一种量子声纹探头的制备方法及量子声纹探头与流程

1.本发明涉及半导体传感器技术领域，尤其涉及一种量子声纹探头的制备方法及量子声纹探头。

背景技术：

2.采用mems加工技术在硅片上制作微传声器，解决了传统传声器存在的体积大、电路集成度低、功耗大等难以克服的缺陷。为改善传声器的性价比，促使其向微型化、高灵敏度方向发展起到了促进作用。由于其仍然主要基于电容、压电等电学检测机制，探测端对外界电磁信号的干扰无能为力，这必然严重限制了声传感器应用于需要高绝缘性能，良好抗电磁干扰能力的特殊应用环境。
3.量子传感器是根据量子力学规律、利用量子叠加量子纠缠和量子压缩等效应设计的、用于执行对系统被测量进行变换的物理装置。而量子声纹传感器则是通过外界声子直接与电子、光子等体系发生相互作用并改变它们的量子状态，最终通过对这些变化后的量子态进行检测实现外界声音的高灵敏度测量。
4.而量子声纹传感器最重要的结构就是采用量子增强mems技术制备的声敏结构。目前已知的基于光强反射原理所制备的声敏结构，均是通过镀膜技术制备出一种高反射的薄膜如银/金等，此种方法需要较为昂贵的设备及贵金属，成本较高，且对镀膜的均匀性有较高要求。

技术实现要素：

5.本发明提供了一种量子声纹探头的制备方法及量子声纹探头，解决相关技术中存在的声敏结构均匀性差且成本高的问题。
6.作为本发明的第一个方面，提供一种量子声纹探头的制备方法，其中，包括：提供硅衬底；在所述硅衬底的上下表面均沉积氮化硅材料，得到位于所述硅衬底上表面的悬膜层和位于所述硅衬底下表面的窗口刻蚀层；在所述窗口刻蚀层上进行湿法刻蚀形成湿法刻蚀窗口，所述湿法刻蚀窗口内形成有反射镜面结构；在所述湿法刻蚀窗口内进行干法刻蚀后形成包括悬膜和反射镜面结构的量子声纹探头。
7.进一步地，所述提供硅衬底包括：选取双抛硅片；根据标准rca清洗工艺对所述双抛硅片进行清洗；将清洗后的双抛硅片甩干后进行烘烤，获得硅衬底。
8.进一步地，所述双抛硅片的厚度为350μm，所述双抛硅片的晶向为100。
9.进一步地，在所述硅衬底的上下表面均沉积氮化硅材料，得到位于所述硅衬底上
表面的悬膜层和位于所述硅衬底下表面的窗口刻蚀层，包括：将所述硅衬底的上下表面通过pecvd工艺均生长氮化硅；根据刻蚀工艺在所述硅衬底的下表面对下表面生长的氮化硅进行刻蚀，获得窗口刻蚀层；所述硅衬底的上表面形成悬膜层。
10.进一步地，根据刻蚀工艺在所述硅衬底的下表面对下表面生长的氮化硅进行刻蚀，获得窗口刻蚀层，包括：将形状为矩形的图形窗口转移至所述硅衬底的下表面；根据rie刻蚀工艺刻蚀所述图形窗口内的氮化硅；根据干法除胶工艺将所述图形窗口移除，获得窗口刻蚀层。
11.进一步地，在所述窗口刻蚀层上进行湿法刻蚀形成湿法刻蚀窗口，所述湿法刻蚀窗口内形成有反射镜面结构，包括：将所述窗口刻蚀层的硅衬底放入刻蚀液中进行刻蚀，获得反射镜面结构。
12.进一步地，所述刻蚀液包括tmah液，所述刻蚀液的温度为80℃，浓度为20%。
13.进一步地，所述反射镜面结构的厚度为20μm。
14.进一步地，在所述湿法刻蚀窗口内进行干法刻蚀后形成包括悬膜和反射镜面结构的量子声纹探头，包括：根据喷胶及图形转移工艺，得到具有回字形结构的干法刻蚀窗口；将所述硅衬底放入深反应离子刻蚀机中，以将所述干法刻蚀窗口中的硅衬底刻蚀掉，得到包括悬膜和反射镜面结构的量子声纹探头。
15.作为本发明的另一个方面，提供一种量子声纹探头，应用前文所述的量子声纹探头的制备方法制备得到，其中，包括：硅衬底，所述硅衬底的中心区域设置矩形窗口，所述矩形窗口内设置反射镜面结构，所述反射镜面结构的反射面朝向背离悬膜的方向，所述反射镜面结构与所述硅衬底形成回字形结构，所述硅衬底的上表面形成悬膜，所述反射镜面结构背离所述反射面的表面与所述悬膜接触。
16.本发明提供的量子声纹探头的制备方法，在进行制作时，首先利用湿法刻蚀制作得到反射镜面结构，然后利用干法刻蚀将多余硅片进行刻蚀获得悬膜结构，即通过湿法刻蚀工艺对特定晶向的硅片进行湿法刻蚀，制备出具有高反射率的镜面结构；同时通过干法刻蚀技术将剩余的硅刻蚀，制备出悬膜结构。因此这种通过湿法刻蚀技术和干法刻蚀技术相结合的方式所制备的声敏结构具有均匀性好且成本低的优势。
附图说明
17.附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
18.图1为本发明提供的量子声纹探头的制备方法的流程图。
19.图2为本发明提供的硅衬底结构示意图。
20.图3为本发明提供的悬膜层和窗口刻蚀层的结构示意图。
21.图4为本发明提供的进行湿法刻蚀时形成图形窗口前的结构示意图。
22.图5为本发明提供的进行湿法刻蚀时形成图形窗口的结构示意图。
23.图6为本发明提供的形成刻蚀窗口的结构示意图。
24.图7为本发明提供的形成湿法刻蚀窗口的结构示意图。
25.图8为本发明提供的进行干法刻蚀前喷胶的结构示意图。
26.图9为本发明提供的干法刻蚀后形成悬膜结构的结构示意图。
具体实施方式
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
28.为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
29.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
30.在本实施例中提供了一种量子声纹探头的制备方法，图1是根据本发明实施例提供的量子声纹探头的制备方法的流程图，如图1所示，包括：s100、提供硅衬底；在本发明实施例中，如图2所示，所述提供硅衬底包括：选取双抛硅片；根据标准rca清洗工艺对所述双抛硅片进行清洗；将清洗后的双抛硅片甩干后进行烘烤，获得硅衬底10。
31.优选地，所述双抛硅片的厚度为350μm，所述双抛硅片的晶向为100。
32.具体地，将厚度350μm、晶向为100的双抛硅片，采用rca标准清洗法进行清洗，将清洗后的硅片甩干后放入80℃的洁净烘箱，烘烤2h待用。
33.s200、在所述硅衬底的上下表面均沉积氮化硅材料，得到位于所述硅衬底上表面的悬膜层和位于所述硅衬底下表面的窗口刻蚀层；如图3所示，形成悬膜层21和窗口刻蚀层22的具体过程包括：将所述硅衬底10的上下表面通过pecvd工艺均生长氮化硅；根据刻蚀工艺在所述硅衬底10的下表面对下表面生长的氮化硅进行刻蚀，获得窗口刻蚀层22；所述硅衬底10的上表面形成悬膜层21。
34.在本发明实施例中，根据刻蚀工艺在所述硅衬底的下表面对下表面生长的氮化硅
进行刻蚀，获得窗口刻蚀层，包括：将形状为矩形的图形窗口30转移至所述硅衬底10的下表面；根据rie（reactive ion etching，反应离子刻蚀）刻蚀工艺刻蚀所述图形窗口内的氮化硅；根据干法除胶工艺将所述图形窗口移除，获得窗口刻蚀层22。
35.具体地，如图3至图6所示，将烘干后的硅衬底10使用pecvd在正反两面均生长2μm厚的碳化硅，随后进行图形转移，将矩形的图形窗口30转移到硅片背面，使用rie刻蚀工艺将刻蚀图形窗口内的碳化硅，随后进行干法除胶，获得图6所示的窗口刻蚀层22，窗口刻蚀层22中间形成刻蚀窗口23。
36.s300、在所述窗口刻蚀层22上进行湿法刻蚀形成湿法刻蚀窗口24，所述湿法刻蚀窗口24内形成有反射镜面结构；在本发明实施例中，将所述窗口刻蚀层22的硅衬底放入刻蚀液中进行刻蚀，获得反射镜面结构。
37.应当理解的是，如图7所示，将获得窗口刻蚀层22的硅衬底10方式刻蚀液中进行湿法刻蚀后形成湿法刻蚀窗口24，湿法刻蚀窗口24内能够形成反射镜平面结构。
38.优选地，所述刻蚀液包括tmah液，所述刻蚀液的温度为80℃，浓度为20%。
39.具体地，将得到刻蚀窗口23的硅片放入80℃浓度为20%的tmah液中，刻蚀2h，得到具有20μm厚的反射镜面结构。
40.s400、在所述湿法刻蚀窗口24内进行干法刻蚀后形成包括悬膜和反射镜面结构的量子声纹探头。
41.应当理解的是，由于湿法刻蚀工艺的局限性，导致湿法刻蚀结束后，仍然有部分结构残留，因此需要通过干法刻蚀工艺去除残留结构，在本发明实施例中，具体可以包括：根据喷胶及图形转移工艺，得到具有回字形结构的干法刻蚀窗口25；将所述硅衬底放入深反应离子刻蚀机中，以将所述干法刻蚀窗口25中的硅衬底刻蚀掉，得到包括悬膜和反射镜面结构的量子声纹探头。
42.具体地，如图8和图9所示，采用喷胶及图形转移工艺，得到具有回字形结构的干法刻蚀窗口，随后将硅片放入深反应离子刻蚀机中，将刻蚀窗口中剩下的硅片刻蚀掉，得到具有20μm厚的反射镜面结构50的声敏结构。
43.由图8可以看出，在进行干法刻蚀时，在所述硅衬底10的下表面以及反射镜面结构50的区域均喷涂胶40，然后对干法刻蚀窗口25中的多余硅片进行刻蚀，最终获得如图9所示的回字形结构。最终形成的图9所示的量子声纹探头中，悬膜层21即为悬膜，反射镜面结构50即为位于所述硅衬底10中心位置且金与悬膜层21连接的结构，所述反射镜面结构50的反射面朝向背离所述悬膜层的方向。
44.综上，本发明提供的量子声纹探头的制备方法，在进行制作时，首先利用湿法刻蚀制作得到反射镜面结构，然后利用干法刻蚀将多余硅片进行刻蚀获得悬膜结构，即通过湿法刻蚀工艺对特定晶向的硅片进行湿法刻蚀，制备出具有高反射率的镜面结构；同时通过干法刻蚀技术将剩余的硅刻蚀，制备出悬膜结构。因此这种通过湿法刻蚀技术和干法刻蚀技术相结合的方式所制备的声敏结构具有均匀性好且成本低的优势。
45.作为本发明的另一实施例，提供一种量子声纹探头，应用前文所述的量子声纹探
头的制备方法制备得到，其中，如图9所示，包括：硅衬底10，所述硅衬底10的中心区域设置矩形窗口，所述矩形窗口内设置反射镜面结构50，所述反射镜面结构50的反射面朝向背离悬膜的方向，所述反射镜面结构50与所述硅衬底10形成回字形结构，所述硅衬底10的上表面形成悬膜，所述反射镜面结构50背离所述反射面的表面与所述悬膜接触。
46.如图9所示，所述悬膜即为悬膜层21所在，该量子声纹探头通过上述湿法刻蚀与干法刻蚀工艺相结合获得，即通过对特定晶向的硅片利用湿法刻蚀技术制备反射镜面结构，而通过深反应离子刻蚀技术将湿法刻蚀所残留的硅刻蚀，制备出具有超高反射率的声敏结构，从而使得制备得到的声敏结构具有均匀性好且成本低的优势。
47.关于本发明实施例提供的量子声纹探头的具体工作原理可以参照前文的量子声纹探头的制备方法的描述，此处不再赘述。
48.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种量子声纹探头的制备方法，其特征在于，包括：提供硅衬底；在所述硅衬底的上下表面均沉积氮化硅材料，得到位于所述硅衬底上表面的悬膜层和位于所述硅衬底下表面的窗口刻蚀层；在所述窗口刻蚀层上进行湿法刻蚀形成湿法刻蚀窗口，所述湿法刻蚀窗口内形成有反射镜面结构；在所述湿法刻蚀窗口内进行干法刻蚀后形成包括悬膜和反射镜面结构的量子声纹探头。2.根据权利要求1所述的量子声纹探头的制备方法，其特征在于，所述提供硅衬底包括：选取双抛硅片；根据标准rca清洗工艺对所述双抛硅片进行清洗；将清洗后的双抛硅片甩干后进行烘烤，获得硅衬底。3.根据权利要求2所述的量子声纹探头的制备方法，其特征在于，所述双抛硅片的厚度为350μm，所述双抛硅片的晶向为100。4.根据权利要求1所述的量子声纹探头的制备方法，其特征在于，在所述硅衬底的上下表面均沉积氮化硅材料，得到位于所述硅衬底上表面的悬膜层和位于所述硅衬底下表面的窗口刻蚀层，包括：将所述硅衬底的上下表面通过pecvd工艺均生长氮化硅；根据刻蚀工艺在所述硅衬底的下表面对下表面生长的氮化硅进行刻蚀，获得窗口刻蚀层；所述硅衬底的上表面形成悬膜层。5.根据权利要求4所述的量子声纹探头的制备方法，其特征在于，根据刻蚀工艺在所述硅衬底的下表面对下表面生长的氮化硅进行刻蚀，获得窗口刻蚀层，包括：将形状为矩形的图形窗口转移至所述硅衬底的下表面；根据rie刻蚀工艺刻蚀所述图形窗口内的氮化硅；根据干法除胶工艺将所述图形窗口移除，获得窗口刻蚀层。6.根据权利要求1所述的量子声纹探头的制备方法，其特征在于，在所述窗口刻蚀层上进行湿法刻蚀形成湿法刻蚀窗口，所述湿法刻蚀窗口内形成有反射镜面结构，包括：将所述窗口刻蚀层的硅衬底放入刻蚀液中进行刻蚀，获得反射镜面结构。7.根据权利要求6所述的量子声纹探头的制备方法，其特征在于，所述刻蚀液包括tmah液，所述刻蚀液的温度为80℃，浓度为20%。8.根据权利要求6所述的量子声纹探头的制备方法，其特征在于，所述反射镜面结构的厚度为20μm。9.根据权利要求1所述的量子声纹探头的制备方法，其特征在于，在所述湿法刻蚀窗口内进行干法刻蚀后形成包括悬膜和反射镜面结构的量子声纹探头，包括：根据喷胶及图形转移工艺，得到具有回字形结构的干法刻蚀窗口；将所述硅衬底放入深反应离子刻蚀机中，以将所述干法刻蚀窗口中的硅衬底刻蚀掉，得到包括悬膜和反射镜面结构的量子声纹探头。
10.一种量子声纹探头，应用权利要求1至9中任意一项所述的量子声纹探头的制备方法制备得到，其特征在于，包括：硅衬底，所述硅衬底的中心区域设置矩形窗口，所述矩形窗口内设置反射镜面结构，所述反射镜面结构的反射面朝向背离悬膜的方向，所述反射镜面结构与所述硅衬底形成回字形结构，所述硅衬底的上表面形成悬膜，所述反射镜面结构背离所述反射面的表面与所述悬膜接触。

技术总结

本发明涉及半导体传感器技术领域，具体公开了一种量子声纹探头的制备方法及量子声纹探头，包括：提供硅衬底；在所述硅衬底的上下表面均沉积氮化硅材料，得到位于所述硅衬底上表面的悬膜层和位于所述硅衬底下表面的窗口刻蚀层；在所述窗口刻蚀层上进行湿法刻蚀形成湿法刻蚀窗口，所述湿法刻蚀窗口内形成有反射镜面结构；在所述湿法刻蚀窗口内进行干法刻蚀后形成包括悬膜和反射镜面结构的量子声纹探头。本发明提供的量子声纹探头的制备方法制备形成的量子声纹探头均匀性好且成本低。成的量子声纹探头均匀性好且成本低。成的量子声纹探头均匀性好且成本低。