，在Si的背面利用光刻工藝制作圖形，利用Si的濕法腐蝕工藝在硅的背面做出溝槽，然后再去膠。濕法腐蝕工藝的濕法腐蝕液為KOH、TMAH或EPW。

步驟4、利用光刻技術(shù)，在步驟3制得基片的壓電層上制作叉指換能器圖形。

步驟5、通過濺射法，在步驟4制得的基片上制作厚度1-10nm金屬薄膜。然后經(jīng)過去膠，形成叉指換能器。金屬薄膜材料為Au或Al。

由于壓電材料的相速度較低，所以壓電材料只是激發(fā)和接收聲表面波，而聲表面波的傳播在金剛石或類金剛石內(nèi)，由于金剛石或類金剛石有很高的相速度，在相同的叉指換能器指寬的情況下，能夠顯著提高器件的工作頻率。

該結(jié)構(gòu)的SAW器件是多層膜結(jié)構(gòu)，可滿足高頻、高機(jī)電耦合系數(shù)以及集成電路領(lǐng)域的應(yīng)用需求。壓電薄膜相比于壓電單晶材料易于集成，可以應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)中。

綜上所述，本發(fā)明提供的SAW器件結(jié)構(gòu)可滿足高頻、高機(jī)電耦合系數(shù)、小體積的聲表面波的器件應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

附圖說明

圖1為叉指換能器/AlN/金剛石或類金剛石/Si多層結(jié)構(gòu)的SAW器件示意圖；

圖2為實(shí)施例的SAW器件結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的技術(shù)方案能夠清晰和完整的描述，以實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行進(jìn)一步說明。

制備如圖2所示的一個(gè)基于Si基的高頻SAW器件。

步驟1、在2mm厚的Si基上利用CVD法生長金剛石薄膜，薄膜厚度為500nm,利用CMP進(jìn)行拋光處理，使其的粗糙度為10nm，然后進(jìn)行清洗獲得金剛石/Si基片。

步驟2、利用射頻磁控濺射在金剛石/Si基片上沉積一層厚度為200nm的AlN薄膜。

步驟3、利用甩膠機(jī)在AlN/金剛石/Si的兩面旋涂一層光刻膠，并在Si的背面利用光刻工藝作出圖形，并在10％的KOH浸泡5分鐘，在Si的背面作出如圖2所示溝槽，溝槽數(shù)目為2，梯形截面所在邊為0.6mm，另一條邊等于聲孔徑的長度為1.2mm，其中單個(gè)叉指換能器的對(duì)數(shù)為100，電極指寬和指條間隙都為3μm。

步驟4、在AlN/金剛石/Si上利用光刻工藝作出指寬為3μm的叉指換能器圖形。

步驟5、采用直流濺射法制備一層10nm的Au膜，然后去膠，形成叉指換能器，最后形成Si背腐蝕的叉指換能器/AlN/金剛石/Si多層結(jié)構(gòu)。