CN111599914B - 基于弹性梁结构的mems压电声压传感芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于水听器技术领域，提供了一种基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法，该方法包括：在第一硅圆片的第一面上通过刻蚀制备多个弹性梁结构，获得第一样品；在第二硅圆片的第一面上通过刻蚀制备腔室，并在腔室内制备止挡结构，获得第二样品；将第一样品的第一面与第二样品的第一面对位后将腔室抽为真空腔室进行键合；在键合后的第三样品的上表面制备感应结构，获得基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片，从而提高MEMS压电声压传感芯片的灵敏度和一致性，改善MEMS压电声压传感芯片的加速度灵敏度，同时减小MEMS压电声压传感芯片的体积，降低成本。
Description
技术领域
本发明属于水听器技术领域，尤其涉及一种基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法。
背景技术
水听器是基于水声学原理制造的可以测量流体中声场的器件。水听器可以为封装了MEMS声压传感芯片的器件。声波在水中以纵波的形式传播，传播过程中产生声压，水听器输出感应电压信号的过程中，当声波传播到MEMS微型水听器上时，声压首先与水听器的封装结构相互作用，由于水听器封装结构是透声设计，所以声压几乎可以无损的透过，透过封装结构的声压作用到MEMS声压传感芯片上，由于压电效应，从而输出感应电压信号。目前的MEMS声压传感芯片的结构主要包括支撑衬底、真空腔以及压电感应薄膜，当声压作用到压电感应薄膜上时，使压电感应薄膜产生形变，由于压电效应，形变的压电薄膜上下电极产生电压差，从而输出感应电压信号。但是目前的MEMS声压传感芯片的性能还是不够，且加工工艺复杂、芯片体积较大。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法，旨在解决现有技术中MEMS声压传感芯片的性能较差，且加工工艺复杂、芯片体积较大的问题。
为实现上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法，包括：
在第一硅圆片的第一面上通过刻蚀制备多个弹性梁结构，获得第一样品；
在第二硅圆片的第一面上通过刻蚀制备腔室，并在所述腔室内制备止挡结构，获得第二样品；
将所述第一样品的所述第一面与所述第二样品的所述第一面对位后将所述腔室抽为真空腔室，进行键合，获得第三样品；
在所述第三样品的上表面制备感应结构，获得基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片，所述感应结构位于所述多个弹性梁结构围成的区域内，且与所述真空腔室对应；所述第三样品的上表面为所述第一样品中所述第一面的对应面。
作为本申请另一实施例，所述在第一硅圆片的第一面上通过刻蚀制备多个弹性梁结构，获得第一样品，包括：
在第一硅圆片的第一面上涂覆光刻胶，并根据预设图像进行光刻显影，所述预设图像为中间凸台以及凸台周围多个弹性梁结构构成的图像，每个弹性梁结构包括第一连接端、第二连接端以及蛇形排布的梁，所述第一连接端分别连接所述凸台边缘以及所述蛇形排布的梁的一端，所述第二连接端分别连接所述蛇形排布的梁的另一端以及所述第一硅圆片的所述第一面的边缘；
根据光刻显影图像采用RIE工艺进行刻蚀；
将刻蚀后的硅圆片上的剩余光刻胶去除，获得第一样品。
作为本申请另一实施例，所述在第二硅圆片的第一面上通过刻蚀制备腔室，并在所述腔室内制备止挡结构，获得第二样品，包括：
采用DRIE工艺或者湿法腐蚀工艺在所述第二硅圆片的第一面上直接刻蚀腔室以及止挡结构，所述腔室的底部与所述止挡结构连接，获得第二样品。
作为本申请另一实施例，所述在第二硅圆片的第一面上通过刻蚀制备腔室，并在所述腔室内制备止挡结构，获得第二样品，包括：
采用DRIE工艺或者湿法腐蚀工艺在所述第二硅圆片的第一面上刻蚀腔室轮廓并通过第一预设刻蚀时间刻蚀到预设深度；
在所述腔室轮廓范围内刻蚀止挡结构并通过第二预设时间刻蚀到预设尺寸和位置，获得第二样品。
作为本申请另一实施例，所述止挡结构包括与所述腔室的底部连接的多个支撑体，所述多个支撑体为实心支撑体，且所述多个支撑体的高度低于所述真空腔的高度。
作为本申请另一实施例，所述将所述第一样品的所述第一面与所述第二样品的所述第一面对位后将所述腔室抽为真空腔室，进行键合，获得第三样品，包括：
将所述第一样品和所述第二样品进行表面处理；
将所述多个弹性梁结构与所述腔室进行高精度对位，使所述多个弹性梁结构的边缘与所述腔室的边缘对齐，并将所述腔室抽为真空腔室；
对抽真空后的第一样品和第二样品进行加热以及加压，得到键合后的第三样品。
作为本申请另一实施例，所述感应结构包括上下电极、上下电极之间的AIN压电层夹层、上电极上的AIN压电感知层、下电极下的AIN压电层以及上下电极引出电极。
作为本申请另一实施例，所述在所述第三样品的上表面制备感应结构，获得基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片，包括：
在所述第三样品的上表面溅射压电层，并在所述压电层上溅射第一金属层；
对所述第一金属层进行刻蚀，得到刻蚀边缘为缓坡形貌的下电极；
在所述下电极以及所述压电层上溅射压电层夹层；
对所述压电层夹层进行刻蚀；
在刻蚀后的压电层夹层上进行介质淀积，得到用于隔绝上下电极的介质层；
对所述介质层进行刻蚀，得到上电极窗口，所述上电极窗口在所述下电极对应区域内；
在所述压电层夹层上以及上电极窗口上溅射第二金属层；
对所述第二金属层进行刻蚀，得到对应所述上电极窗口的上电极；
在所述上电极上以及所述压电层夹层上溅射压电感知层；
对所述压电感知层的第一区域和第二区域进行刻蚀，分别露出所述上电极的第三区域和所述下电极的第四区域，所述第一区域为所述上电极对应区域，所述第二区域为所述下电极上未被所述上电极遮挡的区域，所述第三区域用于制备上电极引出电极，所述第四区域用于制备下电极引出电极；
在所述第三区域、所述第四区域以及所述压电感知层上溅射第三金属层；
对所述第三金属层进行刻蚀，得到上电极引出电极和下电极引出电极。
作为本申请另一实施例，所述压电层、所述压电层夹层和所述压电感知层采用的材料为AIN；
所述上电极和所述下电极采用的材料为Mo；
所述上电极引出电极和所述下电极引出电极采用的材料为Au。
作为本申请另一实施例，在所述第三样品的上表面制备感应结构，获得基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片之后，还包括：
在基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的外表面制备钝化层。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：与现有技术相比，本发明通过在第一硅圆片上增设多个弹性梁结构，使得可以在声波作用到感应结构上时，感应结构变形，使弹性梁结构随之产生拉力，从而在一定程度上抵消由于感应结构变形较大造成的形变的非线性，提高MEMS压电声压传感芯片的灵敏度，改善MEMS压电声压传感芯片的加速度灵敏度，提高一致性。同时弹性梁结构在第一硅圆片上刻蚀形成，未增加新的介质层，从而可以减小MEMS压电声压传感芯片的体积，降低成本。另外，真空腔室由于感应结构变形而受到挤压，保证与MEMS压电声压传感芯片的一致性，从而可以提高MEMS压电声压传感芯片的灵敏度。通过设置止挡结构，可以为感应结构提供可靠支撑，降低感应结构的损坏几率，同时可以简化MEMS压电声压传感芯片的加工工艺，提高批量生产可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法的实现流程示意图；
图2是本发明实施例提供的第一样品示意图；
图3是本发明实施例提供的感应结构示意图；
图4是本发明实施例提供的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的示例图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1为本发明实施例提供的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法的实现流程示意图，图4为制备得到的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片，详述如下。
步骤101，在第一硅圆片的第一面上通过刻蚀制备多个弹性梁结构，获得第一样品。
可选的，本步骤可以包括：在第一硅圆片的第一面上涂覆光刻胶，并根据预设图像进行光刻显影，所述预设图像为中间凸台以及凸台周围多个弹性梁结构构成的图像，如图2所示的第一样品的示意图，每个弹性梁结构包括第一连接端、第二连接端以及蛇形排布的梁，所述第一连接端分别连接所述凸台边缘以及所述蛇形排布的梁的一端，所述第二连接端分别连接所述蛇形排布的梁的另一端以及所述第一硅圆片的所述第一面的边缘。可选的，弹性梁结构的数量可以为多个，例如，弹性梁结构的数量可以为三个、四个、五个、六个等等，在附图2中所示为四个，多个弹性梁结构可以均匀设置在所述感应结构对应区域周围，多个弹性梁结构可以提高MEMS压电声压传感芯片的灵敏度和一致性。
可选的，蛇形排布的梁可以为曲线型排布，也可以为“弓”型排布，在声波作用到感应结构上时，感应结构产生形变，压迫第一硅圆片，使图2中所示的凸台产生声波传输方向的形变，例如产生向下的形变，然后多个弹性梁结构会产生拉力，形变越大，多个弹性梁结构产生的拉力也越大，此时可以在一定程度上抵消由于压电过大造成的形变的非线性，从而降低基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的感应电压线性度，同时可以增加传感芯片的灵敏度，大大减小MEMS压电声压传感芯片的加速度灵敏度，提高一致性。
根据光刻显影图像采用反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，RIE)工艺进行刻蚀；即将除凸台和多个弹性梁结构之外的硅圆片刻蚀一层，刻蚀掉的硅圆片的深度根据需求进行设置。需要说明的是，硅圆片的厚度越薄，得到的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片越敏感。
将刻蚀后的硅圆片上的剩余光刻胶去除，获得第一样品。
步骤102，在第二硅圆片的第一面上通过刻蚀制备腔室，并在所述腔室内制备止挡结构，获得第二样品。
可选的，本步骤可以包括：采用DRIE工艺或者湿法腐蚀工艺在所述第二硅圆片的第一面上直接刻蚀腔室以及止挡结构，所述腔室的底部与所述止挡结构连接，获得第二样品；
或者，采用DRIE工艺或者湿法腐蚀工艺在所述第二硅圆片的第一面上刻蚀腔室轮廓并通过第一预设刻蚀时间刻蚀到预设深度；在所述腔室轮廓范围内刻蚀止挡结构并通过第二预设时间刻蚀到预设尺寸和位置，获得第二样品。
可选的，止挡结构作为过载保护结构，可以保护感应结构，防止声压过大造成感应结构损坏。
可选的，对腔室和止挡结构的刻蚀可以同时进行也可以分别进行，不同之处为刻蚀采用的显影图像不同。
例如，在第二硅圆片的第一面上涂覆一层光刻胶，然后光刻显影，显影图像可以为腔室轮廓，然后根据显影图像进行刻蚀，通过刻蚀工艺时间可以调整腔室刻蚀深度，例如，如果腔室深度较深，则可以刻蚀时间较长。可选的，腔室可以为圆形腔室。刻蚀完成后，对剩余的光刻胶去除。然后在第二硅圆片的表面重新涂覆一层光刻胶，光刻显影，显影图像可以为止挡结构图像，止挡结构包括与所述腔室的底部连接的多个支撑体，所述多个支撑体为实心支撑体需要说明的是，支撑体的尺寸以及位置可以通过显影图像进行调节。支撑体的位置可以均匀设置也可以不均匀设置，每个支撑体的尺寸可以相同也可以不同。支撑体横截面可以为圆形，也可以为正方形或者长方形。支撑体的横截面可以为规则形状也可以为不规则形状。
根据显影图像进行刻蚀，通过刻蚀工艺时间可以调整支撑体的深度。可选的，所述多个支撑体的高度低于所述真空腔的高度，以便为感应结构提供可靠支撑。
可选的，所述多个支撑体可以与水平面垂直也可以与水平面之间存在倾角，这里倾角指除支撑体与水平面之间存在夹角，夹角可以是锐角也可以为钝角。可选的，为了使支撑体起到最大的作用，支撑体可以与水平面垂直，或者存在较小的倾角。当声波作用到感应结构时，感应结构产生形变，与止挡结构接触，从而保护感应结构不至于形变太大而损坏，当声压输入消失时，形变的感应结构恢复，与止挡结构分离。
可选的，如果通过一次刻蚀完成腔室和止挡结构的制备，则在第二硅圆片的第一面上涂覆一层光刻胶，然后光刻显影，显影图像为腔室轮廓以及腔室内止挡结构，然后根据显影图像进行刻蚀，通过刻蚀工艺时间可以调整腔室以及止挡结构的刻蚀深度，刻蚀完成后将剩余光刻胶去除。
步骤103，将所述第一样品的所述第一面与所述第二样品的所述第一面对位后将所述腔室抽为真空腔室，进行键合，获得第三样品。
可选的，本步骤可以包括：将所述第一样品的所述第一面与所述第二样品的所述第一面进行圆片级键合，例如，采用金属热压键合、硅硅直接键合、熔融键合等。
可选的，本步骤可以包括：将所述第一样品和所述第二样品进行表面处理；将所述多个弹性梁结构与所述腔室进行高精度对位，使所述多个弹性梁结构的边缘与所述腔室的边缘对齐，并将所述腔室抽为真空腔室；对抽真空后的第一样品和第二样品进行加热以及加压，得到键合后的第三样品。
步骤104，在所述第三样品的上表面制备感应结构，获得基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片，所述感应结构位于所述多个弹性梁结构围成的区域内，且与所述真空腔室对应；所述第三样品的上表面为所述第一样品中所述第一面的对应面。
可选的，如图3所示，以声波传输方向的反方向为基准方向。所述感应结构包括上下电极、上下电极之间的AIN压电层夹层、上电极上的AIN压电感知层、下电极下的AIN压电层以及上下电极引出电极。可选的，感应结构位于所述多个弹性梁结构围成的区域内，或者感应结构的中央区域与多个弹性梁结构围成的区域内的凸台位置对应，使得基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片更灵敏。
可选的，所述上电极引出结构连接上电极的一端，并设置于所述压电感知层上的第一区域内；所述下电极引出结构连接下电极的一端，并设置于所述压电感知层上的第二区域内；所述第一区域与所述第二区域在所述压电感知层上对应的位置不同。
如图3中，上电极和下电极可以设置为圆盘状，其中上电极的半径小于下电极的半径，以便下电极不完全被上电极覆盖，使得方便设置上下电极引出电极。上电极引出结构设置于压电感知层左侧，下电极引出结构可以设置于压电感知层右侧。
可选的，所述在所述第三样品的上表面制备感应结构，获得基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片，可以包括以下步骤：
(1)在所述第三样品的上表面溅射压电层，并在所述压电层上溅射第一金属层。
可选的，所述第三样品的上表面为所述第一样品中所述第一面的对应面，即多个弹性梁结构所在面的对应面。
可选的，溅射工艺是以一定能量的粒子(离子或中性原子、分子)轰击固体表面，使固体近表面的原子或分子获得足够大的能量而最终逸出固体表面的工艺。溅射只能在一定的真空状态下进行。在第三样品的上表面溅射压电层，起到压电层晶体取向生长和制作下电极的作用，为下一步工艺提供基础。在第三样品的上表面溅射压电层还包括溅射的前处理，例如对第三样品的清洗、等离子激活的能够操作。
可选的，压电层采用的材料可以为AIN。
(2)对所述第一金属层进行刻蚀，得到刻蚀边缘为缓坡形貌的下电极。
可选的，可以在第一金属层上涂覆光刻胶，然后采用光刻机将预设图形从光刻版转移到光刻胶上，形成下电极的形状，调控光刻胶的形貌，以控制后续工艺边缘形貌。根据光刻胶上的图形利用RIE技术对第一金属层进行刻蚀，通过对刻蚀工艺的调整，可以保证刻蚀边缘的缓坡形貌。刻蚀完成后，将剩余的光刻胶去除。
可选的，光刻机可以采用接触式光刻机或者投影式光刻机。
可选的，压电层采用的材料可以为AIN。下电极采用的材料可以为Mo。
(3)在所述下电极以及所述压电层上溅射压电层夹层。
可选的，溅射压电层夹层时可以采用磁控溅射工艺，磁控溅射工艺是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料，且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点，而磁控溅射法更是实现了高速、低温、低损伤。因为磁控溅射是在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率，磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。
可选的，本步骤可以为在所述下电极以及所述压电层上采用磁控溅射方式溅射压电层夹层，生长晶体去向良好的压电层夹层，其中压电层夹层采用的材料为AIN。
(4)对所述压电层夹层进行刻蚀。
在生长压电层夹层后对压电层夹层涂覆光刻胶，使用光刻机将设计图形从光刻版转移到光刻胶上，形成敏感结构上面的压电功能层，然后采用RIE工艺刻蚀，将压电层夹层进行图形化，并将边缘刻蚀整齐，最后将剩余的光刻胶去除。
(5)在刻蚀后的压电层夹层上进行介质淀积，得到用于隔绝上下电极的介质层。
可选的，采用化学气相沉积、溅射、蒸发或氧化等方式，在压电层夹层上制备介质层，起到隔绝上下电极的作用。
(6)对所述介质层进行刻蚀，得到上电极窗口，所述上电极窗口在所述下电极对应区域内。
在介质层上涂覆光刻胶，然后使用光刻机将设计图形从光刻版转移到光刻胶上，形成需要刻蚀的上电极窗口，利用RIE工艺对介质层进行刻蚀，得到上电极窗口，最后将剩余的光刻胶去除。
可选的，上电极窗口为制备上电极作准备，上电极窗口在下电极对应区域内，且上电极窗口的半径小于下电极。
(7)在所述压电层夹层上以及上电极窗口上溅射第二金属层。
可选的，本步骤采用的溅射工艺与步骤(1)中溅射压电层采用的工艺相同，第二金属层可以为上电极对应金属，可以为Mo。
(8)对所述第二金属层进行刻蚀，得到对应所述上电极窗口的上电极。
可选的，在第二金属层上涂覆光刻胶，然后使用光刻机转移光刻图像至光刻胶上，使形成上电极的形状，采用RIE技术对第二金属层进行刻蚀，通过对刻蚀工艺的调整，控制刻蚀金属与介质层的选择比，得到上电极，再采用干法刻蚀或湿法腐蚀方式将光刻胶去除。
(9)在所述上电极上以及所述压电层夹层上溅射压电感知层。
可选的，压电感知层采用的材料为AIN。采用的溅射工艺与步骤(1)中采用的溅射工艺相同。
(10)对所述压电感知层的第一区域和第二区域进行刻蚀，分别露出所述上电极的第三区域和所述下电极的第四区域，所述第一区域为所述上电极对应区域，所述第二区域为所述下电极上未被所述上电极遮挡的区域，所述第三区域用于制备上电极引出电极，所述第四区域用于制备下电极引出电极。
可选的，本步骤为刻蚀得到上下电极引出电极的上电极区域以及下电极区域，从图3中纵视图可以看出，下电极比上电极的直径长，在下电极边缘未被上电极遮挡的区域刻蚀出下电极引出电极对应区域。而上电极引出电极对应区域可以为上电极对应的所有区域，为了得到的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片规整，例如批量生成，可以设定上电极引出电极对应区域为上电极边缘位置对应区域。
(11)在所述第三区域、所述第四区域以及所述压电感知层上溅射第三金属层。
可选的，第三金属层即为制备上电极引出电极和下电极引出电极时所采用的材料，例如可以为Au。
(12)对所述第三金属层进行刻蚀，得到上电极引出电极和下电极引出电极。
可选的，图4为制备得到的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片，在制备得到基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片之后，还可以包括：
在基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的外表面制备钝化层，防止基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片表面被氧化，造成再次污染。
可选的，采用砂轮划片、激光划片等方式，将硅圆片划分为单独的芯片，每个单独的芯片即为基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片，通过划片分割，不需要人工调节电路部分或者其他需要人工调节的连接部分，从而可以实现批量生成。
上述基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法，通过在MEMS压电声压传感芯片上引入弹性梁结构，可以在声波作用到感应结构上时，感应结构变形，使弹性梁结构随之产生拉力，从而在一定程度上抵消由于感应结构变形较大造成的形变的非线性，提供MEMS压电声压传感芯片的灵敏度，改善MEMS压电声压传感芯片的加速度灵敏度，提高一致性。同时弹性梁结构在第一硅圆片上刻蚀形成，从而可以从整体上减小MEMS压电声压传感芯片的体积，降低成本。另外，真空腔室由于感应结构变形而受到挤压，保证与MEMS压电声压传感芯片的一致性，从而可以提高MEMS压电声压传感芯片的灵敏度。通过设置止挡结构，可以为感应结构提供可靠支撑，降低感应结构的损坏几率，同时可以简化MEMS压电声压传感芯片的加工工艺，提高批量生产可靠性。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
本发明实施例还提供一种基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片，如图4所示，键合连接的第一硅圆片和第二硅圆片；所述第一硅圆片的键合面上设置一腔室，与所述第二硅圆片的键合面形成一真空腔室；所述第二硅圆片的第二面上与所述腔室对应位置设置感应结构，所述第二硅圆片的第二面为所述键合面对应的一面；所述第二硅圆片的键合面上所述感应结构对应区域周围设置多个弹性梁结构，所述多个弹性梁结构位于所述真空腔室的顶部，且所述多个弹性梁结构的边缘位置与所述真空腔室的边缘位置对应。所述第一硅圆片中所述真空腔室的底部设置止挡结构，且所述止挡结构与所述真空腔室底部连接。本实施例中提供的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的有益效果与采用上述任一实施例提供的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法的有益效果相同。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法，其特征在于，包括：
在第一硅圆片的第一面上通过刻蚀制备多个弹性梁结构，获得第一样品；
在第二硅圆片的第一面上通过刻蚀制备腔室，并在所述腔室内制备止挡结构，获得第二样品；
将所述第一样品的所述第一面与所述第二样品的所述第一面对位后将所述腔室抽为真空腔室，进行键合，获得第三样品；
在所述第三样品的上表面制备感应结构，获得基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片，所述感应结构位于所述多个弹性梁结构围成的区域内，且与所述真空腔室对应；所述第三样品的上表面为所述第一样品中所述第一面的对应面，所述第一样品的所述第一面位于所述真空腔室内；
所述感应结构包括上下电极、上下电极之间的AlN压电层夹层、上电极上的AlN压电感知层、下电极下的AlN压电层以及上下电极引出电极；
所述在所述第三样品的上表面制备感应结构，获得基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片，包括：
在所述第三样品的上表面溅射压电层，并在所述压电层上溅射第一金属层；
对所述第一金属层进行刻蚀，得到刻蚀边缘为缓坡形貌的下电极；
在所述下电极以及所述压电层上溅射压电层夹层；
对所述压电层夹层进行刻蚀；
在刻蚀后的压电层夹层上进行介质淀积，得到用于隔绝上下电极的介质层；
对所述介质层进行刻蚀，得到上电极窗口，所述上电极窗口在所述下电极对应区域内；
在所述压电层夹层上以及上电极窗口上溅射第二金属层；
对所述第二金属层进行刻蚀，得到对应所述上电极窗口的上电极；
在所述上电极上以及所述压电层夹层上溅射压电感知层；
对所述压电感知层的第一区域和第二区域进行刻蚀，分别露出所述上电极的第三区域和所述下电极的第四区域，所述第一区域为所述上电极对应区域，所述第二区域为所述下电极上未被所述上电极遮挡的区域，所述第三区域用于制备上电极引出电极，所述第四区域用于制备下电极引出电极；
在所述第三区域、所述第四区域以及所述压电感知层上溅射第三金属层；
对所述第三金属层进行刻蚀，得到上电极引出电极和下电极引出电极。
2.如权利要求1所述的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法，其特征在于，所述在第一硅圆片的第一面上通过刻蚀制备多个弹性梁结构，获得第一样品，包括：
在第一硅圆片的第一面上涂覆光刻胶，并根据预设图像进行光刻显影，所述预设图像为中间凸台以及凸台周围多个弹性梁结构构成的图像，每个弹性梁结构包括第一连接端、第二连接端以及蛇形排布的梁，所述第一连接端分别连接所述凸台边缘以及所述蛇形排布的梁的一端，所述第二连接端分别连接所述蛇形排布的梁的另一端以及所述第一硅圆片的所述第一面的边缘；
根据光刻显影图像采用RIE工艺进行刻蚀；
将刻蚀后的硅圆片上的剩余光刻胶去除，获得第一样品。
3.如权利要求1所述的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法，其特征在于，所述在第二硅圆片的第一面上通过刻蚀制备腔室，并在所述腔室内制备止挡结构，获得第二样品，包括：
采用DRIE工艺或者湿法腐蚀工艺在所述第二硅圆片的第一面上直接刻蚀腔室以及止挡结构，所述腔室的底部与所述止挡结构连接，获得第二样品。
4.如权利要求1所述的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法，其特征在于，所述在第二硅圆片的第一面上通过刻蚀制备腔室，并在所述腔室内制备止挡结构，获得第二样品，包括：
采用DRIE工艺或者湿法腐蚀工艺在所述第二硅圆片的第一面上刻蚀腔室轮廓并通过第一预设刻蚀时间刻蚀到预设深度；
在所述腔室轮廓范围内刻蚀止挡结构并通过第二预设时间刻蚀到预设尺寸和位置，获得第二样品。
5.如权利要求3或4所述的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法，其特征在于，所述止挡结构包括与所述腔室的底部连接的多个支撑体，所述多个支撑体为实心支撑体，且所述多个支撑体的高度低于所述真空腔的高度。
6.如权利要求1所述的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法，其特征在于，所述将所述第一样品的所述第一面与所述第二样品的所述第一面对位后将所述腔室抽为真空腔室，进行键合，获得第三样品，包括：
将所述第一样品和所述第二样品进行表面处理；
将所述多个弹性梁结构与所述腔室进行高精度对位，使所述多个弹性梁结构的边缘与所述腔室的边缘对齐，并将所述腔室抽为真空腔室；
对抽真空后的第一样品和第二样品进行加热以及加压，得到键合后的第三样品。
7.如权利要求1所述的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法，其特征在于，
所述压电层、所述压电层夹层和所述压电感知层采用的材料为AlN；
所述上电极和所述下电极采用的材料为Mo；
所述上电极引出电极和所述下电极引出电极采用的材料为Au。
8.如权利要求1所述的基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的制备方法，其特征在于，在所述第三样品的上表面制备感应结构，获得基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片之后，还包括：
在基于弹性梁结构的MEMS压电声压传感芯片的外表面制备钝化层。
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