[发明专利]软支撑悬臂梁式硅微压电传声器芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种软支撑悬臂梁式硅微压电传声器芯片，其包括：

一硅基片(1)；所述硅基片(1)中心设有通过体刻蚀形成的上小下大的方锥形孔；所述硅基片(1)正面依次覆有热氧化膜层(2)、第一氮化硅膜层(3)、二氧化硅膜层(4)和第二氮化硅膜层(5)，下表面依次覆有第三氮化硅掩膜层(6)和第四氮化硅掩膜层(7)；所述第三氮化硅掩膜层(6)和第四氮化硅掩膜层(7)中心设有与硅基片(1)下表面的方形孔相同尺寸的方形孔；所述硅基片(1)正面的方形孔对应的热氧化膜层(2)、第一氮化硅膜层(3)、二氧化硅膜层(4)和第二氮化硅膜层(5)构成方形复合振动膜，所述方形复合振动膜四条边中的三条边分别刻蚀一条贯穿所述方形复合振动膜的垂向狭缝(51)，所述垂向狭缝(51)垂向投影位于所述硅基片(1)正面上的方形孔边缘内侧；

沉积于所述方形复合振动膜上并经图形化形成的下电极(9)；所述下电极(9)为用真空蒸镀设备或溅射设备制备的0.01～1μm厚度的铝下电极，或为由Cr层和Au层构成的Cr/Au复合下电极，或为由Ti层和Pt层构成的Ti/Pt复合下电极；所述Cr层和Ti层厚度均为0.01～0.1μm；所述Au层和Pt层厚度均为0.05～0.5μm；

沉积于所述下电极(9)上并经图形化形成的压电薄膜(10)；

沉积并图形化在压电薄膜(10)正面上的上电极(12)；所述上电极(12)的一边与所述方形复合振动膜四条边中的无垂向狭缝的边重合或靠近；和

沉积于位于所述硅基片(1)正面之上的上述各部件之上的经图形化的聚酰亚胺膜(8)；

所述刻蚀有垂向狭缝(51)的方形复合振动膜和聚酰亚胺膜(8)共同构成软支撑悬臂梁式复合振动膜。

2.按权利要求1所述的软支撑悬臂梁式硅微压电传声器芯片，其特征在于，还包括沉积于所述的压电薄膜(10)与上电极(12)之间的氧化硅膜保护层(11)；所述垂向狭缝(51)贯穿方形复合振动膜和所述氧化硅膜保护层(11)。

3.按权利要求1所述的软支撑悬臂梁式硅微压电传声器芯片，其特征在于，所述的垂向狭缝(51)的宽度为0.1～200μm。

4.按权利要求1所述的软支撑悬臂梁式硅微压电传声器芯片，其特征在于，所述的压电薄 膜(10)为氧化锌压电膜、氮化铝压电膜、钙钛矿型压电膜或有机压电膜。

5.按权利要求4所述的软支撑悬臂梁式硅微压电传声器芯片，其特征在于，所述钙钛矿型压电膜为锆钛酸铅压电膜。

6.按权利要求3所述的软支撑悬臂梁式硅微压电传声器芯片，其特征在于，所述的压电薄膜(10)的厚度为0.1～10μm。

7.按权利要求1所述的软支撑悬臂梁式硅微压电传声器芯片，其特征在于，所述的聚酰亚胺膜(8)厚度为0.01～10μm。

8.按权利要求1所述的软支撑悬臂梁式硅微压电传声器芯片，其特征在于，所述的热氧化膜层(2)、第一氮化硅膜层(3)、二氧化硅膜层(4)和第二氮化硅膜层(5)的厚度分别为0.1～2μm。

9.一种权利要求1所述软支撑悬臂梁式硅微压电传声器芯片的制备方法，其制备步骤如下：

1)清洗硅基片(1)

先分别用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅基片(1)，之后再用去离子水冲洗干净；

2)通过热氧化形成热氧化膜层(2)

在硅基片(1)上，利用热氧化炉氧化厚度为0.1～2μm的氧化层，并去除硅基片(1)背面的氧化层；

3)利用低压化学气相沉积设备在热氧化膜层(2)上淀积厚度为0.1～2μm的第一氮化硅膜层(3)；在硅基片(1)反面上淀积厚度为0.1～2μm的第三氮化硅掩膜层(6)；

4)利用等离子辅助化学气相沉积设备在第一氮化硅膜层(3)上淀积厚度为0.1～2μm的二氧化硅膜层(4)；

5)利用低压化学气相沉积设备在二氧化硅膜层(4)上淀积厚度为0.1～2μm的第二氮化硅膜层(5)，在第三氮化硅掩膜层(6)上淀积厚度为0.1～2μm的第四氮化硅掩膜层(7)；

6)制备下电极(9)：

(a)利用真空蒸镀设备或溅射设备在第二氮化硅膜层(5)上制备0.01～1μm厚度的Al下电极层；或者

利用真空蒸镀设备或溅射设备在第二氮化硅膜层(5)上依次制备Cr层和Au层，以形成Cr/Au下电极复合层，其中Cr的厚度为0.01～0.1μm；或者

利用真空蒸镀设备或溅射设备在第二氮化硅膜层(5)上依次制备Ti层和Pt层，以形成Ti/Pt下电极复合层，其中Ti层的厚度为0.01～0.1μm；

(b)利用图形化技术对所述Al下电极层或Cr/Au下电极复合层或Ti/Pt下电极复合层进行图形化制得图形化的下电极，完成下电极(9)的制备；

7)制备压电薄膜(10)

在下电极(9)的表面上制备厚度为0.1～10μm压电膜层；

在压电膜层上涂正性光刻胶，光刻曝光，形成压电膜光刻图形；用腐蚀液腐蚀压电膜，形成所需图形的压电膜，去除残余光刻胶，完成压电薄膜(10)制备；

8)在压电薄膜(10)上直接制备上电极(12)；或者在压电薄膜(10)上先制备氧化硅薄膜保护层，再在该氧化硅薄膜保护层上制备上电极(12)：

(a)所述在压电薄膜(10)上直接制备上电极(12)为：

在硅基片正面上涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极反图形；

再利用真空蒸镀设备或溅射设备制备0.01～1μm厚度的Al上电极层；或者

利用真空蒸镀设备或溅射设备依次制备Cr层和Au层，以形成Cr/Au上电极复合层，其中Cr层厚度为0.01～0.1μm；或者

利用真空蒸镀设备或溅射设备依次制备Ti层和Pt层，以形成Ti/Pt上电极复合层，其中Ti层厚度为0.01～0.1μm；

再用丙酮去除光刻胶，完成上电极(12)的制备；

(b)所述在压电薄膜(10)上先制备氧化硅薄膜保护层，再在该氧化硅薄膜保护层上制备上电极(12)为：

在硅基片正面上，利用等离子辅助化学气相沉淀装置淀积厚度为0.01～0.5μm氧化硅薄膜保护层；

在氧化硅薄膜保护层表面上涂正性光刻胶，光刻曝光，形成氧化硅薄膜保护层光刻图形；利用高密度等离子刻蚀机进行光刻腐蚀，腐蚀气体为六氟化硫，形成氧化硅薄膜保护层图形；去除残余光刻胶，完成氧化硅薄膜保护层(11)的制备；

在氧化硅膜保护层(11)表面上涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极反图形；

再利用真空蒸镀设备或溅射设备制备0.01～1μm厚度的Al上电极层；或者

利用真空蒸镀设备或溅射设备依次制备Cr层和Au层，以形成Cr/Au上电极复合层，其中Cr层厚度为0.01～0.1μm；或者

利用真空蒸镀设备或溅射设备依次制备Ti层和Pt层，形成Ti/Pt上电极复合层，其中Ti层厚度为0.01～0.1μm；

再用丙酮去除光刻胶，完成上电极(12)的制备；

9)在硅基片(1)背面的第四氮化硅掩膜层(7)上涂正性光刻胶，利用双面曝光机进行双面曝光，在第四氮化硅掩膜层(7)上形成体刻蚀掩膜光刻图形，并利用高密度等离子刻蚀机进行刻蚀在硅基片(1)背面形成体刻蚀掩膜；去除残余光刻胶，完成体刻蚀掩膜的制备；

用体刻蚀夹具将硅基片(1)密封固定，放入35％KOH溶液进行体刻蚀，刻透硅基片，完全释放得到其中心处具有上小下大方锥形孔的硅基片(1)；

所述硅基片(1)正面方孔对应的热氧化膜层(2)、第一氮化硅膜层(3)、二氧化硅膜层(4)和第二氮化硅膜层(5)构成方形复合振动膜；

10)在硅基片(1)中心处的上小下大方锥形孔表面，利用真空蒸镀设备或溅射设备制备0.01～10μm厚度的Al支撑层(13)，作为刻蚀狭缝时的支撑层；

狭缝刻蚀时的掩膜层为光刻胶掩膜层或Al掩膜层；在使用光刻胶掩膜层时，则在硅基片(1)的正面上涂光刻胶，光刻曝光，形成狭缝刻蚀所需的光刻胶掩膜；在使用Al掩膜层时，则在硅基片(1)的正面上沉积0.01～1μmAl膜，利用剥离或腐蚀的方法图形化Al膜，形成狭缝刻蚀所需的Al掩膜；

11)利用干法刻蚀对第一氮化硅膜层(3)和第二氮化硅膜层(5)进行刻蚀，利用湿法腐蚀对热氧化膜层(2)、二氧化硅膜层(4)和氧化硅薄膜保护层(11)进行腐蚀，完成狭缝的腐蚀；在利用湿法腐蚀腐蚀正面热氧化膜层(2)、二氧化硅膜层(4)和氧化硅薄膜保护层(11)时，硅基片(1)的背面上要涂覆光刻胶，以保护背面的Al支撑层(13)，同时在狭缝刻蚀完后，腐蚀去除掩膜层，并用丙酮去除光刻胶；所述狭缝的宽度为0.1～200μm；

12)在硅基片(1)的正面上涂光刻胶，光刻曝光，形成填充狭缝所需掩膜的图形，利用真空蒸镀设备或溅射设备制备与狭缝深度相同厚度的Al层，或者利用溅射设备制备与狭缝深度相同厚度的ZnO层，用丙酮去光刻胶，图形化Al层或ZnO层，完成狭缝的填充；

13)在硅基片(1)的正面之上的各部件的最外层之上制备厚度为0.01～10μm聚酰亚胺膜(8)，并对其进行图形化，露出上、下电极的压焊触头；

14)在硅基片正面的聚酰亚胺膜(8)上涂光刻胶，作为释放狭缝和所述方形复合振动膜正面的保护层；把硅基片放入腐蚀液，腐蚀所述Al支撑层(13)和填充狭缝的Al或ZnO层，释放出狭缝和所述方形复合振动膜，并去除光刻胶，完成悬臂梁式硅微压电传声器芯片的制备。