CN108447979A - 压电薄膜传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种压电薄膜传感器及其制备方法。所述压电薄膜传感器的制备方法包括提供一种压电薄膜层状结构。所述压电薄膜层状结构包括基底、第一绝缘层、压电薄膜器件和第二绝缘层。利用干法刻蚀将所述第二绝缘层与所述压电薄膜器件相对的部分去除，并漏出部分所述第二表面。对于所述第二表面漏出的部分进行刻蚀，刻蚀深度等于所述基底的厚度。
Description
技术领域
本申请涉及微机电系统领域，特别是涉及压电薄膜传感器及其制备方法。
背景技术
压电薄膜传感器是在MEMS领域发展较为迅速的一个分支。压电原理是实现位传感器的另一种新途径。通过压电效应，应力、加速度等待感知量可以在压电薄膜上输出电压，而逆压电效应使微传感器可以通过施加外加电压驱动微结构产生位移。事实上，利用压电薄膜材料制成的微传感器与现有的硅基材料微传感器相比具有无可比拟的优势。是微传感器研究发展的新领域。
基于压电效应的传感器是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和质量较轻等优点。
目前，全球有很多科研机构有对压电薄膜传感器技术的研究，在理论分析方面都取得了一定的成果。但真正可以应用到实际的压电薄膜传感器却很少。原因主要是在用体硅工艺做压电薄膜传感器时需要腐蚀释放背面的硅衬底，这个过程难以控制，易发生微结构与衬底粘连的现象。为此需要一种新型的压电薄膜传感器制造的方法，以避免微结构与衬底粘连，从而提高压电薄膜传感器的成品率和灵敏度。
发明内容
基于此，有必要针对微结构与衬底粘连，提高压电薄膜传感器的成品率和灵敏度的问题，提供一种压电薄膜传感器及其制备方法。
本申请提供一种压电薄膜传感器的制备方法，所述方法包括：
S100，提供一种压电薄膜层状结构，所述压电薄膜层状结构包括：
基底，所述基底包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
第一绝缘层，设置于所述第一表面；
压电薄膜器件，设置于所述第一绝缘层远离所述基底的表面；以及
第二绝缘层，设置于所述第二表面；
S200，利用干法刻蚀将所述第二绝缘层与所述压电薄膜器件相对的部分去除，并漏出部分所述第二表面；以及
S300，刻蚀所述第二表面漏出的部分，刻蚀深度等于所述基底的厚度。
在其中一个实施例中，所述S100中，所述压电薄膜层状结构的制备方法包括：
S110，提供一基底，所述基底具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
S120，在所述第一表面沉积形成第一绝缘层，并在所述第二表面沉积形成第二绝缘层；以及
S130，在所述第一绝缘层远离所述基底的表面，形成多个间隔设置的压电薄膜器件。
在其中一个实施例中，所述S130包括：
S131，在所述第一绝缘层远离所述基底的表面涂覆光刻胶，对所述光刻胶进行光刻，然后沉积第一电极层；
S132，对所述第一电极层光刻、剥离，在所述第一绝缘层远离所述基底的表面形成多个间隔设置的第一电极；
S133，在所述第一电极远离所述第一绝缘层的表面以及所述第一绝缘层未被所述第一电极覆盖的表面旋涂压电薄膜层，在所述压电薄膜层表面涂覆光刻胶，并对所述光刻胶进行光刻；
S134，对所述压电薄膜层进行热处理；
S135，对所述压电薄膜层进行湿法腐蚀，去除位于所述第一绝缘层未被所述第一电极覆盖的表面的所述压电薄膜层；
S136，在未被所述第一电极覆盖的所述第一绝缘层的表面涂覆光刻胶，然后在所述压电薄膜层远离所述第一电极的表面沉积第二电极层；以及
S137，对所述第二电极层进行光刻、剥离，去除位于所述第一绝缘层未被所述第一电极覆盖的第二电极层，从而在每个所述压电薄膜层远离所述第一电极的表面形成第二电极。
在其中一个实施例中，在所述S134中，所述热处理过程为：首先加热至145℃-155℃保持2min，加热至340℃-360℃保持2min，加热至630℃-670℃保持5min。
在其中一个实施例中，所述第一电极以及所述第二电极为Pt电极，所述Pt电极的厚度为90nm-110nm。
在其中一个实施例中，所述S134中，所述湿法腐蚀采用的腐蚀液为4.5％HNO3/4.55％BOE/90.95％H2O。
在其中一个实施例中，所述S132以及S137中，所述剥离工艺中采用的剥离液为AZ400T。
在其中一个实施例中，所述S300后还包括：S400，利用反应离子刻蚀去除正面未被所述光刻胶覆盖的第一绝缘层，然后利用ICP刻蚀去除所述第一电极边缘的所述第一表面。
在其中一个实施例中，所述压电薄膜层的厚度为0.8um-1.2um。
在其中一个实施例中，本申请提供一种压电薄膜传感器，所述压电薄膜传感器包括：
基底，所述基底包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
第一绝缘层，所述第一绝缘层包括第一绝缘层第一部分和第一绝缘层第二部分，所述第一绝缘层第一部分覆盖于所述第一表面；
第二绝缘层覆盖所述第二表面；
压电薄膜器件，设置于所述第一绝缘层第二部分远离所述基底的表面。
在本申请所提供的压电薄膜传感器的制备方法中，通过反应离子刻蚀技术将所述第二绝缘层与所述压电薄膜器件相对的部分去除，并且通过深硅刻蚀将所述第二表面漏出的部分进行刻蚀，刻蚀深度等于所述基底的厚度。这样能够避免在所述压电薄膜传感器制备过程中所述压电薄膜器件与衬底的粘连，从而可以大幅提高所述压电薄膜传感器的成品率和灵敏度。
附图说明
图1为本申请实施例提供的压电薄膜传感器及其制备方法中所述基底的背面刻蚀过程图；
图2为本申请实施例提供的压电薄膜传感器及其制备方法中所述压电薄膜层状结构的制备方法的工艺流程图；
图3为本申请实施例提供的压电薄膜传感器及其制备方法中所述压电薄膜器件的制备方法的工艺流程图；
图4为本申请实施例提供的压电薄膜传感器及其制备方法中所制得的压电薄膜传感器的结构示意图。
附图标记说明
10：压电薄膜传感器
100：压电薄膜层状结构
110：基底
111：第一表面
112：第二表面
120：第一绝缘层
130：第二绝缘层
140：压电薄膜器件
141：第一电极
142：压电薄膜层
143：第二电极
150：光刻胶
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的压电薄膜传感器10及其制备方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
以下将结合附图详细说明本申请实施例的压电薄膜传感器10的制备方法。
请参见附图1，本申请实施例提供一种压电薄膜传感器10的制备方法，所述压电薄膜传感器10的制备方法包括：
S100，提供一种压电薄膜层状结构100，所述压电薄膜层状结构100包括：
基底110，所述基底110包括第一表面111和与所述第一表面111相对的第二表面112；
第一绝缘层120，设置于所述第一表面111；
压电薄膜器件140，设置于所述第一绝缘层120远离所述基底110的表面111；以及
第二绝缘层130，设置于所述第二表面112；
S200，利用干法刻蚀将所述第二绝缘层130与所述压电薄膜器件140相对的部分去除，并漏出部分所述第二表面112；以及
S300，刻蚀所述第二表面112漏出的部分，刻蚀深度等于所述基底110的厚度。
在所述S100中，所述压电薄膜层状结构100包括基底110、第一绝缘层120、压电薄膜器件140和第二绝缘层130。所述基底110可以为硅片、氮化镓或二氧化硅。在一个实施例中，所述基底110为硅片。可以理解，所述基底110的大小、厚度和形状不限，可以根据实际需要选择。
所述第一绝缘层120设置于所述第一表面111。所述第二绝缘层130设置于第二表面112。所述第一绝缘层120和所述第二绝缘层130可为一单层结构或复合层结构。所述第一绝缘层120和所述第二绝缘层130的厚度可以根据实际需要进行选择，如需要刻蚀的深度、刻蚀的气体等。当所述第一绝缘层120或第二绝缘层130为一单层结构时，所述单层结构的材料可以为SiO2、Si3N4材料。当所述第一绝缘层120或所述第二绝缘层130为一复合层时，所述复合层至少包括一第一复合层和一第二复合层。所述第一复合层和所述第二复合层依次层叠设置于所述基底110的表面。所述第一复合层的材料可以为易于刻蚀的材料，例如SiO2，从而能够更好的控制刻蚀的深度。所述第二复合层材料可以选择在室温下有较大硬度、结构稳定性较佳的材料，例如Si3N4。在本实施例中，所述第一绝缘层120为一复合层，所述复合层包括SiO2绝缘层和Si3N4绝缘层。SiO2材料易于刻蚀，便于在刻蚀过程中对刻蚀深度的控制。Si3N4材料硬度较大，能够在所述硅衬底110完成刻蚀后，支撑所述压电薄膜器件140，避免所述压电薄膜传感器的结构塌陷。
在所述S200中，利用干法刻蚀将所述第二绝缘层130与所述压电薄膜器件140相对的部分去除，并漏出部分所述第二表面112。
在所述S200中，所述干法刻蚀可以为物理性刻蚀、化学性刻蚀或物理化学性刻蚀。所述物理性刻蚀又称为溅射刻蚀。所述化学性刻蚀利用等离子体中的化学活性原子团与被刻蚀材料发生化学反应，从而实现刻蚀目的。所述反应离子刻蚀(RIE-Reactive IonEtching)通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀，具有各向异性的优点。
在一个实施例中，所述反应离子刻蚀可以包括以下步骤。首先使用光刻胶150将所述基底110正面做好的所述压电薄膜器件140的图形覆盖住。然后，在所述基底110的背面上涂光刻胶150，光刻曝光，在需要刻蚀释放的地方形成光刻图形。通过反应离子刻蚀方法将所述第二绝缘层130与所述压电薄膜器件140相对的部分去除，这样就漏出部分所述第二表面112。
在所述S300中，干法刻蚀采用含有F、Cl、Br、I单质或者化合物气体作为硅的刻蚀剂。在刻蚀过程中，添加一些辅助气体，所述辅助气体有助于提高刻蚀的选择性。在刻蚀过程中，常用的刻蚀剂为：CF4/O2，CF2Cl2，SF6/O2/Cl2，SF6/C4F8/O2。在本实施例中优选为SF6、C4F8、O2。等离子体中存在大量的卤素原子，所述卤素原子以化学吸附方式与硅表面结合，在没有外力作用的情况下，反应生成的产物分离的速率很慢，构成了硅与其他活性成分进一步接触的障碍。但是，当所述卤素原子得到电子之后，就会与硅一起离开表面，从而达到刻蚀的目的。所述刻蚀剂中添加氧气会使刻蚀侧壁更加洁净平滑，从而防止粘连。利用干法刻蚀对所述S200中漏出的第二表面112进行刻蚀，刻蚀深度为所述基底110的厚度，这样即完成了对所述压电薄膜传感器10中硅结构的释放，避免所述压电薄膜器件140与衬底的粘连，从而可以大幅提高所述压电薄膜传感器10的成品率和灵敏度。
在本实施例中，通过反应离子刻蚀技术将所述第二绝缘层130与所述压电薄膜器件140相对的部分去除，并且通过深硅刻蚀将所述第二表面112漏出的部分进行刻蚀，刻蚀深度等于所述基底110的厚度。这样能够避免在所述压电薄膜传感器10制备过程中所述压电薄膜器件140与衬底的粘连，从而可以大幅提高所述压电薄膜传感器10的成品率和灵敏度。
请参见附图2，在一个实施例中，所述S100中，所述压电薄膜层状结构100的制备方法包括：
S110，提供一基底110，所述基底110具有第一表面111和与所述第一表面111相对的第二表面112；
S120，在所述第一表面111沉积形成第一绝缘层120，并在所述第二表面112沉积形成第二绝缘层130；以及
S130，在所述第一绝缘层120远离所述基底110的表面，形成多个间隔设置的压电薄膜器件140。
在本实施例中，在所述S120中，通过在所述第一表面111和所述第二表面112分别沉积形成第一绝缘层120和第二绝缘层130，所述第一绝缘层120和所述第二绝缘层130可以为单层结构或者复合层结构。所述第一绝缘层120和所述第二绝缘层130对对所述基底110具有一定的保护作用。另外，所述第一绝缘层120对于所述压电薄膜器件140具有很好的支撑作用。
请参见附图3，在一个实施例中，所述S130包括：
S131，在所述第一绝缘层120远离所述基底110的表面涂覆光刻胶150，对所述光刻胶150进行光刻，然后沉积第一电极层；
S132，对所述第一电极层光刻、剥离，在所述第一绝缘层120远离所述基底110的表面形成多个间隔设置的第一电极141；
S133，在所述第一电极141远离所述第一绝缘层120的表面以及所述第一绝缘层120未被所述第一电极141覆盖的表面旋涂压电薄膜层142，在所述压电薄膜层142表面涂覆光刻胶150，并对所述光刻胶150进行光刻；
S134，对所述压电薄膜层142进行热处理；
S135，对所述压电薄膜层142进行湿法腐蚀，去除位于所述第一绝缘层120未被所述第一电极141覆盖的表面的所述压电薄膜层142；
S136，在未被所述第一电极141覆盖的所述第一绝缘层120表面涂覆光刻胶150，然后在所述压电薄膜层142远离所述第一电极141的表面沉积第二电极层143；以及
S137，对所述第二电极层进行光刻、剥离，去除位于所述第一绝缘层120未被所述第一电极141覆盖的第二电极层，从而在每个所述压电薄膜层142远离所述第一电极141的表面形成第二电极143。
在本实施例中，在所述S131中，首先在所述第一绝缘层120远离所述基底110的表面涂覆光刻胶150，并且对所述光刻胶150进行光刻、曝光。然后在所述第一绝缘层120远离所述基底110的表面上利用真空蒸镀设备或溅射设备将第一电极材料铺在所述基底110的所述第一表面111，从而形成第一电极层。
在所述S132中，可采用光刻胶150直接剥离工艺，经曝光、显影形成所需的电极图形。这样就在所述第一绝缘层120远离所述基底110的表面形成了多个间隔设置的所述第一电极141。
接着，可采用常规的溶胶-凝胶方法制备PZT压电薄膜。溶胶-凝胶方法被广泛地应用于制备薄膜，它的最大优点是能够很好的控制薄膜的成分，工艺设备简单。一般来说，在溶胶-凝胶法中，先驱物采用Zr、Ti的醇盐及醋酸铅为反应物，乙二醇甲醚为溶剂，经回流制成适合镀膜的水解溶胶，由于不同器件的要求不同，所需薄膜的厚度差别较大，有时需多次甩膜才能达到要求的厚度。在本实施列中所述压电薄膜层142的厚度不超过1.2um。在所述S133中，首先用匀胶机以350rpm-450rpm的速度进行前驱体溶液的旋涂，所述前驱体溶液的浓度不超过0.6mol/L，前驱体溶液的旋涂持续10-20秒，然后再以3800rpm-4200rpm的转速持续25-35秒，此过程循环13-15次，从而能够将所需厚度的所述压电薄膜层142覆盖整个所述基底110。
在所述S133中，在所述第一电极141远离所述第一绝缘层120的表面以及所述第一绝缘层120未被所述第一电极141覆盖的表面旋涂压电薄膜层142，在所述压电薄膜层142表面涂覆光刻胶150，并对所述光刻胶150进行光刻。
在所述S134中，对所述压电薄膜层142进行快速退火处理。热分解和热处理工艺对压电薄膜微观结构的形成起着至关重要的作用，由所述前驱体溶液旋涂而形成的所述压电薄膜层142中含有大量的有机溶剂和有机基团，必须经过热处理过程才能转化为无机多晶薄膜。
在所述S135中，湿法腐蚀所述压电薄膜层142，从而图形化所述压电薄膜层142。去除残余光刻胶，在所述第一电极141远离所述基底110的表面形成压电薄膜层142。所述压电薄膜层142的图形略大于所述第一电极141的电极图形。
在一个实施例中，所述S134中，所述热处理过程为：首先加热至145℃-155℃保持2min，加热至340℃-360℃保持2min，加热至630℃-670℃保持5min。
热处理过程包括预热处理和退火两个阶段。如果热处理时体积变化过大，容易导致薄膜的开裂，因此合理的热处理温度及其升温速率对薄膜质量起着关键作用。温度偏低，反应进行不充分。温度偏高，膜将过硬，导致开裂，也会对工艺和性能带来不良后果。在本实施例中，首先将所述快速退火炉加热至145℃-155℃保持2min，加热至340℃-360℃保持2min，加热至630℃-670℃保持5min，最后冷却至室温取出。在145℃-155℃、340℃-360℃的温度条件下可以使锆钛酸铅(PZT)中的水分及有机溶剂充分蒸发。温度逐渐上升至630℃-670℃会给薄膜的形成提供一个稳定的成型环境，避免瞬间高温度可能导致薄膜上有凸起和裂痕。
在所述S136中，在未被所述第一电极141覆盖的所述第一绝缘层120表面涂覆光刻胶150，然后在所述压电薄膜层142远离所述第一电极141的表面沉积第二电极层143。
在所述S137中，通过光刻、剥离方法，使得所述压电薄膜层142远离所述第一电极141的表面沉积的第二电极层143，在每个所述压电薄膜层142远离所述第一电极141的表面形成第二电极143。所述第二电极143的图形略小于所述第一电极141的图形，这样能够避免所述第一电极141与所述第二电极143之间垂直导通。
在一个实施例中，所述第一电极141以及所述第二电极143为Pt/Ti电极，所述Pt/Ti电极的厚度为90nm-110nm。
在本实施例中所述第一电极141以及所述第二电极143为Pt/Ti电极。所述Pt/Ti电极中，金属Ti具有较强的附着能力，可以以避免直接用Pt导致的所述第一电极141和所述第二电极143从所述第一表面111的脱落。所述Pt/Ti电极的厚度为90nm-110nm，这样可使所述第一电极141以及所述第二电极143的接触电阻与绝缘电阻变小，有利于电讯号的传输，提高产品的灵敏度。
在一个实施例中，所述S134中，所述湿法腐蚀采用的腐蚀液为4.5％HNO3/4.55％BOE/90.95％H2O。
在所述S134中，所述湿法腐蚀优选体积比为4.5％HNO3/4.55％BOE/90.95％H2O的腐蚀液。所述4.5％HNO3/4.55％BOE/90.95％H2O腐蚀液的对光刻胶150的腐蚀速率较快，能够将光刻胶150腐蚀完全。这样通过所述湿法腐蚀工艺得到的压电薄膜142的表面均匀性较好。
在一个实施例中，所述S132以及S137中，所述剥离工艺中采用的剥离液为AZ400T。
在本实施例中，所述S132和S137中，通过对所述第一电极141层及所述第二电极层光刻、剥离而得到所述第一电极141和所述第二电极143。所述剥离工艺中采用的剥离液可以为丙酮、AZ400T等，在本实施例中优选为AZ400T。采用所述AZ400T剥离液，能够产生较好的大面积光刻剥离效果，对所述第一电极141和第二电极143完全图形化。
在一个实施例中，所述S300后还包括：S400，利用反应离子刻蚀去除正面未被所述光刻胶150覆盖的第一绝缘层120，然后利用ICP刻蚀去除所述压电薄膜器件140边缘的所述第一表面111。
在本实施例中，首先用光刻胶覆盖住所述压电薄膜器件140的表面。通过反应离子刻蚀去除所述第一表面111未被光刻胶覆盖的所述第一绝缘层120。所述反应离子刻蚀具有各向异性，对被刻蚀对象具有较好的选择性，并且刻蚀速率较快。在其中一个实施例中，也可以在所述基底110表面沉积氟化物薄膜。氟化物薄膜能够降低硅片的表面能，从而减少摩擦和粘附。然后进行ICP刻蚀(感应耦合等离子体刻蚀)所述压电薄膜器件140边缘的所述第一表面111，刻蚀厚度大于1um。这样能够减小所述压电薄膜器件140边缘的厚度，从而通过划片分离或者刻蚀分离而获得所述压电薄膜传感器10。
在一个实施例中，所述压电薄膜层142的厚度为0.8um-1.2um。
在本实施例中，所述压电薄膜层142的厚度为0.8um-1.2um，这样所述压电薄膜传感器10就具有较高的灵敏度，可以应用于医用传感器、接触式传感器等领域。
请参见附图4，在一个实施例中，本申请提供一种所述压电薄膜传感器10，所述压电薄膜传感器10包括：
基底110，所述基底包括第一表面111和与所述第一表面111相对的第二表面112；
第一绝缘层120，所述第一绝缘层120包括第一绝缘层第一部分121和第一绝缘层第二部分122，所述第一绝缘层第一部分121覆盖于所述第一表面111；
第二绝缘层130覆盖所述第二表面112；
压电薄膜器件140，设置于所述第一绝缘层第二部分122远离所述基底110的表面。
在本实施例中，所述压电薄膜传感器10包括基底110、第一绝缘层120、压电薄膜器件140和第二绝缘层130。所述第一绝缘层第一部分121覆盖于所述第一表面111。所述压电薄膜器件140设置于所述第一绝缘层第二部分122远离所述基底110的表面。这样能够保证所述压电薄膜传感器10有较高的灵敏度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述整洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种压电薄膜传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
S100，提供一种压电薄膜层状结构(100)，所述压电薄膜层状结构(100)包括：
基底(110)，所述基底(110)包括第一表面(111)和与所述第一表面(111)相对的第二表面(112)；
第一绝缘层(120)，设置于所述第一表面(111)；
压电薄膜器件(140)，设置于所述第一绝缘层(120)远离所述基底(110)的表面；以及
第二绝缘层(130)，设置于所述第二表面(112)；
S200，利用干法刻蚀将所述第二绝缘层(130)与所述压电薄膜器件(140)相对的部分去除，并漏出部分所述第二表面(112)；以及
S300，对于所述第二表面(112)漏出的部分进行刻蚀，刻蚀深度等于所述基底(110)的厚度。
2.如权利要求1所述的压电薄膜传感器的制备方法，其特征在于，所述S100中，所述压电薄膜层状结构(100)的制备方法包括：
S110，提供一基底(110)，所述基底(110)具有第一表面(111)和与所述第一表面(111)相对的第二表面(112)；
S120，在所述第一表面(111)沉积形成第一绝缘层(120)，并在所述第二表面(112)沉积形成第二绝缘层(130)；以及
S130，在所述第一绝缘层(120)远离所述基底(110)的表面，形成多个间隔设置的压电薄膜器件(140)。
3.如权利要求2所述的压电薄膜传感器的制备方法，其特征在于，所述S130包括：
S131，在所述第一绝缘层(120)远离所述基底(110)的表面涂覆光刻胶(150)，对所述光刻胶(150)进行光刻，然后沉积第一电极层；
S132，对所述第一电极层光刻、剥离，在所述第一绝缘层(120)远离所述基底(110)的表面形成多个间隔设置的第一电极(141)；
S133，在所述第一电极(141)远离所述第一绝缘层(120)的表面以及所述第一绝缘层(120)未被所述第一电极(141)覆盖的表面旋涂压电薄膜层(142)，在所述压电薄膜层(142)表面涂覆光刻胶，并对所述光刻胶(150)进行光刻；
S134，对所述压电薄膜层(142)进行热处理；
S135，对所述压电薄膜层(142)进行湿法腐蚀，去除位于所述第一绝缘层(120)未被所述第一电极(141)覆盖的表面的所述压电薄膜层(142)；
S136，在未被所述第一电极(141)覆盖的所述第一绝缘层(120)的表面涂覆光刻胶(150)，然后在所述压电薄膜层(142)远离所述第一电极(141)的表面沉积第二电极层；以及
S137，对所述第二电极层进行光刻、剥离，去除位于所述第一绝缘层(120)未被所述第一电极(141)覆盖的第二电极层，从而在每个所述压电薄膜层(142)远离所述第一电极(141)的表面形成第二电极(143)。
4.如权利要求3所述的压电薄膜传感器的制备方法，其特征在于，在所述S134中，所述热处理过程为：首先加热至145℃-155℃保持2min，然后加热至340℃-360℃保持2min，加热至630℃-670℃保持5min。
5.如权利要求3所述的压电薄膜传感器的制备方法，其特征在于，所述第一电极(141)以及所述第二电极(143)为Pt电极，所述Pt电极的厚度为90nm-110nm。
6.如权利要求3所述的压电薄膜传感器的制备方法，其特征在于，所述S134中，所述湿法腐蚀采用的腐蚀液为4.5％HNO3/4.55％BOE/90.95％H2O。
7.如权利要求3所述的压电薄膜传感器的制备方法，其特征在于，所述S132以及S137中，所述剥离工艺中采用的剥离液为AZ400T。
8.如权利要求1所述的压电薄膜传感器的制备方法，其特征在于，所述S300后还包括：S400，利用反应离子刻蚀去除正面未被所述光刻胶(150)覆盖的第一绝缘层(120)，然后利用ICP刻蚀去除所述第一电极(141)边缘的所述第一表面(111)。
9.如权利要求1所述的压电薄膜传感器的制备方法，其特征在于，所述压电薄膜层(142)的厚度为0.8um-1.2um。
10.一种压电薄膜传感器(10)，其特征在于，包括：
基底(110)，所述基底包括第一表面(111)和与所述第一表面(111)相对的第二表面(112)；
第一绝缘层(120)，所述第一绝缘层(120)包括第一绝缘层第一部分(121)和第一绝缘层第二部分(122)，所述第一绝缘层第一部分(121)覆盖于所述第一表面(111)；
第二绝缘层(130)，覆盖于所述第二表面(112)；
压电薄膜器件(140)，设置于所述第一绝缘层第二部分(122)远离所述基底(110)的表面。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110473959A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-11-19 | 同济大学 | 高逆压电系数的钛酸铋钠基无铅压电薄膜及其制备方法 |
| WO2020097594A1 (en) * | 2018-11-09 | 2020-05-14 | Mems Drive, Inc. | Piezo actuator fabrication method |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6068706A (ja) * | 1983-09-26 | 1985-04-19 | Toshiba Corp | 圧電薄膜共振子の製造方法 |
| CN101885606A (zh) * | 2010-07-28 | 2010-11-17 | 上海交通大学 | 压电铁电薄膜的制备方法 |
| US20110222163A1 (en) * | 2010-03-12 | 2011-09-15 | Hirabayashi Yasutoshi | Varifocal lens and liquid filling method for manufacturing same |
| CN101646117B (zh) * | 2009-03-02 | 2012-03-14 | 中国科学院声学研究所 | 软支撑桥式硅微压电传声器芯片及其制备方法 |
| CN102603288A (zh) * | 2011-12-05 | 2012-07-25 | 合肥工业大学 | 一种无铅压电薄膜材料及其制备方法 |
| CN102664602A (zh) * | 2012-05-15 | 2012-09-12 | 浙江大学 | 一种基于嵌入式电极侧向场激励的fbar及其制作方法 |
| CN102937607A (zh) * | 2012-11-09 | 2013-02-20 | 西安交通大学 | 一种串联柔性振动压电隔膜式生物传感器及其制备方法 |
| CN103067838A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-24 | 缪建民 | 一种高灵敏度压电式硅麦克风及其制备方法 |
| CN103240220A (zh) * | 2013-05-09 | 2013-08-14 | 电子科技大学 | 一种压电式阵列超声换能器 |
| CN103840075A (zh) * | 2012-11-27 | 2014-06-04 | 中国科学院微电子研究所 | 微型压电振动能量收集器及其制造方法 |
| CN105854183A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-08-17 | 清华大学 | 一种声电混合激励人工耳蜗植入体执行端 |
| CN106966356A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-07-21 | 中北大学 | 一种悬臂梁式薄膜压力发电结构 |
| CN107631827A (zh) * | 2017-09-11 | 2018-01-26 | 重庆大学 | 一种基于硅晶元和压电薄膜的声表面波高温压力传感器芯片及其制备方法 |
-
2018
- 2018-03-08 CN CN201810191291.5A patent/CN108447979B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6068706A (ja) * | 1983-09-26 | 1985-04-19 | Toshiba Corp | 圧電薄膜共振子の製造方法 |
| CN101646117B (zh) * | 2009-03-02 | 2012-03-14 | 中国科学院声学研究所 | 软支撑桥式硅微压电传声器芯片及其制备方法 |
| US20110222163A1 (en) * | 2010-03-12 | 2011-09-15 | Hirabayashi Yasutoshi | Varifocal lens and liquid filling method for manufacturing same |
| CN101885606A (zh) * | 2010-07-28 | 2010-11-17 | 上海交通大学 | 压电铁电薄膜的制备方法 |
| CN102603288A (zh) * | 2011-12-05 | 2012-07-25 | 合肥工业大学 | 一种无铅压电薄膜材料及其制备方法 |
| CN102664602A (zh) * | 2012-05-15 | 2012-09-12 | 浙江大学 | 一种基于嵌入式电极侧向场激励的fbar及其制作方法 |
| CN102937607A (zh) * | 2012-11-09 | 2013-02-20 | 西安交通大学 | 一种串联柔性振动压电隔膜式生物传感器及其制备方法 |
| CN103840075A (zh) * | 2012-11-27 | 2014-06-04 | 中国科学院微电子研究所 | 微型压电振动能量收集器及其制造方法 |
| CN103067838A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-24 | 缪建民 | 一种高灵敏度压电式硅麦克风及其制备方法 |
| CN103240220A (zh) * | 2013-05-09 | 2013-08-14 | 电子科技大学 | 一种压电式阵列超声换能器 |
| CN105854183A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-08-17 | 清华大学 | 一种声电混合激励人工耳蜗植入体执行端 |
| CN106966356A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-07-21 | 中北大学 | 一种悬臂梁式薄膜压力发电结构 |
| CN107631827A (zh) * | 2017-09-11 | 2018-01-26 | 重庆大学 | 一种基于硅晶元和压电薄膜的声表面波高温压力传感器芯片及其制备方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020097594A1 (en) * | 2018-11-09 | 2020-05-14 | Mems Drive, Inc. | Piezo actuator fabrication method |
| CN113272982A (zh) * | 2018-11-09 | 2021-08-17 | 麦斯卓有限公司 | 压电致动器制造方法 |
| US11825749B2 (en) | 2018-11-09 | 2023-11-21 | MEMS Drive (Nanjing) Co., Ltd. | Piezo actuator fabrication method |
| CN113272982B (zh) * | 2018-11-09 | 2024-06-14 | 麦斯卓微电子(南京)有限公司 | 压电致动器制造方法 |
| CN110473959A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-11-19 | 同济大学 | 高逆压电系数的钛酸铋钠基无铅压电薄膜及其制备方法 |
| CN110473959B (zh) * | 2019-07-23 | 2021-07-20 | 同济大学 | 高逆压电系数的钛酸铋钠基无铅压电薄膜及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108447979B (zh) | 2019-09-20 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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