CN111757226B - Mems芯片及其制作方法、mems麦克风 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种MEMS芯片及其制作方法、MEMS麦克风。其中，MEMS芯片包括振膜和背极；所述背极与所述振膜相对设置，并与所述振膜形成电容器结构；所述振膜和所述背极的至少一个设有热驱动组件，所述热驱动组件用于驱动所述振膜和/或所述背极运动，以使所述振膜和所述背极之间的间距增大。本发明技术方案旨在避免因振膜在振动过程中与背板发生粘接/吸附而导致的产品失效。

Description

MEMS芯片及其制作方法、MEMS麦克风

技术领域

本发明涉及电声器件技术领域，特别涉及一种MEMS芯片、MEMS芯片的制作方法和MEMS麦克风。

背景技术

(Micro Electro Mechanic System，微型机电系统)MEMS芯片是一种用微机械加工技术制作出来的电能换声器件，其具有体积小、频响特性好、噪声低等特点。随着MEMS麦克风的小巧化、薄型化发展，MEMS芯片被越来越广泛地运用到这些设备上。

相关技术中的MEMS芯片包括硅基板以及由振膜和背板组成的平板电容，振膜与背板相对并相隔一定距离。在制造或工作时由于一些原因，比如牺牲层腐蚀液残留，高声压冲击等，会导致发生吸膜现象。尽管在振膜或背极板上制作凸起结构可以降低吸膜发生的概率，但是仍然无法完全避免。吸膜一旦发生，通常难以恢复到正常状态。以及，振膜在声波的作用下产生振动，导致振膜和背板之间的距离发生变化，导致平板电容的电容发生改变，从而将声波信号转化为了电信号。但是这种MEMS芯片的灵敏度和信噪比会随着其振膜和背板面积的扩大而降低，由于对背极和振膜上电后，振膜会朝向背极运动，此时振膜在振动过程中容易与背板粘接，吸膜现象的存在会降低MEMS芯片的良率和可靠性，而示例性技术中不能在保证振膜在振动过程中不与背板粘接的基础上，使得振膜良好地振动，降低了MEMS芯片的灵敏度和信噪比。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种MEMS芯片，旨在保证振膜在振动过程中不与背板粘接的基础上，使得振膜良好地振动，降提高MEMS芯片的灵敏度和信噪比。

为实现上述目的，本发明提供的MEMS芯片，包括：

振膜；和

背极，所述背极与所述振膜相对设置，并与所述振膜形成电容器结构；

所述振膜和所述背极的至少一个设有热驱动组件，所述热驱动组件用于驱动所述振膜和/或所述背极运动，以使所述振膜和所述背极之间的间距增大。

在本发明的一些实施例中，所述热驱动组件设于所述背极背离所述振膜的一侧。

在本发明的一些实施例中，所述背极的数量为至少两个，两所述背极设置于所述振膜相对的两侧，两所述背极背离所述振膜的一侧均设有热驱动组件。

在本发明的一些实施例中，所述热驱动组件包括第一加热件和第一驱动层，所述第一驱动层贴合设置于所述背极背离所述振膜的一侧，所述第一加热件设于所述第一驱动层背离所述背极的一侧，所述第一驱动层的热膨胀系数小于所述背极的热膨胀系数。

在本发明的一些实施例中，所述热驱动组件设于所述振膜，所述热驱动组件包括第二加热件和第二驱动层，所述第二加热件设于所述振膜或所述第二驱动层，所述第二驱动层贴合设置与所述振膜朝向所述背极的表面，所述第二驱动层的热膨胀系数大于所述振膜的热膨胀系数；

且/或，所述热驱动组件设于所述振膜，所述热驱动组件包括第三加热件和第三驱动层，所述第三加热件设于所述振膜或所述第三驱动层，所述第三驱动层贴合设置与所述振膜背离所述背极的表面，所述第二驱动层的热膨胀系数小于所述振膜的热膨胀系数。

在本发明的一些实施例中，所述背极的数量为至少一个，所述振膜的数量为至少两个，两所述振膜设置于一所述背极相对的两侧，两所述振膜上均设有热驱动组件。

在本发明的一些实施例中，所述热驱动组件的第一加热件、第二加热件和第三加热件为加热片或者加热线圈。

在本发明的一些实施例中，在所述第一加热件为加热线圈时，所述加热线圈包括相对设置的第一端和第二端，所述第一端沿顺时针呈直线和/或弧线弯折延伸，形成第一发热段，所述第二端沿逆时针呈直线和/或弧线弯折延伸，形成第二发热段，所述第一发热段和所述第二发热段连接形成加热线圈。

在本发明的一些实施例中，在所述第一加热件为加热线圈时，所述加热线圈包括至少两第三发热段，所述第三发热段具有多个连续的弯折结构，相邻的两所述弯折结构之间形成避让间隙；

其中一所述第三发热段的至少部分，容置于其中另一第三发热段的避让间隙内。

本发明还提出一种MEMS芯片的制作方法，所述MEMS芯片的制作方法包括如下步骤：

在基板上形成具有热驱动组件的振膜；

在振膜上形成背极，所述背极与所述振膜间隔设置；

或者，在基板上形成振膜；

在振膜上形成具有热驱动组件的背极，所述背极与所述振膜间隔设置；

或者，在基板上形成具有热驱动组件的振膜；

在振膜上形成具有热驱动组件的背极，所述背极与所述振膜间隔设置。

在本发明的一些实施例中，所述在振膜上形成具有热驱动组件的背极，所述背极与所述振膜间隔设置包括以下步骤：

在振膜上设置牺牲层；

在牺牲层上设置背极；

在背极上设置第一驱动层，其中，该第一驱动层的热膨胀系数小于所述背极的热膨胀系数；

在第一驱动层上设置加热件。

在本发明的一些实施例中，所述在基板上形成具有热驱动组件的振膜包括以下步骤：

在基板的表面沉积加热层；

刻蚀所述加热层形成加热线圈；

形成覆盖加热线圈的振膜材料层；

在振膜材料层沉积第二驱动层，其中，第二驱动层的热膨胀系数大于所述振膜材料层；

且/或，所述在基板上形成具有热驱动组件的振膜包括以下步骤：

在基板的表面沉积第三驱动层；

在第三驱动层的表面沉积加热层；

刻蚀所述加热层形成加热线圈；

形成覆盖加热线圈的振膜材料层，其中，振膜材料层的热膨胀系数大于所述第三驱动层；

当在振膜材料层沉积第二驱动层时，第二驱动层的热膨胀系数大于所述振膜材料层。

本发明还提出一种MEMS麦克风，包括MEMS芯片，该MEMS芯片包括：

振膜；和

背极，所述背极与所述振膜相对设置，并与所述振膜形成电容器结构；

所述振膜和所述背极的至少一个设有热驱动组件，所述热驱动组件用于驱动所述振膜和/或所述背极运动，以使所述振膜和所述背极之间的间距增大；

或者，包括MEMS芯片的制作方法制作的MEMS芯片，所述MEMS芯片的制作方法包括：在基板上形成具有热驱动组件的振膜；

在振膜上形成背极，所述背极与所述振膜间隔设置；

或者，在基板上形成振膜；

在振膜上形成具有热驱动组件的背极，所述背极与所述振膜间隔设置；

或者，在基板上形成具有热驱动组件的振膜；

在振膜上形成具有热驱动组件的背极，所述背极与所述振膜间隔设置。

本发明的技术方案通过设置振膜和背极，并将背极和振膜相对设置，可以理解的是，相对设置的背极和振膜之间形成避让间隙，使得背极和振膜在上电后可以形成电容器结构，以及在振膜和背极二者之间的其中一个设置热驱动组件，在MEMS芯片受到声波信号影响时，振膜产生振动，振膜和背板单元之间的距离发生变化，导致平板电容的电容发生改变，从而将声波信号转化为了电信号，在振膜朝向背极运动并与背极的距离很近时，控制热驱动组件的通电状态，使得热驱动组件受热产生形状的变化，从而带动振膜/背极的至少一个朝向远离另一者的方向运动，进而让振膜与背极始终具有一定的距离防止了振动过程中振膜与背极的粘结/贴附而导致的产品失效。一方面，本发明的技术方案可以最大程度的有利于避免振膜在振动过程中与背板发生粘接/贴附，另一方面，即使当二者已经发生了粘接/吸附的情况时，也可以通过热驱动的作用力使其恢复较大的距离，从而使得振膜良好地振动，降提高MEMS芯片的灵敏度和信噪比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明MEMS芯片一实施例的结构示意图；

图2为本发明MEMS芯片又一实施例的结构示意图；

图3为本发明MEMS芯片再一实施例的结构示意图；

图4为本发明MEMS芯片再一实施例的结构示意图；

图5为本发明MEMS芯片再一实施例的结构示意图；

图6为本发明MEMS芯片再一实施例的结构示意图；

图7为本发明MEMS芯片的第一驱动层上设置第一加热线圈一实施例的结构示意图；

图8为本发明MEMS芯片的第一驱动层上设置第一加热线圈又一实施例的结构示意图；

图9为本发明MEMS芯片的第一驱动层一实施例的结构示意图；

图10为本发明MEMS芯片制作方法一实施例的流程步骤图；

图11为本发明MEMS芯片制作方法又一实施例的流程步骤图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	MEMS芯片	52	第一驱动层
10	振膜	521	第一材料区
				20	背极	522	第二材料区
50	热驱动组件	53	第二驱动层
				51	第一加热件	54	第二加热件
511	第一发热段	55	第三驱动层
				512	第二发热段	56	第三加热件
513	第三发热段	70	振动间隙
				5131	弯折结构	a	振动中心
5132	避让间隙

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种MEMS芯片100。

参照图1至图9，本发明技术方案提出的MEMS芯片100包括：

振膜10；和

背极20，所述背极20与所述振膜10相对设置，并与所述振膜10形成电容器结构；

所述振膜10和所述背极20的至少一个设有热驱动组件50，所述热驱动组件50用于驱动所述振膜10和/或所述背极20运动，以使所述振膜10和所述背极20之间的间距增大。

在本实施例中，在MEMS芯片100通电工作时，振膜10与背极20将会带上极性相反的电荷，形成电容器结构，因此振膜10在静电力的作用下会朝着背极20移动，从而改变振膜10与背极20的电容，形成电信号。

可以理解的是，该MEMS芯片100还包括基板，所述基板设有背腔，所述振膜10和所述背极20设于所述基板的同一侧，所述振膜10与所述基板连接(当采用双背极20结构时，其中一个背极20设置在振膜10与基板之间)，至少部分所述振膜10可振动地设于所述背腔；和支撑层，所述支撑层设于所述振膜10与所述背极20之间，以使所述振膜10和所述背极20之间形成振动间隙70。通过设置基板，对MEMS芯片100整体进行支撑，保证振膜10的振动稳定性。以及，通过设置背腔使得振膜10振动时基板可以对振膜10进行一定的避让，从而便于振膜10的振动。

在本发明的一些实施例中，背极20上设有通孔，该通孔上设置有防尘结构，在一实施例中，该防尘结构为具有多个网孔的金属层，该金属层可以在制作背极20的时候形成，进而通过光刻工艺在金属层形成多个防尘网孔，该防尘网孔的孔径可以设置为小于3um或者更小的孔径(一方面可以防止外部杂质进入，另一方面可以在设置导热介质时，防止导热介质流出)，进而使得背极20、振膜10与防尘结构形成近似密闭的腔体。进一步通过在腔体内设置导热介质，该导热介质遇热可以膨胀，设置用于为导热介质加热的加热件。在MEMS芯片100受到声波信号影响时，振膜10产生振动，振膜10和背板单元之间的距离发生变化，导致平板电容的电容发生改变，从而将声波信号转化为了电信号，在振膜10朝向背极20运动并与背极20的距离很近时，控制热驱动组件50的通电状态，使得导热介质运动速率加快而膨胀，如此可以限制振膜10朝向背极20运动的振幅，也可在一定程度有效实现防止吸膜。在一实施例中，所述导热介质包括液态导热体；具体的该液态导热体可以为液态水、液态酒精、液态氨水、液态碳酸、导热易挥发液体等等，或者前述任意的混合，只要便于加热时具体体积大的效果即可。可以理解的是，当运用于双振膜10MEMS芯片100时，本实施例的方案具有更好的防吸膜效果。

本发明的技术方案通过设置振膜10和背极20，并将背极20和振膜10相对设置，可以理解的是，相对设置的背极20和振膜10之间形成避让间隙5132，使得背极20和振膜10在上电后可以形成电容器结构，以及在振膜10和背极20二者之间的其中一个设置热驱动组件50，在MEMS芯片100受到声波信号影响时，振膜10产生振动，振膜10和背板单元之间的距离发生变化，导致平板电容的电容发生改变，从而将声波信号转化为了电信号，在振膜10朝向背极20运动并与背极20的距离很近时，控制热驱动组件50的通电状态，使得热驱动组件50受热产生形状的变化，从而带动振膜10/背极20的至少一个朝向远离另一者的方向运动，进而让振膜10与背极20始终具有一定的距离，防止了振动过程中振膜10与背极20的粘结/贴附。如此，本发明的技术方案可以保证振膜10在振动过程中不与背板粘接/贴附的基础上，使得振膜10良好地振动，降提高MEMS芯片100的灵敏度和信噪比。

参照图1、图2，在本发明的一些实施例中，所述热驱动组件50包括第一加热件51和第一驱动层52，所述第一驱动层52贴合设置于所述背极20背离所述振膜10的一侧，所述第一加热件51设于所述第一驱动层52背离所述背极20的一侧，所述第一驱动层52的热膨胀系数小于所述背极20的热膨胀系数。需要说明的是，热膨胀系数，即是表征物体热膨胀性质的物理量，即表征物体受热时其长度、面积、体积增大程度的物理量。长度的增加称“线膨胀”，面积的增加称“面膨胀”，体积的增加称“体膨胀”，总称之为热膨胀。通过设置贴合于背极20背离振膜10一侧的第一驱动层52，在需要改变背极20与振膜10的距离时，通过第一加热件51进行加热，使得第一驱动层52受热膨胀，产生形变，由于其贴合在背极20的一侧有背极20产生一定的阻力，第一驱动层52背离背极20的一侧不会受到阻力，从而第一驱动层52会朝向背离振膜10的一侧拱起，进而带动背极20朝向远离振膜10的方向运动，如此，本发明的技术方案可以有效避免因振膜10在振动过程中与背板发生粘接/贴附而导致的产品失效，具体表现为可以通过热驱动的作用力使得二者保持较大的距离，从而直接预防二者粘接/吸附，另一方面，退一步说，如果二者在已经发生粘接/吸附的情况下，也可以通过热驱动的作用力使得二者恢复较大的距离，从而使得振膜10良好地振动，降提高MEMS芯片100的灵敏度和信噪比。

需要说明的是，背极20的热膨胀系数可以根据制作其的材料大致估算得出，当制作第一驱动层52时，可以采用热膨胀系数小于制作背极20之材料的材料制作，从而保证第一驱动层52的热膨胀系数必然小于背极20的热膨胀系数。

在本发明的一些实施例中，所述第一驱动层52的厚度h1与所述背极20的厚度h2的关系为：1/100≤h1/h2≤10。当第一驱动层52的厚度h1与背极20的厚度h2的关系小于1/100时，第一驱动层52受到加热升温速率快，但是由于第一驱动层52的厚度与背极20的厚度差异太大，第一驱动层52受热变形产生的力对背极20的驱动较小，在一定程度上还是容易产生吸膜；当第一驱动层52的厚度h1与背极20的厚度h2的关系大于10时，第一驱动层52受到加热升温速率慢，导致振膜10朝向背极20运动时还未来得及驱动背极20，可能已经发生吸膜，并且由于第一驱动层52的厚度与背极20的厚度差异太大，第一驱动层52受热变形产生的力对背极20的驱动较大，造成MEMS芯片100的工作状态不稳定。当第一驱动层52的厚度h1与背极20的厚度h2的关系为：1/100≤h1/h2≤10时，一方面可以保证第一驱动层52的升温速率，并且使得背极20被驱动的距离适中，可以有效防止吸膜，并且不会影响MEMS芯片100的正常工作状态。可以理解的是，当第一驱动层52的厚度h1与背极20的厚度h2的关系为1/50、1/20、1/10、1/5、1/3、1/2、1、3、5、7、9等，均可一方面可以保证第一驱动层52的升温速率，并且使得背极20被驱动的距离适中，可以有效防止吸膜，并且不会影响MEMS芯片100的正常工作状态。

参照图9，在本发明的一些实施例中，所述第一驱动层52包括第一材料区521和环绕所述第一材料区521的第二材料区522，所述第一材料区521的热膨胀系数小于所述第二材料区522的热膨胀系数。可以理解的是，由于振膜10一般具有振幅最大的位置，定义该位置为振动中心a，该第一材料区521对应于振动中心a所处的位置设置。由于该第一材料区521的热膨胀系数相对第二材料区522更小，因此，可以产生更大的形变，使得背极20对应振动中心a的位置得到更大的力驱动，进而与振膜10的距离更远，因此，可以有效防止振膜10和背极20之间吸膜。具体的，可以在背极20涂布制作第一材料区521的材料后，对第一材料区521刻蚀出第二材料区522的材料的容置区域，此时可以控制第二材料区522的材料覆盖第一材料区521和第二材料区522的材料的容置区域，或者，控制第二材料区522的材料分布在留出的容置区域。或者先制作第二材料区522再制作第一材料区521。

在本发明的一些实施例中，所述第一加热件51对应振动中心a的区域的加热功率，大于非振动中心a的区域的加热功率。如此设置，可以使得第一驱动层52对应振动中心a的加热速率较快，从而增加位于振动中心a的第一驱动层52的形变速率和幅度，有效防止振膜10与背极20之间发生吸膜。可以理解的是，为了便于提高加热功率，可以采用增加对应振动中心a的加热件，以提高振动中心a处的热量，或者通过焦耳定律，改变局部的控制参数，提高热量。

参照图2，在本发明的一些实施例中，所述背极20的数量为至少两个，两所述背极20设置于所述振膜10相对的两侧，两所述背极20背离所述振膜10的一侧均设有热驱动组件50。本实施例中，MEMS芯片100为双背极20MEMS芯片100，此时可以在两个背极20上均设置热驱动组件50，使得每个热驱动组件50都能带动背极20远离振膜10运动，控制两个背极20相对振膜10的距离，防止吸膜。需要说明的是，可以使得两个热驱动组件50共用一个第一加热件51进行加热，或者每个热驱动组件50采用一个第一加热件51进行加热，只要便于使得第一驱动层52驱动背极20即可。

参照图3、图4，在本发明的一些实施例中，所述热驱动组件50设于所述振膜10，所述热驱动组件50包括第二加热件54和第二驱动层53，所述第二加热件54设于所述振膜10或所述第二驱动层53，所述第二驱动层53贴合设置与所述振膜10朝向所述背极20的表面，所述第二驱动层53的热膨胀系数大于所述振膜10的热膨胀系数。通过设置贴合于振膜10朝向背极20一侧的第二驱动层53，振膜10朝向背极20运动时，由于受到第二驱动层53的补强和支撑，所以振幅被削弱，因此可以防止振膜10与背极20的吸膜，在振膜10朝向远离背极20的方向运动时，控制热驱动组件50的通电状态，使得振膜10和第二驱动层53均被加热，此时由于振膜10的热膨胀系数小于第二驱动层53的热膨胀系数，振膜10会在朝向背离第二驱动层53一侧产生回复力(具体参照前述的原理描述)，带动第二驱动层53远离背极20，因此，可以防止振动过程中振膜10与背极20的粘结/贴附而导致的产品失效。

在本发明的一些实施例中，第二驱动层53的厚度h3与振膜10层的厚度h4的关系可以为：1/100≤h3/h4≤10，当第二驱动层53的厚度h3与振膜10的厚度h4的关系小于1/100时，第二驱动层53厚度较薄，不能很好地支撑振膜10，还是容易使得振膜10贴附在背极20上；当第二驱动层53的厚度h3与振膜10的厚度h4的关系大于10时，第二驱动层53受到加热升温速率慢，且厚度大，导致振膜10回复力不足，造成MEMS芯片100的工作状态不稳定。当第二驱动层53的厚度h3与振膜10的厚度h4的关系为：1/100≤h3/h4≤10时，一方面可以保证第二驱动层53的可以较好地支撑振膜10，并且使得振膜10具有足够的回复力，不会影响MEMS芯片100的正常工作状态。可以理解的是，当第二驱动层53的厚度h3与振膜10的厚度h4的关系为1/50、1/20、1/10、1/5、1/3、1/2、1、3、5、7、9等，均可一方面可以保证第二驱动层53的可以较好地支撑振膜10，并且使得振膜10具有足够的回复力。

以及，将第二加热件54设置在振膜10时，具体可以把第二加热件54设置在振膜10背离第二驱动层53的一侧，从而使得第二驱动层53与振膜10的贴合均匀，便于均匀减小振膜10的振幅，并便于为振膜10加热。当第二加热件54设置在第二驱动层53时，具体可以把第二加热件54设置在第二驱动层53背离振膜10的一侧，从而使得第二驱动层53与振膜10的贴合均匀，便于均匀减小振膜10的振幅，并便于为振膜10加热。

参照图5，在本发明的一些实施例中，所述热驱动组件50设于所述振膜10，所述热驱动组件50包括第三加热件56和第三驱动层55，所述第三加热件56设于所述振膜10或所述第三驱动层55，所述第三驱动层55贴合设置与所述振膜10背离所述背极20的表面，所述第二驱动层53的热膨胀系数小于所述振膜10的热膨胀系数。通过第三加热件56进行加热，使得第三驱动层55受热膨胀，产生形变，由于其贴合在振膜10的一侧有振膜10产生一定的阻力，第三驱动层55背离背极20的一侧不会受到阻力，从而第三驱动层55会朝向背离振膜10的一侧拱起，进而带动振膜10朝向远离背极20的方向运动，因此，可以改变振膜10与背极20之间的距离，防止了振动过程中振膜10与背极20的粘结/贴附而导致的产品失效。

所述第三驱动层55的厚度h5与所述振膜10的厚度h4的关系可以为：1/100≤h5/h4≤10。当第三驱动层55的厚度h5与振膜10的厚度h4的关系小于1/100时，第三驱动层55受到加热升温速率快，但是由于第三驱动层55的厚度与振膜10的厚度差异太大，第三驱动层55受热变形产生的力对振膜10的驱动较小，在一定程度上还是容易产生吸膜；当第三驱动层55的厚度h5与振膜10的厚度h4的关系大于10时，第三驱动层55受到加热升温速率慢，导致振膜10回复加速度较小，并且由于第三驱动层55的厚度与背极20的厚度差异太大，第三驱动层55受热变形产生的力对振膜10的驱动较大，造成MEMS芯片100的工作状态不稳定。当第三驱动层55的厚度h5与振膜10的厚度h4的关系为：1/100≤h5/h4≤10时，一方面可以保证第三驱动层55的升温速率，并且使得振膜10被驱动的距离适中，并且不会影响MEMS芯片100的正常工作状态。可以理解的是，当第三驱动层55的厚度h5与振膜10的厚度h4的关系为1/50、1/20、1/10、1/5、1/3、1/2、1、3、5、7、9等，均可以保证第三驱动层55的升温速率，并且可以有效防止吸膜，并且不会影响MEMS芯片100的正常工作状态。

可以理解的是，同时在振膜10设置第二驱动层53和第三驱动层55时，可以在两个驱动层背离振膜10的一侧设置加热件，如此，可以保证第二驱动层53与振膜10的贴合效果，以及保证第三驱动层55与振膜10的贴合效果。

需要说明的是，当第一驱动层52、第二驱动层53、第三驱动层55设置于振膜10时，该第一驱动层52、第二驱动层53、第三驱动层55同样也可以具有振膜10的功能，具体可以在制作振膜10的原料中，在不影响其导电性能的情况下，掺入改变热膨胀系数的材料，从而实现第一驱动层52、第二驱动层53、第三驱动层55具有相应的热驱动功能以及振膜10的功能；以及，当第一驱动层52、第二驱动层53、第三驱动层55设置于背极20时，该第一驱动层52、第二驱动层53、第三驱动层55同样也可以具有背极20的功能，具体可以在制作背极20的原料中，在不影响其导电性能的情况下，掺入改变热膨胀系数的材料从而实现第一驱动层52、第二驱动层53、第三驱动层55具有相应的热驱动功能以及背极20的功能。

参照图6，在本发明的一些实施例中，所述背极20的数量为至少一个，所述振膜10的数量为至少两个，两所述振膜10设置于一所述背极20相对的两侧，两所述振膜10上均设有热驱动组件50。本实施例中，MEMS芯片100为双振膜10MEMS芯片100，此时可以在两个振膜10上均设置热驱动组件50，设置的形式可以包括单个振膜10仅设置具有第二驱动层53的形式，或者仅设置第三驱动层55的形式，或者同时具有第二驱动层53和第三驱动层55的形式，均可有效防止吸膜导致的失效。

在本发明的一些实施例中，所述热驱动组件50的第一加热件51、第二加热件54和第三加热件56为加热片或者加热线圈。加热片可以具有较大的加热面积，从而使得驱动层(具体可以包括第一驱动层52、第二驱动层53、第三驱动层55)的热膨胀速率加快。加热线圈可以保证加热均匀性，并且不会过大影响MEMS芯片100的质量，当设置在振动部件时，可以保证振动部件的振动能量不会受到过大损耗。

参照图8，在本发明的一些实施例中，在所述第一加热件51为加热线圈时，所述加热线圈包括相对设置的第一端和第二端，所述第一端沿顺时针呈直线和/或弧线弯折延伸，形成第一发热段511，所述第二端沿逆时针呈直线和/或弧线弯折延伸，形成第二发热段512，所述第一发热段511和所述第二发热段512连接形成加热线圈。本实施例中，将加热件设置为大致呈螺旋结构，一方面可以实现对驱动层和振膜10的均匀加热，另一方面不会具有较大的质量，且具有一定的弹性形变度，在设置在振膜10时不会过大影响振膜10的振幅。可以理解的是，本实施例中的螺旋结构可以为圆形的螺旋结构，或者为方形的螺旋结构，或者为弧线段与直线段结合的螺旋结构。

参照图7，在本发明的一些实施例中，在所述第一加热件51为加热线圈时，所述加热线圈包括至少两第三发热段513，所述第三发热段513具有多个连续的弯折结构5131，相邻的两所述弯折结构5131之间形成避让间隙5132；

其中一所述第三发热段513的至少部分，容置于其中另一第三发热段513的避让间隙5132内。如此设置，一方面可以充分提高加热线圈的面积，有效保证对驱动层和振膜10的均匀加热，另一方面不会具有较大的质量，且具有一定的弹性形变度，在设置在振膜10时不会过大影响振膜10的振幅。

本发明还提出一种MEMS芯片100的制作方法，该MEMS芯片100的制作方法包括以下步骤：

步骤S10，在基板上形成具有热驱动组件50的振膜10；

步骤S20，在振膜10上形成背极20，所述背极20与所述振膜10间隔设置；

或者，步骤S10a，在基板上形成振膜10；

步骤S20a，在振膜10上形成具有热驱动组件50的背极20，所述背极20与所述振膜10间隔设置；

或者，S10在基板上形成具有热驱动组件50的振膜10；

步骤S20a，在振膜10上形成具有热驱动组件50的背极20，所述背极20与所述振膜10间隔设置。

在本发明的实施例中，该基板的形状可以根据实际生产情况确定，可以为圆形或者多边形设置。该基板的材质可以采用半导体材料制作，具体可以为硅基板。该振膜10可以采用沉积，溅镀或者蒸镀等形式，只要便于附着即可。在一实施例中，当制作振膜10设置在外侧形式时，可以在基板的表面先设置一层离型膜，再设置支撑层，从而便于在最后全部成型时将基板分离(需要说明的是，将振膜10设置为外侧的形式，远离离型膜的一侧设置新的基板)，并刻蚀形成MEMS芯片100。离型膜是一种热转印的辅助膜材，底材一般采用PET，常规厚度为12um-100um，在一实施例中，可以采用冷热撕离型膜，需要使用时，将离型膜贴合于基板的表面。在将MEMS芯片100制作完成后，对所述离型膜和所述MEMS芯片100相贴合的表面进行去除黏性的处理；通常MEMS芯片100与基板之间加工后会相互黏，不易分开，通过在基板和MEMS芯片100之间设置离型膜，可以在需要对加工完成的MEMS芯片100和基板进行分离，离型膜通常具有轻微的粘性，在对其加热或者通过光线的照射(UV光或者特定波长的激光)会使得离型膜失去粘性，从而可以将MEMS芯片100、离型膜和基板相互分离。由于振膜10配置为可导电的形式，因此可以理解的是，振膜10的制作材料包括导电材料。

制作背极20的步骤可以包括：沉积第一氮化硅层；在第一氮化硅层上沉积多晶硅层；；刻蚀所述第一氮化硅层、所述多晶硅层和所述第二氮化硅层，形成贯穿所述第一氮化硅层、所述多晶硅层和所述第二氮化硅层的贯穿孔；对第二氮化硅层进行刻蚀，以显露形成多晶硅层的通孔，并在通孔内设置电连接点。本实施例中设置第一氮化硅层和第二氮化硅层对多晶硅层进行保护，进而形成背极20，使得背极20与振膜10形成电容器结构，实现MEMS芯片100的功能。刻蚀牺牲层的方式可以采用湿法刻蚀或者干法刻蚀或者其他刻蚀方式，只要便于振膜10材料层的两侧形成可以振动的空间，并与背极20形成电容器结构即可。

通过在振膜10和背极20的至少一个设置热驱动组件50，使得在MEMS芯片100受到声波信号影响时，振膜10产生振动，振膜10和背板单元之间的距离发生变化，导致平板电容的电容发生改变，从而将声波信号转化为了电信号，在振膜10朝向背极20运动并与背极20的距离很近时，控制热驱动组件50的通电状态，使得热驱动组件50受热产生形状的变化，从而带动振膜10/背极20的至少一个朝向远离另一者的方向运动，进而让振膜10与背极20始终具有一定的距离防止了振动过程中振膜10与背极20的直接粘结/贴附，并且当二者已经发生了粘接/贴附时，也可以通过热驱动的作用力使其恢复较大的距离。

参照图10，在本发明的一些实施例中，所述在振膜10上形成具有热驱动组件50的背极20，所述背极20与所述振膜10间隔设置包括以下步骤：

步骤S21a，在振膜10上设置牺牲层；该牺牲层可以采用硅制作，从而便于对后续背极20的制作进行支撑，并且便于被刻蚀掉。

步骤S22a，在牺牲层上设置背极20；

步骤S23a，在背极20上设置第一驱动层52，其中，该第一驱动层52的热膨胀系数小于所述背极20的热膨胀系数；该第一驱动层52根据其具体材质可以采用沉积，溅镀或者蒸镀等形式，只要便于附着即可。

步骤S24a，在第一驱动层52上设置加热件。当加热件为加热板时，直接沉积金属层即可，当加热件为加热线圈时，可以在沉积金属层后，对金属层刻蚀形成需要的形状。进而再对背极20刻蚀，并刻蚀掉部分牺牲层，形成振膜10与背极20之间的避让间隙5132。

参照图11，在本发明的一些实施例中，所述在基板上形成具有热驱动组件50的振膜10包括以下步骤：

步骤S11，在基板的表面沉积加热层；该加热层可以采用热的良导体材料制作，具体可以为金属材料、导热半导体等。

步骤S12，刻蚀所述加热层形成加热线圈；本实施例中，通过刻蚀的方式形成合适形态的加热线圈，该加热线圈可以呈圆形的螺旋结构，或者为多边形的螺旋结构，只要便于通电后产生热量即可。当然，还可以在基板上直接电镀形成合适形状的加热线圈，如此，便于提高生产效率。

步骤S13，形成覆盖加热线圈的振膜10材料层；本实施例中，振膜10材料层的材料可以选取多晶硅，多晶硅具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，将其制备成膜材形状之后，一方面可以具有良好的柔性，便于振动，另一方面可以对其通电，便于其与背极20形成电容器结构。具体可以采用沉积或者涂布的方式，在基板上均匀分布多晶硅，形成振膜10材料层。

步骤S14，在振膜10材料层沉积第二驱动层53，其中，第二驱动层53的热膨胀系数大于所述振膜10材料层；该第二驱动层53根据其具体材质可以采用沉积，溅镀或者蒸镀等形式，只要便于附着即可。

且/或，所述在基板上形成具有热驱动组件50的振膜10包括以下步骤：

步骤S11a，在基板的表面沉积第三驱动层55；该第三驱动层55根据其具体材质可以采用沉积，溅镀或者蒸镀等形式，只要便于附着即可。

步骤S12a，在第三驱动层55的表面沉积加热层；该加热层可以采用热的良导体材料制作，具体可以为金属材料、导热半导体等。

步骤S13a，刻蚀所述加热层形成加热线圈；本实施例中，通过刻蚀的方式形成合适形态的加热线圈，该加热线圈可以呈圆形的螺旋结构，或者为多边形的螺旋结构，只要便于通电后产生热量即可。当然，还可以在基板上直接电镀形成合适形状的加热线圈，如此，便于提高生产效率。

步骤S14a，形成覆盖加热线圈的振膜10材料层，其中，振膜10材料层的热膨胀系数大于所述第三驱动层55；本实施例中，振膜10材料层的材料可以选取多晶硅，多晶硅具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，将其制备成膜材形状之后，一方面可以具有良好的柔性，便于振动，另一方面可以对其通电，便于其与背极20形成电容器结构。具体可以采用沉积或者涂布的方式，在基板上均匀分布多晶硅，形成振膜10材料层。当在振膜10材料层沉积第二驱动层53时，第二驱动层53的热膨胀系数大于所述振膜10材料层。此时即为在振膜10同时设置第二驱动层53和第三驱动层55的情况，如此设置，便于提高对振膜10的驱动效率。

本发明还提出一种MEMS麦克风(未图示)，该MEMS麦克风包括MEMS芯片100，该MEMS芯片100包括：振膜10和背极20，所述背极20与所述振膜10相对设置，并与所述振膜10形成电容器结构；所述振膜10和所述背极20的至少一个设有热驱动组件50，所述热驱动组件50用于驱动所述振膜10和/或所述背极20运动，以使所述振膜10和所述背极20之间的间距增大；或者，包括MEMS芯片100的制作方法制作的MEMS芯片100，所述MEMS芯片100的制作方法包括：在基板上形成具有热驱动组件50的振膜10；在振膜10上形成背极20，所述背极20与所述振膜10间隔设置；或者，在基板上形成振膜10；在振膜10上形成具有热驱动组件50的背极20，所述背极20与所述振膜10间隔设置；或者，在基板上形成具有热驱动组件50的振膜10；在振膜10上形成具有热驱动组件50的背极20，所述背极20与所述振膜10间隔设置。由于本MEMS麦克风采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种MEMS芯片，其特征在于，包括：

振膜；和

背极，所述背极与所述振膜相对设置，并与所述振膜形成电容器结构；

所述振膜和所述背极中的至少所述背极设有热驱动组件，所述热驱动组件用于驱动所述振膜和所述背极运动，或者驱动所述背极运动，以使所述振膜和所述背极之间的间距增大；

所述热驱动组件包括第一加热件和第一驱动层，所述第一驱动层贴合设置于所述背极背离所述振膜的一侧，所述第一加热件设于所述第一驱动层背离所述背极的一侧，所述第一驱动层的热膨胀系数小于所述背极的热膨胀系数。

2.如权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述第一驱动层的厚度h1与所述背极的厚度h2的关系为：1/100≤h1/h2≤10。

3.如权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述第一驱动层包括第一材料区和环绕所述第一材料区的第二材料区，所述第一材料区的热膨胀系数小于所述第二材料区的热膨胀系数，定义所述振膜具有振动中心，所述第一材料区对应所述振动中心设置。

4.如权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，定义所述振膜具有振动中心，所述第一加热件对应振动中心的区域的加热功率，大于非振动中心的区域的加热功率。

5.如权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述背极的数量为至少两个，两所述背极设置于所述振膜相对的两侧，两所述背极背离所述振膜的一侧均设有热驱动组件。

6.如权利要求1至5中任一项所述的MEMS芯片，其特征在于，所述热驱动组件包括第二加热件和第二驱动层，所述第二加热件设于所述振膜或所述第二驱动层，所述第二驱动层贴合设置与所述振膜朝向所述背极的表面，所述第二驱动层的热膨胀系数大于所述振膜的热膨胀系数；

且/或，所述热驱动组件包括第三加热件和第三驱动层，所述第三加热件设于所述振膜或所述第三驱动层，所述第三驱动层贴合设置与所述振膜背离所述背极的表面，所述第三驱动层的热膨胀系数小于所述振膜的热膨胀系数。

7.如权利要求6所述的MEMS芯片，其特征在于，所述背极的数量为至少一个，所述振膜的数量为至少两个，两所述振膜设置于一所述背极相对的两侧，两所述振膜上均设有热驱动组件。

8.如权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于，所述热驱动组件的第一加热件、第二加热件和第三加热件为加热片或者加热线圈。

9.如权利要求8所述的MEMS芯片，其特征在于，在所述第一加热件为加热线圈时，所述加热线圈包括相对设置的第一端和第二端，所述第一端沿顺时针呈直线和/或弧线弯折延伸，形成第一发热段，所述第二端沿逆时针呈直线和/或弧线弯折延伸，形成第二发热段，所述第一发热段和所述第二发热段连接形成加热线圈。

10.如权利要求8所述的MEMS芯片，其特征在于，在所述第一加热件为加热线圈时，所述加热线圈包括至少两第三发热段，所述第三发热段具有多个连续的弯折结构，相邻的两所述弯折结构之间形成避让间隙；

其中一所述第三发热段的至少部分，容置于其中另一第三发热段的避让间隙内。

11.一种MEMS芯片的制作方法，其特征在于，所述MEMS芯片的制作方法包括如下步骤：

在基板上形成振膜；

在振膜上形成具有热驱动组件的背极，所述背极与所述振膜间隔设置；

或者，在基板上形成具有热驱动组件的振膜；

在振膜上形成具有热驱动组件的背极，所述背极与所述振膜间隔设置；

所述在振膜上形成具有热驱动组件的背极，所述背极与所述振膜间隔设置包括以下步骤：

在振膜上设置牺牲层；

在牺牲层上设置背极；

在背极上设置第一驱动层，其中，该第一驱动层的热膨胀系数小于所述背极的热膨胀系数；

在第一驱动层上设置加热件。

12.如权利要求11所述的MEMS芯片的制作方法，其特征在于，所述在基板上形成具有热驱动组件的振膜包括以下步骤：

在基板的表面沉积加热层；

刻蚀所述加热层形成加热线圈；

形成覆盖加热线圈的振膜材料层；

在振膜材料层沉积第二驱动层，其中，第二驱动层的热膨胀系数大于所述振膜材料层；

或者，所述在基板上形成具有热驱动组件的振膜包括以下步骤：

在基板的表面沉积第三驱动层；

在第三驱动层的表面沉积加热层；

刻蚀所述加热层形成加热线圈；

形成覆盖加热线圈的振膜材料层，其中，振膜材料层的热膨胀系数大于所述第三驱动层；

当在振膜材料层沉积第二驱动层时，第二驱动层的热膨胀系数大于所述振膜材料层。

13.一种MEMS麦克风，其特征在于，包括如权利要求1至10中任一项所述的MEMS芯片；

或者，包括由权利要求11或12中所述的MEMS芯片的制作方法制作的MEMS芯片。

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