[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

说明书

技术领域

本发明涉及硅微压电传声器领域，特别涉及一种防声漏软支撑悬臂梁式硅微压电传声器芯片及其制备方法。 

背景技术

硅微传声器主要由压电式和电容式两种，硅微压电传声器由压电层、振动膜、金属电极组成。相对于硅微电容传声器而言，压电传声器具有结构简单，不需要置偏电压；阻抗低，可以作为发射器，实现既接收又发射；可应用于微型传声器、超声成像、水听器。但因为传声器在振动时，压电层由于应变小而引起传声器的灵敏度比较低。为了提高振动膜的应变，提高传声器的灵敏度，就有必要设计新型的传声器结构。 

发明内容

本发明的目的在于：设计一种新型结构的传声器，以提高传声器的灵敏度。为此，本发明提出一种具有防声漏软支撑悬臂梁式硅微压电传声器芯片。悬臂梁受力作用时，它比四周固支的膜而言，由于不受周界的约束，将有很大的应变，因此由衬底膜和压电薄膜构成的悬臂梁中的压电薄膜将产生较大的应变，从而能在压电薄膜的两电极间产生较高的电压，提高了硅微压电传声器的灵敏度。但是由于悬臂梁周界开槽形成的气隙狭缝，在声的作用下，将形成声漏，对于低频而言将大大降低传声器的灵敏度。为此在狭缝的上面沉积聚酰亚胺膜，由于聚酰亚胺膜质地柔软，所以对振动膜的振动影响有限，同时又能有效防止由于狭缝的存在引起的声漏，因此这种防声漏的悬臂梁结构的硅微压电传声器将具有较高的灵敏度。本发明的目的是这样实现的： 

本发明提供的软支撑悬臂梁式硅微压电传声器芯片，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，该方形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。 

所述的悬臂梁式硅微压电传声器芯片，还可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。 

所述的垂向狭缝51的宽度为0.1～200μm。 

所述的压电膜10为氧化锌压电膜、氮化铝压电膜、锆钛酸铅压电膜、钙钛矿型压电膜或有机压电膜。 

所述的压电膜层10的厚度为0.1～10μm。 

所述的聚酰亚胺膜8厚度为0.01～10μm。 

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。 

本发明提供的软支撑悬臂梁式硅微压电传声器芯片的制备方法，包括以下步骤： 

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；