一种制备压电驱动MEMS电场传感器的工艺方法

本发明涉及mems电场传感器，具体而言，涉及一种制备压电驱动mems电场传感器的工艺方法。

背景技术：

1、目前，电力系统向智能化、集成化方向发展。针对设备在线监测，需要并获取电网中设备的有效状态信息，其中电场是一个非常重要的状态量。传统电场传感器存在体积大、功耗高和测量范围有限等缺陷，而mems传感器克服了以上缺陷，能满足电网设备大规模部署和状态信息感知的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种制备压电驱动mems电场传感器的工艺方法，可以制备出性能稳定、持久耐用的压电驱动mems电场传感器，制备工艺简单、成本低，利于大规模生产。

2、本发明实施例提供了一种制备压电驱动mems电场传感器的工艺方法，所述方法包括：

3、s1，对soi片双面热氧化，在所述soi片正面和背面分别形成一层sio2的绝缘层；

4、s2，在所述soi片正面的所述绝缘层上制备粘接层和下驱动电极层；

5、s3，在所述下驱动电极层上制备压电材料层；

6、s4，在所述压电材料层上制备上驱动电极层，并采用1号光刻板剥离所述上驱动电极层；

7、s5，采用2号光刻板刻蚀所述压电材料层；

8、s6，采用3号光刻板刻蚀所述下驱动电极层和所述粘接层；

9、s7，采用4号光刻板刻蚀所述soi片正面的所述绝缘层；

10、s8，采用5号光刻板在所述soi片正面的顶硅层上制备感应电极焊盘；

11、s9，采用6号光刻板刻蚀所述soi片正面的顶硅层；

12、s10，在所述soi片正面旋涂保护材料；

13、s11，去除所述soi片背面的所述绝缘层，并采用7号光刻板刻蚀所述soi片的底硅层和埋氧层；

14、s12，去除所述soi片正面的所述保护材料，得到mems电场传感器。

15、作为本发明进一步的改进，所述s1中，所述绝缘层的厚度为500nm。

16、作为本发明进一步的改进，所述s2中，通过磁控溅射法制备得到所述粘接层和所述下驱动电极层，其中，所述粘接层为ti层，厚度为50nm，所述下驱动电极层为pt层，厚度为200nm。

17、作为本发明进一步的改进，所述s3中，通过溶胶-凝胶法或者磁控溅射法制备得到所述压电材料层，其中，所述压电材料层为pzt薄膜或aln薄膜，厚度为1-2um。

18、作为本发明进一步的改进，所述s4中，通过磁控溅射法制备得到所述上驱动电极层，其中，所述驱动电极层为al层，厚度为300nm。

19、作为本发明进一步的改进，所述s5中，通过反应离子刻蚀法刻蚀所述压电材料层；

20、所述s6中，通过离子束刻蚀法刻蚀所述下驱动电极层和所述粘接层；

21、所述s7中，通过反应离子刻蚀法刻蚀所述soi片正面的所述绝缘层，在刻蚀过程中通入chf3气体或cf4和h2的混合气体；

22、所述s9中，通过反应离子刻蚀法刻蚀所述soi片正面的顶硅层。

23、作为本发明进一步的改进，所述s8中，通过磁控溅射法和揭开-剥离法制备得到所述感应电极焊盘，其中，所述感应电极焊盘使用cr和au，cr厚度为50nm，au厚度为300nm。

24、作为本发明进一步的改进，所述s10中，所述保护材料为聚酰亚胺和/或光刻胶。

25、作为本发明进一步的改进，所述s11中，通过反应离子刻蚀法去除所述soi片背面的所述绝缘层，在去除过程中通入chf3气体；并通过反应离子刻蚀法刻蚀所述soi片的底硅层和埋氧层，在刻蚀过程中通入chf3气体。

26、作为本发明进一步的改进，所述s12中，通过反应离子刻蚀法去除所述soi片正面的所述保护材料，去除过程中通入o2气体。

27、本发明的有益效果为：通过本发明工艺方法制备的压电驱动的mems电场传感器，使悬梁臂结构和支撑座为整体结构，确保了成品芯片的统一性，并使悬梁臂结构在工作过程中具有更好的稳定性和耐久性。本发明工艺方法中采用的各个工艺步骤，不会对晶圆造成损坏，mems电场传感器中各个膜层的材料可以适应性选择，在每个膜层制备过程中可以精确控制膜层的厚度，整体工艺简单，成本低，利于大规模生产。

技术特征：

1.一种制备压电驱动mems电场传感器的工艺方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述s1中，所述绝缘层的厚度为500nm。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述s2中，通过磁控溅射法制备得到所述粘接层和所述下驱动电极层，其中，所述粘接层为ti层，厚度为50nm，所述下驱动电极层为pt层，厚度为200nm。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述s3中，通过溶胶-凝胶法或者磁控溅射法制备得到所述压电材料层，其中，所述压电材料层为pzt薄膜或aln薄膜，厚度为1-2um。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述s4中，通过磁控溅射法制备得到所述上驱动电极层，其中，所述驱动电极层为al层，厚度为300nm。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述s5中，通过反应离子刻蚀法刻蚀所述压电材料层；

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述s8中，通过磁控溅射法和揭开-剥离法制备得到所述感应电极焊盘，其中，所述感应电极焊盘使用cr和au，cr厚度为50nm，au厚度为300nm。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述s10中，所述保护材料为聚酰亚胺和/或光刻胶。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述s11中，通过反应离子刻蚀法去除所述soi片背面的所述绝缘层，在去除过程中通入chf3气体；并通过反应离子刻蚀法刻蚀所述soi片的底硅层和埋氧层，在刻蚀过程中通入chf3气体。

10.如权利要求1所述的方法，其中，所述s12中，通过反应离子刻蚀法去除所述soi片正面的所述保护材料，去除过程中通入o2气体。

技术总结本发明实施例公开了一种制备压电驱动MEMS电场传感器的工艺方法，对SOI片双面热氧化；在SOI片正面的绝缘层上制备粘接层和下驱动电极层；在下驱动电极层上制备压电材料层；在压电材料层上制备上驱动电极层，并剥离上驱动电极层；刻蚀压电材料层；刻蚀下驱动电极层和粘接层；刻蚀SOI片正面的绝缘层；在SOI片正面的顶硅层上制备感应电极焊盘；刻蚀SOI片正面的顶硅层；在SOI片正面旋涂保护材料；去除SOI片背面的绝缘层，并刻蚀SOI片的底硅层和埋氧层；去除SOI片正面的保护材料，得到MEMS电场传感器。本发明制备工艺简单、成本低，利于大规模生产。技术研发人员：杨庆,柯锟,廖伟,邱震辉受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/1/12