[发明专利]单晶硅振膜的MEMS电容式声传感器结构及制备方法

说明书

本发明为一种单晶硅振膜的MEMS电容式声传感器结构，属于超声换能器技术领域。本发明包括自上而下叠层设置的振膜层、环状支撑壁层和衬底层，振膜层形成有若干个呈阵列排布的振膜，振膜层和衬底层之间的环状支撑壁层上形成有若干个呈阵列排布的空腔，空腔与振膜相互对应；振膜上均布设置有若干通孔，衬底层的顶面上形成有延伸孔；振膜层、通孔、衬底层、延伸孔上均形成有绝缘层；振膜层上设置有上电极层，衬底层底面设置有下电极层。本发明电容式声传感器结构整体尺寸小，便于后续的封装和使用；本发明电容式声传感器结构制备方法简单，整体工艺流程少，制造成本低，便于后续的批量生产。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，特别涉及一种超声换能器，具体是一种单晶硅振膜的MEMS电容式声传感器结构及制备方法。

背景技术

超声波具有方向性好、声波集中、水中传播距离远、穿透能力强等特点。作为信息传递的的重要载体可以应用于医学成像、无损检测、测距和流量测量等领域。电容式超声换能器（CMUT）产生于20世纪90年代，MEMS技术的快速发展促使了CMUT的产生和快速发展，基于MEMS技术的超声换能器具有可靠性好、体积小、高密度阵元集成、宽频带、灵敏度高、易于批量生产等特点，是一种具有广泛应用前景的超声换能器，如今在医学成像上的应用潜力已经得到了广泛重视。本发明基于以上背景提出了一种单晶硅振膜的MEMS电容式声传感器结构及制备方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中提到的问题，而提供一种单晶硅振膜的MEMS电容式声传感器结构及制备方法。

一种单晶硅振膜的MEMS电容式声传感器结构，包括自上而下叠层设置的振膜层、环状支撑壁层和衬底层。振膜层形成有若干个呈阵列排布的振膜，振膜层和衬底层之间的环状支撑壁层上形成有若干个呈阵列排布的空腔，空腔与振膜相互对应；每个空腔顶部的振膜上均布设置有若干通孔，每个空腔底部的衬底层上均布设置有若干延伸孔，并且顶部的若干通孔与底部的若干延伸孔上下一一对应；振膜层的顶面及底面、通孔的孔壁、衬底层的顶面、延伸孔的孔壁及孔底上均形成有绝缘层；振膜层顶面的绝缘层上设置有上电极层，衬底层的底面上设置有下电极层，延伸孔孔底的绝缘层上设置有金属层。

作为优选的技术方案，上电极层的边缘处向外延设形成有焊点。

作为优选的技术方案，振膜层和衬底层的材料为硅，环状支撑壁层、绝缘层的材料为二氧化硅，上电极层、下电极层、焊点的材料为铝。

作为优选的技术方案，振膜层的厚度为2um，环状支撑壁层的厚度为1um，衬底层的厚度为300um。

进一步地，本发明还提供了上述单晶硅振膜的MEMS电容式声传感器结构的制备方法，具体包括如下步骤：

1）选用SOI晶圆片作为备片，SOI晶圆片自上而下依次为：device层、oxide层和handle层；其中，device层作为振膜层所在层、oxide层作为环状支撑壁层所在层、handle层作为衬底层所在层；

2）在SOI晶圆片的device层上璇涂一层光刻胶，利用光刻技术将掩膜版图形转移到光刻胶上，以光刻胶图形做掩膜，采用离子束刻蚀技术对device层、oxide层和handle层的无掩膜区域进行刻蚀，最终在device层上形成通孔、在handle层上形成延伸孔；

3）通过device层上的通孔采用HF干法刻蚀技术对oxide层进行刻蚀，最终在oxide层释放形成若干个空腔， oxide层剩余部分形成环状支撑壁层，空腔顶部的device层形成振膜层，空腔底部的handle层形成衬底层；

4）在device层的顶面及底面、通孔的孔壁、handle层的顶面、延伸孔的孔壁及孔底上均沉积形成绝缘层；

5）在device层顶面的绝缘层上溅射金属铝形成上电极层及焊点，通过延伸孔在孔底的绝缘层上溅射的金属铝形成金属层；

6）在handle层的底面上溅射金属铝形成下电极层；