CN117750285A - 微型压电换能器的极简化制备方法及微型压电换能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子器件技术领域，并提供了一种微型压电换能器的极简化制备方法及微型压电换能器。该制备方法包括如下步骤：在衬底上依次制备底电极层、压电层和顶电极层；对顶电极层和压电层进行第一图案化处理，形成露出底电极层的第一图案孔；在顶电极层和底电极层上制备绝缘介质层；对绝缘介质层进行第二图案化处理，在绝缘介质层中形成间隔设置的顶电极接触孔和底电极接触孔；以及，在顶电极接触孔和底电极接触孔中制备导电接触层，导电接触层包括位于顶电极接触孔中的顶电极接触部以及位于底电极接触孔中的底电极接触部。该制备方法能够有效简化压电换能器的制造工艺流程，提高生产效率。

Description

微型压电换能器的极简化制备方法及微型压电换能器

技术领域

本发明涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种微型压电换能器的极简化制备方法及微型压电换能器。

背景技术

换能器是一种能够将电能转换为机械能或者将机械能转换为电能的器件，其在受到声波、水波、压力等机械应力激励时，能够产生相应的电信号，从而实现能量转换并被记录。换能器通常可以用于实时监测管道压力、指纹解锁、水下侦听和地震预警等多种使用场景。换能器中的核心部件通常为压电陶瓷。传统的换能器具有体积大、重量大和能耗高等缺点，已经逐渐难以适用于许多对于器件尺寸和能耗要求较高的场景。

微机电系统（Micro Electro Mechanical Systems，简称MEMS）是一种尺寸非常微小的三维机械电子系统，其外壳尺寸通常在厘米甚至毫米级、内部结构尺寸通常在微米甚至纳米级，具有体积小、重量轻、高性能、低能耗或自供能等突出特点。MEMS换能器通常基于压电薄膜。在传统的MEMS换能器的制备过程中，通常涉及底电极的沉积和图形化处理、压电薄膜的沉积和图形化处理以及顶电极的沉积和图形化处理。其中存在制造工艺流程较为复杂的缺点，并且相应地其制备过程中也需要使用较多的掩模版，也导致生产成本高、制备时间长。

发明内容

基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种微型压电换能器的极简化制备方法，以减少掩模版的使用、降低生产成本并且简化其制造工艺流程。

根据本发明的一些实施例，提供了一种微型压电换能器的极简化制备方法，其包括如下步骤：

在衬底上依次制备底电极层、压电层和顶电极层；

对所述顶电极层和所述压电层进行第一图案化处理，形成露出所述底电极层的第一图案凹槽；

在所述顶电极层和所述底电极层上制备绝缘介质层；

对所述绝缘介质层进行第二图案化处理，在所述绝缘介质层中形成间隔设置的顶电极接触槽和底电极接触槽，所述顶电极层从所述顶电极接触槽中露出，所述底电极层从所述底电极接触槽中露出；以及，

在所述顶电极接触槽和所述底电极接触槽中制备导电接触层，所述导电接触层包括位于所述顶电极接触槽中的顶电极接触部以及位于所述底电极接触槽中的底电极接触部。

在本发明的一些实施例中，进行所述第一图案化处理的步骤包括：基于第一掩模版刻蚀所述顶电极层和所述压电层。

在本发明的一些实施例中，刻蚀所述顶电极层和所述压电层的方式是离子溅射刻蚀。

在本发明的一些实施例中，进行所述第二图案化处理的步骤包括：基于第二掩模版刻蚀所述绝缘介质层；以及，

制备所述导电接触层的步骤包括：基于所述第二掩模版沉积所述导电接触层的材料。

在本发明的一些实施例中，制备所述绝缘介质层的步骤包括：在远离所述衬底的方向上依次制备层叠设置的第一绝缘子层和第二绝缘子层，所述第一绝缘子层的材料选自氧化铝，所述第二绝缘子层的材料选自二氧化硅。

在本发明的一些实施例中，在对所述绝缘介质层进行第二图案化处理的步骤中，先采用反应离子刻蚀的方法刻蚀所述第一绝缘子层，再采用离子溅射刻蚀的方法刻蚀所述第二绝缘子层。

在本发明的一些实施例中，在制备所述绝缘介质层的步骤中，所述第一绝缘子层的厚度为5nm~100nm；和/或，所述第二绝缘子层的厚度为100nm~300nm。

在本发明的一些实施例中，在制备所述导电接触层之后，还包括如下步骤：对所述衬底远离所述底电极层的一侧表面进行第三图案化处理，进行所述第三图案化处理的步骤包括：基于第三掩模版对所述衬底远离所述底电极层的一侧进行刻蚀。

在本发明的一些实施例中，所述底电极层的材料选自钼、铬、铂、钛和金中的一种或多种。

在本发明的一些实施例中，所述顶电极层的材料选自钼、铬、铂、钛和金中的一种或多种。

在本发明的一些实施例中，所述导电接触层的材料选自钛、金、铬和铂中的一种或多种。

在本发明的一些实施例中，所述压电层的材料选自氮化铝、氮化铝钪、铁酸铋和铌酸钾钠中的一种或多种。

进一步地，本发明还提供了一种压电换能器，其包括：衬底、底电极层、压电层、顶电极层、导电接触层和绝缘介质层；

所述底电极层、所述压电层和所述顶电极层依次层叠设置于所述衬底上，所述顶电极层和所述压电层中具有露出所述底电极层的第一图案凹槽，所述导电接触层包括底电极接触部和顶电极接触部，所述底电极接触部和所述绝缘介质层设置于所述第一图案凹槽中，所述底电极接触部设置于所述底电极层上且电连接于所述底电极层，所述绝缘介质层设置于所述底电极接触部和所述顶电极接触部之间。

于本发明的微型压电换能器的极简化制备方法中，先于衬底上制备层叠的底电极层、压电层和顶电极层，然后再依次进行第一图案化处理、制备绝缘介质层、进行第二图案化处理以及制备导电接触层。其中第一图案化处理能够形成露出底电极层的第一图案凹槽，绝缘介质层填充于该第一图案凹槽中，在进行第二图案化处理时再同时露出底电极层和顶电极层，以使得顶电极接触部和底电极接触部分别电连接于底电极层和顶电极层，并且剩余的绝缘介质层还将底电极层和顶电极层间隔开来，以避免二者之间的短接。该制备方法摒弃了传统技术中逐层沉积并图案化的方式，先将多层材料统一制备，再根据所需的结构特点进行两次图案化处理以及制备相应的材料，能够有效简化压电换能器的制造工艺流程，提高生产效率。

进一步地，在一些实施例中，第一图案化处理可以采用第一掩模版进行，第二图案化处理和沉积导电接触层可以共同采用第二掩模版进行，因此还能够有效减少掩模版的使用，降低生产成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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实施例的附图。

图1为一种微型压电换能器的极简化制备方法的步骤示意图；

图2为在衬底上制备底电极层、压电层和顶电极层的结构示意图；

图3为在图2所示结构的基础上对顶电极层和压电层进行第一图案化处理的结构示意图；

图4为在图3所示结构的基础上制备绝缘介质层的结构示意图；

图5为在图4所示结构的基础上进行第二图案化处理的结构示意图；

图6为在图5所示结构的基础上制备导电接触层的结构示意图；

图7为在图6所示结构的基础上进行第三图案化处理的结构示意图。

其中，各附图标记及其含义如下：

110、衬底；1101、空腔；111、第一半导体基层；112、埋氧层；113、第二半导体基层；114、缓冲层；120、底电极层；121、第一图案凹槽；130、压电层；140、顶电极层；150、绝缘介质层；151、底电极接触槽；152、顶电极接触槽；160、导电接触层；161、底电极接触部；162、顶电极接触部。

具体实施方式

为了便于理解本文，下面将对本文进行更全面的描述。文中给出了本文的首选实施例。但是，本文可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本文的内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本文的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本文的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本文。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者也可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(例如旋转90度或其它取向)并且使用的空间描述语也相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本公开的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

本发明提供了一种微型压电换能器的极简化制备方法，其包括如下步骤：在衬底上依次制备底电极层、压电层和顶电极层。对顶电极层和压电层进行第一图案化处理，形成露出底电极层的第一图案凹槽。在顶电极层和底电极层上制备绝缘介质层。对绝缘介质层进行第二图案化处理，在绝缘介质层中形成间隔设置的顶电极接触槽和底电极接触槽，顶电极层从顶电极接触槽中露出，底电极层从底电极接触槽中露出。以及，在顶电极接触槽和底电极接触槽中制备导电接触层，导电接触层包括位于顶电极接触槽中的顶电极接触部以及位于底电极接触槽中的底电极接触部。

于本发明的微型压电换能器的极简化制备方法中，先于衬底上制备层叠的底电极层、压电层和顶电极层，然后再依次进行第一图案化处理、制备绝缘介质层、进行第二图案化处理以及制备导电接触层。其中第一图案化处理能够形成露出底电极层的第一图案凹槽，绝缘介质层填充于该第一图案凹槽中，在进行第二图案化处理时再同时露出底电极层和顶电极层，以使得顶电极接触部和底电极接触部分别电连接于底电极层和顶电极层，并且剩余的绝缘介质层还将底电极层和顶电极层间隔开来，以避免二者之间的短接。该制备方法摒弃了传统技术中逐层沉积并图案化的方式，先将多层材料统一制备，再根据所需的结构特点进行两次图案化处理以及制备相应的材料，能够有效简化压电换能器的制造工艺流程，提高生产效率。

图1为本发明的一种微型压电换能器的极简化制备方法的步骤示意图。参照图1所示，该制备方法可以包括步骤S1~步骤S5。

步骤S1，在衬底110上依次制备底电极层120、压电层130和顶电极层140。

图2为在衬底110上制备底电极层120、压电层130和顶电极层140的结构示意图。参照图2所示，底电极层120、压电层130和顶电极层140依次层叠设置于衬底110上。进一步地，底电极层120可以完全覆盖于衬底110的表面。

参照图2所示，在该实施例的一些示例中，衬底110可以包括依次层叠设置的第一半导体基层111、埋氧层112和第二半导体基层113。该压电换能器的空腔可以通过对第一半导体基层111的背面进行开孔以制备得到。

在该实施例的一些示例中，第一半导体基层111和第二半导体基层113的材料可以是半导体材料，例如，该第一半导体基层111和第二半导体基层113的材料可以选自硅、硅锗、氮化镓或碳化硅。在该实施例中，第一半导体基层111和第二半导体基层113的材料均为硅。

在该实施例的一些示例中，第一半导体基层111的厚度可以是500μm~1000μm。在该实施例中，第一半导体基层111的厚度可以是625μm。

在该实施例的一些示例中，第二半导体基层113的厚度可以是1μm~10μm。在该实施例中，第二半导体基层113的厚度可以是5μm。

在该实施例的一些示例中，埋氧层112的厚度可以是300nm~1000nm。例如，埋氧层112的厚度可以是300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm，或者，埋氧层112的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。该埋氧层112可以作为刻蚀第一半导体基层111时的刻蚀停止层，使得对第一半导体基层111的刻蚀能够自发停止于埋氧层112，以避免位于其上的结构损伤。

参照图2所示，在该实施例的一些示例中，该衬底110还可以包括层叠设置于第二半导体基层113上的缓冲层114。缓冲层114的材料可以与后续制备的压电层130的材料相同，用于缓冲压电层130与第二半导体基层113之间的晶格错配，改善压电层130的晶格质量。

在该实施例的一些示例中，缓冲层114的厚度可以是10nm~50nm。例如，缓冲层114的厚度可以是10nm、20nm、30nm、40nm、50nm，或者缓冲层114的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。

在该实施例的一些示例中，底电极层120的材料选自钼、铬、铂、钛和金中的一种或多种。

在该实施例的一些示例中，在衬底110上制备底电极层120的方式可以是化学气相沉积法或物理气相沉积法。

在该实施例中，底电极层120可以包括层叠设置的铬金属层和钼金属层。进一步地，铬金属层的厚度可以是10nm~50nm，例如铬金属层的厚度可以是10nm、20nm、30nm、40nm、50nm，或者，铬金属层的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。钼金属层的厚度可以是200nm~400nm，例如钼金属层的厚度可以是200nm、250nm、300nm、350nm、400nm，或者钼金属层的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。

在该实施例的一些示例中，压电层130的材料选自氮化铝（AlN）、氮化铝钪（AlScN）、铁酸铋（BFO）和铌酸钾钠（KNN）中的一种或多种。

在该实施例的一些示例中，在衬底110上制备压电层130的方式可以是化学气相沉积法或物理气相沉积法。

在该实施例的一些示例中，压电层130的厚度可以是500nm~2000nm。例如，压电层130的厚度可以是500nm、600nm、800nm、1000nm、1200nm、1500nm、1800nm、2000nm，或者，压电层130的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。

在该实施例的一些示例中，顶电极层140的材料选自钼、铬、铂、钛和金中的一种或多种。

在该实施例的一些示例中，在衬顶上制备顶电极层140的方式可以是化学气相沉积法或物理气相沉积法。

在该实施例中，顶电极层140可以包括层叠设置的铬金属层和钼金属层。进一步地，铬金属层的厚度可以是10nm~50nm，例如铬金属层的厚度可以是10nm、20nm、30nm、40nm、50nm，或者，铬金属层的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。钼金属层的厚度可以是200nm~400nm，例如钼金属层的厚度可以是200nm、250nm、300nm、350nm、400nm，或者钼金属层的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围。

在该实施例的一些示例中，在衬底110上制备顶电极层140之后，还可以包括清洗衬底110以及顶电极层140的步骤。在该实施例中，可以采用含有氨水、过氧化氢和水的清洗液进行清洗，以去除其表面的油污和杂质。具体地，该清洗液可以是SC1。

步骤S2，对顶电极层140和压电层130进行第一图案化处理，形成露出底电极层120的第一图案凹槽121。

图3为在图2所示结构的基础上对顶电极层140和压电层130进行第一图案化处理的结构示意图。参照图3所示，顶电极层140和压电层130经过第一图案化处理之后，形成露出底电极层120的第一图案凹槽121。可以理解，剩余的顶电极层140可以作为顶电极，剩余的压电层130可以作为压电薄膜。

在该实施例的一些示例中，进行第一图案化处理的步骤包括：基于第一掩模版刻蚀顶电极层140和压电层130。可以理解，第一掩模版用于定义出第一图案凹槽121的位置。

在该实施例的一些示例中，在刻蚀顶电极层140和压电层130的步骤中，可以先在顶电极层140上制备光刻掩模层，再基于第一掩模版对光刻掩模层进行曝光、显影处理，以在光刻掩模层上形成定义出第一图案凹槽121的开口。基于该光刻掩模层上的开口依次刻蚀顶电极层140和压电层130，即能够形成第一图案凹槽121。

在该实施例的一些示例中，刻蚀顶电极层140和压电层130的方式是离子溅射刻蚀（Ion Beam Etching，简称IBE）。离子溅射刻蚀是一种将离子加速并利用加速后的离子对样品表面进行轰击以达到刻蚀效果的刻蚀方式，是一种物理刻蚀方式。在刻蚀过程中，未被光刻掩模层遮蔽的顶电极层140和压电层130被刻蚀去除。采用离子溅射刻蚀能够在刻蚀顶电极层140之后继续刻蚀压电层130，从而避免更换刻蚀腔室，并且离子溅射刻蚀的刻蚀速率相对较慢，使得刻蚀过程更为可控，避免底电极层120也在该刻蚀过程中被蚀穿。可以理解，通过控制刻蚀时间能够控制刻蚀进度，进而使得该刻蚀过程停止于底电极层120上，并且不蚀穿底电极层120。实际的刻蚀时间可以根据顶电极层140和压电层130的厚度以及刻蚀速率进行对应选取。

在该实施例中，在完成刻蚀之后，可以去除光刻掩模层，以露出位于顶部的顶电极层140。

步骤S3，在顶电极层140和底电极层120上制备绝缘介质层150。

图4为在图3所示结构的基础上制备绝缘介质层150的结构示意图，参照图4所示，绝缘介质层150填充于第一图案凹槽121中并位于底电极层120上，绝缘介质层150还覆盖于顶电极层140上，并且绝缘介质层150还覆盖于第一图案凹槽121的侧壁。

结合图3和图4所示，在形成第一图案凹槽121之后，顶电极层140位于最上方，部分底电极层120从第一图案凹槽121中露出，绝缘介质层150的材料会整体覆盖于图3所示结构的顶部。

在该实施例的一些示例中，制备绝缘介质层150的方式可以是沉积。进一步地，可以采用化学气相沉积法或物理气相沉积法制备绝缘介质层150。可以理解，在制备绝缘介质层150的步骤中，无需生成图案化的绝缘介质层150，因此也无需采用掩模版。

在该实施例的一些示例中，制备绝缘介质层150的步骤包括：在远离衬底110的方向上依次制备层叠设置的第一绝缘子层和第二绝缘子层，第一绝缘子层的材料选自氧化铝，第二绝缘子层的材料选自二氧化硅。通过制备层叠设置的第一绝缘子层和第二绝缘子层，有利于在后续的制备过程中更为准确地控制该绝缘介质层150整体的刻蚀进度，提高刻蚀的精确度。

在该实施例的一些示例中，第一绝缘子层的厚度低于第二绝缘子层的厚度。

在该实施例的一些示例中，在制备绝缘介质层150的步骤中，第一绝缘子层的厚度为5nm~100nm。例如，第一绝缘子层的厚度可以是5nm、10nm、20nm、30nm、50nm、70nm、100nm，或者，第一绝缘子层的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围内。

在该实施例的一些示例中，在制备绝缘介质层150的步骤中，第二绝缘子层的厚度为100nm~300nm。例如，第二绝缘子层的厚度可以是100nm、150nm、200nm、250nm、300nm，或者，第二绝缘子层的厚度也可以在上述任意两厚度之间的范围内。

其中，第一绝缘子层和第二绝缘子层均具有绝缘作用，用于绝缘间隔顶电极层140和底电极层120。传统的压电换能器中通常仅采用一层二氧化硅作为绝缘间隔层。氧化铝的结构比二氧化硅更为致密，该实施例先制备一层氧化铝作为第一绝缘子层，对于金属原子具有较好的阻隔作用，能够有效避免后续沉积导电接触层时金属原子穿过，进而避免顶电极层140和底电极层120之间短接的风险。另外，第一绝缘子层的硬度也大于第二绝缘子层，因此还能够提高压电换能器的响应频率。

步骤S4，对绝缘介质层150进行第二图案化处理，在绝缘介质层150中形成间隔设置的顶电极接触槽152和底电极接触槽151。

图5为在图4所示结构的基础上进行第二图案化处理的结构示意图。参照图5所示，在该实施例中，经过第二图案化处理之后，绝缘介质层150中具有间隔设置的顶电极接触槽152和底电极接触槽151。顶电极层140从顶电极接触槽152中露出，底电极层120从底电极接触槽151中露出。并且，顶电极接触槽152和底电极接触槽151之间通过绝缘介质层150间隔。

在该实施例的一些示例中，进行第二图案化处理的步骤包括：基于第二掩模版刻蚀绝缘介质层150。可以理解，第二掩模版用于定义出顶电极接触槽152和底电极接触槽151的位置。

参照图5所示，在该实施例的一些示例中，顶电极接触槽152位于顶电极上，底电极接触槽151位于底电极上，底电极接触槽151位于顶电极层140和压电层130的侧边，并且底电极接触槽151与顶电极层140和压电层130的侧壁之间通过绝缘介质层150间隔设置，以避免底电极与顶电极之间短接。

在该实施例的一些示例中，在刻蚀绝缘介质层150的步骤中，可以先在绝缘介质层150上制备光刻掩模层，再基于第二掩模版对光刻掩模层进行曝光、显影处理，以在光刻掩模层上形成定义出顶电极接触槽152和底电极接触槽151的开口。基于该光刻掩模层上的开口刻蚀绝缘介质层150，即能够形成顶电极接触槽152和底电极接触槽151。

在该实施例的一些示例中，绝缘介质层150包括第一绝缘子层和第二绝缘子层，在对绝缘介质层150进行第二图案化处理的步骤中，先采用反应离子刻蚀（Reactive IonEtching，简称RIE）的方法刻蚀第二绝缘子层，再采用离子溅射刻蚀的方法刻蚀第一绝缘子层。其中，反应离子刻蚀是一种干法化学刻蚀方式，通过采用能够与待刻蚀材料反应的气体等离子体以对待刻蚀材料进行刻蚀。第二绝缘子层的材料选自二氧化硅，采用反应离子刻蚀的方式能够快速且充分地去除第二绝缘子层，并且停止于第一绝缘子层上，露出第一绝缘子层。采用离子溅射刻蚀的方式对第一绝缘子层进行刻蚀，有利于控制刻蚀进度，提高刻蚀的精确度。

步骤S5，在顶电极接触槽152和底电极接触槽151中制备导电接触层160。

图6为在图5所示结构的基础上制备导电接触层160的结构示意图。参照图6所示，导电接触层160包括位于顶电极接触槽152中的顶电极接触部162以及位于底电极接触槽151中的底电极接触部161，其中顶电极接触部162电连接于顶电极层140，底电极接触部161电连接于底电极层120。

可以理解，顶电极接触槽152与底电极接触槽151之间通过绝缘介质层150间隔，因此顶电极接触部162和底电极接触部161之间也可以通过该绝缘介质层150间隔。

在该实施例的一些示例中，制备导电接触层160的步骤包括：基于第二掩模版沉积导电接触层160的材料。可以理解，第二掩模版定义出顶电极接触槽152和底电极接触槽151的位置，因此基于第二掩模版，能够使得导电接触层160能够选择性沉积于顶电极接触槽152和顶电极接触槽152中。

在该实施例中，在刻蚀绝缘介质层150之后，可以保留刻蚀过程中所用的光刻掩模层，并且基于该光刻掩模层沉积导电接触层160的材料。在制备导电接触层160的材料之后，可以去除该光刻掩模层。

在该实施例的一些示例中，还包括如下步骤：对衬底110远离底电极层120的一侧表面进行第三图案化处理。图7为在图6所示结构的基础上进行第三图案化处理的结构示意图。参照图7所示，在经过第三图案化处理之后，衬底110中形成有空腔1101，空腔1101的开口位于衬底110远离底电极层120的一侧表面上。

在该实施例的一些示例中，进行第三图案化处理的步骤包括：基于第三掩模版对衬底110远离底电极层120的一侧进行刻蚀。

参照图7所示，空腔1101可以贯穿衬底110中的第一半导体基层111，空腔1101的底壁可以位于埋氧层112上。

在该实施例的一些示例中，空腔1101可以呈柱状，例如圆柱状或棱柱状。在其他一些示例中，空腔1101也可以是不规则形状。

在该实施例的一些示例中，对衬底110远离底电极层120的一侧进行刻蚀的方式可以是深硅刻蚀（Rapier）工艺，以形成具有高深宽比的空腔1101。并且，在深硅刻蚀工艺中，刻蚀能够自发停止于埋氧层112处。

可以理解，经过步骤S1~步骤S5，能够制备得到对应的压电换能器。

在传统技术的制备压电换能器的方式中，通常逐层沉积并刻蚀，以分别形成底电极、压电薄膜和顶电极，每一次沉积或刻蚀时均需要一个掩模版，因此其整体制备过程通常需要四个以上的掩模版。而掩模版的成本在压电换能器的生产成本中也占据了较大的比重。

在上述步骤S1~步骤S5中，先于衬底110上制备层叠的底电极层120、压电层130和顶电极层140，然后再依次进行第一图案化处理、制备绝缘介质层150、进行第二图案化处理以及制备导电接触层160。该过程仅需两个掩模版（即第一掩模版和第二掩模版）即能够在衬底110上形成多个阵元，并且在各阵元中形成间隔设置的顶电极接触部162和底电极接触部161。能够有效减少压电换能器的制备过程中所需的掩模版，降低压电换能器的生产成本。进一步地，在形成多个阵元之后，可以再通过第三掩模版在衬底110的背面刻蚀出空腔1101。因此该微型压电换能器的制备方法仅需三个掩模版即能够实现微型压电换能器的制备。

参照图7所示，本发明还提供了一种压电换能器，该压电换能器包括：衬底110、底电极层120、压电层130、顶电极层140、导电接触层160和绝缘介质层150；底电极层120、压电层130和顶电极层140依次层叠设置于衬底110上，顶电极层140和压电层130中具有露出底电极层120的第一图案凹槽121，导电接触层160包括底电极接触部161和顶电极接触部162，底电极接触部161和绝缘介质层150设置于第一图案凹槽121中，底电极接触部161设置于底电极层120上且电连接于底电极层120，绝缘介质层150设置于底电极接触部161和顶电极接触部162之间。

参照图7所示，在该实施例的一些示例中，压电换能器中还可以设置有位于衬底110中的空腔1101，空腔1101的开口可以位于衬底110的远离底电极层120的一侧表面上。

请注意，上述实施例仅出于说明性目的而不意味对本文的限制。

应该理解的是，除非本文中有明确的说明，步骤的执行并没有严格的顺序限制，只要能够依照其技术构思并得到相同或相似的器件，这些步骤可以以其它合理的顺序执行。而且，制备过程中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，也可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，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。

Claims (10)

1.一种微型压电换能器的极简化制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

在衬底上依次制备底电极层、压电层和顶电极层；

对所述顶电极层和所述压电层进行第一图案化处理，形成露出所述底电极层的第一图案凹槽；

在所述顶电极层和所述底电极层上制备绝缘介质层；

对所述绝缘介质层进行第二图案化处理，在所述绝缘介质层中形成间隔设置的顶电极接触槽和底电极接触槽，所述顶电极层从所述顶电极接触槽中露出，所述底电极层从所述底电极接触槽中露出；以及，

在所述顶电极接触槽和所述底电极接触槽中制备导电接触层，所述导电接触层包括位于所述顶电极接触槽中的顶电极接触部以及位于所述底电极接触槽中的底电极接触部。

2.根据权利要求1所述的微型压电换能器的极简化制备方法，其特征在于，进行所述第一图案化处理的步骤包括：基于第一掩模版刻蚀所述顶电极层和所述压电层。

3.根据权利要求2所述的微型压电换能器的极简化制备方法，其特征在于，刻蚀所述顶电极层和所述压电层的方式是离子溅射刻蚀。

4.根据权利要求2所述的微型压电换能器的极简化制备方法，其特征在于，进行所述第二图案化处理的步骤包括：基于第二掩模版刻蚀所述绝缘介质层；以及，

制备所述导电接触层的步骤包括：基于所述第二掩模版沉积所述导电接触层的材料。

5.根据权利要求1~4任意一项所述的微型压电换能器的极简化制备方法，其特征在于，制备所述绝缘介质层的步骤包括：在远离所述衬底的方向上依次制备层叠设置的第一绝缘子层和第二绝缘子层，所述第一绝缘子层的材料选自氧化铝，所述第二绝缘子层的材料选自二氧化硅。

6.根据权利要求5所述的微型压电换能器的极简化制备方法，其特征在于，在对所述绝缘介质层进行第二图案化处理的步骤中，先采用反应离子刻蚀的方法刻蚀所述第一绝缘子层，再采用离子溅射刻蚀的方法刻蚀所述第二绝缘子层。

7.根据权利要求5所述的微型压电换能器的极简化制备方法，其特征在于，在制备所述绝缘介质层的步骤中，所述第一绝缘子层的厚度为5nm~100nm；和/或，所述第二绝缘子层的厚度为100nm~300nm。

8.根据权利要求1~4及6~7任意一项所述的微型压电换能器的极简化制备方法，其特征在于，在制备所述导电接触层之后，还包括如下步骤：对所述衬底远离所述底电极层的一侧表面进行第三图案化处理，进行所述第三图案化处理的步骤包括：基于第三掩模版对所述衬底远离所述底电极层的一侧进行刻蚀。

9.根据权利要求1~4及6~7任意一项所述的微型压电换能器的极简化制备方法，其特征在于，所述底电极层的材料选自钼、铬、铂、钛和金中的一种或多种；和/或，

所述顶电极层的材料选自钼、铬、铂、钛和金中的一种或多种；和/或，

所述导电接触层的材料选自钛、金、铬和铂中的一种或多种；和/或，

所述压电层的材料选自氮化铝、氮化铝钪、铁酸铋和铌酸钾钠中的一种或多种。

10.一种微型压电换能器，其特征在于，包括：衬底、底电极层、压电层、顶电极层、导电接触层和绝缘介质层；

所述底电极层、所述压电层和所述顶电极层依次层叠设置于所述衬底上，所述顶电极层和所述压电层中具有露出所述底电极层的第一图案凹槽，所述导电接触层包括底电极接触部和顶电极接触部，所述底电极接触部和所述绝缘介质层设置于所述第一图案凹槽中，所述底电极接触部设置于所述底电极层上且电连接于所述底电极层，所述绝缘介质层设置于所述底电极接触部和所述顶电极接触部之间。