[发明专利]软支撑桥式硅微压电传声器芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种软支撑桥式硅微压电传声器芯片，其特征在于，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)正面依次覆有第一氮化硅膜层(2)、二氧化硅膜层(3)、第二 氮化硅膜层(4)，所述硅基片(1)背面依次覆有第三氮化硅膜层(5)和第四氮化 硅膜层(6)；所述第三氮化硅膜层(5)和第四氮化硅膜层(6)中心设有与硅基片 (1)背面上的方孔相同尺寸的方孔；所述硅基片(1)正面方孔之上对应的第一氮 化硅膜层(2)、二氧化硅膜层(3)和第二氮化硅膜层(4)构成方形复合振动膜， 该方形复合振动膜的一对对边分别刻蚀一条贯穿所述方形复合振动膜的垂向狭缝 (41)，所述垂向狭缝(41)的垂向投影位于所述硅基片(1)正面上方孔边缘内侧；

沉积于所述方形复合振动膜上并图形化形成的下电极(8)；所述下电极(8)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(8)上并图形化形成的压电膜(9)；

沉积于所述压电膜(9)表面上的图形化的上电极(11)；

沉积于所述硅基片(1)正面上各部件之上的图形化的聚酰亚胺膜(7)；

刻蚀有垂向狭缝(41)的方形复合振动膜和聚酰亚胺膜(7)共同构成软支撑防 声漏桥式振动膜。

2.按权利要求1所述的软支撑桥式硅微压电传声器芯片，其特征在于，还包括 沉积于所述压电膜(9)与上电极(11)之间的氧化硅膜保护层(10)；所述垂向狭 缝(41)贯穿所述方形复合振动膜和所述氧化硅膜保护层(10)。

3.按权利要求1所述的软支撑桥式硅微压电传声器芯片，其特征在于，所述的 狭缝(41)的宽度为0.1～200μm。

4.按权利要求1所述的软支撑桥式硅微压电传声器芯片，其特征在于，所述压 电膜(9)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。

5.按权利要求1或4所述的软支撑桥式硅微压电传声器芯片，其特征在于，所 述的压电膜(9)的厚度为0.1～10μm。

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

7.按权利要求1所述的软支撑桥式硅微压电传声器芯片，其特征在于，所述的 第一氮化硅膜层(2)、二氧化硅膜层(3)和第二氮化硅膜层(4)的厚度均为0.1～2μm。

8.一种权利要求1所述软支撑桥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)，之后再用去离子水将硅基 片(1)冲洗干净；

2)淀积第一氮化硅膜层(2)

利用低压化学气相沉积设备在硅基片(1)正面沉积厚度为0.1～2μm的第一氮化 硅膜层(2)，在硅基片(1)背面淀积厚度为0.1～2μm的第三氮化硅掩膜层(5)；

3)淀积二氧化硅膜层(3)

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

4)淀积第二氮化硅膜层(4)和第四氮化硅掩膜层(6)

利用低压化学气相沉积设备在二氧化硅膜层(3)上淀积厚度为0.1～2μm的第二 氮化硅膜层(4)，在第三氮化硅掩膜层(5)上淀积厚度为0.1～2μm的第四氮化硅掩 膜层(6)；

5)制备下电极(8)

(a)利用真空蒸镀设备或溅射设备在第二氮化硅膜层(4)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(4)上依次制备0.01～0.1μm厚 度的Cr和Au层，形成Cr/Au下电极复合层；或者

利用真空蒸镀设备或溅射设备在第二氮化硅膜层(4)上依次制备0.01～0.1μm厚 度的Ti和Pt层，形成Ti/Pt下电极复合层；

(b)利用图形化技术对所述Al下电极层、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(8)的制备；

6)在下电极(8)表面上制备压电膜(9)

在下电极(8)的表面上涂正性光刻胶，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(9)，去除残余光刻胶，完成压电膜(9) 制备；

7)在压电膜(9)上直接制备上电极(11)；或者在压电膜(9)上先制备氧化硅 膜保护层(10)，再在该氧化硅膜保护层(10)上制备上电极(11)：

(a)所述在压电膜(9)上直接制备上电极(11)为：

在硅片正面上涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极反图形；再依次真空蒸镀或磁 控溅射0.01～0.1μm厚度的Cr层和0.05～0.5μm厚度的Au层；或利用真空蒸镀设备或 溅射设备制备0.01～1μm厚度的Al或Pt层以形成上电极金属膜层；用丙酮去光刻胶， 完成上电极(11)的制备；

(b)所述在压电膜(9)上先制备氧化硅膜保护层(10)，再在该氧化硅膜保护层 (10)上制备上电极(11)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；

在保护层表面上涂正性光刻胶，光刻曝光，形成保护层光刻图形；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，形成保护层图形；去除残余光 刻胶，完成氧化硅薄膜保护层(10)的制备；

在氧化硅膜保护层(10)表面上涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极反图形；再 依次真空蒸镀或磁控溅射0.01～0.1μm厚度的Cr层和0.05～0.5μm厚度的Au层；或利 用真空蒸镀设备或溅射设备制备0.01～1μm厚度的Al或Pt层以形成上电极金属膜层； 用丙酮去光刻胶，完成上电极(11)的制备；

8)体硅刻蚀

在硅基片(1)背面的第四氮化硅膜层(6)上涂正性光刻胶，利用双面曝光机 进行双面曝光，在硅基片(1)背面上形成体刻蚀掩膜光刻图形，并利用干法刻蚀技 术刻蚀第三氮化硅膜层(5)和第四氮化硅膜层(6)，在背面形成体刻蚀掩膜；去除 残余光刻胶，完成体刻蚀掩膜制备；

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，完全释放出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)正面方孔之上对应的第一氮化硅膜层(2)、二氧化硅膜层(3) 和第二氮化硅膜层(4)构成方形复合振动膜；

9)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(12)，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)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，则在硅基片(1)正面沉积0.01～1μm Al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；

10)利用干法刻蚀对第一氮化硅膜层(2)、第二氮化硅膜层(4)进行刻蚀，利 用湿法腐蚀对二氧化硅膜层(3)和氧化硅膜保护层(10)进行腐蚀，完成狭缝的刻 蚀；在利用湿法腐蚀腐蚀二氧化硅膜层(3)和氧化硅膜保护层(10)时，硅基片(1) 背面涂覆光刻胶，以保护背面的Al支撑层(12)；同时在狭缝刻蚀完后，腐蚀去除 正面的掩膜层，并用丙酮去除背面的光刻胶，狭缝的宽度为0.1～200μm；

11)在硅基片(1)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；

12)在硅基片(1)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，并对其进行图形化，露出上下电极的压焊触头；

13)在聚酰亚胺膜上涂光刻胶，作为释放狭缝和振动膜时正面的保护层；把硅 基片(1)放入腐蚀液，腐蚀所述Al支撑层(12)和填充狭缝的Al或ZnO层，释放 出狭缝和方形复合振动膜，用丙酮去除正面的光刻胶，完成软支撑桥式硅微压电传 声器芯片的制备。