专利名称：具有微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片及制备方法
技术领域：
本发明涉及硅微电容传声器领域，特别涉及一种硅微电容传声器芯片及制备方法。
背景技术：
硅微传声器主要由压电式和电容式两种，硅微电容传声器由振动膜、带声孔的 背极板、金属电极组成。相对于硅微压电传声器而言，硅微电容传声器具灵敏度高 的特点。为了提高硅微电容传声器的谐振频率，提供更宽的工作频率范围，就有必 要设计新型的传声器结构。
发明内容
本发明的目的在于设计一种新型结构的传声器，以提高传声器的谐振频率。 为达到这一目的，可以采取通过减薄振动膜厚度的方法来减轻电容传声器振动膜质
量，从而提高传声器谐振频率，但由于MEMS的工艺限制，如尺度效应等因素，振
膜厚度减薄后，会出现强度降低、刚度下降等现象，对传声器的使用性能和生产成 品率造成很大的不利影响。对此问题，本发明提出一种采用微蜂窝结构振动膜的硅 微电容传声器芯片，这种结构采用微蜂窝结构来提高振动膜强度，可以在降低振动 膜等效质量的同时又保持振动膜刚度，由此提高传声器的谐振频率，使传声器获得 更宽的工作频率范围(带宽)。同时由于振动膜强度的提高也有利于传声器工艺制作 成品率的提高。
本发明的目的是这样实现的
本发明提供的采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片，其包括
一硅基片1，所述硅基片1中心设有通过体刻蚀形成的上小下大的方锥形孔；所 述硅基片1正面覆有硅化合物膜层2;所述硅化合物膜层2位于所述方锥形孔内的中 心部分为呈蜂窝状沟槽分布的褶皱部分；所述硅基片1方锥形孔之上的带有褶皱部 分的硅化合物膜层2构成微蜂窝结构振动膜；
一沉积于所述硅基片1反面的氮化硅掩膜层3，所述氮化硅掩膜层3中心设有与 所述所述硅基片1反面方孔位置相同、尺寸相同的方孔；
一沉积、光刻并图形化在所述硅化合物膜层2上表面的下电极4，所述下电极4 由下电极主体部分和下电极端部组成；
5一上电极6，所述上电极6由上电极主体悬浮部分61和与所述上电极主体悬浮 部分61相连的上电极端部62组成；所述上电极主体悬浮部分61悬浮于所述下电极 主体部分的上方；所述上电极端部62位于所述硅化合物膜层2上表面上，所述上电 极主体悬浮部分表面上设有第一声孔63;
所述上电极主体悬浮部分61和所述下电极4主体部分为方形或圆形，且与所述 硅基片1的方锥形孔上下对应，中心位置重合；
一沉积、光刻并图形化的聚酰亚胺膜层7;所述聚酰亚胺膜层7位于所述上电极 6的上表面，并同时覆盖所述上电极6垂直投射到所述下电极4上表面及所述硅化合 物膜层2上表面上的投影位置的周边部分；所述下电极4主体部分和所述上电极主 体悬浮部分61之间形成四周被所属聚酰亚胺膜层7环绕的空腔51;所述聚酰亚胺膜 层7设有与所述第一声孔63位置相对，数量和尺寸相同的第二声孔71。
所述的蜂窝状沟槽的蜂窝单元为多边形或圆形，其周长为50Pm 500vun，沟槽宽 度为5]jm 15iam，深度为ljim 10iam。
所述的硅化合物膜层2厚度为0.5)jm l卩ni。 所述的氮化硅膜层3厚度为0.5， l卩m。 所述聚酰亚胺膜层7厚度10卩m 20卩m。
所述第一声孔63和第二声孔71为直径30vini 10(Vm的圆形孔或边长30pm 100lam的方形孔。
所述的采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片，其特征在于，所述空腔 51高度为l萍 3]jm。
本发明提供的采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片的制备方法，包括 以下步骤
1) 清洗硅基片1
先分别用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅基片l，之后再用去离子水冲洗干净 硅基片1;
2) 在硅基片1正面中心部分利用干法刻蚀形成蜂窝状沟槽；3) 利用化学气相沉积设备在硅基片1背面淀积厚度为0.5pm liam氮化硅膜层3，
在硅基片1正面淀积厚度为0.5vim l!im的硅化合物膜层2，通过此步骤，所述硅化合
物膜层2中心部分深入所述蜂窝状沟槽，从而形成褶皱部分；
4) 制备下电极4
在硅化合物膜层2上表面，利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备制备由O.Olpra
~0.1，厚度Cr层和0. 1]jm 0.5vim厚度Au层形成的Cr/Au下电极复合层，并利用图
形化技术形成下电极4，所述下电极4由圆形或方形的下电极主体部分和包括引线和 压焊触头的下电极端部组成；
5) 制备牺牲层5
在下电极4上表面上及所述硅化合物膜层2上表面上利用直流磁控溅射设备制 备厚度为lpm 3vim氧化锌薄膜或铝薄膜，利用图形化技术形成与所述下电极主体部
分上下对应、形状相同，尺寸一致的牺牲层5;
6) 制备上电极6反刻图形
在完成上述步骤的硅基片1的正面涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极6的反刻图 形，在反刻图形中保持上电极6主体部分与下电极4主体部分上下对应，形状一致；
7) 制备上电极6
在完成上述步骤的硅基片1的正面利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备依次制备 0.01， 0.1卩m厚度Cr层和0. 1lam 0.5口ni厚度Au层，形成Cr/Au上电极复合层；再
用丙酮去除光刻胶，完成上电极6的制备；
所述上电极由上电极主体悬浮部分61和与所述上电极主体悬浮部分61相连的 上电极端部62组成；所述上电极主体悬浮部分61悬浮于所述下电极4主体部分的 上方；所述上电极端部62位于所述硅化合物膜层2上表面上，所述上电极主体悬浮 部分表面上设有第一声孔63。
8) 在完成上述步骤的所述硅基片1的正面制备厚度为10 2(^m聚酰亚胺膜层7，
并对其进行图形化，刻蚀形成声孔并分别露出上、下电极端部作为上、下电极压焊 触头，所述聚酰亚胺膜层7位于所述上电极6的上表面，并同时覆盖所述上电极6 垂直投射到所述下电极4、所述牺牲层5及所述硅化合物膜层2上表面上的投影位置 的周边部分；
9) 体硅刻蚀
在所述氮化硅膜层3表面上涂正性光刻胶，利用双面曝光机进行双面曝光，在 氮化硅掩膜层3上形成体刻蚀掩膜光刻图形，并利用高宽度等离子刻蚀机对所述氮化硅膜层3进行刻蚀，在所述硅基片1背面形成体刻蚀掩膜；去除残余光刻胶，完 成体刻蚀掩膜制备；
用体刻蚀夹具将硅基片1密封固定，放入35M0H溶液进行体刻蚀，从所述硅基 片1背面起刻透硅基片1，至刻蚀硅化合物膜层2时停止体刻蚀；
此时，所述硅基片1中心通过体刻蚀形成的上小下大的方锥形孔；所述硅化合 物膜层2位于所述方锥形孔内的中心部分形成呈蜂窝状沟槽分布的褶皱部分，所述 褶皱部分高度与所述蜂窝状沟槽的槽深等高；
所述硅基片1方锥形孔之上的带有褶皱部分的硅化合物膜层2构成微蜂窝结构 振动膜；
10)释放牺牲层5
将完成体刻蚀的硅基片1的放入牺牲层腐蚀液，使腐蚀液通过第一声孔61和 第二声孔71腐蚀所述牺牲层5;腐蚀完成后，利用置换、升华手段去除所述下电极 4和上电极6夹层间的腐蚀液，完成采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片 的制备。
本发明在硅基片的正面刻蚀形成蜂窝状沟槽并淀积硅化合物膜层构成带有微蜂 窝结构的振动膜，同时在硅基片的反面沉积氮化硅膜层，然后在振动膜之上先后淀 积金属下电极、牺牲层、上电极以及聚酰亚胺膜层并各自图形化形成需要的形状； 对硅基片背面的氮化硅进行光刻、刻蚀，形成体刻蚀所需的氮化硅掩膜，并进行体 刻蚀；对牺牲层进行湿法刻蚀；通过置换、升华释放牺牲层腐蚀液，完成传声器的 制备。本发明的方法制备传声器具有蜂窝状结构振动膜，可以有效减小振动膜质量， 提高传声器的谐振频率，并且此传声器的实现工艺兼容性好、方便可行。
本发明的优点在于本发明中首次把蜂窝结构应用到硅微电容传声器的振动膜 中，由于采用了蜂窝结构，可以形成较之传统传声器更加轻薄的振动膜，通过降低 振动膜质量的方式来获得更高的谐振频率，从而使电容传声器获得更宽的工作频谱 范围。同时，由于蜂窝结构的稳定性，使电容传声器振动膜在制作过程中不易产生 不规则变形等不良现象，可以有效地提高硅微电容传声器生产成品率。
图l为蜂窝状沟槽的局部俯视示意图，以六边形为例； 图2为传声器器件制备完成后的剖面示意图3为上表面硅化合物/下表面氮化硅/下电极/牺牲层/上电极/聚酰亚胺膜层形成 后器件的剖面图4为深度体硅刻蚀后器件的剖面示意图。
具体实施例方式
参照附图，将详细叙述本发明的实施方案。
实施例l，采用本发明制备方法制备一新型电容传声器芯片，其步骤如下
1) 清洗硅基片1
先分别用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅基片1，之后再用去离子水冲洗干净硅基
片l;
2) 利用干法刻蚀在硅基片1正面刻蚀形成蜂窝状沟槽ll，沟槽整体呈圆形分布， 蜂窝单元采用正六边形，蜂窝周长为50|im，沟槽宽度为5pm，深度为
3) 利用化学气相沉积设备硅基片1正反两面分别淀积厚度为0.5pm的氮化硅作
为硅化合物膜层2和氮化硅膜层3;
4) 制备下电极4
在硅化合物膜层2上表面，利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备制备由0.01pm厚 度Cr层和O. l口m厚度Au层，形成的Cr/Au下电极复合层，在下电极复合膜上涂覆
光刻胶，利标准光刻技术光刻曝光，形成下电极4光刻图形，用腐蚀液腐蚀下电极4， 形成圆形且带有引线脚和压焊点的下电极4，去除残余光刻胶，完成下电极4的制备；
5) 制备牺牲层5
在下电极4上表面上及所述硅化合物膜层2上表面上利用直流磁控溅射设备制 备厚度为liam氧化锌薄膜，利用图形化技术形成与所述下电极主体部分上下对应、
形状相同，尺寸一致的牺牲层5;
6) 制备上电极6反刻图形
在完成上述步骤的硅基片1的正面涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极6的反刻图 形，在反刻图形中保持上电极6主体部分与下电极4主体部分上下对应，形状一致；
7) 制备上电极6
在完成上述步骤的硅基片1的正面利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备依次制备 O.Olvuii厚度Cr层和O. lpm厚度Au层，形成Cr/Au上电极复合层；再用丙酮去除光
刻胶，完成上电极6的制备；
8) 在完成上述步骤的所述硅基片(1)的正面制备厚度为10vini聚酰亚胺膜层
(7)，并对其进行图形化，刻蚀形成声孔并分别露出上、下电极端部作为上、下 电极压焊触头；
9) 体硅刻蚀
9在所述氮化硅膜层3表面上涂正性光刻胶，利用双面曝光机进行双面曝光，在 氮化硅掩膜层3上形成体刻蚀掩膜光刻图形，并利用高宽度等离子刻蚀机对所述氮 化硅膜层3进行刻蚀，在所述硅基片1背面形成体刻蚀掩膜；去除残余光刻胶，完 成体刻蚀掩膜制备；
用体刻蚀夹具将硅基片1密封固定，放入35。/。K0H溶液进行体刻蚀，从所述硅基 片1背面起刻透硅基片1，至刻蚀硅化合物膜层2时停止体刻蚀； 10)释放牺牲层5
将完成体刻蚀的硅基片1的放入氧化锌腐蚀液，使腐蚀液通过第一声孔61和 第二声孔71腐蚀所述牺牲层5;腐蚀完成后，利用置换、升华手段去除所述下电 极4和上电极6夹层间的腐蚀液，完成采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器 芯片的制备。
实施例2，采用本发明制备方法制备一新型电容传声器芯片，其步骤如下
1) 清洗硅基片1
先分别用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅基片l，之后再用去离子水冲洗干净 硅基片l;
2) 在硅基片1正面中心部分利用干法刻蚀形成整体呈圆形分布的蜂窝状沟槽， 蜂窝单元采用正六边形，周长为500vim，沟槽宽度为15pm，深度为10vim。
3) 利用化学气相沉积设备在硅基片1背面淀积厚度为lpm氮化硅膜层3，在硅
基片1正面淀积厚度为lpm的硅化合物膜层2;
4) 制备下电极4
在硅化合物膜层2上表面，利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备制备由O.lpm厚
度Cr层和0.5|am厚度Au层形成的Cr/Au下电极复合层，在下电极复合膜上涂覆光刻
胶，利标准光刻技术光刻曝光，形成下电极4光刻图形，用腐蚀液腐蚀下电极4，形 成圆形且带有引线脚和压焊点的下电极4，去除残余光刻胶，完成下电极4的制备；
5) 制备牺牲层5
在下电极4上表面上及所述硅化合物膜层2上表面上利用直流磁控溅射设备制 备厚度为3lam氧化锌薄膜，利用图形化技术形成与所述下电极主体部分上下对应、
形状相同，尺寸一致的牺牲层5;
6) 制备上电极6反刻图形
在完成上述步骤的硅基片1的正面涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极6的反刻图 形，在反刻图形中保持上电极6主体部分与下电极4主体部分上下对应，形状一致；7) 制备上电极6
在完成上述步骤的硅基片1的正面利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备依次制备 O.l卩m厚度Cr层和0.5iam厚度Au层，形成Cr/Au上电极复合层，再用丙酮去除光刻
胶，完成上电极6的制备；
8) 在完成上述步骤的所述硅基片1的正面制备厚度为20pm聚酰亚胺膜层7，并
对其进行图形化，刻蚀形成声孔并分别露出上、下电极端部作为上、下电极压焊触头；
9) 体硅刻蚀
在所述氮化硅膜层3表面上涂正性光刻胶，利用双面曝光机进行双面曝光，在 氮化硅掩膜层3上形成体刻蚀掩膜光刻图形，并利用高宽度等离子刻蚀机对所述氮 化硅膜层3进行刻蚀，在所述硅基片1背面形成体刻蚀掩膜；去除残余光刻胶，完 成体刻蚀掩膜制备；
用体刻蚀夹具将硅基片1密封固定，放入35。/。K0H溶液进行体刻蚀，从所述硅基 片1背面起刻透硅基片1，至刻蚀硅化合物膜层2时停止体刻蚀；
10) 释放牺牲层5
将完成体刻蚀的硅基片1的放入氧化锌腐蚀液，使腐蚀液通过第一声孔61和 第二声孔71腐蚀所述牺牲层5;腐蚀完成后，利用置换、升华手段去除所述下电 极4和上电极6夹层间的腐蚀液，完成采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器 芯片的制备。
实施例3，采用本发明制备方法制备一新型电容传声器芯片，其步骤如下-
1) 清洗硅基片1
先分别用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅基片l，之后再用去离子水冲洗干净 硅基片1;
2) 在硅基片1正面中心部分利用干法刻蚀形成整体呈方形分布的蜂窝状沟槽， 蜂窝单元采用正六边形，周长为200iam，沟槽宽度为10pm，深度为5pm。
3) 利用化学气相沉积设备在硅基片1背面淀积厚度为0.5!im氮化硅膜层3，在
硅基片1正面淀积厚度为0.5Pm的硅化合物膜层2;
4) 制备下电极4
在硅化合物膜层2上表面，利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备制备由0.04pm厚 度Cr层和0.2|am厚度Au层形成的Cr/Au下电极复合层，在下电极复合膜上涂覆光刻
11胶，利标准光刻技术光刻曝光，形成下电极4光刻图形，用腐蚀液腐蚀下电极4，形 成方形且带有引线脚和压焊点的下电极4，去除残余光刻胶，完成下电极4的制备；
5) 制备牺牲层5
在下电极4上表面上及所述硅化合物膜层2上表面上利用直流磁控溅射设备制 备厚度为2vun氧化锌薄膜，利用图形化技术形成与所述下电极主体部分上下对应、
形状相同，尺寸一致的牺牲层5;
6) 制备上电极6反刻图形
在完成上述步骤的硅基片1的正面涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极6的反刻图 形，在反刻图形中保持上电极6主体部分与下电极4主体部分上下对应，形状一致；
7) 制备上电极6
在完成上述步骤的硅基片1的正面利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备依次制备 0.04pm厚度Cr层和0.2pm厚度Au层，形成Cr/Au上电极复合层，再用丙酮去除光
刻胶，完成上电极6的制备；
8) 在完成上述步骤的所述硅基片1的正面制备厚度为15!:m聚酰亚胺膜层(7)，
并对其进行图形化，刻蚀形成声孔并分别露出上、下电极端部作为上、下电极压焊触头;
9) 体硅刻蚀
在所述氮化硅膜层3表面上涂正性光刻胶，利用双面曝光机进行双面曝光，在 氮化硅掩膜层3上形成体刻蚀掩膜光刻图形，并利用高宽度等离子刻蚀机对所述氮 化硅膜层3进行刻蚀，在所述硅基片1背面形成体刻蚀掩膜；去除残余光刻胶，完 成体刻蚀掩膜制备；
用体刻蚀夹具将硅基片l密封固定，放入35。/。KOH溶液进行体刻蚀，从所述硅基 片1背面起刻透硅基片1，至刻蚀硅化合物膜层2时停止体刻蚀；
10) 释放牺牲层5
将完成体刻蚀的硅基片1的放入氧化锌腐蚀液，使腐蚀液通过第一声孔61和第 二声孔71腐蚀所述牺牲层5;腐蚀完成后，利用置换、升华手段去除所述下电极4和 上电极6夹层间的腐蚀液，完成采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片的制备。
实施例4，采用本发明制备方法制备一新型电容传声器芯片，其步骤如下
1) 清洗硅基片1
先分别用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅基片l，之后再用去离子水冲洗干净 硅基片1;
2) 在硅基片1正面中心部分利用干法刻蚀形成整体呈圆形分布的蜂窝状沟槽， 蜂窝单元采用园形，周长为200]am，沟槽宽度为lOvun，深度为8pm。
123) 利用化学气相沉积设备在硅基片1背面淀积厚度为0.8lam氮化硅膜层3，在
硅基片1正面淀积厚度为0.8|im的硅化合物膜层2;
4) 制备下电极4
在硅化合物膜层2上表面，利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备制备由0.04vim厚
度Cr层和0.1 Um厚度Au层形成的Cr/Au下电极复合层，在下电极复合膜上涂覆光刻
胶，利标准光刻技术光刻曝光，形成下电极4光刻图形，用腐蚀液腐蚀下电极4，形 成圆形且带有引线脚和压焊点的下电极4，去除残余光刻胶，完成下电极4的制备；
5) 制备牺牲层(5)
在下电极4上表面上及所述硅化合物膜层2上表面上利用直流磁控溅射设备制 备厚度为2um铝薄膜，利用图形化技术形成与所述下电极主体部分上下对应、形状
相同，尺寸一致的牺牲层5;
6) 制备上电极6反刻图形
在完成上述步骤的硅基片1的正面涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极6的反刻图 形，在反刻图形中保持上电极6主体部分与下电极4主体部分上下对应，形状一致；
7) 制备上电极6
在完成上述歩骤的硅基片1的正面利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备依次制备 0.04vim厚度Cr层和0.2um厚度Au层，形成Cr/Au上电极复合层，再用丙酮去除光
刻胶，完成上电极6的制备；
8) 在完成上述步骤的所述硅基片1的正面制备厚度为15pm聚酰亚胺膜层7，并
对其进行图形化，刻蚀形成声孔并分别露出上、下电极端部作为上、下电极压焊触头；
9) 体硅刻蚀
在所述氮化硅膜层3表面上涂正性光刻胶，利用双面曝光机进行双面曝光，在 氮化硅掩膜层3上形成体刻蚀掩膜光刻图形，并利用高宽度等离子刻蚀机对所述氮 化硅膜层3进行刻蚀，在所述硅基片1背面形成体刻蚀掩膜；去除残余光刻胶，完 成体刻蚀掩膜制备；
用体刻蚀夹具将硅基片1密封固定，放入35y。K0H溶液进行体刻蚀，从所述硅基 片1背面起刻透硅基片1,至刻蚀硅化合物膜层2时停止体刻蚀；
10) 释放牺牲层5
将完成体刻蚀的硅基片1的放入铝腐蚀液，使腐蚀液通过第一声孔61和第二声 孔71腐蚀所述牺牲层5;腐蚀完成后，利用置换、升华手段去除所述下电极4和上 电极6夹层间的腐蚀液，完成釆用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片的制备。实施例5，采用本发明制备方法制备一新型电容传声器芯片，其步骤如下
1) 清洗硅基片1
先分别用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅基片l，之后再用去离子水冲洗干净 硅基片1;
2) 在硅基片1正面中心部分利用干法刻蚀形成整体呈方形分布的蜂窝状沟槽， 蜂窝单元采用正方形，周长为300pm，沟槽宽度为12pm，深度为10pm。
3) 利用化学气相沉积设备在硅基片1背面淀积厚度为0.8pm氮化硅膜层3,在
硅基片1正面淀积厚度为0.8vim的硅化合物膜层2;
4) 制备下电极4
在硅化合物膜层2上表面，利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备制备由0.06pni厚
度Cr层和0.2pm厚度Au层形成的Cr/Au下电极复合层，在下电极复合膜上涂覆光刻
胶，利标准光刻技术光刻曝光，形成下电极4光刻图形，用腐蚀液腐蚀下电极4，形 成主体部分为方形且带有引线脚和压焊点做为端部的下电极4，去除残余光刻胶，完 成下电极4的制备；
5) 制备牺牲层5
在下电极4上表面上及所述硅化合物膜层2上表面上利用直流磁控溅射设备制 备厚度为2]im铝薄膜，利用图形化技术形成与所述下电极主体部分上下对应、形状
相同，尺寸一致的牺牲层5;
6) 制备上电极6反刻图形
在完成上述步骤的硅基片1的正面涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极6)的反刻 图形，在反刻图形中保持上电极6主体部分与下电极4主体部分上下对应，形状一致；
7) 制备上电极6
在完成上述步骤的硅基片1的正面利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备依次制备 0.08，厚度Cr层和0.3iam厚度Au层，形成Cr/Au上电极复合层，再用丙酮去除光
刻胶，完成上电极6的制备；
8) 在完成上述步骤的所述硅基片1的正面制备厚度为20pm聚酰亚胺膜层7，并
对其进行图形化，刻蚀形成声孔并分别露出上、下电极端部作为上、下电极压焊触头；
9) 体硅刻蚀
在所述氮化硅膜层3表面上涂正性光刻胶，利用双面曝光机进行双面曝光，在 氮化硅掩膜层3上形成体刻蚀掩膜光刻图形，并利用高宽度等离子刻蚀机对所述氮化硅膜层3进行刻蚀，在所述硅基片1背面形成体刻蚀掩膜；去除残余光刻胶，完 成体刻蚀掩膜制备；
用体刻蚀夹具将硅基片l密封固定，放入35。/。K0H溶液进行体刻蚀，从所述硅基 片1背面起刻透硅基片1，至刻蚀硅化合物膜层2时停止体刻蚀； 10)释放牺牲层5
将完成体刻蚀的硅基片1的放入铝腐蚀液，使腐蚀液通过第一声孔61和第二声 孔71腐蚀所述牺牲层5;腐蚀完成后，利用置换、升华手段去除所述下电极4和上 电极6夹层间的腐蚀液，完成采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片的制备。
实施例6，采用本发明制备方法制备一新型电容传声器芯片，其步骤如下
1) 清洗硅基片1
先分别用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅基片l，之后再用去离子水冲洗干净 硅基片1;
2) 在硅基片1正面中心部分利用干法刻蚀形成整体呈方形分布的蜂窝状沟槽， 蜂窝单元采用圆形，周长为150iam，沟槽宽度为8vim，深度为5pm。
3) 利用化学气相沉积设备在硅基片1背面淀积厚度为0.5pm 二氧化硅膜层3，
在硅基片1正面淀积厚度为0.5]am的硅化合物膜层2;
4) 制备下电极4
在硅化合物膜层2上表面，利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备制备由0.04v:m厚
度Cr层和0.15pm厚度Au层形成的Cr/Au下电极复合层，在下电极复合膜上涂覆光
刻胶，利标准光刻技术光刻曝光，形成下电极4光刻图形，用腐蚀液腐蚀下电极4， 形成主体部分为方形且带有引线脚和压焊点做为端部的下电极4,去除残余光刻胶， 完成下电极4的制备；
5) 制备牺牲层5
在下电极4上表面上及所述硅化合物膜层2上表面上利用直流磁控溅射设备制 备厚度为2vun氧化锌薄膜，利用图形化技术形成与所述下电极主体部分上下对应、
形状相同，尺寸一致的牺牲层5;
6) 制备上电极6反刻图形
在完成上述步骤的硅基片1的正面涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极6的反刻图 形，在反刻图形中保持上电极6主体部分与下电极4主体部分上下对应，形状一致；
7) 制备上电极6在完成上述步骤的硅基片1的正面利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备依次制备 0.04pm厚度Cr层和0.21im厚度Au层，形成Cr/Au上电极复合层，再用丙酮去除光
刻胶，完成上电极6的制备；
8) 在完成上述步骤的所述硅基片1的正面制备厚度为15vun聚酰亚胺膜层7，并
对其进行图形化，刻蚀形成声孔并分别露出上、下电极端部作为上、下电极压焊触头；
9) 体硅刻蚀
在所述氮化硅膜层3表面上涂正性光刻胶，利用双面曝光机进行双面曝光，在 氮化硅掩膜层3上形成体刻蚀掩膜光刻图形，并利用高宽度等离子刻蚀机对所述氮 化硅膜层3进行刻蚀，在所述硅基片1背面形成体刻蚀掩膜；去除残余光刻胶，完 成体刻蚀掩膜制备；
用体刻蚀夹具将硅基片l密封固定，放入35。/。K0H溶液进行体刻蚀，从所述硅基 片1背面起刻透硅基片1，至刻蚀硅化合物膜层2时停止体刻蚀；
10) 释放牺牲层5
将完成体刻蚀的硅基片1的放入氧化锌腐蚀液，使腐蚀液通过第一声孔61和第 二声孔71腐蚀所述牺牲层5;腐蚀完成后，利用置换、升华手段去除所述下电极4和 上电极6夹层间的腐蚀液，完成采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片的制备。
实施例7，采用本发明制备方法制备一新型电容传声器芯片，其步骤如下
1) 清洗硅基片1
先分别用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅基片l,之后再用去离子水冲洗干净 硅基片1;
2) 在硅基片1正面中心部分利用干法刻蚀形成整体呈圆形分布的蜂窝状沟槽， 蜂窝单元采用六边形，周长为lOOiam，沟槽宽度为8vim，深度为5pm。
3) 利用化学气相沉积设备在硅基片1背面淀积厚度为0.5|im 二氧化硅膜层3，
在硅基片1正面淀积厚度为0.5iam的硅化合物膜层2;
4) 制备下电极4
在硅化合物膜层2上表面，利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备制备由0.04iim厚
度Cr层和0.1 pm厚度Au层形成的Cr/Au下电极复合层，在下电极复合膜上涂覆光刻
胶，利标准光刻技术光刻曝光，形成下电极4光刻图形，用腐蚀液腐蚀下电极4，形 成主体部分为圆形且带有引线脚和压焊点做为端部的下电极4，去除残余光刻胶，完 成下电极4的制备；
165) 制备牺牲层(5)
在下电极4上表面上及所述硅化合物膜层2上表面上利用直流磁控溅射设备制 备厚度为2von氧化锌薄膜，利用图形化技术形成与所述下电极主体部分上下对应、
形状相同，尺寸一致的牺牲层5;
6) 制备上电极6反刻图形
在完成上述步骤的硅基片1的正面涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极6的反刻图 形，在反刻图形中保持上电极6主体部分与下电极4主体部分上下对应，形状一致；
7) 制备上电极6
在完成上述步骤的硅基片1的正面利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备依次制备 0.04，厚度Cr层和0.2pm厚度Au层，形成Cr/Au上电极复合层，再用丙酮去除光
刻胶，完成上电极6的制备；
8) 在完成上述步骤的所述硅基片1的正面制备厚度为15pm聚酰亚胺膜层7，并
对其进行图形化，刻蚀形成声孔并分别露出上、下电极端部作为上、下电极压焊触头；
9) 体硅刻蚀
在所述氮化硅膜层3表面上涂正性光刻胶，利用双面曝光机进行双面曝光，在 氮化硅掩膜层3上形成体刻蚀掩膜光刻图形，并利用高宽度等离子刻蚀机对所述氮 化硅膜层3进行刻蚀，在所述硅基片1背面形成体刻蚀掩膜；去除残余光刻胶，完 成体刻蚀掩膜制备；
用体刻蚀夹具将硅基片1密封固定，放入35y。K0H溶液进行体刻蚀，从所述硅基 片1背面起刻透硅基片1,至刻蚀硅化合物膜层2时停止体刻蚀；
10) 释放牺牲层5
将完成体刻蚀的硅基片1的放入氧化锌腐蚀液，使腐蚀液通过第一声孔61和第 二声孔71腐蚀所述牺牲层5;腐蚀完成后，利用置换、升华手段去除所述下电极4和 上电极6夹层间的腐蚀液，完成采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片的制备。
实施例8，采用本发明制备方法制备一新型电容传声器芯片，其步骤如下
1) 清洗硅基片1
先分别用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅基片l，之后再用去离子水冲洗干净 硅基片l;
2) 在硅基片1正面中心部分利用干法刻蚀形成整体呈方形分布的蜂窝状沟槽， 蜂窝单元采用圆形，周长为200vmi，沟槽宽度为10Pm，深度为8pm。3) 利用化学气相沉积设备在硅基片1背面淀积厚度为0.5口m 二氧化硅膜层3，
在硅基片1正面淀积厚度为0.5pm的硅化合物膜层2;
4) 制备下电极4
在硅化合物膜层2上表面，利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备制备由0.05pm厚
度Cr层和0.2pm厚度Au层形成的Cr/Au下电极复合层，在下电极复合膜上涂覆光刻
胶，利标准光刻技术光刻曝光，形成下电极4光刻图形，用腐蚀液腐蚀下电极4，形 成主体部分为方形且带有引线脚和压焊点做为端部的下电极4，去除残余光刻胶，完 成下电极4的制备；
5) 制备牺牲层5
在下电极4上表面上及所述硅化合物膜层2上表面上利用直流磁控溅射设备制 备厚度为2pm氧化锌薄膜，利用图形化技术形成与所述下电极主体部分上下对应、
形状相同，尺寸一致的牺牲层5;
6) 制备上电极6反刻图形
在完成上述歩骤的硅基片1的正面涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极6的反刻图 形，在反刻图形中保持上电极6主体部分与下电极4主体部分上下对应，形状一致；
7) 制备上电极6
在完成上述步骤的硅基片1的正面利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备依次制备 0.04，厚度Cr层和0.2，厚度Au层，形成Cr/Au上电极复合层，再用丙酮去除光
刻胶，完成上电极6的制备；
8) 在完成上述步骤的所述硅基片1的正面制备厚度为151im聚酰亚胺膜层7，并
对其进行图形化，刻蚀形成声孔并分别露出上、下电极端部作为上、下电极压焊触头；
9) 体硅刻蚀
在所述氮化硅膜层3表面上涂正性光刻胶，利用双面曝光机进行双面曝光，在 氮化硅掩膜层3上形成体刻蚀掩膜光刻图形，并利用高宽度等离子刻蚀机对所述氮 化硅膜层3进行刻蚀，在所述硅基片1背面形成体刻蚀掩膜；去除残余光刻胶，完 成体刻蚀掩膜制备；
用体刻蚀夹具将硅基片1密封固定，放入35。/。K0H溶液进行体刻蚀，从所述硅基 片1背面起刻透硅基片1，至刻蚀硅化合物膜层2时停止体刻蚀；
10) 释放牺牲层5
18将完成体刻蚀的硅基片1的放入氧化锌腐蚀液，使腐蚀液通过第一声孔61和第 二声孔71腐蚀所述牺牲层5;腐蚀完成后，利用置换、升华手段去除所述下电极4和 上电极6夹层间的腐蚀液，完成采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片的制备。
上述实施例制备的采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片的结构包括
一硅基片1，所述硅基片1中心设有通过体刻蚀形成的上小下大的方锥形孔；所 述硅基片1正面覆有硅化合物膜层2;所述硅化合物膜层2位于所述方锥形孔内的中 心部分为呈蜂窝状沟槽分布的褶皱部分；所述硅基片1方锥形孔之上的带有褶皱部 分的硅化合物膜层2构成微蜂窝结构振动膜；
一沉积于所述硅基片1反面的氮化硅掩膜层3，所述氮化硅掩膜层3中心设有与 所述所述硅基片1反面方孔位置相同、尺寸相同的方孔；
一沉积、光刻并图形化在所述硅化合物膜层2上表面的下电极4，所述下电极4 由下电极主体部分和下电极端部组成；
一上电极6，所述上电极6由上电极主体悬浮部分61和与所述上电极主体悬浮 部分61相连的上电极端部62组成；所述上电极主体悬浮部分61悬浮于所述下电极 主体部分的上方；所述上电极端部62位于所述硅化合物膜层2上表面上，所述上电 极主体悬浮部分表面上设有第一声孔63;
所述上电极主体悬浮部分61和所述下电极4主体部分为方形或圆形，且与所述 硅基片1的方锥形孔上下对应，中心位置重合；
一沉积、光刻并图形化的聚酰亚胺膜层7;所述聚酰亚胺膜层7位于所述上电极 6的上表面，并同时覆盖所述上电极6垂直投射到所述下电极4上表面及所述硅化合 物膜层2上表面上的投影位置的周边部分；所述下电极4主体部分和所述上电极主 体悬浮部分61之间形成四周被所属聚酰亚胺膜层7环绕的空腔51;所述聚酰亚胺膜 层7设有与所述第一声孔63位置相对，数量和尺寸相同的第二声孔71。
19
权利要求
1、一种采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片，其特征在于，该硅微电容传声器芯片包括一硅基片(1)，所述硅基片(1)中心设有通过体刻蚀形成的上小下大的方锥形孔；所述硅基片(1)正面覆有硅化合物膜层(2)；所述硅化合物膜层(2)位于所述方锥形孔内的中心部分为呈蜂窝状沟槽分布的褶皱部分；所述硅基片(1)方锥形孔之上的带有褶皱部分的硅化合物膜层(2)构成微蜂窝结构振动膜；一沉积于所述硅基片(1)反面的氮化硅掩膜层(3)，所述氮化硅掩膜层(3)中心设有与所述所述硅基片(1)反面方孔位置相同、尺寸相同的方孔；一沉积、光刻并图形化在所述硅化合物膜层(2)上表面的下电极(4)，所述下电极(4)由下电极主体部分和下电极端部组成；一上电极(6)，所述上电极(6)由上电极主体悬浮部分(61)和与所述上电极主体悬浮部分(61)相连的上电极端部(62)组成；所述上电极主体悬浮部分(61)悬浮于所述下电极主体部分的上方；所述上电极端部(62)位于所述硅化合物膜层(2)上表面上，所述上电极主体悬浮部分表面上设有第一声孔(63)；所述上电极主体悬浮部分(61)和所述下电极(4)主体部分为方形或圆形，且与所述硅基片(1)的方锥形孔上下对应，中心位置重合；一沉积、光刻并图形化的聚酰亚胺膜层(7)；所述聚酰亚胺膜层(7)位于所述上电极(6)的上表面，并同时覆盖所述上电极(6)垂直投射到所述下电极(4)上表面及所述硅化合物膜层(2)上表面上的投影位置的周边部分；所述下电极(4)主体部分和所述上电极主体悬浮部分(61)之间形成四周被所属聚酰亚胺膜层(7)环绕的空腔(51)；所述聚酰亚胺膜层(7)设有与所述第一声孔(63)位置相对，数量和尺寸相同的第二声孔(71)。
2、 按权利要求l所述的采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片，其特征在于，所述的蜂窝状沟槽的蜂窝单元为多边形或圆形，其周长为50vim 500vim，沟槽 宽度为5pm 15iam，深度为ljam 10pm。
3、 按权利要求l所述的采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片，其特征 在于，所述的硅化合物膜层(2)厚度为0.5vim lvim。
4、 按权利要求l所述的采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片，其特征 在于，所述的氮化硅膜层(3)厚度为0.5virn lvim。
5、 按权利要求l所述的采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片，其特征 在于，所述聚酰亚胺膜层(7)厚度10， 20，。
6、 按权利要求l所述的采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片，其特征 在于，所述第一声孔(63)和第二声孔(71)为直径30pm 10(Vm的圆形孔或边长30pm~100Pm的方形孔。
7、 按权利要求l所述的采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片，其特征 在于，所述空腔(51)高度为lpm 3pm。
8、 一种权利要求1所述采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片的制备方 法，包括以下步骤1) 清洗硅基片(1)先分别用酸性清洗液和碱性清洗液清洗硅基片(1)，之后再用去离子水冲洗干净硅 基片(1);2) 在硅基片(1)正面中心部分利用干法刻蚀形成蜂窝状沟槽；3) 利用化学气相沉积设备在硅基片(1)背面淀积厚度为0.5]arn lvim氮化硅膜层(3)，在硅基片(1)正面淀积厚度为0.5pm liim的硅化合物膜层(2)，通过此步骤，所述硅化合物膜层(2)中心部分深入所述蜂窝状沟槽，从而形成褶皱部分；4) 制备下电极(4)在硅化合物膜层(2)上表面，利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备制备由0.01pm ~0.1，厚度Cr层和O. 1， 0.5yim厚度Au层形成的Cr/Au下电极复合层，并利用图形化技术形成下电极(4)，所述下电极(4)由圆形或方形的下电极主体部分和包 括引线和压焊触头的下电极端部组成；5) 制备牺牲层(5)在下电极(4)上表面上及所述硅化合物膜层(2)上表面上利用直流磁控溅射 设备制备厚度为1lara 3pm氧化锌薄膜或铝薄膜，利用图形化技术形成与所述下电极主体部分上下对应、形状相同，尺寸一致的牺牲层(5);6) 制备上电极(6)反刻图形在完成上述步骤的硅基片(1)的正面涂光刻胶，光刻曝光，形成上电极(6) 的反刻图形，在反刻图形中保持上电极(6)主体部分与下电极(4)主体部分上下 对应，形状一致；7) 制备上电极(6)在完成上述步骤的硅基片(1)的正面利用真空蒸镀设备或磁控溅射设备依次制 备0.01， 0.1拜厚度Cr层和0. lpm 0.5，厚度Au层，形成Cr/Au上电极复合层；再用丙酮去除光刻胶，完成上电极(6)的制备；所述上电极由上电极主体悬浮部分(61)和与所述上电极主体悬浮部分(61) 相连的上电极端部(62)组成；所述上电极主体悬浮部分(61)悬浮于所述下电极 (4)主体部分的上方；所述上电极端部(62)位于所述硅化合物膜层(2)上表面 上，所述上电极主体悬浮部分表面上设有第一声孔(63)。8) 在完成上述步骤的所述硅基片(1)的正面制备厚度为10 2(Vm聚酰亚胺膜层(7)，并对其进行图形化，刻蚀形成声孔并分别露出上、下电极端部作为上、下 电极压焊触头，所述聚酰亚胺膜层(7)位于所述上电极(6)的上表面，并同时覆 盖所述上电极(6)垂直投射到所述下电极(4)、所述牺牲层(5)及所述硅化合物 膜层(2)上表面上的投影位置的周边部分；9) 体硅刻蚀在所述氮化硅膜层(3)表面上涂正性光刻胶，利用双面曝光机进行双面曝光， 在氮化硅掩膜层(3)上形成体刻蚀掩膜光刻图形，并利用高宽度等离子刻蚀机对所 述氮化硅膜层(3)进行刻蚀，在所述硅基片(1)背面形成体刻蚀掩膜；去除残余 光刻胶，完成体刻蚀掩膜制备；用体刻蚀夹具将硅基片(1)密封固定，放入35%K0H溶液进行体刻蚀，从所述 硅基片(1)背面起刻透硅基片(1)，至刻蚀硅化合物膜层(2)时停止体刻蚀；此时，所述硅基片(1)中心通过体刻蚀形成的上小下大的方锥形孔；所述硅化 合物膜层(2)位于所述方锥形孔内的中心部分形成呈蜂窝状沟槽分布的褶皱部分， 所述褶皱部分高度与所述蜂窝状沟槽的槽深等高；所述硅基片(1)方锥形孔之上的带有褶皱部分的硅化合物膜层(2)构成微蜂 窝结构振动膜；10) 释放牺牲层(5)将完成体刻蚀的硅基片(1)的放入牺牲层腐蚀液，使腐蚀液通过第一声孔(61) 和第二声孔(71)腐蚀所述牺牲层(5);腐蚀完成后，利用置换、升华手段去除所 述下电极(4)和上电极(6)夹层间的腐蚀液，完成采用微蜂窝结构振动膜的硅微 电容传声器芯片的制备。
全文摘要
本发明涉及的采用微蜂窝结构振动膜的硅微电容传声器芯片及制备方法，包括硅基片中心有上小下大的方锥形孔，基片反面淀积氮化硅掩膜层，掩膜层中心有与硅基片反面方孔相同尺寸的方孔；基片正面上表面有由硅化合物构成的振动膜，振动膜具有蜂窝状沟槽形状结构；振动膜上表面有下电极；下电极上表面有通过牺牲层工艺形成的气隙；气隙上方为上电极；上电极上表面为作为电容传声器背极板的聚酰亚胺膜层。其优点在于首次把蜂窝结构应用到硅微电容传声器的振动膜中，微蜂窝结构可提高振动膜强度，在降低振动膜等效质量的同时又保持振动膜刚度，进而提高传声器的谐振频率，使传声器获得更宽的工作频率；振动膜强度的提高也有利于传声器制作的成品率的提高。
文档编号H04R19/04GK101646119SQ20091008130
公开日2010年2月10日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者联 徐, 李剑成, 汪承灏 申请人:中国科学院声学研究所