本技術(shù)實(shí)施例涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種壓電器件制備工藝和壓電器件。
背景技術(shù)：
1、微機(jī)電系統(tǒng)(mems)技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用，其中之一是壓電驅(qū)動(dòng)mems器件技術(shù)。
2、靜電驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)、電熱驅(qū)動(dòng)和壓電驅(qū)動(dòng)是mems器件的四種主要驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。與靜電驅(qū)動(dòng)器件相比，壓電驅(qū)動(dòng)器件可以在更低的電壓下驅(qū)動(dòng)，并且不存在吸合效應(yīng)，這讓它們廣泛在便攜式設(shè)備和電池供電系統(tǒng)中的應(yīng)用。而電熱驅(qū)動(dòng)器件驅(qū)動(dòng)電壓高，可靠性較差易受外界因素影響。與電磁驅(qū)動(dòng)器件相比，壓電驅(qū)動(dòng)器件不需要復(fù)雜的裝配過(guò)程，裝配簡(jiǎn)單并且成本較低，以減小整個(gè)系統(tǒng)的體積，是更小型和高度集成化的mems器件技術(shù)。mems壓電器件的工作原理是利用逆壓電效應(yīng)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成機(jī)械振動(dòng)，即一些材料(pzt、aln等壓電材料)在收到電壓的作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生形變。
3、因此研究壓電驅(qū)動(dòng)mems器件的制備方法是器件研究工作中不可忽視的組成部分。
4、mems器件采用單晶硅片/soi作為基底材料，其材料性能優(yōu)勢(shì)有：1力學(xué)性能穩(wěn)定，且與之配套的mems加工工藝成熟可控，成本低；2單晶硅具有較高的楊氏模量但低密度，可以使器件輕量化；3熔點(diǎn)高，較低的熱膨脹系數(shù)能適應(yīng)極端工作條件；4機(jī)械延滯低等而被廣泛應(yīng)用于傳感器器件制造。硅基mems制備工藝與ic器件產(chǎn)業(yè)工藝相似，可對(duì)硅基底晶圓上進(jìn)行光刻圖形化工藝，包括薄膜淀積、干濕法刻蝕、離子注入擴(kuò)散摻雜、化學(xué)機(jī)械拋光等。mems工藝主要在硅晶圓/soi上進(jìn)行體、表面微加工構(gòu)造出特征結(jié)構(gòu)，衍生出大量mems新工藝，如：犧牲層技術(shù)、深反應(yīng)離子刻蝕和liga技術(shù)制備高深寬比結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)和機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換。
5、通常壓電mems器件采用的是減法工藝，即先沉積各種薄膜層，在依次通過(guò)各種干法刻蝕和濕法刻蝕移除無(wú)用薄膜材料，最后刻蝕底硅層，釋放壓電mems器件，但是由于沉積及刻蝕過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)部應(yīng)力，在釋放器件時(shí)，會(huì)使器件出現(xiàn)懸臂梁斷裂、器件脫落問(wèn)題，從而導(dǎo)致產(chǎn)品良率低。因此采用傳統(tǒng)的減法工藝將難以提高壓電mems器件的制造良率，成為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品商業(yè)化的關(guān)鍵障礙。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)或相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。
2、為此，本發(fā)明的第一方面提供了一種壓電器件制備工藝。
3、本發(fā)明的第二方面提供了一種壓電器件。
4、有鑒于此，根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的第一方面提出了一種壓電器件制備工藝，包括：
5、提供襯底，并在襯底上依次制備金屬底電極層、壓電材料層和金屬頂電極層；
6、刻蝕所述金屬底電極層、所述壓電材料層和所述金屬頂電極層，以實(shí)現(xiàn)壓電圖形化；
7、先刻蝕所述襯底的底硅層，形成背腔釋放內(nèi)部應(yīng)力，而后刻蝕所述襯底的頂硅層，以釋放壓電器件。
8、在一種可行的實(shí)施方式中，所述提供襯底，并在襯底上依次制備金屬底電極層、壓電材料層和金屬頂電極層的步驟包括：
9、利用反應(yīng)磁控濺射沉積所述金屬底電極層和所述金屬頂電極層，靶材包括pt、au、cu、ti中的至少一者，所述金屬底電極層和所述金屬頂電極層的厚度為50至200nm。
10、在一種可行的實(shí)施方式中，所述提供襯底，并在襯底上依次制備金屬底電極層、壓電材料層和金屬頂電極層的步驟包括：
11、使用溶膠凝膠法和/或磁控濺射法制備壓電材料層，壓電材料為鋯鈦酸鉛、氮化鋁、氧化鋅和lno中的至少一者，其制備壓電材料層的厚度為1-5um。
12、在一種可行的實(shí)施方式中，在所述先刻蝕所述襯底的底硅層，形成背腔釋放內(nèi)部應(yīng)力，而后刻蝕所述襯底的頂硅層，以釋放壓電器件的步驟之前，還包括：
13、在實(shí)現(xiàn)壓電圖形化的壓電器件上制備絕緣保護(hù)層和金屬引線層；
14、其中，所述絕緣保護(hù)層通過(guò)pcvd或pecvd生長(zhǎng)，厚度為300nm-500nm，材料包括氮化硅；
15、其中，所述金屬引線層通過(guò)磁控濺射沉積生長(zhǎng)，厚度為100nm-300nm，材料包括al、pt、au、ag和cu中的至少一種。
16、在一種可行的實(shí)施方式中，其中，生長(zhǎng)絕緣保護(hù)層的氣體源包括sih4和nh3，生長(zhǎng)溫度為200℃-400℃。
17、在一種可行的實(shí)施方式中，所述刻蝕所述金屬底電極層、所述壓電材料層和所述金屬頂電極層，以實(shí)現(xiàn)壓電圖形化的步驟包括：
18、利用離子束刻蝕所述金屬底電極層、所述金屬頂電極層和所述金屬引線層，對(duì)金屬電極進(jìn)行圖形化，并刻蝕無(wú)用的金屬底電極層、所述金屬頂電極層和所述金屬引線層，使所述金屬底電極層和所述金屬頂電極層的厚度為50至100nm；
19、利用濕法腐蝕或反應(yīng)離子刻蝕所述壓電材料層；
20、利用反應(yīng)離子刻蝕或電感耦合等離子體刻蝕刻蝕絕緣保護(hù)層，對(duì)絕緣保護(hù)層進(jìn)行圖形化。
21、在一種可行的實(shí)施方式中，利用濕法腐蝕中使用的酸性溶液的組成包括緩沖氫氟酸蝕刻液和緩沖蝕刻液；
22、其中，所述緩沖氫氟酸蝕刻液和所述緩沖蝕刻液均包括氟化銨和氫氟酸；
23、對(duì)于pzt介質(zhì)，緩沖氫氟酸蝕刻液和緩沖蝕刻液包括：氟化銨和氫氟酸與鹽酸、硝酸、水進(jìn)行稀釋形成的預(yù)刻蝕液、主刻蝕液或緩沖刻蝕液；
24、對(duì)于pzt介質(zhì)的反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕氣體可以選擇包括六氟化硫與氬氣的混合氣、四氟化碳與氬氣的混合氣或三氟甲烷與氬氣的混合氣。
25、在一種可行的實(shí)施方式中，所述底硅層背離于所述頂硅層的一側(cè)形成有第一氧化硅層；
26、所述底硅層和所述頂硅層之間形成有第二氧化硅層；
27、所述頂硅層和所述金屬底電極層之間形成有第三氧化硅層；
28、其中，所述頂硅層的厚度為5um至50um，所述底硅層的厚度為100um-500um。
29、在一種可行的實(shí)施方式中，所述先刻蝕所述襯底的底硅層，形成背腔釋放內(nèi)部應(yīng)力，而后刻蝕所述襯底的頂硅層，以釋放壓電器件的步驟包括：
30、利用反應(yīng)離子刻蝕所述第一氧化硅；
31、通過(guò)深反應(yīng)離子刻蝕先刻蝕所述底硅層，形成背腔，釋放內(nèi)部應(yīng)力；
32、反應(yīng)離子刻蝕所述第三氧化硅層，而后通過(guò)深反應(yīng)離子刻蝕頂硅層，再通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕所述第二氧化硅層；
33、反應(yīng)離子刻蝕的刻蝕源氣體可以為chf3、sf6、c2f6中的一種或多種。
34、根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的第二方面提出了一種壓電器件，通過(guò)如上述任一技術(shù)方案所述的壓電器件制備工藝制備而成，所述壓電器件包括：
35、襯底；
36、設(shè)置在所述襯底上的金屬底電極、壓電材料層、金屬頂電極層和引線層；
37、絕緣保護(hù)層，所述絕緣保護(hù)層覆蓋在所述金屬底電極、所述壓電材料層、所述金屬頂電極層的周側(cè)。
38、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少包括以下有益效果：
39、本技術(shù)實(shí)施例提供的壓電器件制備工藝先在襯底之上制備金屬底電極層、壓電材料層和金屬頂電極層，而后刻蝕所述金屬底電極層、壓電材料層和金屬頂電極層，以實(shí)現(xiàn)壓電圖形化，最后在釋放壓電器件的過(guò)程中，先刻蝕所述襯底的底硅層，形成背腔釋放內(nèi)部應(yīng)力，而后刻蝕所述襯底的頂硅層，傳統(tǒng)技術(shù)中先刻蝕器件層的頂硅，再刻蝕支撐層底硅最后釋放mems器件，這種方式在最后底硅刻蝕中會(huì)引入殘余應(yīng)力，從而使已經(jīng)圖案化完成的頂硅和壓電層出現(xiàn)剝落、斷裂、彎曲的情況，不利于壓電mems器件的正常使用。本技術(shù)實(shí)施例提供的壓電器件制備工藝，先刻蝕底硅層，在刻蝕頂硅層，能夠?qū)?yīng)力進(jìn)行釋放，降低懸臂梁斷裂、器件脫落的概率，保障了器件的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高了良品率。