TWI667815B - 一種ｍｅｍｓ壓電轉換器及其製作方法 - Google Patents

一種ｍｅｍｓ壓電轉換器及其製作方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供了一種MEMS壓電轉換器及其製作方法，第一襯底包括第一基底、位於第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，信號處理電路和/或驅動電路與導電層電連接；第二襯底包括第二基底以及位於第二基底一側的第一電極和位於第一電極一側的壓電介質層；將第一襯底具有導電層的一側與第二襯底具有第一電極和壓電介質層的一側貼合固定，並且，藉由導電通孔將第一電極與導電層電連接後，可以藉由信號處理電路接收形變後的第一電極輸出的電信號，和/或藉由驅動電路向第一電極輸入電信號，使第一電極和壓電介質層產生形變。基於此，不僅可以改善MEMS壓電轉換器的性能，而且降低了工藝難度，使得材料以及工藝的選擇更廣泛。

Description

一種MEMS壓電轉換器及其製作方法
本發明涉及半導體製造技術領域，更具體地說，涉及一種MEMS壓電轉換器及其製作方法。
壓電轉換器(piezoelectric transducer)是指利用某些電介質的壓電效應製成的轉換器，其可應用於感測器(sensor)和/或致動器(actuator)。其中，壓電效應包括正壓電效應和逆壓電效應。利用正壓電效應的壓電轉換器，例如壓力轉換器，在受到外力作用時會輸出電信號，採用信號處理電路對該電信號進行分析處理後即可獲知壓力資訊。利用逆壓電效應的壓電轉換器，例如壓電式石英振盪器，在驅動電路輸出的電信號的作用下產生壓力或聲音等，從而可以向外界傳遞壓力或聲音等資訊。其中，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微機電)壓電轉換器是一種將壓電轉換器及其信號處理電路(或驅動電路)積體化於一體的器件。由於MEMS壓電轉換器具有尺寸更微小、工藝精度更高等優點，因此，MEMS壓電轉換器的應用更為廣泛。
習知技術中，大多將壓電轉換器和信號處理電路(或驅動電路)分別製作在不同的襯底上，然後採用共同封裝或電路板組裝的方式將二者連接在一起，但是，其封裝工藝較複雜、尺寸較大、成本也較高。
雖然習知技術中也公開了可以將壓電轉換器和信號處理電路(或驅動電路)製作在同一襯底上，但是，在同一襯底上製作壓電轉換器和信號處理電路(或驅動電路)時，由於壓電轉換器和信號處理電路(或驅動電路)的製作工藝區別較大，因此，壓電轉換器的製作工藝會影響信號處理電路(或驅動電路)的性能，信號處理電路(或驅動電路)的製作工藝也會影 響壓電轉換器的性能，從而使得製作在同一襯底上的MEMS壓電轉換器的性能較差。
並且，習知的MEMS壓電轉換器只能利用正壓電效應或逆壓電效應，並未公開可以同時利用正壓電效應和逆壓電效應的MEMS壓力轉換器，基於此，如何積體化壓電轉換器、信號處理電路和驅動電路也已成為當前的研究方向之一。
有鑑於此，本發明提供了一種MEMS壓電轉換器及其製作方法，以有效積體化壓電轉換器以及信號處理電路和/或驅動電路。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種MEMS壓電轉換器的製作方法，包括：提供第一襯底，所述第一襯底包括第一基底、位於所述第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，所述信號處理電路和/或驅動電路與所述導電層電連接；提供第二襯底，所述第二襯底包括第二基底以及位於所述第二基底一側的第一電極和位於所述第一電極一側的壓電介質層；將所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側貼合固定，其中，所述第一襯底和所述第二襯底之間具有與所述第一電極對應的空腔；對所述第二襯底背離所述第一襯底的一側進行減薄，去除全部或部分厚度的所述第二基底；形成用於電連接所述第一電極與所述導電層的導電通孔，以實現所述第一電極與所述信號處理電路和/或驅動電路的電連接。
優選的，所述壓電介質層的表面或所述導電層內還具有第二電極，所述第二電極與所述第一電極對應。
優選的，還包括：在所述第一襯底具有所述導電層的一側表面形成第一結合層，和/或，在所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側表面形成第二結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第一結合層和/或所述第二 結合層貼合固定；其中，所述第一結合層和所述第二結合層中至少一層包括絕緣結構。
優選的，形成用於電連接所述第一電極與所述導電層的導電通孔，包括：形成自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述導電層的第一導電通孔；形成自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述第一電極的第二導電通孔；其中，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔直接電連接，或者，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔藉由位於所述第二襯底背離所述第一襯底的一側的導電連接結構電連接。
優選的，將所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側貼合固定之前，還包括：在所述第一襯底具有所述導電層的一側和/或所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側形成第一開口，以使貼合固定後的所述第一襯底和所述第二襯底之間的所述第一開口構成所述空腔。
優選的，還包括：在所述第一襯底背離所述第二襯底的一側形成第二開口，所述第二開口的位置與所述第一電極的位置對應。
優選的，所述第二襯底包括基底、位於所述基底表面的絕緣層以及位於所述絕緣層表面的半導體層，所述基底為所述第二基底；所述方法還包括：利用所述半導體層形成所述第一電極，或在所述半導體層上形成所述第一電極。
優選的，提供第一襯底之後，還包括：在所述第一襯底具有所述導電層的一側形成第三電極，所述第三電極為自測電極，所述自測電極的位置與所述第一電極的位置相對應。
優選的，還包括：形成自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述空腔的第三開口。
一種MEMS壓電轉換器的製作方法，包括：提供第一襯底，所述第一襯底包括第一基底、位於所述第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，所述信號處理電路和/或驅動電路與所述導電層電連接；提供第二襯底，所述第二襯底包括第二基底；將所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底的一側貼合固定，所述第一襯底和所述第二襯底之間的部分區域具有空腔；對所述第二襯底背離所述第一襯底的一側進行減薄，去除全部或部分厚度的所述第二基底；在所述第二襯底背離所述第一襯底的一側形成壓電電容，所述壓電電容包括第一電極、第二電極和位於所述第一電極和所述第二電極之間的壓電介質層，所述第一電極的位置與所述空腔的位置對應；形成用於電連接所述第一電極與所述導電層的導電通孔，以實現所述壓電電容與所述信號處理電路和/或驅動電路的電連接。
優選的，還包括：在所述第一襯底具有所述導電層的一側表面形成第一結合層，和/或，在所述第二襯底的一側表面形成第二結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第一結合層和/或所述第二結合層貼合固定；其中，所述第一結合層和所述第二結合層中至少一層包括絕緣結構。
優選的，形成用於電連接所述第一電極與所述導電層的導電通孔，包括：形成自所述第二襯底的第一電極一側貫穿至所述導電層的第一導電通孔；形成自所述第二襯底的第一電極一側貫穿至所述第一電極的第二導電通孔；其中，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔直接電連接，或者，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔藉由位於所述第二襯底背離所述第一襯底的一側的導電連接結構電連接。
優選的，將所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底的一側貼合固定之前，還包括： 在所述第一襯底具有所述導電層的一側和/或所述第二基底的一側的部分區域形成第一開口，以使貼合固定後的所述第一襯底和所述第二襯底之間的所述第一開口構成所述空腔。
優選的，還包括：在所述第一襯底背離所述第二襯底的一側形成第二開口，所述第二開口的位置與所述第一電極的位置對應。
優選的，所述第二襯底包括基底、位於所述基底表面的絕緣層以及位於所述絕緣層表面的半導體層，所述基底為所述第二基底，將所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底的一側貼合固定包括：將所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底具有所述絕緣層和半導體層的一側貼合固定。
優選的，還包括：在所述第一襯底具有所述導電層的一側形成第三電極，所述第三電極為自測電極，所述自測電極的位置與所述第一電極的位置相對應。
優選的，還包括：形成自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述空腔的第三開口。
一種MEMS壓電轉換器，包括：貼合固定的第一襯底和第二襯底；所述第一襯底包括第一基底、位於所述第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，所述信號處理電路和/或驅動電路與所述導電層電連接；所述第二襯底包括第一電極和位於所述第一電極一側的壓電介質層；其中，所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側貼合固定，所述第一襯底和所述第二襯底之間具有與所述第一電極對應的空腔；以及，用於電連接所述第一電極與所述導電層的導電通孔，以實現所述第一電極與所述信號處理電路和/或驅動電路的電連接。
優選的，所述第一襯底還包括位於所述第一襯底具有所述導電層的一側表面的第一結合層，和/或，所述第二襯底還包括位於所述第二襯底具有 所述第一電極和所述壓電介質層的一側表面的第二結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第一結合層和/或所述第二結合層貼合固定；其中，所述第一結合層和所述第二結合層中至少一層包括絕緣結構。
優選的，所述導電通孔包括第一導電通孔和第二導電通孔；所述第一導電通孔自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述導電層；所述第二導電通孔自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述第一電極；其中，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔直接電連接，或者，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔藉由位於所述第二襯底背離所述第一襯底的一側的導電連接結構電連接。
優選的，所述第一襯底具有所述導電層的一側和/或所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側具有第一開口，所述第一襯底和所述第二襯底之間的所述第一開口構成所述空腔。
優選的，所述第一襯底背離所述第二襯底的一側具有第二開口，所述第二開口的位置與所述第一電極的位置對應。
優選的，所述第一襯底在所述導電層的一側具有第三電極，所述第三電極為自測電極，其位置與所述第一電極的位置對應。
優選的，所述第二襯底背離所述第一襯底的一側具有第三開口，所述第三開口自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述空腔。
優選的，所述第二襯底包括第二基底，所述第一電極位於所述第二基底的一側，所述第二基底至所述第一襯底的距離大於所述壓電介質層至所述第一襯底的距離。
優選的，所述第二襯底與所述第一電極對應的區域不具有所述第二基底或具有部分的所述第二基底。
一種MEMS壓電轉換器，包括：貼合固定的第一襯底和第二襯底；所述第一襯底包括第一基底、位於所述第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，所述信號處理電路和/或驅動電路與所述導電層電連接；所述第二襯底的一側與所述第一襯底具有所述導電層的一側貼合固 定；所述第一襯底和所述第二襯底之間具有空腔；所述第二襯底背離所述第一襯底的一側具有壓電電容，所述壓電電容包括第一電極、第二電極和位於所述第一電極和所述第二電極之間的壓電介質層，所述第一電極的位置與所述空腔的位置對應；以及，用於電連接所述第一電極與所述導電層的導電通孔，以實現所述壓電電容與所述信號處理電路和/或驅動電路的電連接。
優選的，所述第一襯底還包括位於所述第一襯底具有所述導電層的一側表面的第一結合層，和/或，所述第二襯底還包括位於所述第二襯底一側表面的第二結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第一結合層和/或所述第二結合層貼合固定；其中，所述第一結合層和所述第二結合層中至少一層包括絕緣結構。
優選的，所述導電通孔包括第一導電通孔和第二導電通孔；所述第一導電通孔自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述導電層；所述第二導電通孔自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述第一電極；其中，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔直接電連接，或者，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔藉由位於所述第二襯底背離所述第一襯底的一側的導電連接結構電連接。
優選的，所述第一襯底具有所述導電層的一側表面和/或所述第二襯底面對第一襯底的一側表面具有第一開口，所述第一襯底和所述第二襯底之間的所述第一開口構成所述空腔。
優選的，所述第一襯底背離所述第二襯底的一側具有第二開口，所述第二開口的位置與所述第一電極的位置對應。
優選的，所述第一襯底具有所述導電層的一側具有第三電極，所述第三電極為自測電極，其位置與所述第一電極的位置相對應。
優選的，所述第二襯底背離所述第一襯底的一側具有第三開口，所述第三開口自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述空腔。
優選的，所述第二襯底包括第二基底，所述第二基底至所述第一襯底的距離小於所述壓電電容至所述第一襯底的距離
與習知技術相比，本發明所提供的技術方案具有以下優點：本發明提供的一種MEMS壓電轉換器及其製作方法，第一襯底包括第一基底、位於第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，信號處理電路和/或驅動電路與導電層電連接；第二襯底包括第二基底以及位於第二基底一側的第一電極和位於第一電極一側的壓電介質層；將第一襯底具有導電層的一側與第二襯底具有第一電極和壓電介質層的一側貼合固定，同時在第一襯底和第二襯底之間形成對應於第一電極的空腔，並且，藉由導電通孔將第一電極與導電層電連接後，可以藉由信號處理電路接收形變後的第一電極輸出的電信號，藉由驅動電路向第一電極輸入電信號，使第一電極和壓電介質層產生形變。
基於此，藉由將第一襯底具有導電層的一側與第二襯底具有第一電極和壓電介質層的一側貼合固定形成第一襯底與第二襯底的層疊結構，不僅避免了在同一基底上依次形成第一電極、壓電介質層、信號處理電路和/或驅動電路等導致的MEMS壓電轉換器性能較差的問題，同時第一襯底和第二襯底之間的空腔的形成十分方便，提供了第一電極和壓電介質層形變的空間，降低了工藝難度，使得第二基底以及第一電極和壓電介質層的材料以及工藝選擇更廣泛，所形成的壓電轉換器的靈敏度更高。
本發明提供的另一種MEMS壓電轉換器及其製作方法，第一襯底包括第一基底、位於第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，信號處理電路和/或驅動電路與導電層電連接；第二襯底包括第二基底，第二基底的一側與第一襯底具有導電層的一側貼合固定，同時在第一襯底和第二襯底之間形成對應於第一電極的空腔，第二基底背離第一襯底的一側具有壓電介質層和位於壓電介質層表面的第一電極，並且，第一電極藉由導電通孔與導電層電連接，從而可以藉由信號處理電路接收形變後的第一電極輸出的電信號，藉由驅動電路向第一電極輸入電信號，使壓電電容產生形變。
基於此，藉由將第一襯底具有導電層的一側與第二基底的一側貼合固定，並在第二基底背離第一襯底的一側形成壓電介質層和位於壓電介質層表面的第一電極，形成第一襯底與第二襯底的層疊結構，第一襯底和第二襯底之間的空腔的形成十分方便，提供了第一電極和壓電介質層形變的空 間，同時本發明的方法也可以為形成壓電電容(包括第一電極、壓電介質層和第二電極等)提供新的基底材料，有利於解決信號處理電路和/或驅動電路後序材料等導致的MEMS壓電轉換器性能較差的問題，降低了工藝難度，第二基底以及第一電極和壓電介質層的材料以及工藝選擇更廣泛，所形成的壓電轉換器的靈敏度更高。
1‧‧‧第一襯底
2‧‧‧第二襯底
3‧‧‧第一開口
10‧‧‧第一基底
11‧‧‧導電層
12‧‧‧第一介質層
13‧‧‧第一結合層
14‧‧‧第二開口
20‧‧‧第二基底
21‧‧‧第一電極
22‧‧‧壓電介質層
23‧‧‧第二電極
24‧‧‧第二結合層
25‧‧‧第一導電通孔
26‧‧‧第二導電通孔
27‧‧‧導電連接結構
30‧‧‧空腔
201‧‧‧第二介質層
202‧‧‧半導體層
203‧‧‧開口
204‧‧‧第三開口
為了更清楚地說明本發明實施例或習知技術中的技術方案，下面將對實施例或習知技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域具有通常知識者來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明的一個實施例提供的MEMS壓電轉換器的製作方法流程圖；圖2為本發明的一個實施例提供的第一襯底的剖面結構示意圖；圖3為本發明的一個實施例提供的第二襯底的剖面結構示意圖；圖4a至圖4d為本發明的一個實施例提供的第二襯底的形成過程的剖面結構示意圖；圖5為本發明的一個實施例提供的貼合固定後的第一襯底和第二襯底的剖面結構示意圖；圖6a至圖8本發明的一個實施例提供的貼合固定後的第一襯底和第二襯底的形成過程的剖面結構示意圖；圖9為本發明的一個實施例提供的具有第二開口的MEMS壓電轉換器的剖面結構示意圖；圖10a為本發明的一個實施例提供的具有第三電極的MEMS壓電轉換器的剖面結構示意圖；圖10b為本發明的一個實施例提供的具有第三開口的MEMS壓電轉換器的剖面結構示意圖；圖11為本發明的另一個實施例提供的MEMS壓電轉換器的製作方法流程圖； 圖12至圖17本發明的另一個實施例提供的MEMS壓電轉換器的形成過程的剖面結構示意圖；圖18為本發明的另一個實施例提供的具有第二開口的MEMS壓電轉換器的剖面結構示意圖；圖19為本發明的另一個實施例提供的具有第三電極的MEMS壓電轉換器的剖面結構示意圖；圖20為本發明的另一個實施例提供的具有第三開口的MEMS壓電轉換器的剖面結構示意圖。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域具有通常知識者在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明的一個實施例提供了一種MEMS壓電轉換器的製作方法，如圖1所示，包括：S101：提供第一襯底，所述第一襯底包括第一基底、位於所述第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，所述信號處理電路和/或驅動電路與所述導電層電連接；S102：提供第二襯底，所述第二襯底包括第二基底以及位於所述第二基底一側的第一電極和位於所述第一電極一側的壓電介質層；S103：將所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側貼合固定，所述第一襯底和所述第二襯底之間具有與所述第一電極對應的空腔；S104：對所述第二襯底背離所述第一襯底的一側進行減薄，去除全部或部分厚度的所述第二基底；S105：形成用於電連接所述第一電極與所述導電層的導電通孔，以實現所述第一電極與所述信號處理電路和/或驅動電路的電連接。
由於第一電極藉由導電通孔與導電層電連接，而導電層又與信號處理電路和/或驅動電路電連接，因此，第一電極可以與信號處理電路和/或驅動 電路電連接，基於此，信號處理電路可以接收形變後的第一電極輸出的電信號，驅動電路可以向第一電極輸入電信號，使第一電極和壓電介質層產生形變，以向外界傳遞壓力或聲音等資訊。
本實施例中，藉由將第一襯底具有導電層的一側與第二襯底具有第一電極和壓電介質層的一側貼合固定形成第一襯底與第二襯底的層疊結構，不僅避免了在同一基底上依次形成第一電極、壓電介質層、信號處理電路和/或驅動電路等導致的MEMS壓電轉換器性能較差的問題，而且第一襯底和第二襯底之間的空腔的形成十分方便，提供了第一電極和壓電介質層形變的空間，降低了工藝難度，使得第二基底以及第一電極和壓電介質層的材料以及工藝選擇更廣泛，所形成的壓電轉換器的靈敏度及性能更高。
下面結合圖2至圖10所示的剖面結構對MEMS壓電轉換器的製作過程進行描述。
參考圖2，提供第一襯底1，該第一襯底1包括第一基底10、位於第一基底10一側的至少一層導電層11、信號處理電路和/或驅動電路(圖中未示出)，該信號處理電路和/或驅動電路與導電層11電連接。
本實施例中，第一基底10表面具有第一介質層12，至少一層導電層11位於第一介質層12的表面。信號處理電路和驅動電路包括半導體器件結構和電互連結構(如銅互連)，該導電層11可以是信號處理電路和驅動電路導電層的一部分，也可以是在信號處理電路和驅動電路上附加的導電層，只要該導電層11與信號處理電路和/或驅動電路電連接即可。
本實施例中，第一基底10包括矽襯底、矽鍺襯底、碳化矽襯底、或III-V族化合物襯底(例如氮化鎵襯底或砷化鎵襯底等)。
第一介質層12的材料包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、低k介質材料(介電常數為2.5~3.9的材料)或超低k介質材料(介電常數小於2.5的材料)。第一介質層12的形成工藝包括氧化工藝、化學氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝和原子層沉積工藝等。
導電層11的材料包括金屬、金屬化合物或摻雜離子的半導體材料等。該導電層11的形成步驟包括：在第一介質層12表面沉積導電材料層；在所述導電材料層表面形成圖形化層，所述圖形化層暴露出部分區域的導電材料層；以所述圖形化層為遮罩，蝕刻所述導電材料層形成導電層11。其中， 導電材料層的形成工藝包括化學氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝和原子層沉積工藝等；所述圖形化層為經過光刻的光刻膠層；所述蝕刻導電材料層的工藝包括乾法蝕刻工藝。
參考圖3，提供第二襯底2，該第二襯底2包括第二基底20以及位於第二基底20一側的第一電極21和位於第一電極21表面的壓電介質層22，具體地，第二基底20表面具有第二介質層201，第一電極21位於第二介質層201的表面。其中，壓電介質層22的表面或者導電層11內具有第二電極，本實施例中僅以壓電介質層22的表面具有第二電極23為例進行說明。
本實施例中，僅以MEMS壓電轉換器包括第一電極21、壓電介質層22和第二電極23構成的一個壓電電容為例進行說明，但是，本發明並不僅限於此，在其他實施例中，MEMS壓電轉換器可以包括多個上述壓電電容。
在一個實施例中，第二基底20、第二介質層201和第一電極21利用絕緣體上矽半導體襯底形成。
參考圖4a，提供SOI(Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的矽)，即絕緣體上矽半導體襯底，該絕緣體上矽半導體襯底包括基底、位於基底表面的絕緣層以及位於絕緣層表面的半導體層，其中，該基底為第二基底20，該絕緣層201為第二介質層，該半導體層202可以為第一電極層或第一電極層的一部分，或該半導體層202上形成有絕緣層，而第一電極層澱積在該絕緣層上；參考圖4b，蝕刻半導體層202形成第一電極21，或者，在另一實施例中，可以在半導體層202上澱積導電層，並對該導電層進行蝕刻，以形成第一電極21；參考圖4c，在第一電極21表面形成壓電介質22；參考圖4d，在壓電介質層22表面形成第二電極層，對第二電極層進行蝕刻形成第二電極23，從而可以形成由第一電極21、壓電介質22和第二電極23所構成的壓電電容。
其中，該絕緣體上矽半導體襯底包括絕緣體上矽襯底；第二介質層201的材料包括氧化矽，即埋層氧化層(BOX)。由於半導體層的材料包括單晶半導體材料，因此，能夠使所形成的壓電轉換器性能更穩定可靠。而且，直接採用絕緣體上矽半導體襯底的半導體層作為第一電極層時，可以採用 外延方法生長性能更好地壓電介質層22，從而製作性能更高的轉換器。
另外，所述半導體層202可以為單晶半導體或多晶半導體，採用SOI襯底可以使得在將第一襯底1和第二襯底2貼合固定後減薄第二襯底2的工藝更加簡便，能夠簡化工藝制程。同時，所述半導體層202還可以作為壓電電容的機械支撐薄膜，為轉換器提供更好更穩定的機械結構。
在另一實施例中，第二基底20為體基底。該體基底包括矽襯底、矽鍺襯底、碳化矽襯底、或其他襯底等。第一電極層、壓電介質層22和第二電極層採用沉積工藝形成。第二介質層201的材料包括絕緣材料。第一電極層和第二電極層的材料可以為金屬或金屬化合物；第一電極層和第二電極層的材料也可以包括半導體材料。其中，第一電極層和第二電極層的材料可以相同，也可以不同。
本實施例中，在提供第一襯底1和第二襯底2之後，還包括：在第一襯底1具有導電層11的一側表面形成第一結合層13，和/或，在第二襯底2具有第一電極21和壓電介質層22的一側表面形成第二結合層24，第一襯底1和第二襯底2藉由第一結合層13和/或第二結合層24貼合固定。
本實施例中僅以第一襯底1表面具有第一結合層13，同時，第二襯底2表面也具有第二結合層24為例進行說明，但是，本發明並不僅限於此，在其他實施例中，第一襯底1表面具有第一結合層13時，第二襯底2可以不具有第二結合層24，或者，第二襯底2表面具有第二結合層24時，第一襯底1可以不具有第一結合層13。
參考圖2，第一襯底1具有導電層11的一側表面具有第一結合層13。形成第一結合層13的過程包括：在第一介質層12和導電層11表面沉積第一結合膜；採用化學機械拋光工藝平坦化第一結合膜，形成第一結合層13。
參考圖3，第二襯底2具有第一電極21和壓電介質層22的一側表面具有第二結合層24。同樣，形成第二結合層24的過程包括：在第二電極23表面沉積第二結合膜；採用化學機械拋光工藝平坦化第二結合膜，形成第二結合層24。
其中，第一結合層13第二結合層24的材料包括絕緣材料、金屬材料、金屬化合物材料和半導體材料中的一種或多種組合。在一種實施例中，第一結合層13第二結合層24中至少一種的材料為絕緣材料。本實施例中，第 一結合層13和/或第二結合層24包括絕緣結構，該絕緣結構可以是與整個第一襯底1對應的一層絕緣層，也可以是與第一襯底1的部分區域對應的絕緣層，當該絕緣結構是與第一襯底1的部分區域對應的絕緣層時，該層中與第一襯底1的其他區域對應的膜層可以是導電層。
其中，由於第一結合層13和第二結合層24的表面平坦，因此，第一襯底1和第二襯底2藉由第一結合層13和第二結合層24貼合固定後，第一襯底1與第二襯底2的表面的接觸面積較大，則第一襯底1與第二襯底2的疊層結構強度更高、結合更穩定。
在本實施例中，將第一襯底1具有導電層11的一側與第二襯底2具有第一電極21和壓電介質層22的一側貼合固定之前，還包括：在第一襯底1具有導電層11的一側表面和/或第二襯底2具有第一電極21和壓電介質層22的一側表面形成第一開口3，以使貼合固定後的第一襯底1和第二襯底2之間的第一開口3構成空腔30。
參考圖2和圖3，第一襯底1具有導電層11的一側表面具有第一開口3、第二襯底2具有第一電極21和壓電介質層22的一側表面不具有第一開口，本實施例中僅以此為例進行說明，但是，本發明並不僅限於此，在其他實施例中，第一襯底1具有導電層11的一側表面可以不具有第一開口、第二襯底2具有第一電極21和壓電介質層22的一側表面可以具有第一開口，或者，第一襯底1具有導電層11的一側表面和第二襯底2具有第一電極21和壓電介質層22的一側表面都具有第一開口。
參考圖5，將圖2所示的第一襯底1和圖3所示的第二襯底2貼合固定，具體地，將第一襯底1具有導電層11的一側與第二襯底2具有第一電極21和壓電介質層22的一側貼合固定，其中，第一襯底1和第二襯底2之間具有與第一電極21對應的空腔30，該空腔30由第一開口3構成。該空腔30的作用是便於第一電極21和壓電介質層22在外界壓力的作用下發生形變。
在一實施例中，將第一襯底1和第二襯底2貼合固定的工藝為鍵合工藝。所述鍵合工藝包括：熔融鍵合(Fusion Bonding)、靜電鍵合(Anodic Bonding)、共晶鍵合(Eutectic Bonding)或熱壓鍵合(Thermal Compression Bonding)等。在另一實施例中，將第一襯底1和第二襯底2貼合固定的工藝為粘結工藝。其藉由第一結合層13和/或第二結合層24將第一襯底1和第二襯 底2貼合固定。
參考圖6a，對第二襯底2背離第一襯底1的一側進行減薄，去除全部或部分厚度的第二基底20，以形成可以產生形變的機械薄膜。本實施例中，在第二襯底2背離第一襯底1的一側還有形成開口203，但是，本發明並不僅限於此，在其他實施例中，參考圖6b，還可以對第二襯底2背離第一襯底1的一側進行整體減薄。並且，需要說明的是，本實施例中的開口203是在形成導電通孔之前形成，但是，本發明並不僅限於此，在其他實施例中，開口203可以在形成導電通孔之後形成。
對第二基底20進行減薄的工藝包括化學機械拋光工藝和/或蝕刻工藝。蝕刻工藝包括乾法蝕刻工藝和/或濕法蝕刻工藝。由於第二基底20和第一電極21之間具有第一介質層201，因此，去除全部或部分厚度的第二基底20之後，第一介質層201能夠保護並隔離第一電極21。而當第一介質層201和保留的第二基板20受到壓力作用時，能夠引起第一電極21和壓電介質層22發生形變。
參考圖7a、7b和圖8，將第一襯底1與第二襯底2貼合固定後，還需形成用於電連接第一電極21和導電層11的導電通孔，以實現第一電極21、壓電介質層22和第二電極23與信號處理電路和/或驅動電路的電連接。
其中，形成電連接第一電極21和導電層11的導電通孔的過程包括：參考圖7a或圖7b，形成自第二基底20背離第一襯底1的一側貫穿至導電層11的第一導電通孔25，同時也形成自第二基底20背離第一襯底1的一側貫穿至第一電極21的第二導電通孔26。其中，圖7a所示的第二導電通孔26是第一導電通孔25的一部分，也即第一導電通孔25和第二導電通孔26直接電連接，因此，第一電極21、壓電介質層22和第二電極23藉由電連接的第一導電通孔25和第二導電通孔26與導電層11電連接；圖7b所示的第一導電通孔25和第二導電通孔26不直接電連接，此時，參考圖8，在第二基底20背離第一襯底1的一側表面形成電連接第一導電通孔25和第二導電通孔26的導電連接結構27，此時，第一電極21、壓電介質層22和第二電極23藉由電連接的第一導電通孔25、第二導電通孔26和導電連接結構27與導電層11電連接。
其中，第一電極21、壓電介質層22和第二電極23與導電層11電連接， 以與信號處理電路和/或驅動電路的電連接，使得信號處理電路接收第一電極21、壓電介質層22和第二電極23所形成的壓電電容在形變後輸出的電信號；或使驅動電路向該壓電電容輸入電信號，驅動第二電極23形變。
在另一實施例中，壓電介質層22表面的第二電極23也可以藉由導電通孔與導電層11電連接，同樣，該導電通孔包括自第二基底20背離第一襯底1的一側貫穿至導電層11的第三導電通孔和自第二基底20背離第一襯底1的一側貫穿至第二電極23的第四導電通孔，該第三導電通孔與第四導電通孔直接電連接，或者，藉由位於第二基底20背離第一襯底1的一側的導電連接結構電連接。
基於此，當該轉換器應用於壓力敏感器件時，第一電極21、壓電介質層22和第二電極23構成的壓電電容在外界壓力下產生形變，從而在第一電極21和第二電極23之間產生電位差，信號處理電路既可以根據第一電極21、第二電極23以及二者之間的壓電介質層22構成的壓電電容輸出的電位差變化獲得壓電轉換器承受的壓力等資訊。當該轉換器應用於致動器(actuator)器件時，驅動電路可以向由第一電極21、第二電極23以及二者之間的壓電介質層22構成的壓電電容輸入電信號，來驅動第一電極21、第二電極23以及二者之間的壓電介質層23形變，進而向外界傳遞壓力或聲音等資訊。
在本發明的另一實施例中，參考圖9，在第一襯底1背離第二襯底2的一側形成第二開口14，第二開口14的位置與第一電極21的位置對應。該第二開口14便於外界和壓電電容的溝通，也便於壓電電容發生形變。
第二開口14的形成步驟包括：在第一襯底1背離第二襯底2的表面形成圖形化層，所述圖形化層暴露出需要形成第二開口14的對應位置；以所述圖形化層為遮罩，蝕刻所述第一襯底1，直至貫通所述第一襯底1，形成第二開口14。所述圖形化層包括圖形化的光刻膠層；所述蝕刻工藝包括各向異性的乾法蝕刻工藝。
在本發明的另一實施例中，還可以在第一襯底和第二襯底貼合固定之前形成第二開口14。包括：在第一襯底1面向第二襯底2的表面形成圖形化層，所述圖形化層暴露出需要形成第二開口14的對應位置；以所述圖形化層為遮罩，蝕刻所述第一襯底1，直至貫通所述第一襯底1，形成第二開口 14。
在本發明的另一實施例中，參考圖10a，在第一襯底1具有導電層11的一側製作第三電極15，第三電極15的位置與第一電極21的位置對應，該第三電極15為自測電極。本實施例中，第三電極15與導電層11位於同一層。在其它實施例中，第三電極15還能夠高於或低於導電層11。當對第三電極15施加電壓時，第三電極15能夠對第二襯底2的壓電電容電極產生靜電引力，該靜電引力能夠使第一電極21和壓電介質層22產生形變；藉由檢測靜電引力是否引起壓電電容的輸出變化，以此檢測壓電電容是否能夠正常工作。
在本發明的另一實施例中，參考圖10b，在第二襯底2背離第一襯底1的一側形成第三開口204，該第三開口204自第二襯底2背離第一襯底1的一側貫穿至空腔30，以釋放第一電極21、壓電介質層22和第二電極23構成的壓電電容。
相應的，本發明實施例還提供了一種MEMS壓電轉換器，該MEMS壓電轉換器可以採用上述實施例提供的MEMS壓電轉換器製作方法製作而成，參考圖8，該MEMS壓電轉換器包括貼合固定的第一襯底1和第二襯底2；該第一襯底1包括第一基底10、位於第一基底10一側的至少一層導電層11、信號處理電路和/或驅動電路，該信號處理電路和/或驅動電路與導電層11電連接；第二襯底2包括第二基底20以及位於第二基底20一側的第一電極21和位於第一電極21表面的壓電介質層22；其中，第一襯底1具有導電層11的一側與第二襯底2具有第一電極21和壓電介質層22的一側貼合固定，第一襯底1和第二襯底2之間具有與第一電極21對應的空腔30，第二襯底2與第一電極21對應的區域不具有第二基底20或具有部分或全部厚度的第二基底20；並且，第一電極21藉由導電通孔與電極層11電連接，以使第一電極21與信號處理電路和/或驅動電路電連接。其中，壓電介質層22的表面或者導電層11內具有第二電極23，第二電極23與第一電極21對應。本實施例中，僅以第二電極23位於壓電介質層22的表面為例進行說明，但是本發明並不僅限於此。
本實施例中，導電通孔包括第一導電通孔25和第二導電通孔26；第一 導電通孔25自第二基底20背離第一襯底1的一側貫穿至導電層11，第二導電通孔26自第二基底20背離第一襯底1的一側貫穿至第一電極21，如圖7a所示，第一導電通孔25和第二導電通孔26直接電連接，並且，第一電極21、壓電介質層22和第二電極23藉由電連接的第一導電通孔25和第二導電通孔26與導電層11電連接，或者，如圖8所示，第一電極21、壓電介質層22和第二電極23藉由電連接的第一導電通孔25、第二導電通孔26和導電連接結構27與導電層11電連接。
本實施例中，第一襯底1還包括位於第一基底20具有導電層11的一側表面的第一結合層13，和/或，第二襯底2還包括位於第二基底20具有第一電極21和壓電介質層22的一側表面的第二結合層24，第一襯底1和第二襯底2藉由第一結合層13和/或第二結合層24貼合固定；在一種實施例中，第一結合層13和第二結合層24中至少一層為結構。本實施例中，第一結合層13和/或第二結合層24包括絕緣結構，該絕緣結構可以是與整個第一襯底1對應的一層絕緣層，也可以是與第一襯底1的部分區域對應的絕緣層，當該絕緣結構是與第一襯底1的部分區域對應的絕緣層時，該層中與第一襯底1的其他區域對應的膜層可以是導電層。
在本發明的另一實施例中，參考圖8，第一襯底1具有導電層11的一側表面和/或第二襯底2具有第一電極21和壓電介質層22的一側表面具有第一開口，第一襯底1和第二襯底2之間的第一開口構成空腔30。
在本發明的另一實施例中，參考圖9，第一襯底1背離第二襯底2的一側具有第二開口14，所述第二開口14的位置與第一電極21的位置對應。
在本發明的另一實施例中，參考圖10a，第一襯底1具有導電層11的一側具有第三電極15，第三電極15為自測電極，其位置與第一電極21的位置對應。
在本發明的另一實施例中，參考圖10b，在第二襯底2背離第一襯底1的一側形成第三開口204，該第三開口204自第二襯底2背離第一襯底1的一側貫穿至空腔30。
本發明實施例提供的MEMS壓電轉換器及其製作方法，第一襯底包括第一基底、位於第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，信號處理電路和/或驅動電路與導電層電連接；第二襯底包括第二基 底以及位於第二基底一側的第一電極和位於第一電極一側的壓電介質層；將第一襯底具有導電層的一側與第二襯底具有第一電極和壓電介質層的一側貼合固定，同時在第一襯底和第二襯底之間形成對應於第一電極的空腔，並且，藉由導電通孔將第一電極與導電層電連接後，可以藉由信號處理電路接收形變後的第一電極輸出的電信號，藉由驅動電路向第一電極輸入電信號，使第一電極和壓電介質層產生形變。
基於此，藉由將第一襯底具有導電層的一側與第二襯底具有第一電極和壓電介質層的一側貼合固定形成第一襯底與第二襯底的層疊結構，不僅避免了在同一基底上依次形成第一電極、壓電介質層、信號處理電路和/或驅動電路等導致的MEMS壓電轉換器性能較差的問題，同時第一襯底和第二襯底之間的空腔的形成十分方便，提供了第一電極和壓電介質層形變的空間，降低了工藝難度，使得第二基底以及第一電極和壓電介質層的材料以及工藝選擇更廣泛，所形成的壓電轉換器的靈敏度更高。
本發明實施例還提供了一種MEMS壓電轉換器的製作方法，如圖11所示，包括：S201：提供第一襯底，所述第一襯底包括第一基底、位於所述第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，所述信號處理電路和/或驅動電路與所述導電層電連接；S202：提供第二襯底，所述第二襯底包括第二基底；S203：將所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底的一側貼合固定，所述第一襯底和所述第二襯底之間的部分區域具有空腔；S204：對所述第二襯底背離所述第一襯底的一側進行減薄，去除全部或部分厚度的所述第二基底；S205：在所述第二襯底背離所述第一襯底的一側形成壓電電容，所述壓電電容包括第一電極、壓電介質層和第二電極，所述壓電電容的位置與所述空腔的位置對應；S206：形成用於電連接所述第一電極與所述導電層的導電通孔，以實現所述壓電電容與所述信號處理電路和/或所述驅動電路的電連接。
由於壓電電容藉由導電通孔與導電層電連接，而導電層又與信號處理 電路和/或驅動電路電連接，因此，第一電極可以與信號處理電路和/或驅動電路電連接，基於此，信號處理電路可以接收形變後的壓電電容電極輸出的電信號，和/或驅動電路可以向壓電電容電極輸入電信號，使壓電電容產生形變，以向外界傳遞壓力或聲音等資訊。
本實施例中，藉由將第一襯底具有導電層的一側與第二襯底貼合固定形成第一襯底與第二襯底的層疊結構，同時在第一襯底和第二襯底之間形成對應於第一電極的空腔，所述空腔的形成十分方便，提供了第一電極和壓電介質層形變的空間，同時本實施例也可以為形成壓電電容(包括第一電極、壓電介質層和第二電極等)提供新的基底材料，有利於解決信號處理電路和/或驅動電路等後序材料導致的MEMS壓電轉換器性能較差的問題，而且降低了工藝難度，使得第二基底以及第一電極和壓電介質層的材料以及工藝選擇更廣泛，所形成的壓電轉換器的性能更高。
下面結合圖12至圖19所示的剖面結構對MEMS壓電轉換器的製作過程進行描述。
參考圖12，提供第一襯底1，該第一襯底1包括第一基底10、位於第一基底10一側的至少一層導電層11、信號處理電路和/或驅動電路(圖中未示出)，該信號處理電路和/或驅動電路與導電層11電連接。
本實施例中，第一基底10表面具有第一介質層12，至少一層導電層11位於第一介質層12的表面。信號處理電路和驅動電路包括半導體器件結構和電互連結構(如銅互連)，該導電層11可以是信號處理電路和驅動電路導電層的一部分，也可以是在信號處理電路和驅動電路上附加的導電層，只要該導電層11與信號處理電路和/或驅動電路電連接即可。
導電層11的材料包括金屬、金屬化合物或摻雜離子的半導體材料等。該導電層11的形成步驟包括：在第一介質層12表面沉積導電材料層；在所述導電材料層表面形成圖形化層，所述圖形化層暴露出部分區域的導電材料層；以所述圖形化層為遮罩，蝕刻所述導電材料層形成導電層11。其中，導電材料層的形成工藝包括化學氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝和原子層沉積工藝等；所述圖形化層包括經過光刻的光刻膠層；所述蝕刻導電材料層的工藝包括乾法蝕刻工藝。
參考圖13，提供第二襯底2，該第二襯底2包括第二基底20。
本實施例中，第二襯底2為絕緣體上半導體(SOI)襯底，該絕緣體上矽半導體襯底包括基底、位於基底表面的絕緣層201以及位於絕緣層201表面的半導體層202，所述半導體層202可以為單晶半導體或多晶半導體，該基底為第二基底20。當然，本發明並不僅限於此，在另一實施例中，第二基底20為體基底。該體基底包括矽襯底、矽鍺襯底、或碳化矽襯底等。
參考圖14，將第一襯底1具有導電層11的一側與第二基底20的一側貼合固定，第一襯底1和第二襯底2之間的部分區域具有空腔30。該空腔30的作用是便於後續形成的第一電極21和壓電介質層22在外界壓力的作用下發生形變。本實施例中，第二襯底2為絕緣體上矽半導體襯底，第一襯底1具有導電層11的一側與第二基底20具有絕緣層201和半導體層202的一側貼合固定，當然本發明並不僅限於此。
具體地，將第一襯底1具有導電層11的一側與第二基底20的一側貼合固定之前，還包括：在第一襯底1具有導電層11的一側表面和/或第二基底20的一側表面的部分區域形成第一開口3，以使貼合固定後的第一襯底1和第二襯底2之間的第一開口3構成空腔30。本實施例中，僅以在第二襯底2具有絕緣層201和半導體層202的一側表面形成第一開口3為例進行說明，參考圖13。
參考圖15，對所述第二基底20背離第一襯底1的一側進行減薄，去除全部或部分厚度的第二基底20，以形成可以產生形變的機械薄膜。本實施例中僅以保留了部分厚度的第二基底20為例進行說明，但是，本發明並不僅限於此。
採用SOI襯底也可以使得在將第一襯底1和第二襯底2貼合固定後減薄第二襯底2的工藝更加簡便，能夠簡化工藝制程。同時，所述半導體層202還可以作為壓電電容的機械支撐薄膜，為轉換器提供更好更穩定的機械結構。
參考圖16，在第二基底20背離第一襯底1的一側依次形成壓電電容，該壓電電容包括第二電極23、壓電介質層22和第一電極21，所述壓電電容的位置與所述空腔30的位置對應。此外，在一種實施例中，還可以在第一電極21的表面形成保護層24，以在保護第一電極21的同時，避免第一電極21漏電。
本實施例中的第二電極23、壓電介質層22、第一電極21和保護層24可以採用沉積工藝形成。第二電極23、壓電介質層22和第一電極21材料與上述實施例提供的材料相同，在此不再贅述。保護層24的材料包括絕緣材料。
本實施例中，僅以MEMS壓電轉換器包括第一電極21、壓電介質層22和第二電極23構成的一個壓電電容為例進行說明，但是，本發明並不僅限於此，在其他實施例中，MEMS壓電轉換器可以包括多個上述壓電電容。
在另一實施例中，提供第一襯底1和提供第二襯底2之後，還包括：在所述第一襯底1具有導電層11的一側表面形成第一結合層13，和/或，在第二襯底2的一側表面形成第二結合層，第一襯底1和第二襯底2藉由第一結合層13和/或第二結合層貼合固定；其中，在一種實施例中，第一結合層13和第二結合層中至少一層為絕緣結構。本實施例中，第一結合層13和/或第二結合層24包括絕緣結構，該絕緣結構可以是與整個第一襯底1對應的一層絕緣層，也可以是與第一襯底1的部分區域對應的絕緣層，當該絕緣結構是與第一襯底1的部分區域對應的絕緣層時，該層中與第一襯底1的其他區域對應的膜層可以是導電層。
參考圖12，第一襯底1具有導電層11的一側表面具有第一結合層13。形成第一結合層13的過程包括：在第一介質層12和導電層11表面沉積第一結合膜；採用化學機械拋光工藝平坦化第一結合膜，形成第一結合層13。此外，本實施例中，第二襯底2上的第二結合層為半導體層202。
由於第一結合層13和半導體層202的表面平坦，因此，第一襯底1和第二襯底2藉由第一結合層13貼合固定後，第一襯底1與第二襯底2的表面的接觸面積較大，則第一襯底1與第二襯底2的疊層結構強度更高、結合更穩定。
本實施例中，形成電連接第一電極21和導電層11的導電通孔的過程包括：形成自第二襯底2背離第一襯底1一側貫穿至導電層11的第一導電通孔25，形成自第二襯底2背離第一襯底1一側即保護層24貫穿至第一電極21的第二導電通孔26；其中，參考圖7b，第二導電通孔26可以是第一導電通孔25的一部分，也即所述第一導電通孔25與所述第二導電通孔26直接電連接，或者，參考圖17，所述第一導電通孔25與所述第二導電通孔26藉由位於所述第二襯底2背離所述第一襯底1的一側的導電連接結構27電連接。
其中，壓電電容與導電層11電連接，以與信號處理電路和/或驅動電路 電連接，使得信號處理電路接收形變後的壓電電容輸出的電信號，和/或使驅動電路向壓電電容輸入電信號，驅動壓電電容形變。
在一種實施例中，壓電電容的第二電極23也可以藉由導電通孔與導電層11電連接，同樣，該導電通孔包括自第二基底20背離第一襯底1的一側貫穿至導電層11的第三導電通孔和自第二基底20背離第一襯底1的一側貫穿至第二電極23的第四導電通孔，其中，該第三導電通孔可以與第四導電通孔直接電連接，或者，第三導電通孔和第四導電通孔藉由位於第二基底20背離第一襯底1的一側的導電連接結構電連接。
基於此，當該轉換器應用於壓力敏感器件時，壓電電容在外界壓力下產生形變，會在第一電極21和第二電極23之間產生電位差，信號處理電路既可以根據第一電極21、第二電極23以及二者之間的壓電介質層22構成的壓電電容輸出的電位差變化獲得壓電轉換器承受的壓力等資訊。當該轉換器應用於致動器(actuator)器件時，驅動電路可以向由第一電極21、第二電極23以及二者之間的壓電介質層22構成的壓電電容輸入電信號，來驅動第一電極21、第二電極23以及二者之間的壓電介質層23形變，進而向外界傳遞壓力或聲音等資訊。
在本發明的另一實施例中，參考圖18，還包括：在第一襯底1背離第二襯底2的一側形成第二開口14，第二開口14的位置與第一電極21的位置對應。該第二開口14的作用是便於外界和壓電電容的溝通，也便於壓電電容發生形變。
第二開口14的形成步驟包括：在第一襯底1背離第二襯底2的表面形成圖形化層，所述圖形化層暴露出需要形成第二開口14的對應位置；以所述圖形化層為遮罩，蝕刻所述第一襯底1，直至貫通所述第一襯底1，形成第二開口14。所述圖形化層包括圖形化的光刻膠層；所述蝕刻工藝包括各向異性的乾法蝕刻工藝。
在本發明的又一實施例中，參考圖19，在第一襯底1具有導電層11的一側形成第三電極15，第三電極15的位置與第一電極21的位置對應。本實施例中，第三電極15與導電層11位於同一層。在其它實施例中，第三電極15還能夠高於或低於導電層11。當對第三電極15施加電壓時，第三電極15能夠對第二襯底2產生靜電引力，該靜電引力能夠使第一電極21和壓電介質層 22產生形變；藉由檢測靜電引力是否引起包括第一電極21和壓電介質層22的壓電電容的輸出變化，以此檢測壓電電容是否能夠正常工作。
在本發明的又一實施例中，參考圖20，在第二襯底2背離第一襯底1的一側形成第三開口204，該第三開口204自第二襯底2背離第一襯底1的一側貫穿至空腔30，以釋放第一電極21、壓電介質層22和第二電極23構成的壓電電容。
相應的，本發明實施例還提供了一種MEMS壓電轉換器，該MEMS壓電轉換器可以採用上述實施例提供的MEMS壓電轉換器製作方法製作而成，參考圖17，該MEMS壓電轉換器包括貼合固定的第一襯1和第二襯底2； 該第一襯底1包括第一基底10、位於第一基底10一側的至少一層導電層11、信號處理電路和/或驅動電路，該信號處理電路和/或驅動電路與導電層11電連接； 第二襯底2包括第二基底20，第二基底20的一側與第一襯底1具有導電層11的一側貼合固定；第二襯底2與第一電極21對應的區域不具有第二基底20或具有部分或全部厚度的第二基底20；第二襯底2背離第一襯底1的一側具有壓電電容，該壓電電容包括壓電介質層22、第一電極21和第二電極23； 其中，第一電極21和/或第二電極23的位置與空腔30的位置對應；並且，第一電極21藉由導電通孔與電極層11電連接，以使壓電電容與信號處理電路和/或驅動電路電連接。本實施例中，第二電極23與第一電極21對應。並且，第一電極21表面具有保護層24。
本實施例中，導電通孔包括第一導電通孔25和第二導電通孔26；第一導電通孔25自第二基底20背離第一襯底1的一側即保護層24貫穿至導電層11，第二導電通孔26自第二基底20背離第一襯底1的一側即保護層24貫穿至第一電極21，其中，第二導電通孔26可以是第一導電通孔25的一部分，也即第一導電通孔25與第二導電通孔26直接電連接，或者，第一導電通孔25和第二導電通孔26藉由位於第二基底20背離第一襯底1的一側的導電連接結構27電連接。
其中，第一襯底1還包括位於第一基底20具有導電層11的一側表面的第一結合層13，和/或，第二襯底2還包括位於第二基底20一側表面的第二結合層，第一襯底1和第二襯底2藉由第一結合層13和/或第二結合層貼合固定； 在一種實施例中，第一結合層13和第二結合層中至少一層為絕緣結構。本實施例中，第一結合層13和/或第二結合層24包括絕緣結構，該絕緣結構可以是與整個第一襯底1對應的一層絕緣層，也可以是與第一襯底1的部分區域對應的絕緣層，當該絕緣結構是與第一襯底1的部分區域對應的絕緣層時，該層中與第一襯底1的其他區域對應的膜層可以是導電層。
在本發明的另一實施例中，第一襯底1具有導電層11的一側表面和/或第二襯底2的一側表面具有第一開口3，第一襯底1和第二襯底2之間的第一開口3構成空腔30。
在本發明的另一實施例中，參考圖18，第一襯底1背離第二襯底2的一側具有第二開口14，第二開口14的位置與壓電電容的位置對應。
在本發明的另一實施例中，參考圖19，第一襯底1具有導電層11的一側具有第三電極15，第三電極15為自測電極，其位置與壓電電容的位置對應。
在本發明的又一實施例中，參考圖20，在第二襯底2背離第一襯底1的一側形成第三開口204，該第三開口204自第二襯底2背離第一襯底1的一側貫穿至空腔30，以釋放第一電極21、壓電介質層22和第二電極23構成的壓電電容。
本發明實施例提供的MEMS壓電轉換器及其製作方法，第一襯底包括第一基底、位於第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，信號處理電路和/或驅動電路與導電層電連接；第二襯底包括第二基底，第二基底的一側與第一襯底具有導電層的一側貼合固定，第二基底背離第一襯底的一側具有壓電介質層、第一電極和第二電極，並且，第一電極藉由導電通孔與導電層電連接，以使第一電極與信號處理電路和/或驅動電路電連接，從而可以藉由信號處理電路接收形變後的壓電電容電極輸出的電信號，和/或藉由驅動電路向壓電電容電極輸入電信號，使壓電介質層產生形變。也就是說，本發明實施例中藉由將第一電極、第二電極和壓電介質層構成的壓電電容與信號處理電路和/或驅動電路電連接而積體化，將正壓電效應和逆壓電效應應用在了同一種壓電轉換器上。
基於此，藉由將第一襯底具有導電層的一側與第二基底的一側貼合固定，並在第二基底背離第一襯底的一側形成壓電介質層、第一電極及第二電極，形成第一襯底與第二襯底的層疊結構，同時在第一襯底和第二襯底 之間形成對應於第一電極的空腔，所述空腔的形成十分方便，提供了第一電極和壓電介質層形變的空間，同時本實施例也可以為形成壓電電容(包括第一電極、壓電介質層和第二電極等)提供新的基底材料，有利於解決信號處理電路和/或驅動電路後序材料等導致的MEMS壓電轉換器性能較差的問題，而且降低了工藝難度，使得第二基底以及壓電電容的材料以及工藝選擇更廣泛，還可以藉由第二基底材料的選擇為轉換器提供更好更穩定的機械結構，所形成的壓電轉換器的性能更高。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例所公開的裝置而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域具有通常知識者能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域具有通常知識者來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。

Claims (38)

  1. 一種MEMS壓電轉換器的製作方法，其包括：提供第一襯底，所述第一襯底包括第一基底、位於所述第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，所述信號處理電路和/或驅動電路與所述導電層電連接；提供第二襯底，所述第二襯底包括第二基底以及位於所述第二基底一側的第一電極和位於所述第一電極一側的壓電介質層；將所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側貼合固定，其中，所述第一襯底和所述第二襯底之間具有與所述第一電極對應的空腔；對所述第二襯底背離所述第一襯底的一側進行減薄，去除全部或部分厚度的所述第二基底；形成用於電連接所述第一電極與所述導電層的導電通孔，以實現所述第一電極與所述信號處理電路和/或驅動電路的電連接。
  2. 如請求項1所述的方法，其中所述壓電介質層的表面或所述導電層內還具有第二電極，所述第二電極與所述第一電極對應。
  3. 如請求項1所述的方法，其還包括：在所述第一襯底具有所述導電層的一側表面形成第一結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第一結合層貼合固定，其中，所述第一結合層包括絕緣結構；或在所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側表面形成第二結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第二結合層貼合固定，其中，所述第二結合層包括絕緣結構。
  4. 如請求項1所述的方法，其還包括：在所述第一襯底具有所述導電層的一側表面形成第一結合層，以及在所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側表面形成第二結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第一結合層和所述第二結合層貼合固定； 其中，所述第一結合層和所述第二結合層中至少一層包括絕緣結構。
  5. 如請求項1所述的方法，其中形成用於電連接所述第一電極與所述導電層的導電通孔，包括：形成自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述導電層的第一導電通孔；形成自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述第一電極的第二導電通孔；其中，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔直接電連接，或者，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔藉由位於所述第二襯底背離所述第一襯底的一側的導電連接結構電連接。
  6. 如請求項1所述的方法，其中將所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側貼合固定之前，還包括：在所述第一襯底具有所述導電層的一側和/或所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側形成第一開口，以使貼合固定後的所述第一襯底和所述第二襯底之間的所述第一開口構成所述空腔。
  7. 如請求項1所述的方法，其還包括：在所述第一襯底背離所述第二襯底的一側形成第二開口，所述第二開口的位置與所述第一電極的位置對應。
  8. 如請求項1所述的方法，其中所述第二襯底包括基底、位於所述基底表面的絕緣層以及位於所述絕緣層表面的半導體層，所述基底為所述第二基底，所述方法還包括：利用所述半導體層形成所述第一電極，或在所述半導體層上形成所述第一電極。
  9. 如請求項1所述的方法，其還包括：在所述第一襯底具有所述導電層的一側形成第三電極，所述第三電極為自測電極，所述自測電極的位置與所述第一電極的位置相對應。
  10. 如請求項1所述的方法，其還包括：形成自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述空腔的第三開口。
  11. 一種MEMS壓電轉換器的製作方法，其包括：提供第一襯底，所述第一襯底包括第一基底、位於所述第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，所述信號處理電路和/或驅動電路與所述導電層電連接；提供第二襯底，所述第二襯底包括第二基底；將所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底的一側貼合固定，所述第一襯底和所述第二襯底之間的部分區域具有空腔；對所述第二襯底背離所述第一襯底的一側進行減薄，去除全部或部分厚度的所述第二基底；在所述第二襯底背離所述第一襯底的一側形成壓電電容，所述壓電電容包括第一電極、第二電極和位於所述第一電極和所述第二電極之間的壓電介質層，所述第一電極的位置與所述空腔的位置對應；形成用於電連接所述第一電極與所述導電層的導電通孔，以實現所述壓電電容與所述信號處理電路和/或驅動電路的電連接。
  12. 如請求項11所述的方法，其還包括：在所述第一襯底具有所述導電層的一側表面形成第一結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第一結合層貼合固定，其中，所述第一結合層包括絕緣結構；或在所述第二襯底的一側表面形成第二結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第二結合層貼合固定；其中，所述第二結合層包括絕緣結構。
  13. 如請求項11所述的方法，其還包括：在所述第一襯底具有所述導電層的一側表面形成第一結合層，以及在所述第二襯底的一側表面形成第二結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第一結合層和所述第二結合層貼合固定；其中，所述第一結合層和所述第二結合層中至少一層包括絕緣結構。
  14. 如請求項11所述的方法，其中形成用於電連接所述第一電極與所述導電層的導電通孔，包括：形成自所述第二襯底的第一電極一側貫穿至所述導電層的第一導電通孔；形成自所述第二襯底的第一電極一側貫穿至所述第一電極的第二導電 通孔；其中，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔直接電連接，或者，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔藉由位於所述第二襯底背離所述第一襯底的一側的導電連接結構電連接。
  15. 如請求項11所述的方法，其中將所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底的一側貼合固定之前，還包括：在所述第一襯底具有所述導電層的一側和/或所述第二基底的一側部分區域形成第一開口，以使貼合固定後的所述第一襯底和所述第二襯底之間的所述第一開口構成所述空腔。
  16. 如請求項11所述的方法，其還包括：在所述第一襯底背離所述第二襯底的一側形成第二開口，所述第二開口的位置與所述第一電極的位置對應。
  17. 如請求項11所述的方法，其中所述第二襯底包括基底、位於所述基底表面的絕緣層以及位於所述絕緣層表面的半導體層，所述基底為所述第二基底，將所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底的一側貼合固定包括：將所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底具有所述絕緣層和半導體層的一側貼合固定。
  18. 如請求項11所述的方法，其還包括：在所述第一襯底具有所述導電層的一側形成第三電極，所述第三電極為自測電極，所述自測電極的位置與所述第一電極的位置相對應。
  19. 如請求項11所述的方法，其還包括：形成自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述空腔的第三開口。
  20. 一種MEMS壓電轉換器，其包括：貼合固定的第一襯底和第二襯底；所述第一襯底包括第一基底、位於所述第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，所述信號處理電路和/或驅動電路與所述導電層電連接；所述第二襯底包括第一電極和位於所述第一電極一側的壓電介質層； 其中，所述第一襯底具有所述導電層的一側與所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側貼合固定，所述第一襯底和所述第二襯底之間具有與所述第一電極對應的空腔；以及，用於電連接所述第一電極與所述導電層的導電通孔，以實現所述第一電極與所述信號處理電路和/或驅動電路的電連接。
  21. 如請求項20所述的壓電轉換器，其中，所述第一襯底還包括位於所述第一基底具有所述導電層的一側表面的第一結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第一結合層貼合固定，其中，所述第一結合層包括絕緣結構；或所述第二襯底還包括位於所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側表面的第二結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第二結合層貼合固定，其中，所述第二結合層包括絕緣結構。
  22. 如請求項20所述的壓電轉換器，其中，所述第一襯底還包括位於所述第一基底具有所述導電層的一側表面的第一結合層，以及所述第二襯底還包括位於所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側表面的第二結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第一結合層和所述第二結合層貼合固定；其中，所述第一結合層和所述第二結合層中至少一層包括絕緣結構。
  23. 如請求項20所述的壓電轉換器，其中所述導電通孔包括第一導電通孔和第二導電通孔；所述第一導電通孔自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述導電層；所述第二導電通孔自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述第一電極；其中，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔直接電連接，或者，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔藉由位於所述第二襯底背離所述第一襯底的一側的導電連接結構電連接。
  24. 如請求項20所述的壓電轉換器，其中所述第一襯底具有所述導電層的一側和/或所述第二襯底具有所述第一電極和所述壓電介質層的一側具有第一開口，所述第一襯底和所述第二襯底之間的所述第一開口構成所述 空腔。
  25. 如請求項20所述的壓電轉換器，其中所述第一襯底背離所述第二襯底的一側具有第二開口，所述第二開口的位置與所述第一電極的位置對應。
  26. 如請求項20所述的壓電轉換器，其中所述第一襯底在所述導電層的一側具有第三電極，所述第三電極為自測電極，其位置與所述第一電極的位置對應。
  27. 如請求項20所述的壓電轉換器，其中所述第二襯底背離所述第一襯底的一側具有第三開口，所述第三開口自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述空腔。
  28. 如請求項20所述的壓電轉換器，其中所述第二襯底包括第二基底，所述第一電極位於所述第二基底的一側，所述第二基底至所述第一襯底的距離大於所述壓電介質層至所述第一襯底的距離。
  29. 如請求項28所述的壓電轉換器，其中所述第二襯底與所述第一電極對應的區域不具有所述第二基底或具有部分的所述第二基底。
  30. 一種MEMS壓電轉換器，其包括：貼合固定的第一襯底和第二襯底；所述第一襯底包括第一基底、位於所述第一基底一側的至少一層導電層、信號處理電路和/或驅動電路，所述信號處理電路和/或驅動電路與所述導電層電連接；所述第二襯底的一側與所述第一襯底具有所述導電層的一側貼合固定；所述第一襯底和所述第二襯底之間具有空腔；所述第二襯底背離所述第一襯底的一側具有壓電電容，所述壓電電容包括第一電極、第二電極和位於所述第一電極和所述第二電極之間的壓電介質層，所述第一電極的位置與所述空腔的位置對應；以及，用於電連接所述第一電極與所述導電層的導電通孔，以實現所述壓電電容與所述信號處理電路和/或驅動電路的電連接。
  31. 如請求項30所述的壓電轉換器，其中，所述第一襯底還包括位於所述第一襯底具有所述導電層的一側表面的第一結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第一結合層貼合固 定，其中，所述第一結合層包括絕緣結構；或所述第二襯底還包括位於所述第二襯底一側表面的第二結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第二結合層貼合固定，其中，所述第二結合層包括絕緣結構。
  32. 如請求項30所述的壓電轉換器，其中，所述第一襯底還包括位於所述第一襯底具有所述導電層的一側表面的第一結合層，以及所述第二襯底還包括位於所述第二襯底一側表面的第二結合層，所述第一襯底和所述第二襯底藉由所述第一結合層和所述第二結合層貼合固定；其中，所述第一結合層和所述第二結合層中至少一層包括絕緣結構。
  33. 如請求項30所述的壓電轉換器，其中所述導電通孔包括第一導電通孔和第二導電通孔；所述第一導電通孔自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述導電層；所述第二導電通孔自所述第二襯底背離所述第一襯底的一側貫穿至所述第一電極；其中，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔直接電連接，或者，所述第一導電通孔與所述第二導電通孔藉由位於所述第二襯底背離所述第一襯底的一側的導電連接結構電連接。
  34. 如請求項30所述的壓電轉換器，其中所述第一襯底具有所述導電層的一側和/或所述第二襯底面對第一襯底的一側具有第一開口，所述第一襯底和所述第二襯底之間的所述第一開口構成所述空腔。
  35. 如請求項30所述的壓電轉換器，其中所述第一襯底背離所述第二襯底的一側具有第二開口，所述第二開口的位置與所述第一電極的位置對應。
  36. 如請求項30所述的壓電轉換器，其中所述第一襯底具有所述導電層的一側具有第三電極，所述第三電極為自測電極，其位置與所述第一電極的位置相對應。
  37. 如請求項30所述的壓電轉換器，其中所述第二襯底背離所述第一襯底的一側具有第三開口，所述第三開口自所述第二襯底背離所述第一襯底 的一側貫穿至所述空腔。
  38. 如請求項30所述的壓電轉換器，其中所述第二襯底包括第二基底，所述第二基底至所述第一襯底的距離小於所述壓電電容至所述第一襯底的距離。
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