CN105509872A - 一种mems压电矢量水听器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种MEMS压电矢量水听器及其制备方法，MEMS压电矢量水听器包括：1-3个后置放大电路、灌封结构以及1-3个压电传感芯片。1-3个后置放大电路被相互垂直放置在灌封结构，其中，每个后置放大电路上粘贴并焊接一个压电传感芯片。其中的压电传感芯片包括：质量块、压电单元和复合弹性梁；当有惯性力作用时，复合弹性梁产生形变，使与复合弹性梁相连的压电单元产生电荷。本发明采用压电复合悬臂梁和质量块结构以及相应的灌封结构来构成MEMS压电矢量水听器，制备工艺相对简单，不需要微小气隙、灵敏度高、工作稳定、噪声低。
Description
技术领域
本发明涉及传感技术领域，尤其涉及一种MEMS压电矢量水听器及其制备方法。
背景技术
MEMS矢量水听器相对于传统矢量水听器体积小，能减少对原辐射声场的影响，使检测结果更加准确。并且制造成本低，易实现低频检测。目前的MEMS矢量水听器有电容式和压阻式。这两类器件都是有源器件，需要提供电源，而使系统变得较大和复杂。压阻式虽然制备工艺较为成熟，但灵敏度较低，而且因有焦耳热，所以热噪声大和温度稳定性差。电容式虽然灵敏度较高，但由于存在微小气隙，在制备和使用过程中易发生粘连而使器件失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、灵敏度高、工作稳定、噪声低且不需要微小气隙的MEMS压电矢量水听器及其制备方法。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种MEMS压电矢量水听器，包括：1-3个后置放大电路、灌封结构以及1-3个压电传感芯片。1-3个后置放大电路被相互垂直放置在灌封结构，其中，每个后置放大电路上粘贴并焊接一个压电传感芯片。
优选地，压电传感芯片包括：质量块、压电单元和复合弹性梁；其中，当有惯性力作用时，复合弹性梁产生形变，使与复合弹性梁相连的压电单元产生电荷。
优选地，压电传感芯片包括复合层，该复合层包括绝缘氧化层、SOI硅层和SOI氧化层，复合层设有U形狭缝，被U形狭缝所包围的复合层部分为复合弹性梁。
优选地，压电传感芯片包括设有回形孔的SOI基底层，被回形孔包围的SOI基底层部分为质量块；回形孔外围的SOI基底层支撑与所述复合弹性梁相连接的复合层部分。质量块在复合弹性梁的下方，压电单元在复合弹性梁的上方；当有惯性力作用所述回形孔外围的SOI基底层与质量块相对运动，导致复合弹性梁产生形变，使与复合弹性梁相连的压电单元产生电荷。
优选地，U形狭缝的开口方向为所述压电单元所在位置；压电单元包括：下电极、压电层和上电极。
优选地，该MEMS压电矢量水听器的工作频率范围为10KHZ以下。
另一方面，本发明提供了一种MEMS压电矢量水听器的制备方法，包括如下步骤：
制备压电传感芯片；将1-3个后置放大电路上相互垂直放置在灌封结构，完成MEMS压电矢量水听器的封装，其中，每个后置放大电路粘贴并焊接一个压电传感芯片。
优选地，压电传感芯片通过以下步骤得到：
在基片上沉积绝缘氧化层，基片包括SOI硅层、SOI氧化层和SOI基底层；在绝缘氧化层上制备下电极、压电层和上电极构成压电单元；对SOI基底层释放，得到回形孔，被回形孔包围的SOI基底层为质量块；对压电层和质量块对应区域外复合层进行刻蚀，形成U形狭缝，该复合层包括绝缘氧化层、SOI硅层以及SOI氧化层，被U形狭缝包围的复合层部分为复合弹性梁。
优选地，回形孔通过以下步骤得到：
在SOI基底层背面沉积体刻蚀掩膜，对体刻蚀掩膜双面曝光图形化，以使得回形孔与压电单元位置正对；对SOI基底层进行干法或湿法释放，形成回形孔结构，回形孔所包围的SOI基底层为质量块。
优选地，U形狭缝通过以下步骤得到：
得到回形孔后，在基片背面镀一层狭缝刻蚀的支撑膜；在基片正面涂光刻胶，曝光形成图形作为狭缝刻蚀的掩膜，利用高密度电感耦合等离子体ICP刻蚀基片正面的绝缘氧化层、SOI硅层以及SOI氧化层，形成U形狭缝，U形狭缝宽度为0.1～50μm；U形狭缝位置与回形孔位置正对。
U形狭缝开口方向为压电单元所在位置。
优选地，支撑膜为Al膜，厚度为0.1～5μm；在U形狭缝刻蚀完成后，在基片正面涂光刻胶，腐蚀基片背面剩余的支撑膜、体刻蚀掩膜以及压电单元正下方的部分SOI氧化层。
优选地，压电层为氧化锌压电膜、氮化铝薄膜、锆钛酸铅压电膜、钙钛矿型压电膜或有机压电膜；压电层的厚度为0.01～60μm。
优选地，SOI基底层厚度为100～500μm；SOI氧化层厚度为0.05～5μm；SOI硅层厚度为0.5～50μm；绝缘氧化层厚度为0.01～50μm。
优选地，下电极或上电极为铝、金/铬复合层或者铂/钛复合层，铝厚度为0.01～1μm，铬层或钛层厚度为0.01～0.1μm，金层或铂层厚度为0.05～0.5μm。
优选地，体刻蚀掩膜对于湿法刻蚀为氮化硅与金/铬复合膜，对于干法刻蚀为氧化硅薄膜，氮化硅或者氧化硅薄膜厚度为0.01～10μm，金层厚度为0.05～0.5μm，铬层厚度为0.01～0.1μm。
本发明的优点在于：本发明中首次采用压电复合悬臂梁和质量块结构以及相应的灌封结构来构成MEMS压电矢量水听器。相对于目前的其它MEMS矢量水听器，本发明提供的MEMS压电矢量水听器制备工艺相对简单，不需要微小气隙，具有较高的灵敏度，且是无源器件，工作稳定、噪声低。
附图说明
为了更清楚说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的MEMS压电矢量水听器的结构示意图；
图2为压电传感芯片的SOI基片剖面图；
图3为正面沉积绝缘氧化层后芯片的剖面示意图；
图4为背面沉积体刻蚀掩膜氮化硅(氧化硅)后的芯片剖面示意图；
图5为正面沉积下电极、压电层和上电极后的芯片剖面示意图；
图6为背面体刻蚀掩膜图形化后的芯片剖面示意图；
图7为体刻蚀后的芯片剖面示意图(以湿法体刻蚀为例)；
图8为狭缝刻蚀后的芯片剖面示意图；
图9为制备完成后压电传感器芯片的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的MEMS压电矢量水听器的压电传感芯片的俯视示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明。
图1为本发明实施例提供的MEMS压电矢量水听器的结构示意图，如图1所示，该压电矢量水听器包括：1-3个后置放大电路b、灌封结构c以及1-3个压电传感芯片a。1-3个后置放大电路b被相互垂直放置在灌封结构c，其中，每个后置放大电路c上粘贴并焊接一个压电传感芯片a。
压电传感芯片a包括：质量块、压电单元和复合弹性梁；其中，当有惯性力作用时，复合弹性梁产生形变，使与复合弹性梁相连的压电单元产生电荷。
该传感芯片的工作频率范围为10KHz以下。而且，该传感芯片在500HZ以下，还可以保持较高的灵敏度，可以很好的应用。
以下结合实施例1-10以及说明书附图，具体介绍该MEMS压电矢量水听器的制备方法。
实施例1
1)清洗基片
用标准清洗方法对SOI硅片进行清洗，首先分别利用酸性清洗液和碱性清洗液进行煮沸清洗，然后用去离子水进行清洗，最后用氮气吹干。图2为芯片的基片SOI硅片剖面图，如图2所示，SOI硅片包括：SOI基底层3、SOI氧化层2和SOI硅层1。SOI基底层3厚度为500μm，SOI氧化层2厚度为0.05μm，SOI硅层1厚度为10μm。
2)沉积绝缘氧化层4
利用热氧化炉在基片表面氧化形成绝缘氧化层4，正面沉积绝缘氧化层后芯片的剖面如图3所示，其中，沉积厚度为1μm的绝缘氧化层4后，正面立刻甩光刻胶保护，用缓释氢氟酸(BHF)溶液腐蚀背面二氧化硅，去除光刻胶。
3)背面淀积体刻蚀掩膜
利用等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在硅片背面淀积7μm氧化硅薄膜5，背面沉积体刻蚀掩膜氧化硅后的芯片剖面如图4所示。
4)制备下电极6
在绝缘氧化层4表面，利用真空蒸镀设备制备下电极6，并图形化，所述下电极6为利用真空蒸镀设备制备的0.01μm厚度的铝电极。
5)制备压电膜7
在下电极6的表面上制备60μm氧化锌为压电膜7，在压电膜7的表面上涂正性光刻胶，光刻曝光，形成压电膜光刻图形，用稀磷酸腐蚀液腐蚀压电膜，形成所需图形的压电膜，去除残余光刻胶，完成图形化的压电膜7制备。
6)在压电膜7上制备上电极8
在硅基片正面上涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极反图形，再用真空蒸镀设备沉积厚度为0.01μm的Al，用丙酮去光刻胶，完成上电极8的制备。下电极6、压电层7和上电极8构成一个压电单元。
其中，正面沉积下电极、压电层和上电极后的芯片剖面示意图如图5所示。
7)SOI基底层3的释放
在背面氧化硅膜上涂正性光刻胶，利用KarlSuss双面曝光机进行双面曝光，形成体刻蚀掩膜光刻图形。利用高密度电感耦合等离子体(ICP)刻蚀氧化硅薄膜5，完成体刻蚀掩膜层的图形化。背面体刻蚀掩膜图形化后的芯片剖面如图6所示。
利用深度离子反应刻蚀技术，进行SOI基底层3的干法释放。
需要说明的是，对SOI基底层3的释放是为了形成SOI基底层的回形孔，回形孔11中间的SOI基底层3为质量块3a。体刻蚀后的芯片剖面如图7所示。
8)支撑层铝膜10的沉积
利用电子束蒸发设备在硅片背面镀厚度为1μm的Al膜，作为狭缝刻蚀的支撑层铝膜10。背面支撑铝后的芯片剖面如图8所示。
9)狭缝1a的刻蚀
在正面涂正性光刻胶，利用标准光刻技术光刻曝光，形成狭缝光刻图形，作为狭缝刻蚀的掩膜，利用ICP刻蚀正面SiO2/Si，刻蚀气体SF6，完成狭缝1a的刻蚀，狭缝宽度为30μm，去除光刻胶。其中狭缝呈U形，U形狭缝1a位置与回形孔11位置正对。U形狭缝1a开口方向为压电单元所在位置；压电单元以及U形狭缝1a在回形孔11正上方。
绝缘氧化层4、SOI硅层1和SOI氧化层2为复合弹性梁。质量块3a在复合弹性梁的下方，压电单元在复合弹性梁的上方。
在硅片正面涂正性光刻胶，利用磷酸腐蚀背面Al膜、氧化硅薄膜5以及压电单元正下方的部分SOI氧化层2。
把硅片清洗烘干，完成传感器芯片的制备。该传感芯片的工作频率范围为10KHz以下。
当有惯性力作用时，回形孔外围的SOI基底层3与质量块3a的相对运动导致复合弹性梁产生形变，使与复合弹性梁相连的压电单元产生电荷。
需要说明的是，U形狭缝的刻蚀是为了将传感芯片三面垂直面悬空，使其成为复合弹性梁。使得正常振动，传感工作。当有惯性力作用时，回形孔11外围的SOI基底层3与质量块3a的相对运动导致复合弹性梁产生形变，使与复合弹性梁相连的压电单元产生电荷。
压电传感芯片结构如图9所示，其中，传感芯片三面狭缝刻蚀，可参见图10中1a位置所示，图10为制备完成后压电传感器芯片的俯视。
10)MEMS矢量水听器的封装
把传感器芯片划片后，形成单个芯片a。图10为制备完成后压电传感器芯片的俯视示意图，即图10为单个压电传感芯片a的俯视结构示意图，其中，上下电极(8/6)各有引脚在绝缘氧化层4的正面引出，以方便连接引线。使用环氧树脂把芯片a粘到后置放大电路b上，并完成相应电焊接，把以上焊接好的1-3个MEMS压电传感器芯片a和后置放大电路b相互垂直放置在灌封材料聚氨酯灌注而成的壳体结构c中，完成MEMS矢量水听器的制备。本实施例提供的MEMS矢量水听器结构如图1所示。
需要说明的是，本实例中各步骤对应的图1-图10示意图，同样适用于以下实施例2-10。不再赘述。
实施例2
1)清洗基片
用标准清洗方法对SOI硅片进行清洗，首先分别利用酸性清洗液和碱性清洗液进行煮沸清洗，然后用去离子水进行清洗，最后用氮气吹干。SOI硅片包括：SOI基底层3厚度为300μm，SOI氧化层2厚度为0.5μm，SOI硅层1厚度为1μm，如图2所示。
2)沉积绝缘氧化层4
利用热氧化炉在基片表面氧化形成绝缘氧化层4，如图3所示，厚度为20μm，正面立刻甩光刻胶保护，用缓释氢氟酸(BHF)溶液腐蚀背面二氧化硅，去除光刻胶。
3)背面淀积体刻蚀掩膜
利用等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在硅片背面淀积0.01μm氮化硅薄膜5，如图4所示，并利用真空蒸镀设备在氮化硅薄膜上制备0.1μmCr层和0.5μmAu层构成的Au/Cr复合膜9。
4)制备下电极6
在绝缘氧化层4表面，利用真空蒸镀设备制备下电极6，并图形化，所述下电极6为利用真空蒸镀设备制备的0.5μm厚度的铝电极。
5)制备压电膜7
在所述下电极6的表面上制备45μm氧化锌；在压电膜的表面上涂正性光刻胶，光刻曝光，形成压电膜光刻图形。用稀磷酸腐蚀液腐蚀压电膜，形成所需图形的压电膜，去除残余光刻胶，完成图形化的压电膜7制备。
6)在压电膜7上制备上电极8
在硅基片正面上涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极反图形，再用真空蒸镀设备沉积厚度为0.5μm的Al，用丙酮去光刻胶，完成上电极8的制备。如图5所示。
7)SOI基底层3的释放
在背面金膜上涂正性光刻胶，利用KarlSuss双面曝光机进行双面曝光，形成体刻蚀掩膜光刻图形。分别利用Au和Cr腐蚀液对Au/Cr复合膜9进行腐蚀。腐蚀完成后，再利用缓释HF腐蚀氮化硅薄膜5，去除光刻胶，完成体刻蚀掩膜层的图形化。如图6所示。
用体刻蚀夹具将硅片密封固定，放入一定浓度的KOH溶液进行体刻蚀，溶液温度85℃进行SOI基底层3的湿法释放。如图7所示。
8)支撑层铝膜10的沉积
利用电子束蒸发设备在硅片背面镀厚度为0.1μm的Al膜，作为狭缝刻蚀的支撑层铝膜10，如图8所示。
9)狭缝1a的刻蚀
在正面涂正性光刻胶，利用标准光刻技术光刻曝光，形成狭缝光刻图形，作为狭缝刻蚀的掩膜，利用ICP刻蚀正面SiO2/Si，刻蚀气体SF6，完成U形狭缝1a的刻蚀，狭缝宽度为15μm，去除光刻胶。在硅片正面涂正性光刻胶，利用磷酸腐蚀背面Al膜、氧化硅薄膜5、Au/Cr复合膜9以及压电单元正下方的部分SOI氧化层2。
把硅片清洗烘干，完成传感器芯片的制备。如9及图10所示。该传感芯片的工作频率范围为10KHz以下。
10)MEMS矢量水听器的封装
把传感器芯片划片后，形成单个芯片a。如图10所示。使用环氧树脂把芯片a粘到后置放大电路b上，并完成相应电焊接，把以上焊接好的1-3个MEMS压电传感器芯片a和后置放大电路b相互垂直放置在灌封材料聚氨酯灌注而成的壳体结构c中，如图1所示。完成MEMS矢量水听器的制备。
实施例3
1)清洗基片
用标准清洗方法对SOI硅片进行清洗，首先分别利用酸性清洗液和碱性清洗液进行煮沸清洗，然后用去离子水进行清洗，最后用氮气吹干。SOI硅片包括：SOI基底层3厚度为400μm，SOI氧化层2厚度为1μm，SOI硅层1厚度为0.5μm，如图2所示。
2)沉积绝缘氧化层4
利用热氧化炉在基片表面氧化形成绝缘氧化层4，如图3所示，厚度为10μm，正面立刻甩光刻胶保护，用缓释氢氟酸(BHF)溶液腐蚀背面二氧化硅，去除光刻胶。
3)背面淀积体刻蚀掩膜
利用等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在硅片背面淀积1μm氧化硅薄膜5。如图4所示。
4)制备下电极6
在绝缘氧化层4表面，利用真空蒸镀设备制备下电极6，并图形化，所述下电极6为利用真空蒸镀设备制备的1μm厚度的铝电极。
5)制备压电膜7
在所述下电极6的表面上利用磁控溅射设备制备30μm氮化铝薄膜，在压电膜的表面上涂正性光刻胶，光刻曝光，形成压电膜光刻图形。用氮化铝腐蚀液腐蚀压电膜，形成所需图形的压电膜，去除残余光刻胶，完成图形化的压电膜7制备。
6)在压电膜7上制备上电极8
在硅基片正面上涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极反图形，再用真空蒸镀设备沉积厚度为1μm的Al。用丙酮去光刻胶，完成上电极8的制备。如图5所示。
7)SOI基底层3的释放
在背面氧化硅膜上涂正性光刻胶，利用KarlSuss双面曝光机进行双面曝光，形成体刻蚀掩膜光刻图形。利用高密度电感耦合等离子体(ICP)刻蚀氧化硅薄膜5，完成体刻蚀掩膜层的图形化。如图6所示。
利用深度离子反应刻蚀技术，进行SOI基底层3的干法释放。如图7所示。
8)支撑层铝膜10的沉积
利用电子束蒸发设备在硅片背面镀厚度为0.5μm的Al膜，作为狭缝刻蚀的支撑层铝膜10。如图8所示。
9)狭缝1a的刻蚀
在正面涂正性光刻胶，利用标准光刻技术光刻曝光，形成狭缝光刻图形，作为狭缝刻蚀的掩膜，利用ICP刻蚀正面SiO2/Si，刻蚀气体为SF6，完成U形狭缝1a的刻蚀，狭缝宽度为10μm，去除光刻胶。在硅片正面涂正性光刻胶，利用磷酸腐蚀背面Al膜、氧化硅薄膜5以及压电单元正下方的部分SOI氧化层2。
把硅片清洗烘干，完成传感器芯片的制备。如图9及图10所示。该传感芯片的工作频率范围为10KHz以下。
10)MEMS矢量水听器的封装
把传感器芯片划片后，形成单个芯片a。如图10所示。使用环氧树脂把芯片a粘到后置放大电路b上，并完成相应电焊接，把以上焊接好的1-3个MEMS压电传感器芯片a和后置放大电路b相互垂直放置在灌封材料聚氨酯灌注而成的壳体结构c中，如图1所示。完成MEMS矢量水听器的制备。
实施例4
1)清洗基片
用标准清洗方法对SOI硅片进行清洗，首先分别利用酸性清洗液和碱性清洗液进行煮沸清洗，然后用去离子水进行清洗，最后用氮气吹干。SOI硅片包括：SOI基底层3厚度为300μm，SOI氧化层2厚度为4μm，SOI硅层1厚度为50μm，如图2所示。
2)沉积绝缘氧化层4
利用热氧化炉在基片表面氧化形成绝缘氧化层4，如图3所示，厚度为0.01μm，正面立刻甩光刻胶保护，用缓释氢氟酸(BHF)溶液腐蚀背面二氧化硅，去除光刻胶。
3)背面淀积体刻蚀掩膜
利用等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在硅片背面淀积5μm氮化硅薄膜5，如图4所示，并利用真空蒸镀设备在氮化硅薄膜上制备0.01μmCr层和0.1μmAu层构成的Au/Cr复合膜9。
4)制备下电极6
在绝缘氧化层4表面，利用真空蒸镀设备制备下电极6，并图形化。所述下电极6为利用真空蒸镀设备沉积厚度为0.08μm钛和厚度为0.4μm铂的复合金属膜。
5)制备压电膜7
在所述下电极6的表面上利用0-3法制备15μm锆钛酸铅(PZT)薄膜，在压电膜的表面上涂正性光刻胶，光刻曝光，形成压电膜光刻图形。用PZT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，完成图形化的压电膜7制备。
需要说明的是，“0-3法”为一种改进的溶胶-凝胶法，使用0-3法可以制备厚度相对较高的薄膜。
6)在压电膜7上制备上电极8。
在硅基片正面上涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极反图形，再用真空蒸镀设备沉积厚度为0.01μmCr层和0.05μmAu层构成的Au/Cr复合膜，用丙酮去光刻胶，完成上电极8的制备。如图5所示。
7)SOI基底层3的释放
在背面金膜上涂正性光刻胶，利用KarlSuss双面曝光机进行双面曝光，形成体刻蚀掩膜光刻图形。分别利用Au和Cr腐蚀液对Au/Cr复合膜9进行腐蚀。腐蚀完成后，再利用缓释HF腐蚀氮化硅薄膜5，去除光刻胶，完成体刻蚀掩膜层的图形化。如图6所示。
用体刻蚀夹具将硅片密封固定，放入一定浓度的KOH溶液进行体刻蚀，溶液温度85℃进行SOI基底层3的湿法释放。如图7所示。
8)支撑层铝膜10的沉积
利用电子束蒸发设备在硅片背面镀厚度为2μm的Al膜，作为狭缝刻蚀的支撑层铝膜10。如图8所示。
9)狭缝1a的刻蚀
在正面涂正性光刻胶，利用标准光刻技术光刻曝光，形成狭缝光刻图形，作为狭缝刻蚀的掩膜，利用ICP刻蚀正面SiO2/Si，刻蚀气体SF6，完成U形狭缝1a的刻蚀，狭缝宽度为20μm，去除光刻胶。在硅片正面涂正性光刻胶，利用磷酸腐蚀背面Al膜、氧化硅薄膜5、Au/Cr复合膜9以及压电单元正下方的部分SOI氧化层2。
把硅片清洗烘干，完成传感器芯片的制备。如图9及图10所示。该传感芯片的工作频率范围为10KHz以下。
10)MEMS矢量水听器的封装
把传感器芯片划片后，形成单个芯片a。如图10所示。使用环氧树脂把芯片a粘到后置放大电路b上，并完成相应电焊接，把以上焊接好的1-3个MEMS压电传感器芯片a和后置放大电路b相互垂直放置在灌封材料聚氨酯灌注而成的壳体结构c中，如图1所示。完成MEMS矢量水听器的制备。
实施例5
1)清洗基片
用标准清洗方法对SOI硅片进行清洗，首先分别利用酸性清洗液和碱性清洗液进行煮沸清洗，然后用去离子水进行清洗，最后用氮气吹干。SOI硅片包括：SOI基底层3厚度为300μm，SOI氧化层2厚度为0.5μm，SOI硅层1厚度为20μm。如图2所示。
2)沉积绝缘氧化层4
利用热氧化炉在基片表面氧化形成绝缘氧化层4，如图3所示。厚度为0.5μm，正面立刻甩光刻胶保护，用缓释氢氟酸(BHF)溶液腐蚀背面二氧化硅，去除光刻胶。
3)背面淀积体刻蚀掩膜
利用等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在硅片背面淀积10μm氧化硅薄膜5。如图4所示。
4)制备下电极6
在绝缘氧化层4表面，利用真空蒸镀设备制备下电极6，并图形化。所述下电极6为利用真空蒸镀设备制备的0.2μm厚度的铝电极。
5)制备压电膜7
在所述下电极6的表面上利用磁控溅射设备制备10μm氮化铝薄膜，在压电膜的表面上涂正性光刻胶，光刻曝光，形成压电膜光刻图形。用氮化铝腐蚀液腐蚀压电膜，形成所需图形的压电膜，去除残余光刻胶，完成图形化的压电膜7制备。
6)在压电膜7上制备上电极8
在硅基片正面上涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极反图形，再用真空蒸镀设备沉积厚度为0.2μm的Al，用丙酮去光刻胶，完成上电极8的制备。如图5所示。
7)SOI基底层3的释放
在背面氧化硅膜上涂正性光刻胶，利用KarlSuss双面曝光机进行双面曝光，形成体刻蚀掩膜光刻图形。利用高密度电感耦合等离子体(ICP)刻蚀氧化硅薄膜5，完成体刻蚀掩膜层的图形化。如图6所示。
利用深度离子反应刻蚀技术，进行SOI基底层3的干法释放。如图7所示。
8)支撑层铝膜10的沉积
利用电子束蒸发设备在硅片背面镀厚度为5μm的Al膜，作为狭缝刻蚀的支撑层铝膜10。如图8所示。
9)狭缝1a的刻蚀
在正面涂正性光刻胶，利用标准光刻技术光刻曝光，形成狭缝光刻图形，作为狭缝刻蚀的掩膜，利用ICP刻蚀正面SiO2/Si，刻蚀气体SF6，完成U形狭缝1a的刻蚀，狭缝宽度为50μm，去除光刻胶。在硅片正面涂正性光刻胶，利用磷酸腐蚀背面Al膜、氧化硅薄膜5以及压电单元正下方的部分SOI氧化层2。
把硅片清洗烘干，完成传感器芯片的制备。如图9及图10所示。该传感芯片的工作频率范围为10KHz以下。
10)MEMS矢量水听器的封装
把传感器芯片划片后，形成单个芯片a。如图10所示。使用环氧树脂把芯片a粘到后置放大电路b上，并完成相应电焊接，把以上焊接好的1-3个MEMS压电传感器芯片a和后置放大电路b相互垂直放置在灌封材料聚氨酯灌注而成的壳体结构c中，如图1所示。完成MEMS矢量水听器的制备。
实施例6
1)清洗基片
用标准清洗方法对SOI硅片进行清洗，首先分别利用酸性清洗液和碱性清洗液进行煮沸清洗，然后用去离子水进行清洗，最后用氮气吹干。SOI硅片包括：SOI基底层3厚度为300μm，SOI氧化层2厚度为2μm，SOI硅层1厚度为5μm。如图2所示。
2)沉积绝缘氧化层4
利用热氧化炉在基片表面氧化形成绝缘氧化层4，厚度为0.3μm，正面立刻甩光刻胶保护，用缓释氢氟酸(BHF)溶液腐蚀背面二氧化硅，去除光刻胶。如图3所示。
3)背面淀积体刻蚀掩膜
利用等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在硅片背面淀积4μm氮化硅薄膜5，如图4所示，并利用真空蒸镀设备在氮化硅薄膜上制备0.01μmCr层和0.05μmAu层构成的Au/Cr复合膜9。
4)制备下电极6
在绝缘氧化层4表面，利用真空蒸镀设备制备下电极6，并图形化；所述下电极6为利用真空蒸镀设备沉积厚度为0.05μm钛和厚度为0.2μm的铂复合金属膜。
5)制备压电膜7
在所述下电极6的表面上利用溶胶-凝胶法制备5μm锆钛酸铅(PZT)薄膜，在压电膜的表面上涂正性光刻胶，光刻曝光，形成压电膜光刻图形。用PZT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，完成图形化的压电膜7制备。
6)在压电膜7上制备上电极8；
在硅基片正面上涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极反图形，再用真空蒸镀设备沉积厚度为0.04μmCr层和0.1μmAu层构成的Au/Cr复合膜，用丙酮去光刻胶，完成上电极8的制备。如图5所示。
7)SOI基底层3的释放
在背面金膜上涂正性光刻胶，利用KarlSuss双面曝光机进行双面曝光，形成体刻蚀掩膜光刻图形。分别利用Au和Cr腐蚀液对Au/Cr复合膜9进行腐蚀。腐蚀完成后，再利用缓释HF腐蚀氮化硅薄膜5，去除光刻胶，完成体刻蚀掩膜层的图形化。如图6所示。
用体刻蚀夹具将硅片密封固定，放入一定浓度的KOH溶液进行体刻蚀，溶液温度85℃进行SOI基底层3的湿法释放。如图7所示。
8)支撑层铝膜10的沉积
利用电子束蒸发设备在硅片背面镀厚度为0.5μm的Al膜，作为狭缝刻蚀的支撑层铝膜10。如图8所示。
9)狭缝1a的刻蚀
在正面涂正性光刻胶，利用标准光刻技术光刻曝光，形成狭缝光刻图形，作为狭缝刻蚀的掩膜，利用ICP刻蚀正面SiO2/Si，刻蚀气体SF6，完成U形狭缝1a的刻蚀，狭缝宽度为1μm，去除光刻胶。在硅片正面涂正性光刻胶，利用磷酸腐蚀背面Al膜、氧化硅薄膜5、Au/Cr复合膜9以及压电单元正下方的部分SOI氧化层2。
把硅片清洗烘干，完成传感器芯片的制备。如图9及图10所示。该传感芯片的工作频率范围为10KHz以下。
10)MEMS矢量水听器的封装
把传感器芯片划片后，形成单个芯片a。如图10所示。使用环氧树脂把芯片a粘到后置放大电路b上，并完成相应电焊接，把以上焊接好的1-3个MEMS压电传感器芯片a和后置放大电路b相互垂直放置在灌封材料聚氨酯灌注而成的壳体结构c中，如图1所示。完成MEMS矢量水听器的制备。
实施例7
1)清洗基片
用标准清洗方法对SOI硅片进行清洗，首先分别利用酸性清洗液和碱性清洗液进行煮沸清洗，然后用去离子水进行清洗，最后用氮气吹干。SOI硅片包括：SOI基底层3厚度为300μm，SOI氧化层2厚度为1μm，SOI硅层1厚度为15μm，如图2所示。
2)沉积绝缘氧化层4
利用热氧化炉在基片表面氧化形成绝缘氧化层4，厚度为30μm，正面立刻甩光刻胶保护，用缓释氢氟酸(BHF)溶液腐蚀背面二氧化硅，去除光刻胶。如图3所示。
3)背面淀积体刻蚀掩膜
利用等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在硅片背面淀积2μm氧化硅薄膜5。如图4所示。
4)制备下电极6
在绝缘氧化层4表面，利用真空蒸镀设备制备下电极6，并图形化，所述下电极6为利用真空蒸镀设备沉积的0.03μmCr层和0.3μmAu层构成的Au/Cr复合膜。
5)制备压电膜7
在所述下电极6的表面上制备0.01μm氧化锌，在压电膜的表面上涂正性光刻胶，光刻曝光，形成压电膜光刻图形。用稀磷酸腐蚀液腐蚀压电膜，形成所需图形的压电膜，去除残余光刻胶，完成图形化的压电膜7制备。
6)在压电膜7上制备上电极8
在硅基片正面上涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极反图形，再用真空蒸镀设备沉积的0.03μmCr层和0.3μmAu层构成的Au/Cr复合膜，用丙酮去光刻胶，完成上电极8的制备。如图5所示。
7)SOI基底层3的释放
在背面氧化硅膜上涂正性光刻胶，利用KarlSuss双面曝光机进行双面曝光，形成体刻蚀掩膜光刻图形。利用高密度电感耦合等离子体(ICP)刻蚀氧化硅薄膜5，完成体刻蚀掩膜层的图形化。如图6所示。
利用深度离子反应刻蚀技术，进行SOI基底层3的干法释放。如图7所示。
8)支撑层铝膜10的沉积
利用电子束蒸发设备在硅片背面镀厚度为4μm的Al膜，作为狭缝刻蚀的支撑层铝膜10。如图8所示。
9)狭缝1a的刻蚀
在正面涂正性光刻胶，利用标准光刻技术光刻曝光，形成狭缝光刻图形，作为狭缝刻蚀的掩膜，利用ICP刻蚀正面SiO2/Si，刻蚀气体SF6，完成U形狭缝1a的刻蚀，狭缝宽度为30μm，去除光刻胶。在硅片正面涂正性光刻胶，利用磷酸腐蚀背面Al膜、氧化硅薄膜5以及压电单元正下方的部分SOI氧化层2。
把硅片清洗烘干，完成传感器芯片的制备。如图9及图10所示。该传感芯片的工作频率范围为10KHz以下。
10)MEMS矢量水听器的封装
把传感器芯片划片后，形成单个芯片a。如图10所示。使用环氧树脂把芯片a粘到后置放大电路b上，并完成相应电焊接，把以上焊接好的1-3个MEMS压电传感器芯片a和后置放大电路b相互垂直放置在灌封材料聚氨酯灌注而成的壳体结构c中，如图1所示。完成MEMS矢量水听器的制备。
实施例8
1)清洗基片
用标准清洗方法对SOI硅片进行清洗，首先分别利用酸性清洗液和碱性清洗液进行煮沸清洗，然后用去离子水进行清洗，最后用氮气吹干。SOI硅片包括：SOI基底层3厚度为200μm，SOI氧化层2厚度为0.3μm，SOI硅层1厚度为30μm。如图2所示。
2)沉积绝缘氧化层4
利用热氧化炉在基片表面氧化形成绝缘氧化层4，厚度为0.5μm，正面立刻甩光刻胶保护，用缓释氢氟酸(BHF)溶液腐蚀背面二氧化硅，去除光刻胶。如图3所示。
3)背面淀积体刻蚀掩膜
利用等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在硅片背面淀积6μm氮化硅薄膜5，如图4所示，并利用真空蒸镀设备在氮化硅薄膜上制备0.06μmCr层和0.3μmAu层构成的Au/Cr复合膜9。
4)制备下电极6
在绝缘氧化层4表面，利用真空蒸镀设备制备下电极6，并图形化，所述下电极6为利用真空蒸镀设备沉积的0.1μmCr层和0.5μmAu层构成的Au/Cr复合膜。
5)制备压电膜7
在所述下电极6的表面上制备35μm钙钛矿型压电膜，在压电膜的表面上涂正性光刻胶，光刻曝光，形成压电膜光刻图形，用稀磷酸腐蚀液腐蚀压电膜，形成所需图形的压电膜，去除残余光刻胶，完成图形化的压电膜7制备。
6)在压电膜7上制备上电极8
在硅基片正面上涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极反图形，再用真空蒸镀设备沉积0.1μmCr层和0.5μmAu层构成的Au/Cr复合膜，用丙酮去光刻胶，完成上电极8的制备。如图5所示。
7)SOI基底层3的释放
在背面金膜上涂正性光刻胶，利用KarlSuss双面曝光机进行双面曝光，形成体刻蚀掩膜光刻图形。分别利用Au和Cr腐蚀液对Au/Cr复合膜9进行腐蚀。腐蚀完成后，再利用缓释HF腐蚀氮化硅薄膜5，去除光刻胶，完成体刻蚀掩膜层的图形化。如图6所示。
用体刻蚀夹具将硅片密封固定，放入一定浓度的KOH溶液进行体刻蚀，溶液温度85℃进行SOI基底层3的湿法释放。如图7所示。
8)支撑层铝膜10的沉积
利用电子束蒸发设备在硅片背面镀厚度为1μm的Al膜，作为狭缝刻蚀的支撑层铝膜10。如图8所示。
9)狭缝1a的刻蚀
在正面涂正性光刻胶，利用标准光刻技术光刻曝光，形成狭缝光刻图形，作为狭缝刻蚀的掩膜，利用ICP刻蚀正面SiO2/Si，刻蚀气体SF6，完成U形狭缝1a的刻蚀，狭缝宽度为0.1μm，去除光刻胶。在硅片正面涂正性光刻胶，利用磷酸腐蚀背面Al膜、氧化硅薄膜5、Au/Cr复合膜9以及压电单元正下方的部分SOI氧化层2。
把硅片清洗烘干，完成传感器芯片的制备。如图9及图10所示。该传感芯片的工作频率范围为10KHz以下。
10)MEMS矢量水听器的封装
把传感器芯片划片后，形成单个芯片a。如图10所示。使用环氧树脂把芯片a粘到后置放大电路b上，并完成相应电焊接，把以上焊接好的1-3个MEMS压电传感器芯片a和后置放大电路b相互垂直放置在灌封材料聚氨酯灌注而成的壳体结构c中，如图1所示。完成MEMS矢量水听器的制备。
实施例9
1)清洗基片
用标准清洗方法对SOI硅片进行清洗，首先分别利用酸性清洗液和碱性清洗液进行煮沸清洗，然后用去离子水进行清洗，最后用氮气吹干。SOI硅片包括：SOI基底层3厚度为300μm，SOI氧化层2厚度为3μm，SOI硅层1厚度为40μm。如图2所示。
2)沉积绝缘氧化层4
利用热氧化炉在基片表面氧化形成绝缘氧化层4，厚度为40μm，正面立刻甩光刻胶保护，用缓释氢氟酸(BHF)溶液腐蚀背面二氧化硅，去除光刻胶。如图3所示。
3)背面淀积体刻蚀掩膜
利用等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在硅片背面淀积1μm氧化硅薄膜5。如图4所示。
4)制备下电极6
在绝缘氧化层4表面，利用真空蒸镀设备制备下电极6，并图形化，所述下电极6为利用真空蒸镀设备制备的0.2μm厚度的铝电极。
5)制备压电膜7
在所述下电极6的表面上制备50μm氧化锌，在压电膜的表面上涂正性光刻胶，光刻曝光，形成压电膜光刻图形。用稀磷酸腐蚀液腐蚀压电膜，形成所需图形的压电膜，去除残余光刻胶，完成图形化的压电膜7制备。
6)在压电膜7上制备上电极8
在硅基片正面上涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极反图形，再用真空蒸镀设备沉积厚度为0.2μm的Al，用丙酮去光刻胶，完成上电极8的制备。如图5所示。
7)SOI基底层3的释放
在背面氧化硅膜上涂正性光刻胶，利用KarlSuss双面曝光机进行双面曝光，形成体刻蚀掩膜光刻图形。利用高密度电感耦合等离子体(ICP)刻蚀氧化硅薄膜5，完成体刻蚀掩膜层的图形化。如图6所示。
利用深度离子反应刻蚀技术，进行SOI基底层3的干法释放。如图7所示。
8)支撑层铝膜10的沉积
利用电子束蒸发设备在硅片背面镀厚度为3μm的Al膜，作为狭缝刻蚀的支撑层铝膜10。如图7所示。
9)狭缝1a的刻蚀
在正面涂正性光刻胶，利用标准光刻技术光刻曝光，形成狭缝光刻图形，作为狭缝刻蚀的掩膜，利用ICP刻蚀正面SiO2/Si，刻蚀气体SF6，完成U形狭缝1a的刻蚀，狭缝宽度为40μm，去除光刻胶。在硅片正面涂正性光刻胶，利用磷酸腐蚀背面Al膜、氧化硅薄膜5以及压电单元正下方的部分SOI氧化层2。
把硅片清洗烘干，完成传感器芯片的制备。如图9及图10所示。该传感芯片的工作频率范围为10KHz以下。
10)MEMS矢量水听器的封装
把传感器芯片划片后，形成单个芯片a。如图10所示。使用环氧树脂把芯片a粘到后置放大电路b上，并完成相应电焊接，把以上焊接好的1-3个MEMS压电传感器芯片a和后置放大电路b相互垂直放置在灌封材料聚氨酯灌注而成的壳体结构c中，如图1所示。完成MEMS矢量水听器的制备。
实施例10
1)清洗基片
用标准清洗方法对SOI硅片进行清洗，首先分别利用酸性清洗液和碱性清洗液进行煮沸清洗，然后用去离子水进行清洗，最后用氮气吹干。SOI硅片包括：SOI基底层3厚度为100μm，SOI氧化层2厚度为5μm，SOI硅层1厚度为50μm。如图2所示。
2)沉积绝缘氧化层4
利用热氧化炉在基片表面氧化形成绝缘氧化层4，如图3所示。厚度为50μm，正面立刻甩光刻胶保护，用缓释氢氟酸(BHF)溶液腐蚀背面二氧化硅，去除光刻胶。
3)背面淀积体刻蚀掩膜
利用等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在硅片背面淀积0.5μm氮化硅薄膜5，如图4所示，并利用真空蒸镀设备在氮化硅薄膜上制备0.04μmCr层和0.1μmAu层构成的Au/Cr复合膜9。
4)制备下电极6
在绝缘氧化层4表面，利用真空蒸镀设备制备下电极6，并图形化，所述下电极6为利用真空蒸镀设备制备0.2μm厚度的铝电极。
5)制备压电膜7
在所述下电极6的表面上制备25μm有机压电膜，在压电膜的表面上涂正性光刻胶，光刻曝光，形成压电膜光刻图形，用稀磷酸腐蚀液腐蚀压电膜，形成所需图形的压电膜，去除残余光刻胶，完成图形化的压电膜7制备。
6)在压电膜7上制备上电极8
在硅基片正面上涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极反图形，再用真空蒸镀设备沉积厚度为0.2μm的Al，用丙酮去光刻胶，完成上电极8的制备。如图5所示。
7)SOI基底层3的释放
在背面金膜上涂正性光刻胶，利用KarlSuss双面曝光机进行双面曝光，形成体刻蚀掩膜光刻图形。分别利用Au和Cr腐蚀液对Au/Cr复合膜9进行腐蚀。腐蚀完成后，再利用缓释HF腐蚀氮化硅薄膜5，去除光刻胶，完成体刻蚀掩膜层的图形化。如图6所示。
用体刻蚀夹具将硅片密封固定，放入一定浓度的KOH溶液进行体刻蚀，溶液温度85℃进行SOI基底层3的湿法释放。如图7所示。
8)支撑层铝膜10的沉积
利用电子束蒸发设备在硅片背面镀厚度为0.5μm的Al膜，作为狭缝刻蚀的支撑层铝膜10。如图8所示。
9)狭缝1a的刻蚀
在正面涂正性光刻胶，利用标准光刻技术光刻曝光，形成狭缝光刻图形，作为狭缝刻蚀的掩膜，利用ICP刻蚀正面SiO2/Si，刻蚀气体SF6，完成U形狭缝1a的刻蚀，狭缝宽度为20μm，去除光刻胶。在硅片正面涂正性光刻胶，利用磷酸腐蚀背面Al膜、氧化硅薄膜5、Au/Cr复合膜9以及压电单元正下方的部分SOI氧化层2。
把硅片清洗烘干，完成传感器芯片的制备。如图9及图10所示。该传感芯片的工作频率范围为10KHz以下。
10)MEMS矢量水听器的封装
把传感器芯片划片后，形成单个芯片a。如图10所示。使用环氧树脂把芯片a粘到后置放大电路b上，并完成相应电焊接，把以上焊接好的1-3个MEMS压电传感器芯片a和后置放大电路b相互垂直放置在灌封材料聚氨酯灌注而成的壳体结构c中，如图1所示。完成MEMS矢量水听器的制备。
需要说明的是，本发明实施例所用的压电层材料氧化锌压电膜、氮化铝薄膜、锆钛酸铅压电膜、钙钛矿型压电膜或有机压电膜在各实施例中，是可以互换的。
本发明实施例提供的一种MEMS压电矢量水听器，首先，在SOI基片正面形成硅层和热氧层所构成的复合振动膜，然后在复合振动膜之上先后淀积金属下电极、压电层以及上电极；在基片的反面沉积氮化硅和Au/Cr复合金属膜来构成湿法体硅刻蚀的掩膜(对于干法体刻蚀，掩膜为氧化硅)；对硅基片背面的体刻蚀掩膜层光刻、刻蚀，形成体刻蚀所需的掩膜图形；体刻蚀，释放出复合振动膜，并在硅基片的背面沉积Al层，作为正面狭缝刻蚀时，对振动膜的支撑层；通过干法刻蚀技术在复合振动膜的上刻蚀出U形狭缝，使方形振动膜变成悬臂梁振动膜；腐蚀背面的Al层支撑层，完成传感芯片的制备。
将制备好的压电传感芯片粘接到后置放大电路板上，并完成相应电连接，把以上焊接好的1-3个压电传感芯片和后置放大电路相互垂直放置在灌封材料灌注的壳体中，完成MEMS压电矢量水听器的封装。采用本发明实施例的方法制备的MEMS压电矢量水听器结构，相对于MEMS压阻式可以明显提高灵敏度，并且制备工艺相对简单，同时，不需要MEMS电容式矢量水听器中的微小气隙，工作时不需要偏置电压，且是一种无源器件，因而噪声很低。
本发明实施例提供的压电传感器芯片是由质量块和由压电层和硅基底层形成的复合弹性悬臂梁构成。在MEMS矢量水听器中，当有惯性力作用时，压电复合弹性梁产生形变，使其压电薄膜表面产生电荷，经放大电路放大后，获取电压信号，可以实现对水中矢量信息的电气测量。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种MEMS压电矢量水听器，其特征在于，包括：1-3个后置放大电路(b)、灌封结构(c)以及1-3个压电传感芯片(a)；
所述1-3后置放大电路(b)被相互垂直放置在灌封结构(c)，其中，每个后置放大电路(b)上粘贴并焊接一个压电传感芯片(a)。
2.根据权利要求1所述的矢量水听器，其特征在于，所述压电传感芯片(a)包括：质量块(3a)、压电单元和复合弹性梁；其中，当有惯性力作用时，所述复合弹性梁产生形变，使与复合弹性梁相连的压电单元产生电荷。
3.根据权利要求2所述的矢量水听器，其特征在于，所述压电传感芯片(a)包括：复合层，该复合层包括绝缘氧化层(4)、SOI硅层(1)和SOI氧化层(2)，所述复合层设有U形狭缝(1a)，被所述U形狭缝(1a)所包围的复合层部分为复合弹性梁。
4.根据权利要求3所述的矢量水听器，其特征在于，所述压电传感芯片(a)包括设有回形孔(11)的SOI基底层(3)，被所述回形孔(11)包围的SOI基底层(3)部分为质量块(3a)；
所述回形孔(11)外围的SOI基底层(3)支撑与所述复合弹性梁相连接的复合层部分；
所述质量块(3a)在复合弹性梁的下方，所述压电单元在复合弹性梁的上方；当有惯性力作用时，所述回形孔(11)外围的SOI基底层(3)与质量块(3a)相对运动，导致复合弹性梁产生形变，使与复合弹性梁相连的压电单元产生电荷。
5.根据权利要求2所述的矢量水听器，其特征在于，所述U形狭缝(1a)的开口方向为所述压电单元所在位置；所述压电单元包括：下电极(6)、压电层(7)和上电极(8)。
6.根据权利要求1所述的矢量水听器，其特征在于，所述矢量水听器的工作频率范围为10KHZ以下。
7.一种MEMS压电矢量水听器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备压电传感芯片(a)；
将1-3个后置放大电路(b)上相互垂直放置在灌封结构(c)，完成MEMS压电矢量水听器的封装，其中，每个后置放大电路(b)粘贴并焊接一个压电传感芯片(a)。
8.根据权利要求7所述的MEMS压电矢量水听器的制备方法，其特征在于，所述压电传感芯片(a)通过以下步骤得到：
在基片上沉积绝缘氧化层(4)，所述基片包括SOI硅层(1)、SOI氧化层(2)和SOI基底层(3)；
在所述绝缘氧化层(4)上制备下电极(6)、压电层(7)和上电极(8)构成压电单元；
对所述SOI基底层(3)释放，得到回形孔(11)，被所述回形孔(11)包围的SOI基底层(3)部分为质量块(3a)；
对压电层(7)和质量块(3a)对应区域外的复合层进行刻蚀，形成U形狭缝(1a)，该复合层包括绝缘氧化层(4)、SOI硅层(1)以及SOI氧化层(2)，被所述U形狭缝(1a)包围的复合层部分为复合弹性梁。
9.根据权利要求8所述的MEMS压电矢量水听器的制备方法，其特征在于，所述回形孔(11)通过以下步骤得到：
在所述SOI基底层(3)背面沉积体刻蚀掩膜，对所述体刻蚀掩膜双面曝光图形化，以使得所述回形孔(11)与压电单元位置正对；
对所述SOI基底层(3)进行干法或湿法释放，形成回形孔(11)结构，所述回形孔(11)所包围的SOI基底层(3)为质量块(3a)。
10.根据权利要求8所述的MEMS压电矢量水听器的制备方法，其特征在于，所述U形狭缝(1a)通过以下步骤得到：
得到所述回形孔(11)后，在所述基片背面镀一层狭缝刻蚀的支撑膜(10)；
在所述基片正面涂光刻胶，曝光形成图形作为狭缝刻蚀的掩膜，利用高密度电感耦合等离子体ICP刻蚀所述基片正面的复合层，形成U形狭缝(1a)，所述U形狭缝(1a)宽度为0.1～50μm；所述U形狭缝(1a)位置与所述回形孔(11)位置正对；
所述U形狭缝(1a)开口方向为所述压电单元所在位置。
11.根据权利要求10所述的MEMS压电矢量水听器的制备方法，其特征在于，所述支撑膜(10)为Al膜，厚度为0.1～5μm；
在所述U形狭缝(1a)刻蚀完成后，在所述基片正面涂光刻胶，腐蚀所述基片背面剩余的支撑膜(10)、体刻蚀掩膜以及压电单元正下方的部分SOI氧化层(2)。
12.根据权利要求8所述的MEMS压电矢量水听器的制备方法，其特征在于，所述压电层(7)为氧化锌压电膜、氮化铝薄膜、锆钛酸铅压电膜、钙钛矿型压电膜或有机压电膜；所述压电层(7)的厚度为0.01～60μm。
13.根据权利要求8所述的MEMS压电矢量水听器的制备方法，其特征在于，所述SOI基底层(3)厚度为100～500μm；所述SOI氧化层(2)厚度为0.05～5μm；所述SOI硅层(1)厚度为0.5～50μm；所述绝缘氧化层(4)厚度为0.01～50μm。
14.根据权利要求8所述的MEMS压电矢量水听器的制备方法，其特征在于，所述下电极(6)或上电极(8)为铝、金/铬复合层或者铂/钛复合层，所述铝厚度为0.01～1μm，所述铬层或钛层厚度为0.01～0.1μm，所述金层或铂层厚度为0.05～0.5μm。
15.根据权利要求9所述的MEMS压电矢量水听器的制备方法，其特征在于，所述体刻蚀掩膜对于湿法刻蚀为氮化硅(5)与金/铬复合膜(9)，对于干法刻蚀为氧化硅薄膜(5)，所述氮化硅或者氧化硅薄膜(5)厚度为0.01～10μm，所述金层厚度为0.05～0.5μm，所述铬层厚度为0.01～0.1μm。
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