表面聲波器件的製作方法

2023-04-25 19:28:16

專利名稱：表面聲波器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種表面聲波器件，尤其是一種在壓電薄膜上製作有指叉換能器的表面聲波器件。
背景技術：
表面聲波(Surface Acoustic Wave，簡稱SAW)器件是在壓電基底或壓電薄膜上製作指叉換能器(Inter-digital Transducers，簡稱IDTs)梳狀電極，當在指叉換能器的輸入端施加交流信號後，在相鄰兩電極之間會產生交變電場，電場下方的壓電體因逆壓電效應而產生應變(Strain)，進而激發出表面聲波，經由壓電材料表面傳遞，再由輸出端指叉換能器的正壓電效應將聲波信號轉為電信號輸出。
目前，表面聲波器件已被廣泛使用，小到濾波器、共振器以及行動電話；大到電視視訊、衛星傳播等無線通訊器材及雷達系統上。一般而言，表面聲波器件的工作頻率可由公式f＝υ/λ計算獲得。其中，f為表面聲波器件的工作頻率；υ為表面聲波的傳播速率；λ為表面聲波器件的工作波長，其取決於指叉換能器梳狀電極的電極條寬度，電極條寬度越窄，其工作頻率越高。由上述公式可知，提升表面聲波器件的工作頻率通常可以採用如下方法(a)提升表面聲波的傳播速率，然該方法受限於表面聲波傳播材料本身特性；(b)減小指叉換能器梳狀電極的電極條寬度，然該方法受限於當前的工藝技術。
現有技術中為將表面聲波器件的工作頻率提升至千兆赫茲(GHz)頻段，將氧化鋅(ZnO)壓電薄膜沉積在一金剛石層表面；其利用金剛石的高表面聲波傳播速率，一般大於10000米/秒(m/s)，可使表面聲波器件的工作頻率提升至10GHz左右。
然而，隨著無線電通訊技術的發展，更高工作頻率的需求成為可能。因此有必要提供一種具有超高工作頻率的表面聲波器件。

發明內容下面將以實施例說明一種表面聲波器件，其具有超高工作頻率。
一種表面聲波器件，其包括一類金剛石碳(Diamond-like Carbon)膜，其具有納米級厚度，該類金剛石碳膜的厚度Z(f)滿足條件式(1)Z(f)＝M×Z0/(f/f0)，Z(f)≥1納米 …………(1)其中，Z0為表面聲波器件的工作頻率為f0時的類金剛石碳膜的厚度，f為表面聲波器件的工作頻率，其取值範圍為20～1000GHz，M的取值範圍為1～15；一位於該類金剛石碳膜上的鋅氧化物層，其具有納米級厚度，該鋅氧化物層的厚度Y(f)滿足條件式(2)Y(f)＝N×Y0/(f/f0) …………(2)其中，Y0為表面聲波器件的工作頻率為f0時的鋅氧化物層的厚度，N的取值範圍為1～1.5；及至少一位於該鋅氧化物層上的指叉換能器。
相較於現有技術，所述表面聲波器件，其通過設置具有納米級厚度的鋅氧化物層及類金剛石碳膜，利用納米級厚度的鋅氧化物的壓電效應及類金剛石碳膜的高表面聲波傳播速率的特性，使該表面聲波器件的工作頻率可高達1000GHz。

圖1是本發明實施例表面聲波器件的立體圖。
圖2是本發明實施例表面聲波器件製作過程中在基底上依次形成類金剛石碳膜與鋅氧化物層的剖面示意圖。
圖3是本發明實施例表面聲波器件製作過程中在鋅氧化物層表面形成一具有預定圖案的光阻層的剖面示意圖。
圖4是本發明實施例表面聲波器件製作過程中在光阻層上沉積一金屬層的剖面示意圖。
圖5是本發明實施例表面聲波器件製作過程中去除光阻層而形成的表面聲波器件沿圖1剖線V-V的剖示圖。
具體實施方式下面將結合附圖對本發明實施例作進一步的詳細說明。
參見圖1，本實施例中的表面聲波器件10，其包括類金剛石碳膜14，鋅氧化物層16及指叉換能器18。
其中，類金剛石碳膜14可單獨形成，也可形成在一非壓電材料基底12上。該非壓電材料基底12的材質可選用矽、玻璃、碳化矽(SiC)、氮化矽(Si3N4)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)及氮化鎵(GaN)等非壓電材料。該類金剛石碳膜14的表面聲波傳播速率大於10000米/秒。該類金剛石碳膜14的厚度為納米(nm)級，其小於1微米；且其厚度的取值隨該表面聲波器件10的工作頻率f增大而適當地減小。該類金剛石碳膜14的厚度Z(f)滿足條件式(1)Z(f)＝M×Z0/(f/f0)，Z(f)≥1nm …………(1)其中，Z(f)為表面聲波器件10的工作頻率為f時類金剛石碳膜14的厚度，Z0為表面聲波器件10的工作頻率為f0時類金剛石碳膜14的厚度，f為表面聲波器件的工作頻率10，其取值範圍為20～1000GHz，M的取值範圍為1～15。對於工作頻率為20～1000GHz的表面聲波器件10，其類金剛石碳膜14的厚度範圍可設置為1～20nm，優選的，其為5～20nm。參見表1-1，其列舉出對應表面聲波器件10部分工作頻率的類金剛石碳膜14厚度取值範圍，條件式(1)中的Z0及f0可選用表1-1中的數值，或選用經由條件式(1)計算出來的類金剛石碳膜14厚度值及對應的表面聲波器件10工作頻率值。
鋅氧化物層16位於類金剛石碳膜14上，其化學式為ZnOx，x為氧原子與鋅原子的原子個數比，其取值範圍為0.8～2.5，優選為1～2。該x值可在鋅氧化物層16的形成過程，通過設置氧氣的流量來控制。該鋅氧化物層16的厚度為納米級；且其厚度的取值隨表面聲波器件10的工作頻率f增大而減小。該鋅氧化物層16的厚度Y(f)滿足條件式(2)Y(f)＝N×Y0/(f/f0) …………(2)其中，Y(f)為表面聲波器件10的工作頻率為f時鋅氧化物層16的厚度，Y0為表面聲波器件10的工作頻率為f0時鋅氧化物層16的厚度，N的取值範圍為1～1.5。對於工作頻率為20～1000GHz的表面聲波器件10，其鋅氧化物層16的厚度範圍設置為1～60nm為佳。參見表1-1，其列舉出對應表面聲波器件10部分工作頻率的鋅氧化物層16厚度取值範圍。條件式(2)中的Y0及f0可選用表1-1中的數值，或選用經由條件式(2)計算出來的鋅氧化物層16厚度值及對應的表面聲波器件10工作頻率值。
指叉換能器18位於鋅氧化物層16上，其包括一對梳狀電極182及184，該梳狀電極182及184可分別電連接至信號輸入端及輸出端。該梳狀電極182及184中指叉結構的周期決定該表面聲波器件10的工作波長λ，進而決定表面聲波器件10的工作頻率。通常的，表面聲波器件的工作波長λ設置為等於梳狀電極182或梳狀電極184的指叉結構周期，如圖1所示。本實施例中，表面聲波器件10具有單個指叉換能器18，其也可設置兩個或多個指叉換能器，該兩個或多個指叉換能器沿表面聲波傳播方向平行排列。
表1-1類金剛石碳膜及鋅氧化物層厚度與表面聲波器件工作頻率f關系列表
參見圖2至圖5，下面將具體描述一種製作表面聲波器件10的方法，其包括以下步驟(1)參見圖2，提供一非壓電材料基底12，在該非壓電材料基底12上依次形成一預定厚度的類金剛石碳膜14與鋅氧化物層16。具體步驟可為首先提供一矽基底，以氬氣與甲烷(CH4)的混合氣體，或氬氣與氫氣的混合氣體，或氬氣與乙烷(C2H6)的混合氣體為等離子體產生用氣體，以石墨或碳為靶材，開啟射頻電壓在矽基底上濺鍍一預定厚度的類金剛石碳膜14。然後，無須破真空，以氬氣與氧氣的混合氣體作為反應氣體，以金屬鋅作為靶材，採用直流磁控反應濺射法在類金剛石碳膜14表面濺鍍一預定厚度的鋅氧化物層。該類金剛石碳膜14與鋅氧化物層16的厚度由所需表面聲波器件10的工作頻率確定。
(2)參見圖3至圖5，在鋅氧化物層16的表面形成至少一指叉換能器18。具體步驟可為首先在鋅氧化物層16表面形成一光阻層，並搭配一具有預定梳狀電極圖案的掩模對光阻層進行紫外線或深紫外線曝光以在光阻層20上形成一對應的圖案結構(如圖3所示)。然後，在光阻層20上濺射沉積一金屬層30(如圖4所示)，用以形成金屬電極，該金屬層30的材質可選用金、鋁、銅及銀等金屬；該步驟可採用當前的90nm或65nm半導體工藝實施。最後，蝕刻去除光阻層20及其表面上的金屬層，而位於鋅氧化物層16表面上的金屬層則保留，進而在鋅氧化物層16表面形成一指叉換能器18(如圖5所示)。
另，本領域技術人員還可在本發明精神內做其它變化，如變更指叉換能器的數量，梳狀電極的材質，表面聲波器件的製作方法以用於本發明等設計；只要其不偏離本發明的技術效果均可。這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。
權利要求
1.一種表面聲波器件，其包括至少一指叉換能器，其特徵在於該表面聲波器件還進一步包括一類金剛石碳膜，其具有納米級厚度，該類金剛石碳膜的厚度Z(f)滿足條件式Z(f)＝M×Z0/(f/f0)，Z(f)≥1納米，其中，Z0為表面聲波器件的工作頻率為f0時的類金剛石碳膜的厚度，f為表面聲波器件的工作頻率，其取值範圍為20～1000千兆赫茲，M的取值範圍為1～15；及一位於該類金剛石碳膜上的鋅氧化物層，其具有納米級厚度，該鋅氧化物層的厚度Y(f)滿足條件式Y(f)＝N×Y0/(f/f0)，其中，Y0為表面聲波器件的工作頻率為f0時的鋅氧化物層的厚度，N的取值範圍為1～1.5；所述指叉換能器位於該鋅氧化物層上。
2.如權利要求1所述的表面聲波器件，其特徵在於所述類金剛石碳膜的厚度範圍為1～20納米。
3.如權利要求2所述的表面聲波器件，其特徵在於所述類金剛石碳膜的厚度範圍為5～20納米。
4.如權利要求1所述的表面聲波器件，其特徵在於所述鋅氧化物的厚度範圍為1～60納米。
5.如權利要求1所述的表面聲波器件，其特徵在於所述表面聲波器件還包括一非壓電材料基底，該類金剛石碳膜位於該非壓電材料基底上。
6.如權利要求5所述的表面聲波器件，其特徵在於所述非壓電材料基底的材質選自矽、玻璃、碳化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鎂及氮化鎵。
7.如權利要求1所述的表面聲波器件，其特徵在於所述鋅氧化物層中氧原子與鋅原子的原子個數比為0.8～2.5。
8.如權利要求7所述的表面聲波器件，其特徵在於所述鋅氧化物層中氧原子與鋅原子的原子個數比為1～2。
全文摘要
本發明涉及一種表面聲波器件，其包括一類金剛石碳膜，其具有納米級厚度；一位於該類金剛石碳膜上的鋅氧化物層，其具有納米級厚度；及至少一位於該鋅氧化物層上的指叉換能器。該類金剛石碳膜的厚度Z(f)滿足條件式Z(f)＝M×Z
文檔編號H03H9/00GK1953324SQ20051010055
公開日2007年4月25日 申請日期2005年10月19日 優先權日2005年10月19日
發明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司