换能器及其制作方法与流程

【技术领域】

本发明涉及压电换能器技术领域，尤其涉及一种换能器及其制作方法。

背景技术：

传统的电动声换能器依靠导线和磁体之间的排斥力来移动振膜，从而在空气中产生振动发出声音。与传统的电声换能器不同，压电声换能器利用膜片的压电特性来产生振动运动从而发出声音，因此，压电声换能器可以非常小并且与空气以外的其他物质直接接触，但是，当前的大多数设计在声压级(soundpressurelevel，spl)上都有局限性，在结构稳定性上也有缺陷。

技术实现要素：

本发明提供一种换能器，针对现有技术中的spl局限性和结构稳定性的缺陷，提升spl性能及改进结构稳定性。

一种换能器，所述换能器包括第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆和第二晶圆均包括基底、固定在所述基底一侧的第一氧化物层、固定在所述基底另一侧的金属层、以及在所述第一氧化物层上依次沉积形成的氮化硅层、第一电极、压电层和第二电极，所述基底包括第一硅层、第二硅层和夹设于所述第一硅层和第二硅层之间的第二氧化物层，所述第一氧化物层形成于所述第一硅层，所述金属层形成于所述第二硅层；所述第一晶圆的金属层和所述第二晶圆的金属层固定连接；所述第一晶圆设有空腔和缝隙，所述第二晶圆设有空腔、第一缝隙和第二隙缝，所述第一晶圆的空腔和第二晶圆的空腔合围形成所述换能器的空腔，所述第一晶圆的缝隙与所述第二晶圆的第一缝隙连通，所述第二晶圆的第二隙缝与所述第二晶圆的空腔连通。

优选地，所述第一晶圆的缝隙沿所述第一晶圆中心对称设置。

优选地，所述第二晶圆的第一缝隙和第二缝隙均沿所述第二晶圆中心对称设置。

优选地，所述第二晶圆在其空腔内形成有凸起。

优选地，所述压电层由钛酸铅锆、氮化铝和钛酸钡的任何原子百分比组成。

同时，本发明还提供一种换能器的制作方法，所述换能器的制作方法包括：

步骤s10：制作第一晶圆，具体包括：

步骤s101：将第一硅层、第二氧化层和第二硅层依次沉积固定形成所述基底；

步骤s102：自所述第一硅层远离所述第二氧化层的表面依次沉积第一氧化层和氮化硅层，得到第一晶圆的蚀刻处理表面；

步骤s103：在所述蚀刻处理表面上涂一层光刻胶；

对所述光刻胶进行显影处理，保留与所述氮化硅层预设面积大小一致的光刻胶；

根据光刻胶保留的面积依次对氮化硅层和第一氧化层进行蚀刻；

除去所述光刻胶；

步骤s104：在所述氮化硅层表面沉积第二电极，形成新的蚀刻处理表面；

步骤s105：在所述新的蚀刻处理表面上涂一层光刻胶；对所述光刻胶进行显影处理，保留与所述第二电极预设面积大小一致的光刻胶；根据光刻胶保留的面积对第二电极进行蚀刻；除去所述光刻胶；

步骤s106：在所述第二电极表面依次沉积压电层和第一电极，形成新的蚀刻处理表面；在所述新的蚀刻处理表面上涂一层光刻胶；对所述光刻胶进行显影处理，保留与所述第一电极预设面积大小一致的光刻胶；根据光刻胶保留的面积对第一电极和压电层进行蚀刻；除去所述光刻胶；

步骤s107：在所述蚀刻处理表面涂一层光刻胶，根据预设的第一缝隙对所述光刻胶进行显影处理，再根据所述光刻胶的显影处理结果对所述第一硅层蚀刻到第一氧化物层位置，得到所述第一缝隙；再将所述光刻胶除去；

步骤s108：在所述第二硅层远离所述第一氧化物层的表面沉积金属层；

步骤s109：在所述金属层表面涂一层光刻胶，根据预设的金属层对所述光刻胶进行显影处理，再根据所述光刻胶的显影处理结果对所述金属层蚀刻；

步骤s110：对所述第二硅层进行蚀刻，形成空腔和第二缝隙；

步骤s111：除去所述光刻胶，得到第一晶圆；

步骤s20：制作第二晶圆，具体包括：

步骤s201：将第一硅层、第二氧化层和第二硅层依次沉积固定形成所述基底；

步骤s202：自所述第一硅层远离所述第二氧化层的表面依次沉积第一氧化层和氮化硅层，得到第二晶圆的蚀刻处理表面；

步骤s203：在所述蚀刻处理表面上涂一层光刻胶；

对所述光刻胶进行显影处理，保留与所述氮化硅层预设面积大小一致的光刻胶；

根据光刻胶保留的面积依次对氮化硅层和第一氧化层进行蚀刻；

除去所述光刻胶；

步骤s204：在所述氮化硅层表面沉积第二电极，形成新的蚀刻处理表面；

步骤s205：在所述新的蚀刻处理表面上涂一层光刻胶；对所述光刻胶进行显影处理，保留与所述第二电极预设面积大小一致的光刻胶；根据光刻胶保留的面积对第二电极进行蚀刻；除去所述光刻胶；

步骤s206：在所述第二电极表面依次沉积压电层和第一电极，形成新的蚀刻处理表面；在所述新的蚀刻处理表面上涂一层光刻胶；对所述光刻胶进行显影处理，保留与所述第一电极预设面积大小一致的光刻胶；根据光刻胶保留的面积对第一电极和压电层进行蚀刻；除去所述光刻胶；

步骤s207：在所述蚀刻处理表面涂一层光刻胶，根据预设的第一缝隙和第二缝隙对所述光刻胶进行显影处理，再根据所述光刻胶的显影处理结果对所述第一硅层蚀刻到第一氧化物层位置，得到所述第一缝隙和第二缝隙；再将所述光刻胶除去；

步骤s208：在所述第二硅层远离所述第一氧化物层的表面沉积金属层；

步骤s209：在所述金属层表面涂一层光刻胶，根据预设的金属层对所述光刻胶进行显影处理，再根据所述光刻胶的显影处理结果对所述金属层蚀刻，再将所述光刻胶除去；

步骤s210：在所述第二硅层和金属层表面涂上一层光刻胶，根据预设的第三缝隙、空腔和凸起的位置对所述光刻胶进行显影处理，再根据所述光刻胶的显影处理结果对所述第二硅层蚀刻到所述凸起的位置，再将所述光刻胶除去；

步骤s211：重新在第二硅层和金属层表面涂上一层光刻胶，根据预设的第三缝隙、空腔和凸起的位置对所述光刻胶进行显影处理，再根据所述光刻胶的显影处理结果对所述第二硅层蚀刻到所述第二氧化层的位置，得到第三缝隙、空腔和凸起；

步骤s212：除去所述光刻胶，得到第一晶圆；

步骤s30：将所述第一晶圆和第二晶圆结合得到换能器，具体包括：

步骤s310：将所述第一晶圆的金属层和第二晶圆的金属层固定连接；

步骤s320：对所述第一氧化物层进行气态氢氟酸刻蚀氧化层，得到所述换能器。

与现有技术相比，本发明提供一种换能器，通过两个晶圆设计，将spl提升两倍，同时增加结构的稳定性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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发明的一些实施例，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它的附图，其中：

图1为本发明实施例一提供的第一晶圆的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的第二晶圆的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的第一晶圆和第二晶圆结合的剖面结构示意图；

图4(1-21)为本发明实施例一提供的换能器的制作方法中的步骤s10的示意图；

图5(1-15)为本发明实施例一提供的换能器的制作方法中的步骤s20中的示意图；

图6为本发明实施例一提供的换能器的制作方法中的步骤s30中的示意图；

图7为本发明实施例一提供的换能器的立体的剖面结构示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请一并参阅图1和图2，本发明提供一种换能器，所述换能器包括第一晶圆100和第二晶圆200，图1显示第一晶圆100的剖面结构示意图，图2显示第二晶圆200的剖面结构示意图，所述第一晶圆100包括基底110、固定在所述基底110一侧的第一氧化物层105、固定在所述基底另一侧的金属层114、以及在所述第一氧化物层105上依次沉积形成的氮化硅层104、第一电极103、压电层102和第二电极101；所述基底110包括第一硅层111、第二硅层113、夹设于所述第一硅层111和第二硅层113之间的第二氧化物层112，所述基底110设有空腔122、第一缝隙121和第二缝隙123，所述第一缝隙121和第二缝隙123沿所述第一晶圆100中心对称设置；所述第一缝隙121和第二缝隙123对应设置在所述第二氧化物层112的上下两侧。所述压电层102由钛酸铅锆、氮化铝和钛酸钡的任何原子百分比组成。

所述第二晶圆200包括基底210、固定在所述基底210一侧第一氧化物层205、固定在所述基底另一侧的金属层、以及在所述第一氧化物层205上依次沉积形成的氮化硅层204、第一电极203、压电层202和第二电极201；所述基底210包括第一硅层211、第二硅层213、夹设于所述第一硅层211和第二硅层213之间的第二氧化物层212，所述基底210设有空腔222、第一缝隙221、第二缝隙223和第三缝隙225，所述第一缝隙221、第二缝隙223和第三缝隙225沿所述第一晶圆200中心对称设置；所述第一缝隙221和第二缝隙223设于所述第二氧化物层212的上方，所述第三缝隙225设于所述第二氧化物层212的下方，所述第一缝隙221和第三缝隙225对应设于所述第二氧化物层212的上下两侧，在所述空腔222内形成有凸起215。所述压电层202由钛酸铅锆、氮化铝和钛酸钡的任何原子百分比组成。

请参阅图3，第一晶圆100的金属层113和第二晶圆200的金属层213固定连接，所述第一晶圆100的空腔122和第二晶圆200的空腔222合并成统一的所述换能器的空腔12。通过所述第一晶圆100的第一氧化物层112的气态氢氟酸刻蚀氧化层，以及第二晶圆200的第一氧化物层212的气态氢氟酸刻蚀氧化层，所述第一晶圆的第一缝隙121和第二缝隙123连通，所述第二晶圆的第一缝隙221连通和第三缝隙225连通，所述第二晶圆200的第二缝隙223与所述空腔222连通。本发明还提供一种换能器的制作方法，所述换能器的制作方法包括：

请参阅图4，步骤s10：制作第一晶圆，具体包括：

步骤s101：将第一硅层111、第二氧化层112和第二硅层113依次沉积固定形成所述基底；如图4(1)所示，所述第一硅层111和第二硅层113为绝缘衬底上的硅(silicon-on-insulator，soi)，所述第二氧化物层112夹设于所述第一硅层111和第二硅层113之间。

请参见图4(2)，步骤s102：自所述第一硅层111远离所述第二氧化层112的表面依次沉积第一氧化层105和氮化硅层104，得到第一晶圆的蚀刻处理表面；

步骤s103：在所述蚀刻处理表面上涂一层光刻胶1001；

请一并参见图4(3)、图4(4)和图4(5)，对所述光刻胶1001进行显影处理，保留与所述氮化硅层104预设面积大小；

根据光刻胶1001保留的面积依次对氮化硅层104和第一氧化层105进行蚀刻；

除去所述光刻胶1001；

请一并参见图4(6)、图4(7)、图4(8)，步骤s104：在所述氮化硅层104表面沉积第二电极103；

步骤s105：在所述蚀刻处理表面上涂一层光刻胶1002，对所述光刻胶1002进行显影处理，保留与预设的第二电极103面积大小一致的光刻胶1002，根据光刻胶保留的面积对第二电极103进行蚀刻，通过蚀刻得到所述第二电极103，再除去光刻胶1002。

请一并参见图4(9)、图4(10)、图4(11)和图4(2)，步骤s106：在所述第二电极103表面依次沉积压电层102和第一电极101，在所述蚀刻处理表面上涂一层光刻胶1003，对所述光刻胶1003进行显影处理，保留与预设的压电层102和第一电极101面积大小一致的光刻胶1003，根据光刻胶保留的面积对第一电极101和压电层102进行蚀刻，通过蚀刻得到所述压电层102和第一电极101，再除去光刻胶1003。

请一并参见图4(13)、图4(14)、图4(15)和图4(16)，步骤s107：在所述蚀刻处理表面涂一层光刻胶1004，根据预设的第一缝隙121对所述光刻胶1004进行显影处理，再根据所述光刻胶1004的显影处理结果对所述第一硅层111蚀刻到第一氧化物层112位置，得到第一缝隙121；再将所述光刻胶1004除去；

请一并参见图4(17)、图4(18)和图4(19)，步骤s108：在所述第二硅层113远离所述第一氧化物层112的表面沉积金属层114；

步骤s109：在所述金属层114表面涂一层光刻胶1005，根据预设的金属层114的面积大小对所述光刻胶1005进行显影处理，再根据所述光刻胶1005的显影处理结果对所述金属层114进行蚀刻，得到所述第一晶圆的金属层114。

请一并参见图4(20)和图4(21)，步骤s110，根据所述第一晶圆的金属层114的大小对所述第二硅层113进行蚀刻，得到第二缝隙123和空腔122。

步骤s111，除去所述光刻胶1005，得到第一晶圆100。

请参见图5，步骤s20：制作第二晶圆，所述步骤s20的步骤s201至s206与上述步骤s101至s106相同，在此不再赘述，所述步骤s20的其他步骤包括：

请一并参见图5(1)、图5(2)、图5(3)和图5(4)，所述步骤s207：在所述蚀刻处理表面涂一层光刻胶2004，根据预设的第一缝隙221和第二缝隙223对所述光刻胶2004进行显影处理，再根据所述光刻胶2004的显影处理结果对所述第一硅层211蚀刻到第一氧化物层212位置，得到所述第一缝隙221和第二缝隙223；再将所述光刻胶2004除去。

请一并参见图5(5)、图5(6)、图5(7)和图5(8)，所述步骤s208：在所述第二硅层214远离所述第一氧化物层212的表面沉积金属层214。

步骤s209：在所述金属层214的表面涂一层光刻胶2005，根据预设的金属层214的大小对所述光刻胶2005进行显影处理，再根据所述光刻胶2005的显影处理结果对所述金属层214进行蚀刻，得到所述金属层214，再除去所述光刻胶2005。

请一并参见图5(9)、图5(10)和图5(11)，所述步骤s210：在所述第二硅层213和金属层214表面涂上一层光刻胶2006，根据预设的第三缝隙225、空腔222和凸起215的位置对所述光刻胶2006进行显影处理，再根据所述光刻胶2006的显影处理结果对所述第二硅层213蚀刻到所述凸起215的位置，再将所述光刻胶除去；

请一并参见图5(12)、图5(13)和图5(14)，所述步骤s211：重新在第二硅层213和金属层214表面涂上一层光刻胶2007，根据预设的第三缝隙225、空腔222和凸起215的位置对所述光刻胶2007进行显影处理，再根据所述光刻胶2007的显影处理结果对所述第二硅层213蚀刻到所述第二氧化层212的位置，得到第三缝隙225、空腔222和凸起215；

请参见图5(15)，除去所述光刻胶2007，得到第二晶圆200。

上述步骤s10和步骤s20没有先后执行的顺序，可以先执行步骤s10，再执行步骤s20；也可以先执行步骤s20，再执行步骤s10；或者同时执行步骤s10和步骤s20，所述步骤s10和步骤s20的执行顺序本发明不作限定。

请结合参照图6和图3，所述步骤s30包括：

步骤s310：将所述第一晶圆100的金属层114和第二晶圆200的金属层214固定连接；所述第一晶圆100的空腔122和第二晶圆200的空腔222合并成统一的所述换能器的空腔12。

步骤s320：对所述第一晶圆100的第二氧化物层112对应于所述第一缝隙121、第二隙缝123的位置和空腔122的位置进行气态氢氟酸刻蚀氧化层，使所述第一缝隙121和第二隙缝123连通，蚀刻掉第二氧化物层112露在外面的部分；对所述第二晶圆200的第二氧化物层212对应于所述第一缝隙221、第二缝隙223、第三隙缝225和空腔222的位置进行气态氢氟酸刻蚀氧化层，使所述第一缝隙221和第三隙缝225连通，第二缝隙223和空腔222连通，蚀刻掉第二氧化物层212露在外面的部分。

请参见图7，为最终得到的所述换能器的立体剖面结构示意图，

通过使用第一晶圆100和第二晶圆200两个晶圆构成所述换能器的两个振动单元，并且可以把两个振动单元策略性地定位在第一晶圆100和第二晶圆200，在所述第一晶圆100和第二晶圆200之间形成空腔12，同时利用第一晶圆100和第二晶圆200基底预留的缝隙，使两个振动单元能够利用所述缝隙和所述空腔产生振动运动而发出声音。

这种结构在不使用聚合振膜的情况下，spl提高两倍，spl提高约6db，同时，第二晶圆能够放大第一晶圆的振幅。同时，第一晶圆和第二晶圆通过各自的金属层实现固定连接，增加了结构的稳定性。

因此，与现有技术相比，本发明提供一种换能器，通过两个晶圆设计，将spl提升两倍，同时增加结构的稳定性。

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。