扬声器的制作方法以及扬声器

技术领域

本发明涉及MEMS工艺领域，尤其涉及一种扬声器的制作方法以及扬声器。

背景技术

扬声器是电子终端设别中不可或缺的元件之一。采用MEMS工艺制作小型化的扬声器是现有技术中一种常见的设计和制作方式。MEMS工艺在实现元器件小型化的同时，也带来了声腔体积变小、声学性能变差等问题，尤其是小声腔体积下，扬声器的低频性能亟需改善。

因此，如何在保证扬声器小型化的同时，提供尽量大的声腔体积，改善声场特性，是现有技术需要解决问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种扬声器的制作方法以及扬声器，在保证扬声器小型化的同时，提供尽量大的声腔体积。

为了解决上述问题，本发明提供了一种扬声器的制作方法，包括如下步骤：提供第一衬底，所述第一衬底包括背面的支撑层、正面的顶层半导体层、以及所述支撑层和所述顶层半导体层之间的绝缘埋层；在所述所述顶层半导体层表面形成扬声器的振动单元；腐蚀所述支撑层形成空腔，所述腐蚀工艺自停止于所述绝缘埋层，使所述扬声器的振动单元于空腔处悬空；提供第二衬底，所述第二衬底表面包括声学超结构；将所述第一衬底和所述第二衬底对准键合，使所述声学超结构对准键合于所述空腔内。

为了解决上述问题，本发明提供了一种扬声器，包括相互键合的第一衬底和第二衬底：所述第一衬底包括背面的支撑层、正面的顶层半导体层、以及所述支撑层和所述顶层半导体层之间的绝缘埋层；所述第一衬底的正面的所述顶层半导体层表面具有扬声器的振动单元；所述第一衬底的支撑层和绝缘埋层内具有空腔，所述扬声器的振动单元于空腔处悬空；所述第二衬底表面包括声学超结构，所述声学超结构设置于所述空腔内。

上述技术方案利用SOI结构中绝缘埋层的自停止特性，容易精确控制正面保留部分的形状和厚度，并且准确的释放出悬臂梁结构。因此这种在背面直接形成空腔的方式可以获得大体积的扬声器声腔，大体积声腔可以提供更多低频振动空间，提高低频下的扬声器声学性能，改善低频效应和声短路现象，实现高带宽特性。

附图说明

附图1所示是本发明一具体实施方式所述方法的实施步骤示意图。

附图2A至附图2F所示是本发明一具体实施方式的工艺示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的一种扬声器的制作方法以及扬声器的具体实施方式做详细说明。

附图1所示是本具体实施方式所述方法的实施步骤示意图，包括：步骤S10，提供第一衬底，所述第一衬底包括背面的支撑层、正面的顶层半导体层、以及所述支撑层和所述顶层半导体层之间的绝缘埋层；步骤S11，在所述顶层半导体层表面依次形成绝缘层、第一金属层、压电薄膜层、以及第二金属层；步骤S12，图形化压电薄膜层以及第二金属层，形成所述扬声器的振动单元的上极板；步骤S13，图形化顶层半导体层、绝缘层、以及第一金属层，形成所述扬声器的振动单元的下极板，从而形成所述扬声器的振动单元；步骤S14，腐蚀所述支撑层形成空腔，所述腐蚀工艺自停止于所述绝缘埋层，使所述扬声器的振动单元于空腔处悬空；步骤S15，提供第二衬底，所述第二衬底表面包括声学超结构；步骤S16，将所述第一衬底和所述第二衬底对准键合，使所述声学超结构对准键合于所述空腔内。

附图2A至附图2F所示是本具体实施方式的工艺示意图。

附图2A所示，参考步骤S10，提供第一衬底21，所述第一衬底21包括背面的支撑层211、正面的顶层半导体层212、以及所述支撑层211和所述顶层半导体层212之间的绝缘埋层213。上述结构为典型的SOI衬底结构，可以通过键合等制备手段获得。

附图2B所示，参考步骤S11，在所述顶层半导体层212表面依次形成绝缘层23、第一金属层24、压电薄膜层25、以及第二金属层26。压电薄膜层25可以采用PZT或AlN材料，或者两者构成的多层复合材料。绝缘层23的材料例如可以是二氧化硅。形成绝缘层23和压电薄膜层25的工艺例如可以采用化学气相沉积等工艺，形成第一金属层24和第二金属层26可以采用磁控溅射或者电子束蒸发等工艺。

附图2C所示，参考步骤S12和S13，图形化压电薄膜层25以及第二金属层26，形成所述扬声器的振动单元的上极板，并图形化顶层半导体层212、绝缘层23、以及第一金属层24，形成所述扬声器的振动单元的下极板，从而形成所述扬声器的振动单元。可以采用干法或湿法刻蚀对上述结构进行图形化。为了下极板能够与外部形成电学连接，压电薄膜层25以及第二金属层26形成的上极板应当与下极板形成台阶结构，或者在上极板上形成用于填充电学连接结构的通孔。

附图2D所示，参考步骤S14，腐蚀所述支撑层211形成空腔27，所述腐蚀工艺自停止于所述绝缘埋层213，使所述扬声器的振动单元于空腔27处悬空。可以采用干法或湿法刻蚀形成空腔27。本具体实施方式中，绝缘埋层213也被去除，在其他的具体实施方式中，也可以保留绝缘埋层213。在上图中，释放结构后获得的所述振动单元为对置的两个悬臂梁，在其他的具体实施方式中，还可以是一个或者更多个的振动单元，每个振动单元可以是一个单独的悬臂梁，并沿着图片垂直或平行的方向阵列排布。这样利用SOI结构中绝缘埋层的自停止特性，容易精确控制正面保留部分的形状和厚度，并且准确的释放出悬臂梁结构。因此这种在背面直接形成空腔的方式可以获得大体积的扬声器声腔，大体积声腔可以提供更多低频振动空间，提高低频下的扬声器声学性能，改善低频效应和声短路现象，实现高带宽特性。

附图2E所示，参考步骤S15，提供第二衬底22，所述第二衬底22表面包括声学超结构221。所述声学超结构为经由腐蚀工艺形成在第二衬底22表面具有微结构单元的阵列。所述微结构单元阵列包括由多个正三棱锥或圆柱体呈周期性排布构成的阵列，可以获得局域共振、低频带隙等特性。可以通过干法或湿法刻蚀对第二衬底22的表面进行加工形成声学超结构，用于改善扬声器低频波段性能。并优选如本具体实施方式所述，预先在所述第二衬底22表面形成一凹坑，并将所述声学超结构221设置于所述凹坑的底部。所述凹坑可以进一步增大声腔体积。

附图2F所示，参考步骤S16，将所述第一衬底21和所述第二衬底22对准键合，使所述声学超结构221对准键合于所述空腔27内。在本具体是是防止中，键合面上进一步包括了预键合层28，其材料为二氧化硅或氧化铝，该预键合层28可以在键合前至少一键合面表面形成。

在其他的具体实施方式中，第二衬底22或第一衬底21的至少其一内还可以进一步包括CMOS处理电路等逻辑电路，以实现单片集成。逻辑电路过控制驱动信号同相或异相驱动多个振动单元，实现面外驱动，提高SPL。

上述方法实施完毕后，所获得的扬声器，包括相互键合的第一衬底21和第二衬底22；所述第一衬底21包括背面的支撑层211、正面的顶层半导体层212、以及所述支撑层211和所述顶层半导体层212之间的绝缘埋层213；所述第一衬底21的正面的所述顶层半导体层212表面具有扬声器的振动单元；所述第一衬底的支撑层211和绝缘埋层213内具有空腔27，所述扬声器的振动单元于空腔27处悬空；所述第二衬底22表面包括声学超结构221，所述声学超结构221设置于所述空腔内。上述结构利用SOI结构中绝缘埋层的自停止特性，容易精确控制正面保留部分的形状和厚度，并且准确的释放出悬臂梁结构。因此这种在背面直接形成空腔的方式可以获得大体积的扬声器声腔，大体积声腔可以提供更多低频振动空间，提高低频下的扬声器声学性能，改善低频效应和声短路现象，实现高带宽特性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。