CN112838158A - 压电换能及压电换能器器的制备方法 - Google Patents

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吴健兴
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Abstract

本发明提供了一种压电换能及压电换能器器的制备方法。压电换能包括第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆具有由环形狭缝分隔成的位于中间区域的中心部和围合于所述中心部外的外环部；所述第二晶圆包括通过内环壁与中心部连接的内环膜、通过外环壁与外环部连接的外环膜及连接于内环膜和外环膜之间的环形振膜；通过制备第一晶圆，制备第二晶圆，再将第一晶圆和第二晶圆接合的方式，可以制备得到该压电换能器。由于压电环能器具有中心部和外环部，且内环膜和外环膜之间连接有弹性的环形振膜，使得中心部和内环膜均能振动，这样可以提高压电换能器的振动频率，改善灵敏度，另外，将内环膜和外环膜连接在一起，还能够提高结构的稳定性。

Description

压电换能及压电换能器器的制备方法
【技术领域】
本发明属于声波换能器技术领域，尤其涉及压电换能及压电换能器器的制备方法。
【背景技术】
压电换能器是将声能和电能互相转换的器件，压电换能器中的压电材料，在发生形变时两端可以产生电压差，在两端有电压差时，压电材料可以发生形变。利用压电材料的这种特性可以实现机械振动和交流电的互相转换。
传统的压电换能器依靠单侧结构的运动在振膜上产生弹性运动，但这种方式的结构容易受到运动抑制，振动频率不高、而且结构稳定性较差。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种压电换能及压电换能器器的制备方法，制备的压电换能器能获得更高的振动频率，获得更高的声压，且结构更加稳定。
本发明的技术方案如下：提供一种压电换能器，包括第一晶圆和固定连接于所述第一晶圆的一侧的第二晶圆，所述第一晶圆包括固定连接于所述第二晶圆的连接壁、固定连接于所述连接壁的远离所述第二晶圆侧的基层、叠设于所述基层的远离所述第二晶圆侧的压电层，所述压电层和所述基层共同开设有环形狭缝，所述环形狭缝将所述压电层和所述基层分隔为位于中间区域的中心部和围合于所述中心部外的外环部，所述连接壁包括固定连接于所述中心部的内环壁及固定连接于所述外环部且围合于所述内环壁的外侧的外环壁；所述第二晶圆包括固定连接于所述内环壁的一端且中部开设有开口的内环膜、固定连接于所述外环壁的一端且围合于所述内环膜外的外环膜及内周缘连接于所述内环膜外侧且外周缘连接于所述外环膜内侧的环形振膜。
进一步地，提供一种压电换能器的制备方法，包括步骤：
制备第一晶圆：提供第一基板，在所述第一基板的一侧形成压电层，得到第一基片；去除所述第一基片的所述压电层侧的部分材料，于所述第一基片的压电层侧形成第一环形槽，所述第一环形槽将所述第一基片分隔为位于中间区域的初始中心部和围合于所述初始中心部外的初始外环部；于所述第一基片的背离所述压电层侧形成位于所述第一环形槽圈定区域内的内环壁及围合于所述内环壁外且位于所述第一环形槽圈定区域外的外环壁；
制备第二晶圆：提供第二基板，去除所述第二基板一侧的部分材料，于所述第二基板的一侧形成中间槽及围合于所述中间槽外的第二环形槽；于所述第二基板的开设所述中间槽侧形成初始膜层，所述初始膜层包括覆盖所述中间槽的内表面的中间膜、覆盖所述第二环形槽的内表面的环形膜、连接所述中间膜和所述环形膜的内环膜及连接于所述环形膜的外周的外环膜；
接合第一晶圆和第二晶圆：将所述内环壁的一端与所述内环膜固定连接，将所述外环壁的一端与所述外环膜固定连接；去除所述第二晶圆的背离所述初始膜层侧的材料，留下所述初始膜层；去除所述第一晶圆的位于所述第一环形槽的槽底的材料，使所述初始中心部和所述初始外环部分离，形成中心部和外环部，去除所述中间膜，使所述初始膜层形成连接所述内环壁和所述外环壁的环形振膜。
进一步地，所述提供第一基板，在所述第一基板的一侧形成压电层，得到第一基片，包括：
提供硅基衬底，在所述硅基衬底的两侧生长二氧化硅，使所述硅基衬底形成分别位于所述硅基衬底两侧的第一外层和第二外层，形成所述第一基板；
于所述第一基板的第一外层侧形成底电极层；
于所述底电极层的远离所述第一基板侧形成压电陶瓷层；
于所述压电陶瓷层的远离所述第一基板侧形成顶电极层。
进一步地，所述于所述第一基板的第一外层侧形成底电极层包括：
于所述第一基板的第一外层侧进行金属材料沉积，形成初始底电极层；
于所述初始底电极层的远离所述第一基板侧涂覆光刻胶形成第一光刻胶层，并通过光刻胶显影方式在所述第一光刻胶层形成第一蚀刻图案；
对所述初始底电极层进行蚀刻，去除所述初始底电极层的与所述第一蚀刻图案对应的材料；
去除剩余的所述第一光刻胶层，得到所述底电极层。
进一步地，所述于所述底电极层的远离所述第一基板侧形成压电陶瓷层包括：
于所述第一基板的形成所述底电极层侧进行PZT沉积，形成初始压电陶瓷层；
于所述初始压电陶瓷层的远离所述第一基板侧涂覆光刻胶形成第二光刻胶层，并通过光刻胶显影方式在所述第二光刻胶层形成第二蚀刻图案；
对所述初始压电陶瓷层进行蚀刻，去除所述初始压电陶瓷层的与所述第二蚀刻图案对应的材料；
去除剩余的所述第二光刻胶层，得到所述压电陶瓷层。
进一步地，所述于所述压电陶瓷层的远离所述第一基板侧形成顶电极层包括：
于所述第一基板的形成所述压电陶瓷层侧进行金属材料沉积，形成第二初始电极层；
于所述第二初始电极层的远离所述第一基板侧涂覆光刻胶形成第三光刻胶层，并通过光刻胶显影方式在所述第三光刻胶层形成第三蚀刻图案；
对所述第二初始电极层进行蚀刻，去除所述第二初始电极层的与所述第三蚀刻图案对应的材料；
去除剩余的所述第三光刻胶层，得到所述顶电极层。
进一步地，所述去除所述第一基片的所述压电层侧的部分材料，于所述第一基片的压电层侧形成第一环形槽，包括：
于所述第一基片的形成所述压电层侧涂覆光刻胶形成第四光刻胶层，并通过光刻胶显影方式在所述第四光刻胶层形成第四蚀刻图案，所述第四蚀刻图案与所述第一环形槽对应；
自所述第一基片的形成所述压电层侧对所述压电层和所述第一基板进行蚀刻，形成初始第一环形槽；
去除所述第四光刻胶层的剩余部分。
进一步地，所述自所述第一基片的形成所述压电层侧对所述压电层和所述第一基板进行蚀刻，形成初始第一环形槽，包括：
依次对所述顶电极层、所述压电陶瓷层和所述底电极层进行蚀刻；
对所述第一外层进行氧化物蚀刻，去除所述第一外层的与所述第四蚀刻图案对应处的二氧化硅材料。
进一步地，所述硅基衬底包括中间层；所述去除所述第一基片的所述压电层侧的部分材料，于所述第一基片的压电层侧形成第一环形槽，还包括：
去除所述第四光刻胶层的剩余部分后，在所述第一基片的形成所述压电层侧涂覆光刻胶形成第五光刻胶层，并通过光刻胶显影方式在所述第五光刻胶层形成第五蚀刻图案，所述第五蚀刻图案位于所述初始第一环形槽内；
对所述中间层和所述第一外层之间的硅材料进行硅腐蚀，形成所述第一环形槽。
进一步地，所述于所述第一基片的背离所述压电层侧形成位于所述第一环形槽圈定区域内的内环壁及围合于所述内环壁外且位于所述第一环形槽圈定区域外的外环壁，包括：
于所述第一基片的第二外层侧涂覆光刻胶形成第六光刻胶层，通过光刻胶显影方式在所述第六光刻胶层形成第六蚀刻图案；
对所述第一基片的所述第二外层进行氧化物蚀刻，去除所述第二外层的与所述第六蚀刻图案对应的二氧化硅材料，对所述第一基片靠近所述第六光刻胶层侧进行硅腐蚀，去除所述中间层和所述第二外层之间的与所述第六蚀刻图案对应的硅材料。
进一步地，所述去除所述第一晶圆的位于所述第一环形槽的槽底的材料，使所述初始中心部和所述初始外环部分离形成中心部和外环部，包括：
采用VHF氧化物释放的方式对所述中间层的进行处理，使所述中间层的与所述第一环形槽对应的材料去除，使所述第一环形槽形成环形狭缝。
进一步地，所述提供第二基板，去除所述第二基板一侧的部分材料，于所述第二基板的一侧形成中间槽及围合于所述中间槽外的第二环形槽，包括：
提供硅基衬底作为第二基板，在所述第二基板的一侧涂覆光刻胶形成第七光刻胶层，通过光刻胶显影方式在所述第七光刻胶层形成第七蚀刻图案，所述第七蚀刻图案所述第二环形槽对应；
在所述第二基板的涂覆所述第七光刻胶层侧进行硅腐蚀，去除所述第二基板的与所述第七蚀刻图案对应区域的硅材料，在所述第二基板形成所述第二环形槽；
去除所述第七光刻胶层的剩余部分。
进一步地，所述提供第二基板，去除所述第二基板一侧的部分材料，于所述第二基板的一侧形成中间槽及围合于所述中间槽外的中间槽，还包括：
在所述第二基板的一侧涂覆光刻胶形成第八光刻胶层，通过光刻胶显影方式在所述第八光刻胶层形成第八蚀刻图案，所述第八蚀刻图案所述中间槽对应；
在所述第二基板的涂覆所述第八光刻胶层侧进行硅腐蚀，去除所述第二基板的与所述第八蚀刻图案对应区域的硅材料，在所述第二基板形成所述中间槽；
去除所述第八光刻胶层的剩余部分。
进一步地，所述于所述第二基板的开设所述中间槽侧形成初始膜层包括：
于所述第二基板的一侧进行氧化处理，使所述第二基板的一侧的硅材料转化为二氧化硅材料，形成第一二氧化硅层；
于所述第一二氧化硅层的远离所述第二基板侧进行硅沉积，形成硅沉积层；
于所述硅沉积层的背离所述第一二氧化硅层侧涂覆光刻胶形成第九光刻胶层，对所述第九光刻胶层进行光刻胶显影处理，形成第九蚀刻图案，所述第九蚀刻图案与所述中间槽对应；
对所述硅沉积层进行硅腐蚀，去除所述硅沉积层的位于所述中间槽内的部分，去除所述第九光刻胶层的剩余部分；
在所述硅沉积层的远离所述第二基板侧进行二氧化硅沉积，形成第二二氧化硅层。
进一步地，所述去除所述中间膜，使所述初始膜层形成连接所述内环壁和所述外环壁的环形振膜，包括：
采用VHF氧化物释放的方式对所述中间膜的进行处理，使所述第二二氧化硅层的材料去除，使所述第一氧化硅层的与所述中间槽对应区域的材料去除，形成所述环形振膜。
进一步地，所述制备第一晶圆还包括：于所述内环壁的端面形成内环金属连接端，于所述外环壁的端面形成外环金属连接端；
所述制备第二晶圆包括：于所述内环膜的背离所述第二基板侧形成内侧金属连接端，于所述外环膜的背离所述第二基板侧形成外侧金属连接端；
所述将所述内环壁的一端与所述内环膜固定连接，将所述外环壁的一端与所述外环膜固定连接，包括：
将所述内环金属连接端与所述内侧金属连接端键合，将所述外环金属连接端与所述外侧金属连接端键合。
进一步地，所述于所述内环壁的端面形成内环金属连接端，于所述外环壁的端面形成外环金属连接端，包括：
于所述第一基片的背离所述压电层侧沉积金属材料形成第一金属键合层；
于所述第一金属键合层的背离所述第一基片侧涂覆光刻胶形成第六光刻胶层，通过光刻胶显影方式在所述第六光刻胶层形成第六蚀刻图案；
对所述第一金属键合层进行蚀刻，去除所述第一金属键合层的与所述第六蚀刻图案对应的金属材料，形成所述内环金属连接端和所述外环金属连接端。
进一步地，所述于所述内环膜的背离所述第二基板侧形成内侧金属连接端，于所述外环膜的背离所述第二基板侧形成外侧金属连接端，包括：
于所述初始膜层的背离所述第二基板侧沉积金属材料形成第二金属键合层；
于所述第二金属键合层的背离所述第二基板侧涂覆光刻胶形成第十光刻胶层，通过光刻胶显影方式在所述第十光刻胶层形成第十蚀刻图案；
对所述第二金属键合层进行蚀刻，去除所述第二金属键合层的与所述第十蚀刻图案对应的金属材料，形成所述内侧金属连接端和所述外侧金属连接端；
去除所述第十光刻胶层的剩余部分。
进一步地，所述去除所述第二晶圆的背离所述初始膜层侧的材料，留下所述初始膜层，包括：
对所述第二晶圆的背离所述初始膜层侧进行研磨，使所述第二基板变薄；
对所述第二基板进行蚀刻，去除所述第二基板的材料，留下所述初始膜层。
本发明的有益效果在于：由于压电层和基层开设有环形狭缝，且内环膜和外环膜之间连接有弹性的环形振膜，环形振膜可以发挥弹簧作用，使得中心部可以相对于外环部在第一晶圆的厚度方向振动，且内环膜可以相对于外环膜在第二晶圆的厚度方向振动，相当于换能器具有两个驱动器，这样可以提高压电换能器的振动频率，改善SPL(灵敏度)，且将内环膜和外环膜连接在一起提高了结构的稳定性。
【附图说明】
图1为本发明压电换能器的剖面结构示意图；
图2为本发明压电换能器的制备方法的主要流程示意图；
图3为本发明压电换能器的制备方法中制备第一晶圆时形成底电极层的流程示意图；
图4为图3中相应步骤完成后的示意性结构图；
图5为本发明压电换能器的制备方法中制备第一晶圆时形成压电陶瓷层的流程示意图；
图6为图5中相应步骤完成后的示意性结构图；
图7为本发明压电换能器的制备方法中制备第一晶圆时形成顶电极层的流程示意图；
图8为图7中相应步骤完成后的示意性结构图；
图9为本发明压电换能器的制备方法中制备第一晶圆时形成第一环形槽的流程示意图；
图10为图9中相应步骤完成后的示意性结构图；
图11为本发明压电换能器的制备方法中制备第一晶圆时形成内环壁、外环壁、内环金属连接端及外环金属连接端的流程示意图；
图12为图11中相应步骤完成后的示意性结构图；
图13为本发明压电换能器的制备方法中制备第二晶圆时形成中间槽和第二环形槽的流程示意图；
图14为图13中相应步骤完成后的示意性结构图；
图15为本发明压电换能器的制备方法中制备第二晶圆时形成初始膜层的流程示意图；
图16为图15中相应步骤完成后的示意性结构图；
图17为本发明压电换能器的制备方法中制备第二晶圆时形成内侧金属连接端和外侧金属连接端的流程示意图；
图18为图17中相应步骤完成后的示意性结构图；
图19为本发明压电换能器的制备方法中接合第一晶圆和第二晶圆的流程示意图；
图20为图19中相应步骤完成后的示意性结构图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
本实施例中，如图1所示，提供一种压电换能器，包括第一晶圆10和固定连接于第一晶圆10的一侧的第二晶圆20，其中，第一晶圆10包括固定连接于第二晶圆20的连接壁103、固定连接于连接壁103的远离第二晶圆20侧的基层102、叠设于基层102的远离第二晶圆20侧的压电层101，压电层101和基层102共同开设有环形狭缝110，环形狭缝110将压电层101和基层102分隔为位于中间区域的中心部120和围合于中心部120外的外环部130，连接壁103包括固定连接于中心部120的内环壁1031及固定连接于外环部130且围合于内环壁1031的外侧的外环壁1032；第二晶圆20包括固定连接于内环壁1031的一端且中部开设有开口2011的内环膜201、固定连接于外环壁1032的一端且围合于内环膜201外的外环膜202及内周缘连接于内环膜201外侧且外周缘连接于外环膜202内侧的环形振膜203。内环壁1031、外环壁1032的形状可以是方形、圆形、五边形、六边形等，对应的，环形狭缝110也可以是方形、圆形、五边形、六边形等。
由于压电层101和基层102开设有环形狭缝110，且内环膜201和外环膜202之间连接有弹性的环形振膜203，环形振膜203可以发挥弹簧作用，使得中心部120可以相对于外环部130在第一晶圆10的厚度方向振动，且内环膜201可以相对于外环膜202在第二晶圆20的厚度方向振动，相当于换能器具有两个驱动器，这样可以提高压电换能器的振动频率，改善SPL(灵敏度)，且将内环膜201和外环膜202连接在一起提高了结构的稳定性。
进一步的，为了制备上述的压电换能器，如图2-20所示，本实施例提供一种压电换能器的制备方法，包括步骤：
S100、制备第一晶圆：提供第一基板1010，在所述第一基板1010的一侧形成压电层101，得到第一基片；去除所述第一基片的所述压电层101侧的部分材料，于所述第一基片的压电层101侧形成第一环形槽1231，所述第一环形槽1231将所述第一基片分隔为位于中间区域的初始中心部120和围合于所述初始中心部120外的初始外环部130；于所述第一基片的背离所述压电层101侧形成位于所述第一环形槽1231圈定区域内的内环壁1031及围合于所述内环壁1031外且位于所述第一环形槽1231圈定区域外的外环壁1032；
S200、制备第二晶圆：提供第二基板2011，去除所述第二基板2011一侧的部分材料，于所述第二基板2011的一侧形成中间槽2081及围合于所述中间槽2081外的第二环形槽2041；于所述第二基板2011的开设所述中间槽2081侧形成初始膜层，所述初始膜层包括覆盖所述中间槽2081的内表面的中间膜、覆盖所述第二环形槽2041的内表面的环形膜、连接所述中间膜和所述环形膜的内环膜201及连接于所述环形膜的外周的外环膜202；
S300、接合第一晶圆和第二晶圆：将所述内环壁1031的一端与所述内环膜201固定连接，将所述外环壁1032的一端与所述外环膜202固定连接；去除所述第二晶圆的背离所述初始膜层侧的材料，留下所述初始膜层；去除所述第一晶圆的位于所述第一环形槽1231的槽底的材料，使所述初始中心部120和所述初始外环部130分离，形成中心部120和外环部130，去除所述中间膜，使所述初始膜层形成连接所述内环壁1031和所述外环壁1032的环形振膜203。
具体的，在本实施例中，制备第一晶圆的具体步骤如下：
如图3和4所示：
S101、提供硅基衬底，所述硅基衬底包括位于中间的中间层1011，在所述硅基衬底的两侧生长二氧化硅，使所述硅基衬底形成分别位于所述硅基衬底两侧的第一外层1012和第二外层1013，形成所述第一基板1010；具体的，中间层1011、第一外层1012和第二外层1013均为二氧化硅材料，中间层1011和第一外层1012之间、中间层1011和第二外层1013之间的材料为硅材料。
于所述第一基板1010的第一外层1012侧形成底电极层1061，包括：
S102、于所述第一基板1010的第一外层1012侧进行金属材料沉积，形成初始底电极层1021；具体的，本步骤中的金属材料可以包括Cr(铬)、Au(金)、Pt(铂)、Al(铝)、Ti(钛)等；沉积方式可以采用物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积或涂覆工艺等等。
S103、于所述初始底电极层1021的远离所述第一基板1010侧涂覆光刻胶形成第一光刻胶层1033；
S104、通过光刻胶显影方式在所述第一光刻胶层1033形成第一蚀刻图案1041；第一蚀刻图案1041为环形；
S105、对所述初始底电极层1021进行蚀刻，去除所述初始底电极层1021的与所述第一蚀刻图案1041对应的材料；
S106、去除剩余的所述第一光刻胶层1033，得到所述底电极层1061。底电极层1061的面积小于第一基板1010的面积，即底电极层1061位于第一基板1010边缘围合的区域内，本实施例中底电极层1061的中心与第一基板1010的中心重合。
如图5和6所示：
于所述底电极层1061的远离所述第一基板1010侧形成压电陶瓷层1111，包括
S107、于所述第一基板1010的形成所述底电极层1061侧进行PZT(锆钛酸铅压电陶瓷)沉积，形成初始压电陶瓷层1071；PZT可以包括不同锆钛组分配比的PZT材料、锰锆钛酸铅压电陶瓷PMnZT等。
S108、于所述初始压电陶瓷层1071的远离所述第一基板1010侧涂覆光刻胶形成第二光刻胶层1081；
S109、通过光刻胶显影方式在所述第二光刻胶层1081形成第二蚀刻图案1091；第二蚀刻图案1091为环形；
S110、对所述初始压电陶瓷层1071进行蚀刻，去除所述初始压电陶瓷层1071的与所述第二蚀刻图案1091对应的材料；
S111、去除剩余的所述第二光刻胶层1081，得到所述压电陶瓷层1111。压电陶瓷层1111的面积略小于底电极层1061；
如图7和8所示：
于所述压电陶瓷层1111的远离所述第一基板1010侧形成顶电极层1161，包括：
S112、于所述第一基板1010的形成所述压电陶瓷层1111侧进行金属材料沉积，形成初始顶电极层1121；本步骤中的金属材料可以包括W(钨)、Au(金)、Pt(铂)、Al(铝)、Ti(钛)等；沉积方式可以采用物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积或涂覆工艺等等；
S113、于所述初始顶电极层1121的远离所述第一基板1010侧涂覆光刻胶形成第三光刻胶层1131；
S114、通过光刻胶显影方式在所述第三光刻胶层1131形成第三蚀刻图案1141；第三蚀刻图案1141为环形；
S115、对所述初始顶电极层1121进行蚀刻，去除所述初始顶电极层1121的与所述第三蚀刻图案1141对应的材料；
S116、去除剩余的所述第三光刻胶层1131，得到所述顶电极层1161，从而得到第一基片。
如图9和10所示：
去除所述第一基片的所述压电层101侧的部分材料，于所述第一基片的压电层101侧形成第一环形槽1231，包括：
S117、于所述第一基片的形成所述压电层101侧涂覆光刻胶形成第四光刻胶层1171；
S118、通过光刻胶显影方式在所述第四光刻胶层1171形成第四蚀刻图案1181，所述第四蚀刻图案1181与所述第一环形槽1231对应；第四蚀刻图案1181为环形；
S119、自所述第一基片的形成所述压电层101侧对所述压电层101和所述第一基板1010进行蚀刻，形成初始第一环形槽1191；
具体的，本步骤包括：
依次对所述顶电极层1161、所述压电陶瓷层1111和所述底电极层1061进行蚀刻；以去除顶电极层1161、压电陶瓷层1111和底电极层1061的与第四蚀刻图案1181对应的材料；
对所述第一外层1012进行氧化物蚀刻，去除所述第一外层1012的与所述第四蚀刻图案1181对应处的二氧化硅材料；
S120、去除所述第四光刻胶层1171的剩余部分；
S121、在所述第一基片的形成所述压电层101侧涂覆光刻胶形成第五光刻胶层1211；
S122、通过光刻胶显影方式在所述第五光刻胶层1211形成第五蚀刻图案1221，所述第五蚀刻图案1221位于所述初始第一环形槽1191内；具体的，第五蚀刻图案1221邻接于初始第一环形槽1191的外边缘；
S123、对所述中间层1011和所述第一外层1012之间的硅材料进行硅腐蚀，形成所述第一环形槽1231。本步骤中第一外层1012和中间层1011之间的与第五蚀刻图案1221对应的部分硅材料被去除。
S124、去除第五光刻胶层1211的剩余部分；并进行氧化物保护沉积，形成氧化物保护层；以将二氧化硅材料的表面进行隔离；
如图11和12所示：
于所述第一基片的背离所述压电层101侧形成位于所述第一环形槽1231圈定区域内的内环壁1031及围合于所述内环壁1031外且位于所述第一环形槽1231圈定区域外的外环壁1032，以及，于所述内环壁1031的端面形成内环金属连接端1281，于所述外环壁1032的端面形成外环金属连接端1282，包括：
S125、于所述第一基片的背离所述压电层101侧沉积金属材料形成第一金属键合层1251；本步骤中的金属材料可以包括W(钨)、Au(金)、Pt(铂)、Al(铝)、Ti(钛)等；沉积方式可以采用物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积或涂覆工艺等等；
S126、于所述第一金属键合层1251的背离所述第一基片侧涂覆光刻胶形成第六光刻胶层1261；
S127、通过光刻胶显影方式在所述第六光刻胶层1261形成第六蚀刻图案1271；本实施例中，第六蚀刻图案1271包括位于中部的方形图案及围合于该方形图案外周的方环图案；第六蚀刻图案1271的具体形状可以根据内环壁1031和外环壁1032的形状进行设置，例如内环壁1031和外环壁1032为圆环状时，第六蚀刻图案1271包括位于中部的圆形图案及围合于该圆形图案外周的圆环图案；
S128、对所述第一金属键合层1251进行蚀刻，去除所述第一金属键合层1251的与所述第六蚀刻图案1271对应的金属材料，形成所述内环金属连接端1281和所述外环金属连接端1282；对所述第一基片的所述第二外层1013进行氧化物蚀刻，去除所述第二外层1013的与所述第六蚀刻图案1271对应的二氧化硅材料，对所述第一基片靠近所述第六光刻胶层1261侧进行硅腐蚀，去除所述中间层1011和所述第二外层1013之间的与所述第六蚀刻图案1271对应的硅材料；
S129、去除第六光刻胶层1261的剩余部分。
制备第二晶圆的具体步骤如下：
如图13和14所示：
S201、提供硅基衬底作为第二基板2011；
S202、在所述第二基板2011的一侧涂覆光刻胶形成第七光刻胶层2021；
S203、通过光刻胶显影方式在所述第七光刻胶层2021形成第七蚀刻图案2031，所述第七蚀刻图案2031所述第二环形槽2041对应；
S204、在所述第二基板2011的涂覆所述第七光刻胶层2021侧进行硅腐蚀，去除所述第二基板2011的与所述第七蚀刻图案2031对应区域的硅材料，在所述第二基板2011形成所述第二环形槽2041；硅腐蚀可以采用TMHA(利氢氧化四甲铵)硅腐蚀方式，即湿法蚀刻。得到的第二环形槽2041的横截面为拱形，可以为圆拱形、梯形、椭圆弧形等等；
S205、去除所述第七光刻胶层2021的剩余部分。
S206、在所述第二基板2011的一侧涂覆光刻胶形成第八光刻胶层2061，第八光刻胶层2061覆盖第二环形槽2041的内壁，第八光刻胶层2061的厚度均匀，厚度可以在50um-500um内，优选为200um；
S207、通过光刻胶显影方式在所述第八光刻胶层2061形成第八蚀刻图案2071，所述第八蚀刻图案2071所述中间槽2081对应；中间槽2081为方形；
S208、在所述第二基板2011的涂覆所述第八光刻胶层2061侧进行硅腐蚀，去除所述第二基板2011的与所述第八蚀刻图案2071对应区域的硅材料，在所述第二基板2011形成所述中间槽2081；
S209、去除所述第八光刻胶层2061的剩余部分。
如图15和16所示：
S210、于所述第二基板2011的一侧进行氧化处理，使所述第二基板2011的一侧的硅材料转化为二氧化硅材料，形成第一二氧化硅层2101；第一二氧化硅层2101的厚度可以为50um-500um内，例如100um、150um、200um、250um、300um、350um、400um、450um等。
S211、于所述第一二氧化硅层的远离所述第二基板2011侧进行硅沉积，形成硅沉积层2111；硅沉积层2111的厚度可以为50um-500um内，例如100um、150um、200um、250um、300um、350um、400um、450um等。
S212、于所述硅沉积层2111的背离所述第一二氧化硅层侧涂覆光刻胶形成第九光刻胶层2121；
S213、对所述第九光刻胶层2121进行光刻胶显影处理，形成第九蚀刻图案2131，所述第九蚀刻图案2131与所述中间槽2081对应；
S214、对所述硅沉积层2111进行硅腐蚀，去除所述硅沉积层2111的位于所述中间槽2081内的部分；
S215、去除所述第九光刻胶层2121的剩余部分；
S216、在所述硅沉积层2111的远离所述第二基板2011侧进行二氧化硅沉积，形成第二二氧化硅层2161。第一二氧化硅层2101和第二二氧化硅层2161共同将硅沉积层2111包裹，得到初始膜层。
如图17和18所示：
于所述内环膜201的背离所述第二基板2011侧形成内侧金属连接端2201，于所述外环膜202的背离所述第二基板2011侧形成外侧金属连接端2202，包括：
S217、于所述初始膜层的背离所述第二基板2011侧沉积金属材料形成第二金属键合层2171；金属材料可以包括W(钨)、Au(金)、Pt(铂)、Al(铝)、Ti(钛)等；沉积方式可以采用物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积或涂覆工艺等等；
S218、于所述第二金属键合层2171的背离所述第二基板2011侧涂覆光刻胶形成第十光刻胶层2181；
S219、通过光刻胶显影方式在所述第十光刻胶层2181形成第十蚀刻图案2191；
S220、对所述第二金属键合层2171进行蚀刻，去除所述第二金属键合层2171的与所述第十蚀刻图案2191对应的金属材料，形成所述内侧金属连接端2201和所述外侧金属连接端2202；
S221、去除所述第十光刻胶层2181的剩余部分。
如图19和20所示，接合第一晶圆和第二晶圆的具体步骤如下：
S301、将所述内环金属连接端1281与所述内侧金属连接端2201键合，将所述外环金属连接端1282与所述外侧金属连接端2202键合。使得内环壁1031与内环膜201固定连接，外环壁1032与外环膜202固定连接；
S302、对所述第二晶圆的背离所述初始膜层侧进行研磨，使所述第二基板2011变薄；
S303、对所述第二基板2011进行蚀刻，去除所述第二基板2011的材料，留下所述初始膜层。具体为硅的干法蚀刻(DRIE Si etch)，由于制备第一晶圆的过程中进行了氧化物保护沉积，具有氧化物保护层，可以保护第一晶圆的硅材料，即第一晶圆的硅材料不会受到影响，而第二晶圆的未被二氧化硅隔离的硅材料被去除；
S304、采用VHF(氢氟酸蒸汽)氧化物释放的方式对所述中间层1011和中间膜的进行处理，使所述中间层1011的与所述第一环形槽1231对应的材料去除，使所述第一环形槽1231形成环形狭缝110，使所述第二二氧化硅层2161的材料去除，使所述第一氧化硅层的与所述中间槽2081对应区域的材料去除，形成所述环形振膜203，环形振膜203为拱形。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种压电换能器，包括第一晶圆和固定连接于所述第一晶圆的一侧的第二晶圆，其特征在于，所述第一晶圆包括固定连接于所述第二晶圆的连接壁、固定连接于所述连接壁的远离所述第二晶圆侧的基层、叠设于所述基层的远离所述第二晶圆侧的压电层，所述压电层和所述基层共同开设有环形狭缝，所述环形狭缝将所述压电层和所述基层分隔为位于中间区域的中心部和围合于所述中心部外的外环部，所述连接壁包括固定连接于所述中心部的内环壁及固定连接于所述外环部且围合于所述内环壁的外侧的外环壁；所述第二晶圆包括固定连接于所述内环壁的一端且中部开设有开口的内环膜、固定连接于所述外环壁的一端且围合于所述内环膜外的外环膜及内周缘连接于所述内环膜外侧且外周缘连接于所述外环膜内侧的环形振膜。
2.一种压电换能器的制备方法，其特征在于，包括步骤：
制备第一晶圆：提供第一基板，在所述第一基板的一侧形成压电层，得到第一基片；去除所述第一基片的所述压电层侧的部分材料，于所述第一基片的压电层侧形成第一环形槽，所述第一环形槽将所述第一基片分隔为位于中间区域的初始中心部和围合于所述初始中心部外的初始外环部；于所述第一基片的背离所述压电层侧形成位于所述第一环形槽圈定区域内的内环壁及围合于所述内环壁外且位于所述第一环形槽圈定区域外的外环壁；
制备第二晶圆：提供第二基板，去除所述第二基板一侧的部分材料，于所述第二基板的一侧形成中间槽及围合于所述中间槽外的第二环形槽；于所述第二基板的开设所述中间槽侧形成初始膜层，所述初始膜层包括覆盖所述中间槽的内表面的中间膜、覆盖所述第二环形槽的内表面的环形膜、连接所述中间膜和所述环形膜的内环膜及连接于所述环形膜的外周的外环膜；
接合第一晶圆和第二晶圆：将所述内环壁的一端与所述内环膜固定连接，将所述外环壁的一端与所述外环膜固定连接；去除所述第二晶圆的背离所述初始膜层侧的材料，留下所述初始膜层；去除所述第一晶圆的位于所述第一环形槽的槽底的材料，使所述初始中心部和所述初始外环部分离，形成中心部和外环部，去除所述中间膜，使所述初始膜层形成连接所述内环壁和所述外环壁的环形振膜。
3.根据权利要求2所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述提供第一基板，在所述第一基板的一侧形成压电层，得到第一基片，包括：
提供硅基衬底，在所述硅基衬底的两侧生长二氧化硅，使所述硅基衬底形成分别位于所述硅基衬底两侧的第一外层和第二外层，形成所述第一基板；
于所述第一基板的第一外层侧形成底电极层；
于所述底电极层的远离所述第一基板侧形成压电陶瓷层；
于所述压电陶瓷层的远离所述第一基板侧形成顶电极层。
4.根据权利要求3所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述于所述第一基板的第一外层侧形成底电极层包括：
于所述第一基板的第一外层侧进行金属材料沉积，形成初始底电极层；
于所述初始底电极层的远离所述第一基板侧涂覆光刻胶形成第一光刻胶层，并通过光刻胶显影方式在所述第一光刻胶层形成第一蚀刻图案；
对所述初始底电极层进行蚀刻，去除所述初始底电极层的与所述第一蚀刻图案对应的材料；
去除剩余的所述第一光刻胶层，得到所述底电极层。
5.根据权利要求3所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述于所述底电极层的远离所述第一基板侧形成压电陶瓷层包括：
于所述第一基板的形成所述底电极层侧进行PZT沉积，形成初始压电陶瓷层；
于所述初始压电陶瓷层的远离所述第一基板侧涂覆光刻胶形成第二光刻胶层，并通过光刻胶显影方式在所述第二光刻胶层形成第二蚀刻图案；
对所述初始压电陶瓷层进行蚀刻，去除所述初始压电陶瓷层的与所述第二蚀刻图案对应的材料；
去除剩余的所述第二光刻胶层，得到所述压电陶瓷层。
6.根据权利要求3所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述于所述压电陶瓷层的远离所述第一基板侧形成顶电极层包括：
于所述第一基板的形成所述压电陶瓷层侧进行金属材料沉积，形成第二初始电极层；
于所述第二初始电极层的远离所述第一基板侧涂覆光刻胶形成第三光刻胶层，并通过光刻胶显影方式在所述第三光刻胶层形成第三蚀刻图案；
对所述第二初始电极层进行蚀刻，去除所述第二初始电极层的与所述第三蚀刻图案对应的材料；
去除剩余的所述第三光刻胶层，得到所述顶电极层。
7.根据权利要求3所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述去除所述第一基片的所述压电层侧的部分材料，于所述第一基片的压电层侧形成第一环形槽，包括：
于所述第一基片的形成所述压电层侧涂覆光刻胶形成第四光刻胶层，并通过光刻胶显影方式在所述第四光刻胶层形成第四蚀刻图案，所述第四蚀刻图案与所述第一环形槽对应；
自所述第一基片的形成所述压电层侧对所述压电层和所述第一基板进行蚀刻，形成初始第一环形槽；
去除所述第四光刻胶层的剩余部分。
8.根据权利要求7所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述自所述第一基片的形成所述压电层侧对所述压电层和所述第一基板进行蚀刻，形成初始第一环形槽，包括：
依次对所述顶电极层、所述压电陶瓷层和所述底电极层进行蚀刻；
对所述第一外层进行氧化物蚀刻，去除所述第一外层的与所述第四蚀刻图案对应处的二氧化硅材料。
9.根据权利要求8所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述硅基衬底包括中间层；所述去除所述第一基片的所述压电层侧的部分材料，于所述第一基片的压电层侧形成第一环形槽，还包括：
去除所述第四光刻胶层的剩余部分后，在所述第一基片的形成所述压电层侧涂覆光刻胶形成第五光刻胶层，并通过光刻胶显影方式在所述第五光刻胶层形成第五蚀刻图案，所述第五蚀刻图案位于所述初始第一环形槽内；
对所述中间层和所述第一外层之间的硅材料进行硅腐蚀，形成所述第一环形槽。
10.根据权利要求3所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述于所述第一基片的背离所述压电层侧形成位于所述第一环形槽圈定区域内的内环壁及围合于所述内环壁外且位于所述第一环形槽圈定区域外的外环壁，包括：
于所述第一基片的第二外层侧涂覆光刻胶形成第六光刻胶层，通过光刻胶显影方式在所述第六光刻胶层形成第六蚀刻图案；
对所述第一基片的所述第二外层进行氧化物蚀刻，去除所述第二外层的与所述第六蚀刻图案对应的二氧化硅材料，对所述第一基片靠近所述第六光刻胶层侧进行硅腐蚀，去除所述中间层和所述第二外层之间的与所述第六蚀刻图案对应的硅材料。
11.根据权利要求3所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述去除所述第一晶圆的位于所述第一环形槽的槽底的材料，使所述初始中心部和所述初始外环部分离形成中心部和外环部，包括：
采用VHF氧化物释放的方式对所述中间层的进行处理，使所述中间层的与所述第一环形槽对应的材料去除，使所述第一环形槽形成环形狭缝。
12.根据权利要求2所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述提供第二基板，去除所述第二基板一侧的部分材料，于所述第二基板的一侧形成中间槽及围合于所述中间槽外的第二环形槽，包括：
提供硅基衬底作为第二基板，在所述第二基板的一侧涂覆光刻胶形成第七光刻胶层，通过光刻胶显影方式在所述第七光刻胶层形成第七蚀刻图案，所述第七蚀刻图案所述第二环形槽对应；
在所述第二基板的涂覆所述第七光刻胶层侧进行硅腐蚀，去除所述第二基板的与所述第七蚀刻图案对应区域的硅材料，在所述第二基板形成所述第二环形槽；
去除所述第七光刻胶层的剩余部分。
13.根据权利要求12所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述提供第二基板，去除所述第二基板一侧的部分材料，于所述第二基板的一侧形成中间槽及围合于所述中间槽外的中间槽，还包括：
在所述第二基板的一侧涂覆光刻胶形成第八光刻胶层，通过光刻胶显影方式在所述第八光刻胶层形成第八蚀刻图案，所述第八蚀刻图案所述中间槽对应；
在所述第二基板的涂覆所述第八光刻胶层侧进行硅腐蚀，去除所述第二基板的与所述第八蚀刻图案对应区域的硅材料，在所述第二基板形成所述中间槽；
去除所述第八光刻胶层的剩余部分。
14.根据权利要求2所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述于所述第二基板的开设所述中间槽侧形成初始膜层包括：
于所述第二基板的一侧进行氧化处理，使所述第二基板的一侧的硅材料转化为二氧化硅材料，形成第一二氧化硅层；
于所述第一二氧化硅层的远离所述第二基板侧进行硅沉积，形成硅沉积层；
于所述硅沉积层的背离所述第一二氧化硅层侧涂覆光刻胶形成第九光刻胶层，对所述第九光刻胶层进行光刻胶显影处理，形成第九蚀刻图案，所述第九蚀刻图案与所述中间槽对应；
对所述硅沉积层进行硅腐蚀，去除所述硅沉积层的位于所述中间槽内的部分，去除所述第九光刻胶层的剩余部分；
在所述硅沉积层的远离所述第二基板侧进行二氧化硅沉积，形成第二二氧化硅层。
15.根据权利要求14所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述去除所述中间膜，使所述初始膜层形成连接所述内环壁和所述外环壁的环形振膜，包括：
采用VHF氧化物释放的方式对所述中间膜的进行处理，使所述第二二氧化硅层的材料去除，使所述第一氧化硅层的与所述中间槽对应区域的材料去除，形成所述环形振膜。
16.根据权利要求2所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述制备第一晶圆还包括：于所述内环壁的端面形成内环金属连接端，于所述外环壁的端面形成外环金属连接端；
所述制备第二晶圆包括：于所述内环膜的背离所述第二基板侧形成内侧金属连接端，于所述外环膜的背离所述第二基板侧形成外侧金属连接端；
所述将所述内环壁的一端与所述内环膜固定连接，将所述外环壁的一端与所述外环膜固定连接，包括：
将所述内环金属连接端与所述内侧金属连接端键合，将所述外环金属连接端与所述外侧金属连接端键合。
17.根据权利要求16所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述于所述内环壁的端面形成内环金属连接端，于所述外环壁的端面形成外环金属连接端，包括：
于所述第一基片的背离所述压电层侧沉积金属材料形成第一金属键合层；
于所述第一金属键合层的背离所述第一基片侧涂覆光刻胶形成第六光刻胶层，通过光刻胶显影方式在所述第六光刻胶层形成第六蚀刻图案；
对所述第一金属键合层进行蚀刻，去除所述第一金属键合层的与所述第六蚀刻图案对应的金属材料，形成所述内环金属连接端和所述外环金属连接端。
18.根据权利要求16所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述于所述内环膜的背离所述第二基板侧形成内侧金属连接端，于所述外环膜的背离所述第二基板侧形成外侧金属连接端，包括：
于所述初始膜层的背离所述第二基板侧沉积金属材料形成第二金属键合层；
于所述第二金属键合层的背离所述第二基板侧涂覆光刻胶形成第十光刻胶层，通过光刻胶显影方式在所述第十光刻胶层形成第十蚀刻图案；
对所述第二金属键合层进行蚀刻，去除所述第二金属键合层的与所述第十蚀刻图案对应的金属材料，形成所述内侧金属连接端和所述外侧金属连接端；
去除所述第十光刻胶层的剩余部分。
19.根据权利要求2所述的压电换能器的制备方法，其特征在于，所述去除所述第二晶圆的背离所述初始膜层侧的材料，留下所述初始膜层，包括：
对所述第二晶圆的背离所述初始膜层侧进行研磨，使所述第二基板变薄；
对所述第二基板进行蚀刻，去除所述第二基板的材料，留下所述初始膜层。
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