CN114257949B - 一种扬声器的制造方法及扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扬声器的制造方法及扬声器，涉及扬声器技术领域，用于在批量制造的情况下，确保每个扬声器具有较高的品质。所述扬声器的制造方法包括：提供第一半导体基底和第二半导体基底；其中，第一半导体基底具有第一键合互连面，第二半导体基底具有第二键合互连面；于第一键合互连面，刻蚀第一半导体基底，形成浅槽结构和下电极；于第二键合互连面，刻蚀第二半导体基底，形成振动结构；键合第一半导体基底的第一键合互连面和第二半导体基底的第二键合互连面；在第二半导体基底远离第二键合互连面的另一面形成上电极，以及在第一半导体基底远离第一键合互连面的另一面形成背腔；释放下电极、振动结构和上电极，获得扬声器。

Description

一种扬声器的制造方法及扬声器

技术领域

本发明涉及扬声器技术领域，尤其涉及一种扬声器的制造方法及扬声器。

背景技术

扬声器是一种能够把电信号转换为声信号的换能器件。它是构成音响等声学设备的重要部件之一，因此扬声器的性能优劣对声学设备的音质具有较大的影响。

但是，现有扬声器的各个构件均采用传统机械加工方式加工制成。并且，通过组装工艺实现对扬声器的各个构件的集成装配。在此情况下，通过现有制造方法批量制造下获得的扬声器的性能一致性差，使得扬声器的品质无法保障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扬声器的制造方法及扬声器，用于在批量制造的情况下，确保每个扬声器均具有较高的品质。

为了实现上述目的，本发明提供了一种扬声器的制造方法，该扬声器的制造方法包括：

提供第一半导体基底和第二半导体基底；其中，第一半导体基底具有第一键合互连面，第二半导体基底具有第二键合互连面；

于第一键合互连面，刻蚀第一半导体基底，形成浅槽结构、以及位于浅槽结构下方的下电极；

于第二键合互连面，刻蚀第二半导体基底，形成振动结构；

键合第一半导体基底的第一键合互连面和第二半导体基底的第二键合互连面；

在第二半导体基底远离第二键合互连面的另一面形成上电极，以及在第一半导体基底远离第一键合互连面的另一面形成背腔；

释放下电极、振动结构和上电极，获得扬声器。

与现有技术相比，本发明提供的扬声器的制造方法中，浅槽结构和下电极是于第一键合互连面，对第一半导体基底进行刻蚀形成。振动结构是于第二键合互连面，对第二半导体基底进行刻蚀形成。并且，通过键合方式能够将第一半导体基底和第二半导体基底紧密结合在一起，提高扬声器的结构稳定性。接着于第二半导体基底远离第二键合互连面的另一面形成上电极，以及在第一半导体基底远离第一键合互连面的另一面形成背腔后，通过释放下电极、振动结构和上电极，可以获得扬声器。由上述内容可以看出，本发明提供的扬声器的制造方法是通过微电子机械加工技术制造扬声器。因微电子机械加工技术融合了光刻、腐蚀、薄膜、硅微加工、非硅微加工等多种微细加工技术，可实现高精度的三维立体微结构的制造，故通过微电子机械加工方式可以批量制造的情况下获得高性能的扬声器，从而可以确保每个扬声器的品质。

本发明还提供了一种扬声器，该扬声器采用上述技术方案提供的扬声器的制造方法制造形成。

与现有技术相比，本发明提供的扬声器的有益效果与上述技术方案提供的扬声器的制造方法的有益效果相同，此处不再赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的扬声器的制造方法流程图；

图2为本发明实施例中形成浅槽结构后结构示意图；

图3为本发明实施例中形成下电极后结构示意图；

图4为本发明实施例中振动结构后结构示意图；

图5为本发明实施例中第一半导体基底和第二半导体基底键合后结构示意图；

图6为本发明实施例中形成半导体层后结构示意图；

图7为本发明实施例中形成引线图形后结构示意图；

图8为本发明实施例中形成上电极后结构示意图；

图9为本发明实施例中形成背腔后结构示意图；

图10为本发明实施例中形成扬声器后结构示意图。

附图标记：

1为第一半导体基底，11为浅槽结构，12为下电极，13为背腔，2为第二半导体基底，21为振动结构，22为上电极，3为氧化层，4为半导体层，5为引线图形，51为第一接触结构，52为第二接触结构，53为第三接触结构。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

扬声器是一种能够把电信号转换为声信号的换能器件。根据扬声器的换能原理，可以将现有的扬声器可以分为电动式扬声器、静电式扬声器、电磁式扬声器、压电式扬声器等。它是构成音响等声学设备的重要部件之一，因此扬声器的性能优劣对声学设备的音质具有较大的影响。

但是，现有扬声器的各个构件均采用传统机械加工方式加工制成。并且，通过组装工艺实现对扬声器的各个构件的集成装配。在此情况下，因传统机械加工方式和组装工艺往往需要操作人员配合，故通过现有制造方法获得的扬声器的体积较大、批量制造下的成本较高，不利于扬声器的精细化和批量生产。此外，因机械加工方式和组装工艺的精度较低，故使得批量制造下获得的扬声器的性能一致性差，最终导致扬声器的品质无法保障。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种扬声器的制造方法及扬声器。其中，本发明实施例提供的扬声器的制造方法是通过微电子机械加工技术制造扬声器，可以批量制造的情况下获得高性能的扬声器，从而可以确保每个扬声器的品质。

图1示出了本发明实施例提供的扬声器的制造方法流程图。参见图1，本发明实施例了一种扬声器的制造方法，该方法包括：

步骤101：提供第一半导体基底和第二半导体基底。其中，第一半导体基底具有第一键合互连面。第二半导体基底具有第二键合互连面。

具体来说，上述第一半导体基底和第二半导体基底的类型可以根据实际应用场景设置，此处不作具体限定。此外，第一半导体基底具有的第一键合互连面、以及第二半导体基底具有的第二键合互连面分别为第一半导体基底与第二半导体基底进行键合时相互接触的面。

示例性的，第一半导体基底和第二半导体基底可以为SOI衬底、GOI衬底或SGOI衬底。优选的，第一半导体基底和第二半导体基底为SOI衬底。可以知道的是，SOI衬底包括顶层硅、背衬底、以及位于顶层硅和背衬底之间的埋氧化层。此时，第一半导体基底的第一键合互连面、以及第二半导体基底的第二键合互连面可以均为SOI衬底所包括的顶层硅的上表面。

需要注意的是，因扬声器所包括的浅槽结构、下电极、振动结构和上电极等均是基于对上述第一半导体基底和第二半导体基底进行相应处理而获得的，故第一半导体基底和第二半导体基底所包括的各结构的规格和相应性能会影响扬声器所包括的各结构的规格和性能。基于此，可以根据实际应用场景中对扬声器规格和性能的要求，选择相应规格和性能的第一半导体基底和第二半导体基底。其中，第一半导体基底的掺杂类型可以为N型或P型。第二半导体基底的掺杂类型也可以为N型或P型。当第一半导体基底和第二半导体基底为SOI衬底时，第一半导体基底和第二半导体基底所包括的背衬底可以为低阻硅、常阻硅或高阻硅。

例如：当第一半导体基底和第二半导体基底为SOI衬底时，第一半导体基底和第二半导体基底所包括的顶层硅的体电阻率小于0.1Ω*cm。此时，第一半导体基底和第二半导体基底所包括的顶层硅均为低阻硅，具有良好的导电特性。相应的，后续刻蚀第一半导体基底所包括的顶层硅形成的下电极、以及刻蚀第二半导体基底所包括的顶层硅形成的振动结构均具有良好的导电特性，从而使得扬声器具有低功耗的优点。

因后续会对第二半导体基底所包括的顶层硅进行刻蚀形成扬声器所包括的振动结构，故第二半导体基底所包括的顶层硅的层厚可以根据振动结构的规格进行设置。例如：第二半导体基底所包括的顶层硅的层厚可以为1μm～10μm。

例如：当第一半导体基底和第二半导体基底为SOI衬底时，第一半导体基底和第二半导体基底所包括的埋氧化层的层厚可以为0.5μm～3μm。

步骤102：如图2和图3所示，于第一键合互连面，刻蚀第一半导体基底1，形成浅槽结构11、以及位于浅槽结构11下方的下电极12。

示例性的，当第一半导体基底为SOI衬底时，可以采用光刻工艺，在第一半导体基底所包括的顶层硅的上表面覆盖一层光刻胶。接着对光刻胶进行显影曝光，形成光刻胶图形。顶层硅暴露在光刻胶图形外的区域为后续形成浅槽结构的区域。如图2所示，然后在光刻胶图形的掩膜作用下，可以采用反应离子刻蚀工艺刻蚀第一半导体基底1所包括的顶层硅，形成浅槽结构11。最后可以采用上述方式，如图3所示，继续对顶层硅位于浅槽结构11下方的部分进行刻蚀，直至刻蚀至第一半导体基底1所包括的埋氧化层的上表面，从而获得下电极12。

其中，在后续第一半导体基底和第二半导体基底键合后，浅槽结构的深度影响振动结构与下电极的间距，即影响扬声器在工作过程中振动结构沿着靠近下电极的方向振动的幅度，从而影响扬声器的声学性能，故可以根据实际应用场景中对扬声器的声学性能的要求来调整浅槽结构的深度。此外，为了在扬声器工作过程中，减小振动结构向下电极振动时的空气阻力，下电极上开设有若干贯穿下电极的空气孔。具体的，下电极上开设的空气孔的数量，多个空气孔的排布方式、以及下电极的高度可以根据实际应用场景设置，只要能够应用到本发明实施例提供的扬声器的制造方法中均可。

例如：浅槽结构的深度可以为1μm～5μm。

例如：下电极的高度可以为1μm～10μm。

步骤103：如图4所示，于第二键合互连面，刻蚀第二半导体基底2，形成振动结构21。

示例性的，当第二半导体基底为SOI衬底时，可以采用光刻工艺和反应离子刻蚀工艺，自上而下刻蚀第二半导体基底所包括的顶层硅，直至刻蚀至第二半导体基底所包括的埋氧层的上表面停止，形成振动结构。

需要说明的是，可以根据实际情况，调换步骤102和步骤103的制造顺序。此外，为了提高扬声器的制造效率，步骤102和步骤103还可以同时进行。

步骤104：如图5所示，键合第一半导体基底1的第一键合互连面和第二半导体基底2的第二键合互连面。

具体来说，可以采用硅硅直接键合工艺、聚合物黏结层键合工艺、金属表面键合工艺或共晶键合工艺中的任意一种，键合第一半导体基底的第一键合互连面和第二半导体基底的第二键合互连面。

示例性的，在采用硅硅直接键合工艺对第一半导体基底和第二半导体基底进行键合的情况下，为了提高后续的键合质量，可以在提供了第一半导体基底和第二半导体基底后，并在进行键合前，分别对第一半导体基底和第二半导体基底所包括的顶层硅的上表面进行平坦化处理，使得第一半导体基底和第二半导体基底所包括的顶层硅的上表面高度平整。接着在获得了下电极和振动结构后，并在进行键合前，需要对第一半导体基底和第二半导体基底所包括的顶层硅的上表面进行氧化，以在顶层硅的上表面形成氧化层。其中，氧化层的层厚可以根据实际情况设置，此处不作具体限定。

在经过上述操作后，可以对第一半导体基底上形成的氧化层进行清洗，以在第一半导体基底的氧化层上保留一层单层的水分子。如图5所示，将第二半导体基底2通过第二键合互连面倒置在保留有水分子的第一半导体基底1上的氧化层3上，并将第一键合互连面和第二键合互连面以面对面的方式，进行键合。在键合过程中，水分子会与氧化层3接触，并与氧化层3中的氧原子形成氢键。之后，可以对已形成的结构进行退火处理，将形成的氢键转化为Si-O键。相比于氢键，Si-O键的结合强度更高，能够将第一半导体基底1和第二半导体基底2紧密结合在一起，从而提高扬声器的结构稳定性。

当然，在上述键合之前，也可以对第二半导体基底上形成的氧化层进行清洗，以在第二半导体基底的氧化层上保留一层单层的水分子。此时，需要将第一半导体基底通过第一键合互连面倒置在保留有水分子的第二半导体基底上的氧化层上。

在一种可选的方式中，键合第一半导体基底的第一键合互连面和第二半导体基底的第二键合互连面之后，在进行后续操作之前，扬声器的制造方法还包括：

步骤104-5.1：如图6所示，对第二半导体基底2所具有的背衬底进行减薄处理，获得预设厚度的半导体层4。

示例性的，对第二半导体基底所具有的背衬底进行减薄处理可以大致分为背面粗磨、背面精磨和应力释放三个过程。具体的，背面粗磨可以减小第二半导体衬底所具有的背衬底的层厚。背面精磨可以使得该背衬底远离埋氧化层的表面高度平整，便于后续制备上电极。应力释放可以通过湿法腐蚀等工艺进一步改善该背衬底远离埋氧化层的表面的质量，避免表面物理损伤，降低颗粒度。其中，因后续会基于半导体层形成上电极，故可以根据上电极的高度设置半导体层的预设厚度。

步骤104-5.2：如图7所示，对第二半导体基底2进行处理，形成引线图形5。

示例性的，可以采用溅射腐蚀工艺或蒸发剥离工艺对第二半导体基底进行处理，形成引线图形。其中，引线图形的具体结构可以根据实际情况设置，只要便于振动结构、下电极、以及后续形成的上电极与外接电路电连接即可。

例如：第二半导体基底上开设有第一接触孔和第二接触孔。第一接触孔贯穿半导体层和第二半导体基底所具有的埋氧化层。第二接触孔贯穿第二半导体基底。如图7所示，引线图形5可以包括第一接触结构51、第二接触结构52和第三接触结构53。第一接触结构51位于半导体层4远离第一半导体基底1的一侧。第一接触结构51与上电极22电连接。第二接触结构52位于第一接触孔的孔底。第二接触结构52与振动结构21电连接。第三接触结构53位于第二接触孔的孔底。第三接触结构53与下电极12电连接。其中，第一接触结构51、第二接触结构52和第三接触结构53的具体规格可以根据实际情况设置，此处不作具体限定。例如：第一接触结构51、第二接触结构52和第三接触结构53的高度均为0.1μm～1μm。第一接触结构51、第二接触结构52和第三接触结构53的材质可以为铝、铜、钨、银、钛等导电材料。

具体的，当引线图形包括上述第一接触结构、第二接触结构和第三接触结构时，可以采用光刻工艺和刻蚀工艺，分别形成第一接触孔和第二接触孔。接着形成覆盖半导体层、第一接触孔和第二接触孔的导电层，并通过光刻工艺和刻蚀工艺，去除导电层形成引线图形之外的部分，获得第一接触结构、第二接触结构和第三接触结构。

步骤105：如图8和图9所示，在第二半导体基底2远离第二键合互连面的另一面形成上电极22，以及在第一半导体基底1远离第一键合互连面的另一面形成背腔13。

示例性的，如图8所示，可以采用光刻工艺和反应离子刻蚀工艺，自上而下刻蚀半导体层4，从而获得上电极22。其中，为了在扬声器工作过程中，减小振动结构21向上电极22振动时的空气阻力，上电极22上开设有若干贯穿上电极22的空气孔。具体的，上电极22上开设的空气孔的数量，多个空气孔的排布方式、以及上电极22的高度可以根据实际应用场景设置，只要能够应用到本发明实施例提供的扬声器的制造方法中均可。此外，如图9所示，也可以采用光刻工艺和反应离子刻蚀工艺，沿着第一半导体基底1靠近第二半导体基底2的方向刻蚀第一半导体基底1所包括的背衬底，直至刻蚀至第一半导体基底1所包括的埋氧层的下表面停止，从而获得背腔13。背腔13的规格可以根据扬声器所包括的下电极12、振动结构21和上电极22的规格进行设置，此处不作具体限定。

需要说明的是，上述上电极和背腔的形成顺序可以相互调换，即可以先形成上电极，再形成背腔。或者也可以先形成背腔，再形成上电极。

步骤106：如图10所示，释放下电极12、振动结构21和上电极22，获得扬声器。

具体来说，在形成了上电极和背腔后，在上电极与振动结构之间、以及下电极与背腔的腔底之间还存在有埋氧化层，为了使得扬声器在工作过程中，振动结构可以在静电力的作用下沿着靠近上电极或下电极的方向振动产生声音，还需要释放下电极、振动结构和上电极，以形成悬空的下电极、振动结构和上电极。

示例性的，上述释放下电极、振动结构和上电极，包括：

步骤106.1：如图10所示，去除第一半导体基底1和第二半导体基底2所包括的埋氧化层位于预定区域的部分。其中，该预定区域为上电极22与振动结构21之间的区域、以及下电极12与背腔13的腔底之间的区域。

在实际的应用过程中，可以采用HF释放蚀刻工艺去除埋氧化层位于预定区域的部分。其中，HF可以为气相HF或液相HF。

由上述内容可以看出，本发明实施例提供的扬声器的制造方法是通过微电子机械加工技术制造扬声器。因微电子机械加工技术融合了光刻、腐蚀、薄膜、硅微加工、非硅微加工等多种微细加工技术，可实现高精度的三维立体微结构的制造，故通过微电子机械加工方式可以批量制造的情况下获得小体积、高性能的扬声器，从而可以确保每一扬声器的品质。

本发明实施例还提供了一种扬声器，该扬声器采用上述实施例提供的扬声器的制造方法制造形成。

与现有技术相比，本发明实施例提供的扬声器的有益效果与上述实施例提供的扬声器的制造方法的有益效果相同，此处不再赘述。

在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (10)

1.一种扬声器的制造方法，其特征在于，包括：

提供第一半导体基底和第二半导体基底；其中，所述第一半导体基底具有第一键合互连面，所述第二半导体基底具有第二键合互连面；

于所述第一键合互连面，刻蚀所述第一半导体基底，形成浅槽结构、以及位于所述浅槽结构下方的下电极；

于所述第二键合互连面，刻蚀所述第二半导体基底，形成振动结构；

键合所述第一半导体基底的第一键合互连面和所述第二半导体基底的第二键合互连面；

在所述第二半导体基底远离所述第二键合互连面的另一面形成上电极，以及在所述第一半导体基底远离所述第一键合互连面的另一面形成背腔；

释放所述下电极、所述振动结构和所述上电极，获得扬声器。

2.根据权利要求1所述的扬声器的制造方法，其特征在于，所述第一半导体基底和所述第二半导体基底为SOI衬底；其中，

所述第一半导体基底的第一键合互连面、以及所述第二半导体基底的第二键合互连面均为所述SOI衬底所包括的顶层硅的上表面。

3.根据权利要求2所述的扬声器的制造方法，其特征在于，所述第一半导体基底和所述第二半导体基底所包括的顶层硅的体电阻率小于0.1Ω*cm；和/或，

所述第二半导体基底所包括的顶层硅的层厚为1μm～10μm；和/或，

所述第一半导体基底和所述第二半导体基底所包括的埋氧化层的层厚为0.5μm～3μm。

4.根据权利要求2所述的扬声器的制造方法，其特征在于，所述键合所述第一半导体基底的第一键合互连面和所述第二半导体基底的第二键合互连面之后，所述在所述第二半导体基底远离所述第二键合互连面的另一面形成上电极之前，所述扬声器的制造方法还包括：

对所述第二半导体基底所具有的背衬底进行减薄处理，获得预设厚度的半导体层；

对所述第二半导体基底进行处理，形成引线图形；

所述在所述第二半导体基底远离所述第二键合互连面的另一面形成上电极，包括：

采用光刻工艺和反应离子刻蚀工艺对所述半导体层进行处理，获得所述上电极。

5.根据权利要求4所述的扬声器的制造方法，其特征在于，采用溅射腐蚀工艺或蒸发剥离工艺对所述第二半导体基底进行处理，形成所述引线图形。

6.根据权利要求4所述的扬声器的制造方法，其特征在于，所述第二半导体基底上开设有第一接触孔和第二接触孔；所述第一接触孔贯穿所述半导体层和所述第二半导体基底所具有的埋氧化层；所述第二接触孔贯穿所述第二半导体基底；

所述引线图形包括第一接触结构、第二接触结构和第三接触结构；所述第一接触结构位于所述半导体层远离所述第一半导体基底的一侧，所述第一接触结构与所述上电极电连接；所述第二接触结构位于所述第一接触孔的孔底，所述第二接触结构与所述振动结构电连接；所述第三接触结构位于所述第二接触孔的孔底，所述第三接触结构与所述下电极电连接。

7.根据权利要求2所述的扬声器的制造方法，其特征在于，释放所述下电极、所述振动结构和所述上电极，包括：

去除所述第一半导体基底和所述第二半导体基底所包括的埋氧化层位于预定区域的部分；其中，

所述预定区域为所述上电极与所述振动结构之间的区域、以及所述下电极与所述背腔的腔底之间的区域。

8.根据权利要求7所述的扬声器的制造方法，其特征在于，采用HF释放蚀刻工艺去除所述埋氧化层位于所述预定区域的部分。

9.根据权利要求1～8任一项所述的扬声器的制造方法，其特征在于，所述浅槽结构的深度为1μm～5μm；和/或，

所述下电极的高度为1μm～10μm。

10.一种扬声器，其特征在于，所述扬声器采用权利要求1～9任一项所述的扬声器的制造方法制造形成。