本技術(shù)涉及微機(jī)電傳感器，特別涉及一種mems芯片及電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、mems芯片是一種集成了微型機(jī)械裝置和電子元件的半導(dǎo)體芯片，它借助微納加工技術(shù)制造出微米級別的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使得芯片具備了感知、操控和控制微小物體的功能。現(xiàn)有的mems電容壓力芯片通常包括基體以及多個(gè)膜結(jié)構(gòu)，膜結(jié)構(gòu)在基底的厚度方向上，于基底的表面上層疊設(shè)置，比如在基底表面層疊設(shè)置的振膜以及背極板。在層層鍍膜時(shí)，基片和薄膜會經(jīng)歷同時(shí)加熱和降溫，因?yàn)榛蛎浵禂?shù)和薄膜的膨脹系數(shù)不同或基片的楊氏模量和薄膜的楊氏模量不同，以至于在降溫后，基片與薄膜的收縮程度也不同，在經(jīng)歷過多次鍍膜后，mems芯片整體呈上凸翹曲狀。

2、當(dāng)mems芯片整體呈現(xiàn)凸起和翹曲形狀時(shí)，可能導(dǎo)致芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到過度應(yīng)力，從而損害機(jī)械性能。這可能導(dǎo)致薄膜脆性破裂、材料疲勞和納米/微米結(jié)構(gòu)的失效等問題。進(jìn)一步地，芯片內(nèi)部的電子元件可能會受到凸起和翹曲的影響，造成性能變化。例如，電容器的電容值、電感器的電感值等可能會發(fā)生偏移，導(dǎo)致測量結(jié)果的不準(zhǔn)確性和系統(tǒng)性能的降低。具體地，當(dāng)mems芯片應(yīng)用在麥克風(fēng)中時(shí)，mems麥克風(fēng)在信噪比方面要求較高，往往要求要到68db乃至70db以上，當(dāng)振膜受到應(yīng)力作用時(shí)，機(jī)械靈敏度降低，便會影響mems麥克風(fēng)的信噪比。

3、參照圖1，在實(shí)際應(yīng)用中，mems芯片的理想狀態(tài)為“無翹曲”狀態(tài)，這樣振膜的形變?yōu)檩敵隹勺冸娙莸奈ㄒ蛔兞?，但是基于成本、工藝等多個(gè)方面的綜合考慮，輕微翹曲也是被允許的。目前常用的改善mems芯片翹曲的方式是通過增厚背極板的方式，但是，增加背極板厚度會導(dǎo)致芯片整體變得更重和更厚，且會降低芯片的熱傳導(dǎo)性能，導(dǎo)致芯片在工作時(shí)溫度升高，影響電子元件的性能和壽命。比如，當(dāng)mems芯片應(yīng)用在麥克風(fēng)中時(shí)，增加背極板厚度會導(dǎo)致系統(tǒng)熱噪聲增大，進(jìn)一步降低成品的信噪比。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種mems芯片及電子設(shè)備，以在不影響mems芯片性能的前提下，改善提高mems芯片的翹曲現(xiàn)象。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的實(shí)施例公開了如下技術(shù)方案：

3、一方面，提供了一種mems芯片，包括:基底以及在所述基底同一側(cè)的振膜、第一支撐層和背極板，在所述基底的厚度方向上，所述振膜、第一支撐層和背極板依次層疊設(shè)置，所述第一支撐層包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分嵌套設(shè)置；

4、其中，所述第一部分(201)的膨脹系數(shù)小于所述第二部分(202)的膨脹系數(shù)。

5、除了上述公開的一個(gè)或多個(gè)特征之外，或者作為替代，所述第一部分(201)的楊氏模量小于所述第二部分(202)的楊氏模量。

6、除了上述公開的一個(gè)或多個(gè)特征之外，或者作為替代，在所述基底的厚度方向上，所述背極板的投影覆蓋所述第二部分的投影，所述第二部分的投影位于所述振膜的投影內(nèi)。

7、除了上述公開的一個(gè)或多個(gè)特征之外，或者作為替代，所述第一支撐層還包括貫通自身厚度的空腔，所述第二部分為連續(xù)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述第二部分與所述空腔同心設(shè)置。

8、除了上述公開的一個(gè)或多個(gè)特征之外，或者作為替代，所述第二部分包括第一環(huán)狀結(jié)構(gòu)和第二環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述第一環(huán)狀結(jié)構(gòu)的直徑大于所述第二環(huán)狀結(jié)構(gòu)的直徑，所述第一環(huán)狀結(jié)構(gòu)和所述第二環(huán)狀結(jié)構(gòu)為同心環(huán)。

9、除了上述公開的一個(gè)或多個(gè)特征之外，或者作為替代，所述第一支撐層還包括貫通自身厚度方向的空腔，所述第二部分包括多個(gè)，多個(gè)所述第二部分沿所述空腔的邊緣均勻分布。

10、除了上述公開的一個(gè)或多個(gè)特征之外，或者作為替代，在基底的厚度方向，相鄰的所述第二部分的投影形狀不同，關(guān)于所述空腔的中心對稱的第二部分的投影形狀相同。

11、除了上述公開的一個(gè)或多個(gè)特征之外，或者作為替代，所述投影形狀為多邊形、弓形中的一種或多種。

12、除了上述公開的一個(gè)或多個(gè)特征之外，或者作為替代，所述第一部分為氧化硅，所述第二部分為氮化硅。

13、除了上述公開的一個(gè)或多個(gè)特征之外，或者作為替代，所述基底包括貫通自身厚度的背腔，在所述基底的厚度方向上，所述空腔的投影范圍覆蓋所述背腔的投影范圍。

14、除了上述公開的一個(gè)或多個(gè)特征之外，或者作為替代，還包括位于所述基底和所述振膜之間的第二支撐層，所述基底包括貫通自身厚度方向的背腔，所述背腔還貫通所述第二支撐層。

15、另一方面，提供了一種電子設(shè)備，包括上述公開的任一所述的mems芯片。

16、上述技術(shù)方案中的一個(gè)技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：位于振膜和背極板之間的第一支撐層能夠避免背極板與振膜直接接觸，且在制備mems芯片時(shí)，第一支撐層的膨脹系數(shù)與振膜的膨脹系數(shù)不同，或，第一支撐層的楊氏模量與振膜的楊氏模量不同，在經(jīng)過鍍膜升溫、完成鍍膜降溫的過程中，第一支撐層殘余的應(yīng)力狀態(tài)通常為壓應(yīng)力。本申請第一支撐層包括第一部分和填充于第一部分中的第二部分，第一部分的膨脹系數(shù)小于第二部分的膨脹系數(shù)，或，第一部分的楊氏膜量小于第一部分的楊氏模量，在經(jīng)過鍍膜升溫、完成鍍膜降溫的過程中，第一部分的殘余應(yīng)力狀態(tài)為壓應(yīng)力，第二部分的殘余應(yīng)力狀態(tài)為拉應(yīng)力，如此能夠改善第一支撐層整體的應(yīng)力狀態(tài)，減小基底設(shè)置振膜一側(cè)的總的壓應(yīng)力，以改善mems芯片整體的翹曲狀態(tài)。相較現(xiàn)有技術(shù)通過增加背極板厚度來減小mems芯片的翹曲方式，本申請既沒有改變mems芯片的原有尺寸，使得芯片整體變得更重和更厚，也沒有降低芯片的熱傳導(dǎo)性能，影響電子元件的性能和壽命。

技術(shù)特征：

1.一種mems芯片，其特征在于，包括基底(000)以及在所述基底(000)同一側(cè)的振膜(100)、第一支撐層(200)和背極板(400)，在所述基底(000)的厚度方向上，所述振膜(100)、第一支撐層(200)和背極板(400)依次層疊設(shè)置，所述第一支撐層(200)包括第一部分(201)和第二部分(202)，所述第一部分(201)和第二部分(202)嵌套設(shè)置；其中，所述第一部分(201)的膨脹系數(shù)小于所述第二部分(202)的膨脹系數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的mems芯片，其特征在于，所述第一部分(201)的楊氏模量小于所述第二部分(202)的楊氏模量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的mems芯片，其特征在于，在所述基底(000)的厚度方向上，所述背極板(400)的投影覆蓋所述第二部分(202)的投影，所述第二部分(202)的投影位于所述振膜(100)的投影內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的mems芯片，其特征在于，所述第一支撐層(200)還包括貫通自身厚度的空腔(203)，所述第二部分(202)為連續(xù)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述第二部分(202)與所述空腔(203)同心設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的mems芯片，其特征在于，所述第二部分(202)包括第一環(huán)狀結(jié)構(gòu)(2021)和第二環(huán)狀結(jié)構(gòu)(2022)，所述第一環(huán)狀結(jié)構(gòu)(2021)的直徑大于所述第二環(huán)狀結(jié)構(gòu)(2022)的直徑，所述第一環(huán)狀結(jié)構(gòu)(2021)和所述第二環(huán)狀結(jié)構(gòu)(2022)同心設(shè)置。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的mems芯片，其特征在于，所述第一支撐層(200)還包括貫通自身厚度方向的空腔(203)，所述第二部分(202)包括多個(gè)，多個(gè)所述第二部分(202)沿所述空腔(203)的邊緣均勻分布。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的mems芯片，其特征在于，在基底(000)的厚度方向，相鄰的所述第二部分(202)的投影形狀不同，關(guān)于所述空腔(203)的中心對稱的第二部分(202)的投影形狀相同。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的mems芯片，其特征在于，所述投影形狀為多邊形、弓形中的一種或多種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的mems芯片，其特征在于，所述第一部分(201)為氧化硅，所述第二部分(202)為氮化硅。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的mems芯片，其特征在于，還包括位于所述基底(000)和所述振膜(100)之間的第二支撐層(500)，所述基底(000)包括貫通自身厚度的背腔(001)，所述背腔(001)還貫通所述第二支撐層(500)。

11.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-10任一所述的mems芯片。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)的實(shí)施例公開了一種MEMS芯片及電子設(shè)備，其中MEMS芯片包括:基底以及在基底同一側(cè)的振膜、支撐層和背極板，在基底的厚度方向，振膜、支撐層和背極板依次層疊設(shè)置，支撐層包括第一部分和填充于第一部分中的第二部分，其中，第一部分的膨脹系數(shù)小于第二部分的膨脹系數(shù)。本申請如此設(shè)置支撐層，能夠改善支撐層整體的應(yīng)力狀態(tài)，減小基底設(shè)置振膜一側(cè)的總壓應(yīng)力，以改善MEMS芯片整體的翹曲狀態(tài)。相較現(xiàn)有技術(shù)通過增加背極板厚度來減小MEMS芯片的翹曲方式，本申請既沒有改變MEMS芯片的原有尺寸，使得芯片整體變得更重和更厚，也沒有降低芯片的熱傳導(dǎo)性能，影響電子元件的性能和壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：劉青,康森先
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州敏芯微電子技術(shù)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240516
技術(shù)公布日：2025/1/6