CN207993902U - Mems压电扬声器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种MEMS压电扬声器，包括：基底，其中央区域为空心区域；有机振动膜层，位于基底的空心区域的上方，与基底存在间距；以及结构梁，呈辐条状分布，形成于基底之上，支撑有机振动膜，该结构梁自下而上依次包含：复合介质层和压电单元，在结构梁之间的空隙部分为结构槽；其中，结构梁和有机振动膜层构成压电复合振动膜。该MEMS压电扬声器的结构槽使得压电复合振动膜的应力得到释放，同时结构梁上的压电单元在电负载的作用下，使得压电复合振动膜容易产生较大幅度的振动，从而提高压电扬声器的灵敏度。

Description

MEMS压电扬声器

技术领域

本公开属于微电子机械系统技术领域，涉及一种MEMS压电扬声器。

背景技术

微机电系统(MEMS，Microelectro Mechanical Systems)器件是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型器件。与传统的器件相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。MEMS扬声器具有体积小、功率小等优点。MEMS扬声器按照工作原理进行分类主要包括：MEMS电磁式扬声器和压电式扬声器。MEMS压电式扬声器具有功耗低、加工工艺简单等优点。但是灵敏度低是影响MEMS扬声器产业化的一个主要原因。推动MEMS压电扬声器的产业化意味着需要提高MEMS压电扬声器的灵敏度，因此提高MEMS压电扬声器的灵敏度是MEMS压电扬声器的产业化进程中亟需解决的技术问题。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种MEMS压电扬声器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种MEMS压电扬声器，包括：基底，其中央区域为空心区域；有机振动膜层，位于基底的空心区域的上方，与基底存在间距；以及结构梁，呈辐条状分布，形成于基底之上，支撑有机振动膜，该结构梁自下而上依次包含：复合介质层和压电单元，在结构梁之间的空隙部分为结构槽；其中，所述结构梁和有机振动膜层构成压电复合振动膜。

在本公开的一些实施例中，压电单元自下而上依次包括：底电极、压电层、以及顶电极。

在本公开的一些实施例中，在底电极与压电层或顶电极与压电层之间至少存在一绝缘隔离层。

在本公开的一些实施例中，底电极和顶电极的结构为：导电单层膜结构或者导电多层膜结构。

在本公开的一些实施例中，压电层的厚度介于0.01μm～60μm之间；和/或底电极和顶电极的厚度介于0.01μm～5μm之间。

在本公开的一些实施例中，有机振动膜层的厚度介于0.01μm～30μm之间。

在本公开的一些实施例中，该MEMS压电扬声器，还包括：掩膜层，位于基底的背面；以及绝缘隔离层，形成于底电极之上，位于压电层周围，支撑顶电极，并隔离底电极与顶电极；其中，复合介质层、底电极、绝缘隔离层以及位于绝缘隔离层上方的顶电极构成外框，该外框与结构梁共同实现对有机振动膜的支撑。

在本公开的一些实施例中，在绝缘隔离层上包含一开口，使得底电极暴露出来，该开口为底电极压焊孔。

在本公开的一些实施例中，结构槽的数量介于2～30个之间。

在本公开的一些实施例中，复合介质层为两层或者多层膜结构，各层的厚度分别介于0.01μm～30μm之间。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的MEMS压电扬声器，具有以下有益效果：

(1)在MEMS压电扬声器的振动膜下方采用结构梁实现支撑，且结构梁呈辐条状分布，该结构梁包含压电单元，在结构梁之间的空隙部分为结构槽，该结构槽使得振动膜的应力得到释放，同时结构梁上的压电单元在电负载的作用下，容易产生较大幅度的振动，从而提高压电扬声器的灵敏度；

(2)采用有机振动膜层作为顶层，悬于结构槽上方，在基本不影响振动幅度的同时，又增加了振动膜的辐射面积，明显提高了灵敏度。

附图说明

图1A-图1D为根据本公开一实施例所示的含有4个结构槽和4个结构梁的MEMS压电扬声器的各个视图。

图1A为根据本公开一实施例所示的MEMS压电扬声器沿着A-A面剖开的剖面示意图。

图1B为根据本公开一实施例所示的MEMS压电扬声器沿着B-B面剖开的剖面示意图。

图1C为根据本公开一实施例所示的MEMS压电扬声器的俯视图。

图1D为根据本公开一实施例所示的MEMS压电扬声器的仰视图。

图2为根据本公开一实施例所示的MEMS压电扬声器的制备方法流程图。

图3-图15为制备MEMS压电扬声器的各个步骤对应的结构示意图。

图3为在基片上生长氧化层后沿着A-A面剖开的剖面示意图。

图4为在基底正面生长复合介质层后沿着A-A面剖开的剖面示意图。

图5A为在复合介质层上生长底电极后沿着A-A面剖开的剖面示意图。

图5B为在复合介质层上生长底电极后的俯视图。

图6A为在底电极上生长压电层后沿着A-A面剖开的剖面示意图。

图6B为在底电极上生长压电层后的俯视图。

图7A为在压电层周围生长绝缘隔离层后沿着A-A面剖开的剖面示意图。

图7B为在压电层周围生长绝缘隔离层后的俯视图。

图8A为在压电层和绝缘隔离层上方形成顶电极后沿着A-A面剖开的剖面示意图。

图8B为在压电层和绝缘隔离层上方形成顶电极后的俯视图。

图9A为刻蚀复合介质层形成结构槽后沿着B-B面剖开的剖面示意图。

图9B为刻蚀复合介质层形成结构槽后的俯视图。

图10A为在结构槽内形成填充牺牲层后沿着B-B面剖开的剖面示意图。

图10B为在结构槽内形成填充牺牲层后的俯视图。

图11A为在填充牺牲层上方形成有机振动膜层后沿着B-B面剖开的剖面示意图。

图11B为在填充牺牲层上方形成有机振动膜层后的俯视图。

图12为刻蚀背面氧化层形成掩膜层后沿着B-B面剖开的剖面示意图。

图13为进行基底刻蚀后沿着B-B面剖开的剖面示意图。

图14为填充牺牲层腐蚀后，MEMS压电扬声器沿着B-B面剖开的剖面示意图。

图15为填充牺牲层腐蚀后，MEMS压电扬声器沿着A-A面剖开的剖面示意图。

【符号说明】

10-基底；

20-复合介质层；

21-第一氮化硅层； 22-氧化硅层；

23-第二氮化硅层；

30-压电单元；

31-底电极； 32-压电层；

33-顶电极；

40-绝缘隔离层； 41-底电极压焊孔；

50-有机振动膜层； 60-掩膜层；

70-结构槽； 71-填充牺牲层。

具体实施方式

目前灵敏度低是影响MEMS扬声器产业化的一个主要原因，而振动膜的应力高，振动幅度低是造成灵敏度低的直接原因。通过结构和制备技术优化，增加MEMS扬声器的振动幅度和辐射声压，从而提高灵敏度，有助于推动MEMS压电扬声器的产业化。

本公开提供了一种MEMS压电扬声器，在MEMS压电扬声器的振动膜下方采用结构梁实现支撑，且结构梁按照辐条状进行分布，在结构梁之间为结构槽，该结构槽使得位于其上方的振动膜的应力得到释放，同时结构梁上的压电单元在电负载的作用下，容易产生较大幅度的振动，从而提高压电扬声器的灵敏度。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开中，术语“基底的背面”在附图中对应为基底的下表面，“基底的正面”对应为基底的上表面；数值范围“介于之间”包括端点值。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种MEMS压电扬声器。

图1A-图1D为根据本公开一实施例所示的含有4个结构槽和4个结构梁的MEMS压电扬声器的各个视图。其中，图1A为根据本公开一实施例所示的MEMS压电扬声器沿着A-A面剖开的剖面示意图；图1B为根据本公开一实施例所示的MEMS压电扬声器沿着B-B面剖开的剖面示意图；图1C为根据本公开一实施例所示的MEMS压电扬声器的俯视图；图1D为根据本公开一实施例所示的MEMS压电扬声器的仰视图。

参照图1A-图1D所示，本公开的MEMS压电扬声器，包括：基底10，其中央区域为空心区域；掩膜层60，位于基底10的背面；有机振动膜层50，位于基底10的空心区域的上方，与基底10存在间距；以及结构梁，呈辐条状分布，形成于基底10之上，支撑有机振动膜50，该结构梁自下而上依次包含：复合介质层20和压电单元30，在结构梁之间的空隙部分为结构槽70；其中，该结构梁和有机振动膜层50构成压电复合振动膜。

下面结合附图来对本公开的MEMS压电扬声器的各部分进行详细介绍。

本实施例中，基底10为硅基底。但本公开的基底10不局限于实施例的举例，还可以是SOI基片或者其他基片，为了得到不同的复合介质层20，根据实际需要进行基底10的选择。

参照图1A所示，本实施例中，复合介质层20自下而上依次包括：第一氮化硅层21、氧化硅层22、以及第二氮化硅层23，其中，氧化硅层优选采用低温条件下生长的氧化硅层。第一氮化硅层21、氧化硅层22以及第二氮化硅层23的厚度分别介于0.01μm～30μm之间。

需要说明的是，本公开的复合介质层20的层数不做限制，每层的材料也不局限于上述实施例。可以根据实际需要对复合介质层的层数和各层材料进行选择。比如说，在一实例中，复合介质层20自下而上依次包括：第一氧化硅层、氮化硅层、以及第二氧化硅层。优选的，该第一氧化硅层、氮化硅层以及第二氧化硅层的厚度分别介于0.01μm～30μm之间。或者在一实例中，复合介质层自下而上依次包括：硅层、氧化层或氧化层、硅层、氧化层。优选的，硅层和氧化层的厚度分别介于0.01μm～30μm之间。或者在一实例中，复合介质层为包含氮化硅层、氧化硅层、多晶硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃中的一种或者是其中任意两种的单层或者多层结构。优选的，氮化硅层、氧化硅层、多晶硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃的厚度分别介于0.01μm～30μm之间。

参照图1B所示，本实施例中，压电单元30自下而上依次包括：底电极31、压电层32、以及顶电极33。在其它实施例中，在压电单元的电极和压电层之间还可以包括绝缘隔离层。底电极31和顶电极32为：金属单层膜、金属多层膜、非金属导电膜、或金属与非金属导电膜的组合。本实施例中，压电层32的材料可选但不限于以下材料中的一种或几种：氧化锌、氮化铝、锆钛酸铅、驰豫型压电材料、钙钛矿型压电材料、或有机压电材料；压电层的厚度介于0.01μm～60μm之间。底电极31和顶电极33的材料可选但不限于如下材料之一或其组合：铝、铜、金、铂、钼、铬、钛、镍酸镧(LNO)以及其它金属或非金属导电膜，当底电极和顶电极为金属或非金属导电膜时，厚度介于0.01μm～5μm之间。底电极31和顶电极33也可以为铝、金/铬复合层、或者铂/钛复合层，所述底电极或顶电极的粘附层为铬层、钛层、或者其它导电膜层时，厚度介于0.01μm～1μm之间。

其中，优选的，铝电极的厚度介于0.01μm～5μm之间，铬层或钛层的厚度介于0.01μm～1μm之间，金层或铂层的厚度介于0.05μm～5μm之间。

需要说明的是，实施例中所列举的压电层、底电极、以及顶电极的结构和材料仅作为示例进行说明，凡是能起到压电功能、电极功能的其它新型材料和结构均在本公开的压电单元的保护范围之内。

本实施例中，底电极31为图案化的形状，中间区域呈辐条状分布，周围形成与之连续的边缘区域，参见图5B所示。压电层32覆盖于底电极31的中间区域，也呈辐条状分布，参见图6B所示。顶电极33为图案化的形状，覆盖于压电层32之上，并超出压电层32的外围，即超出底电极31的中间区域，出于便于进行顶电极33与底电极31之间的电性连接的目的，将顶电极33的图案设置为如图8B所示的形状，在顶电极33的图案上设有一引线端。需要说明的是，底电极、压电层、顶电极的大小可以进行适应性调整。

在本公开的其它实施例中，参照图1A和图1B所示，该MEMS压电扬声器还包括：绝缘隔离层40，形成于底电极31之上，位于压电层32周围，支撑顶电极33，并隔离底电极31与顶电极33；顶电极33的引线端位于该绝缘隔离层40之上；复合介质层30、底电极31、绝缘隔离层40以及部分顶电极33构成外框，与结构梁共同实现对有机振动膜50的支撑。需要说明的是，绝缘隔离层的作用是实现底电极和顶电极之间的隔离和顶电极的支撑，其高度、覆盖底电极的范围大小、以及材料均不作限制，只要能起到上述作用即可；另外，在一些实施例中，该MEMS压电扬声器可以不含有绝缘隔离层，改变原来的压电层的图案，使其不仅仅覆盖于底电极的中间区域，在底电极的边缘区域也沉积压电层，从而使位于底电极的边缘区域的压电层起到绝缘隔离层的作用。在一些实例中，绝缘隔离层40的材料可选但不限于如下材料中的一种：氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚氨酯、或压电材料等。

本实施例中，有机振动膜层50的材料可选但不限于如下材料中的一种：聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚氨酯、或其他有机膜；有机振动膜层50的厚度介于0.01μm10μm之间。

参照图1C所示，本实施例中，优选的，有机振动膜层50的形状为圆形，基底10的中央区域的空心区域的形状也为圆形，二者互相对应。在其它实施例中，基底的中央区域的空心区域的形状可以为方形或其他形状，可根据扬声器的实际需要进行适应性修改或调整，相应的，有机振动膜层的形状与空心区域的形状相同，也可根据实际需要进行适应性修改或调整，包含各个形状的空心区域和有机振动膜层的扬声器均在本公开的保护范围之内。

本实施例中，掩膜层60的厚度介于0.01μm～20μm之间。

结构梁呈辐条状分布，对应的结构槽的数量介于2～30之间，本实施例中，结构槽的数目为4个。该辐条中心的部分有助于增强支撑的强度。

在本公开的其它实施例中，为了便于将底电极31与顶电极33进行电性连接，在MEMS压电扬声器的器件中设置有底电极压焊孔41。参照图1A和图1C所示，在绝缘隔离层40上具有一开口，使得底电极31暴露出来，该开口为底电极压焊孔41，便于器件进行顶电极33与底电极31之间的电性连接。

在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种MEMS压电扬声器的制备方法。

图2为根据本公开一实施例所示的MEMS压电扬声器的制备方法流程图。图3-图15为制备MEMS压电扬声器的各个步骤对应的结构示意图。

参照图2、图3-图15所示，本公开的MEMS压电扬声器的制备方法，包括：

步骤S202：在基底背面形成掩膜层；

本实施例中，以氧化层作为掩膜层60进行示例说明，本公开的掩膜层还可以是其他掩膜层，不以此为限。

本实施例中，该步骤S202包括：在基底的上、下表面沉积氧化层，然后去除上表面的氧化层，得到背面含有氧化层的基底。

图3为在基片上生长氧化层后沿着A-A面剖开的剖面示意图。

本实施例中，针对复合介质层20为第一氮化硅层21、氧化硅层22和第二氮化硅层23，进行基底10的选择，确定基底采用硅材料。首先，用标准清洗方法对基底硅进行清洗，分别利用酸性清洗液和碱性清洗液进行煮沸清洗，并用去离子水进行清洗，最后用氮气吹干；然后，利用热氧化炉分别在基底硅10的正面和背面上沉积氧化层作为掩膜层60，参见图3所示，在基底硅背面的掩膜层60上涂覆光刻胶，用湿法工艺去除正面的掩膜层60，最后去除背面的掩膜层60上的光刻胶。

但本公开的基底10不局限于实施例的举例，还可以是SOI基片或者其他基片。根据复合介质层20的膜层结构以及它与基底10之间的结合状态、制备的难易程度等效果进行基底10和复合介质层20的匹配选择。

在一些实例中，掩膜层60的厚度分别为0.2μm、0.5μm、1μm、1.5μm、3μm或3.5μm等。

步骤S204：在基底上表面形成复合介质层；

图4为在基底正面生长复合介质层后沿着A-A面剖开的剖面示意图。

参照图4所示，利用等离子体化学气相沉积(PECVD)的方法先后在基底硅正面沉积第一氮化硅层21、氧化硅层22和第二氮化硅层23，形成复合介质层20，其中，氧化硅层22优选在低温条件下进行生长。针对其他实施例的复合介质层的材料，同样按照薄膜沉积技术比如PECVD的方法依次进行沉积，属于常规的制备工艺，这里不再赘述。

本实施例中，第一氮化硅层21、氧化硅层22以及第二氮化硅层23的厚度分别介于0.01μm～10μm之间。

在一些实例中，第一氮化硅层21和第二氮化硅层23的厚度均为0.5μm，低温制备的氧化硅层22的厚度为0.2μm；或者第一氮化硅层21和第二氮化硅层23的厚度均为1μm，低温制备的氧化硅层22的厚度为0.5μm；或者第一氮化硅层21、第二氮化硅层23以及的低温制备的氧化硅层22厚度均为0.5μm；或者第一氮化硅层21和第二氮化硅层23的厚度均为1.5μm，低温制备的氧化硅层22的厚度为0.2μm；或者第一氮化硅层21和第二氮化硅层23的厚度均为1μm，低温制备的氧化硅层22的厚度为0.2μm等。

步骤S206：在复合介质层上形成底电极；

图5A为在复合介质层上生长底电极后沿着A-A面剖开的剖面示意图。图5B为在复合介质层上生长底电极后的俯视图。

参照图5A和图5B所示，在第二氮化硅层23上用金属薄膜沉积技术沉积底电极膜，并用标准光刻和刻蚀工艺图案化底电极膜，形成底电极31；或者在第二氮化硅层23上涂覆光刻胶，并用标准光刻工艺图案化光刻胶，然后再沉积底电极金属膜，最后用剥离技术刻蚀掉光刻胶，形成底电极31。

该图案化的底电极31的中间区域呈辐条状分布，具有一个辐射中心，从该辐射中心发射出多个条形，周围形成与之连续的边缘区域，形状可参见图5B中的图案所示。当然，上述条形可以根据实际需要进行变形，例如改为扇形、波浪形或者其他形状。符合从一个中心向四周辐射的形状均在本公开的辐条状的保护范围之内。另外，本公开也不限定该辐射的多个条形的分布。从辐射中心辐射出来的多个条形可以均匀分布，也可以不均匀分布，优选均匀分布。

本实施例中，底电极31的材料可选但不限于如下材料之一或其组合：铝、金/铬复合层、或者铂/钛复合层，其中，优选的，铝电极的厚度介于0.01μm～5μm之间，铬层或钛层的厚度介于0.01μm～1μm之间，金层或铂层的厚度介于0.05μm～5μm之间。

在一些实例中，底电极31选用铝电极，厚度为0.2μm或0.3μm；或者底电极31选用金/铬复合层，其厚度分别对应为0.2μm/0.02μm或0.3μm/0.05μm；或者底电极31选用铂/钛复合层，其厚度分别对应为0.2μm/0.05μm或0.3μm/0.05μm等。

步骤S208：在底电极上形成压电层；

图6A为在底电极上生长压电层后沿着A-A面剖开的剖面示意图。图6B为在底电极上生长压电层后的俯视图。

参照图6A和图6B所示，本实施例中，在底电极31上沉积压电层材料，并利用标准光刻刻蚀工艺或剥离工艺，形成图案化的压电层32。

该图案化的压电层32的形状与底电极31中间区域的形状相同，也呈辐条状分布，具有一个辐射中心，从该辐射中心发射出多个条形，参加图6B中的图案所示。

在一些实例中，压电层32选用氧化锌，厚度为1μm、2μm或3μm；或者压电层32选用锆钛酸铅，厚度为4μm；或者压电层32选用有机压电材料，厚度为1μm或2μm；或者压电层32选用弛豫铁电材料，厚度为1μm；或者压电层32选用氮化铝，厚度为2μm等。

步骤S210：在压电层的周围形成绝缘隔离层；

图7A为在压电层周围生长绝缘隔离层后沿着A-A面剖开的剖面示意图。图7B为在压电层周围生长绝缘隔离层后的俯视图。

参照图7A和图7B所示，在基片10的正面沉积绝缘隔离层，并且图案化，在压电层的周围形成绝缘隔离层40，图案化的绝缘隔离层分布在压电层周围，覆盖底电极31的边缘区域，以隔离底电极31和顶电极33，并支撑顶电极33。其中，本实施例制备的该绝缘隔离层40的厚度与压电层32的厚度一样，如图7A所示。需要说明的是，本公开不限制该绝缘隔离层的厚度以及覆盖底电极的范围大小，这里仅作为示意进行说明。该绝缘隔离层起到隔离顶电极与底电极，并支撑顶电极的作用，只要能起到相同作用的其它结构或材料均在本公开的保护范围之内。

在一些实例中，该绝缘隔离层40选用对聚二甲苯、氮化硅、氧化硅、聚酰亚胺、或压电材料等；

步骤S212：在压电层和绝缘隔离层上方形成顶电极；

图8A为在压电层和绝缘隔离层上方形成顶电极后沿着A-A面剖开的剖面示意图。图8B为在压电层和绝缘隔离层上方形成顶电极后的俯视图。

本实施例中，在压电层和绝缘隔离层上，用金属薄膜沉积技术沉积顶电极膜层，并用标准光刻刻蚀工艺图案化该顶电极膜层，形成顶电极32。或者在压电层和绝缘隔离层上涂覆光刻胶，并用标准光刻工艺图案化光刻胶，然后再沉积顶电极金属膜，最后用剥离技术刻蚀掉光刻胶，形成顶电极32。

参照图8A和图8B所示，该顶电极33沉积于压电层32和部分绝缘隔离层40之上，覆盖压电层32和部分绝缘隔离层40，其图案也呈辐条状分布，其辐条之间的空隙与压电层32、底电极31的辐条之间的空隙位置重合，暴露出下方复合介质膜层20顶层的第二氮化硅层23；另外，为了便于进行顶电极33与底电极31之间的电性连接，在顶电极33的图案上还设置一引线端，参照图8B所示的形状所示。

在一些实例中，该顶电极33选用铝电极，厚度为0.2μm或0.3μm；或者该顶电极33选用铂/钛复合层，其厚度分别对应0.2μm/0.05μm；或者该顶电极33选用金/铬复合层，其厚度分别对应0.2μm/0.05μm或0.3μm/0.05μm等。

步骤S214：刻蚀掉部分区域的复合介质层，形成结构槽，未被刻蚀的区域形成辐条状分布的结构梁；

图9A为刻蚀复合介质层形成结构槽后沿着B-B面剖开的剖面示意图。图9B为刻蚀复合介质层形成结构槽后的俯视图。

利用干法或者湿法工艺刻蚀，依次刻蚀掉部分区域的复合介质层形成结构槽，刻蚀的深度与第一氮化硅层、氧化硅层和第二氮化硅层之和的厚度相同，结构槽的数量为2-30个。在一些实例中，优选的结构槽的数量为：10个、9个、8个、6个、5个、4个、3个、2个等。

参照图9A所示，沿着B-B剖面来看，依次刻蚀掉部分区域的第二氮化硅层23、氧化硅层22和第一氮化硅层21，直至基底10的上表面，如图9B所示，得到结构槽，刻蚀的深度在图9A中以虚线以下的双向箭头标示。其中，对应图案化的顶电极33、压电层32、以及底电极31的辐条之间的空隙部分下方的复合介质膜层40被刻蚀，剩下的未被刻蚀的区域则形成了具有一致的辐条状分布的结构梁，图9A中显示出了该结构梁辐射中心的B-B剖面，该结构梁自下而上依次包含：第一氮化硅层21、氧化硅层22、第二氮化硅层23、底电极31、压电层32以及顶电极33，即自下而上依次包含：复合介质层20和压电单元30。整体来看，该结构梁之间的空隙部分即为结构槽70，这里得到的结构槽的名义厚度等于复合介质层20和压电层30的厚度之和，与上述刻蚀的深度不同。

步骤S216：将填充牺牲层填充于结构槽内；

图10A为在结构槽内形成填充牺牲层后沿着B-B面剖开的剖面示意图。图10B为在结构槽内形成填充牺牲层后的俯视图。

本实施例中，采用氧化锌作为填充牺牲层71，在结构槽70内沉积氧化锌膜，并用剥离或腐蚀工艺进行图形化制作，使氧化锌填充在结构槽70内，参照图10A和图10B所示。填充牺牲层的材料可选但不限于：金属氧化物、多孔硅、多晶硅等。本实施例中，优选的，填充牺牲层71的高度与结构梁的高度对齐，但本公开不限制填充牺牲层的高度，只要在实际工艺中能够实现填充并在其上方可以形成有机振动膜层，均在本公开的保护范围之内。

步骤S218：在填充牺牲层和结构梁上方形成有机振动膜层；

图11A为在填充牺牲层上方形成有机振动膜层后沿着B-B面剖开的剖面示意图。图11B为在填充牺牲层上方形成有机振动膜层后的俯视图。

参照图11A所示，本实施例中，在填充牺牲层和结构梁的上方沉积软的有机振动膜50，并将其图案化为图11B中所示形状，覆盖顶电极33除引线端之外的部分，并在正面涂覆光刻胶。

本公开的有机振动膜层可以覆盖整个空心区域或者仅覆盖包含结构槽上方的部分区域即可，可根据实际需要进行适应性修改。

在一些实例中，该有机振动膜层50选用聚酰亚胺，其厚度为1μm、1.5μm或2μm；或者该有机振动膜层50选用聚对二甲苯、聚氨酯，其厚度为1μm、1.5μm或2μm等。需要说明的是，有机振动膜50的材料还可以是其他有机膜材料，不局限于实施例。

优选的，图案化有机振动膜层50的形状为圆形，将基底10的中央区域的空心区域的形状也刻蚀为圆形，二者互相对应。在其它实施例中，基底的中央区域的空心区域的形状可以为方形或其他形状，可根据扬声器的实际需要进行适应性修改或调整，相应的，有机振动膜层的形状也可根据实际需要进行适应性修改或调整，包含各个形状的空心区域和有机振动膜层的扬声器均在本公开的保护范围之内。

步骤S220：图案化刻蚀基底背面的掩膜层和基底，形成与有机振动膜层对应的中央部分的空心区域；

图12为刻蚀背面氧化层形成掩膜层后沿着B-B面剖开的剖面示意图。图13为进行基底刻蚀后沿着B-B面剖开的剖面示意图。

参照图12所示，在基片背面的氧化层上涂覆光刻胶，并采用双面曝光技术和标准光刻技术图案化光刻胶，用干法或者湿法刻蚀工艺图案化刻蚀背面氧化层，并去除光刻胶，形成图案化的氧化层，该图案化的氧化层包含与机振动膜层对应的中央区域的空心区域。将该图案化的氧化层作为掩膜层60，进一步利用湿法或者干法刻蚀的工艺将基底的中央区域刻蚀，结果如图13所示，形成中央区域为空心区域的基底10。

步骤S222：在基底正面形成底电极压焊孔；

在基片正面涂敷光刻胶，并且图形化刻蚀绝缘隔离层40，刻蚀形成底电极压焊孔41，结合图1A和图1C所示，形成的底电极压焊孔41使得底电极暴露出来，便于器件后续进行顶电极33与底电极31之间的接线工作。

步骤S224：去除填充牺牲层，完成MEMS压电扬声器的制备；

图14为填充牺牲层腐蚀后，MEMS压电扬声器沿着B-B面剖开的剖面示意图。图15为填充牺牲层腐蚀后，MEMS压电扬声器沿着A-A面剖开的剖面示意图。

本实施例中，将填充牺牲层利用湿法腐蚀的方法去除，得到释放后的有机振动膜，该有机振动膜由结构梁支撑，在该结构梁之间的空隙部分为结构槽，参见图14与图15所示，得到的MEMS压电扬声器的俯视图和仰视图分别参照图1C和图1D所示。

综上所述，本公开提供了一种MEMS压电扬声器及其制备方法，通过在MEMS压电扬声器的振动膜下方采用结构梁实现支撑，且结构梁呈辐条状进行分布，该结构梁包含压电单元，在结构梁之间的空隙部分为结构槽，该结构槽使得位于其上方的振动膜的应力得到释放，同时结构梁上的压电单元在电负载的作用下，容易产生较大幅度的振动，从而提高压电扬声器的灵敏度；另外，采用有机振动膜层作为顶层，悬于结构槽上方，在基本不影响振动幅度的同时，又增加了振动膜的辐射面积，明显提高了灵敏度。

当然，根据实际需要，本公开的MEMS压电扬声器及其制备方法还包含其他的工艺和步骤，由于同本公开的创新之处无关，此处不再赘述。还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、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，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种MEMS压电扬声器，包括：

基底，其中央区域为空心区域；

有机振动膜层，位于基底的空心区域的上方，与基底存在间距；以及

结构梁，呈辐条状分布，形成于基底之上，支撑有机振动膜，该结构梁自下而上依次包含：复合介质层和压电单元，在结构梁之间的空隙部分为结构槽；

其中，所述结构梁和有机振动膜层构成压电复合振动膜。

2.根据权利要求1所述的MEMS压电扬声器，其中，所述压电单元自下而上依次包括：底电极、压电层、以及顶电极。

3.根据权利要求2所述的MEMS压电扬声器，其中，在所述底电极与所述压电层或所述顶电极与所述压电层之间至少存在一绝缘隔离层。

4.根据权利要求2所述的MEMS压电扬声器，其中，所述底电极和顶电极的结构为：导电单层膜结构或者导电多层膜结构。

5.根据权利要求2所述的MEMS压电扬声器，其中：

所述压电层的厚度介于0.01μm～60μm之间；和/或

所述底电极和顶电极的厚度介于0.01μm～5μm之间。

6.根据权利要求1所述的MEMS压电扬声器，其中，所述有机振动膜层的厚度介于0.01μm～30μm之间。

7.根据权利要求2所述的MEMS压电扬声器，还包括：

掩膜层，位于基底的背面；以及

绝缘隔离层，形成于底电极之上，位于压电层周围，支撑顶电极，并隔离底电极与顶电极；

其中，复合介质层、底电极、绝缘隔离层以及位于绝缘隔离层上方的顶电极构成外框，该外框与结构梁共同实现对有机振动膜的支撑。

8.根据权利要求7所述的MEMS压电扬声器，其中，在所述绝缘隔离层上包含一开口，使得底电极暴露出来，该开口为底电极压焊孔。

9.根据权利要求1至8任一项所述的MEMS压电扬声器，其中，所述结构槽的数量介于2～30个之间。

10.根据权利要求9所述的MEMS压电扬声器，其中，所述复合介质层为两层或者多层膜结构，各层的厚度分别介于0.01μm～30μm之间。