热式流量传感器结构制造技术

本发明专利技术涉及一种热式流量传感器结构，结构包括：衬底，具有相对的第一表面和第二表面；薄膜，设置在衬底的第一表面上，薄膜包括第一介质层，设置在衬底的第一表面上，第一介质层具有有效压应力；第二介质层，设置在第一介质层远离衬底的一侧表面上，第二介质层具有第一有效拉应力；第三介质层，设置在第二介质层远离第一介质层的一侧表面上；热敏电阻，设置在第三介质层远离第二介质层的一侧表面上；第四介质层，设置在第三介质层远离第二介质层的一侧上并且包覆热敏电阻；其中，第二介质层的第一有效拉应力的绝对值大于第一介质层的有效压应力的绝对值，不同介质层之间具有一定的相互作用力，从而尽量阻止热敏电阻与介质层之间的剥离。剥离。剥离。

【技术实现步骤摘要】
热式流量传感器结构


[0001]本专利技术涉及传感器领域，尤其涉及一种热式流量传感器结构。

技术介绍

[0002]流量测量在工业控制、生物医疗、智能家居、汽车、环境监测等领域有着越来越广泛的应用。MEMS热式流量传感器因灵敏度高、量程比宽、响应时间快、质量流量测量、功耗低等独特优势越来越受关注。MEMS热式质量流量传感器一般有两种典型的结构，一种是悬空膜结构，隔热腔体是从衬底背面刻蚀形成腔体，敏感单元在隔热腔体上形成热膜式结构。一种是悬臂桥结构，隔热腔体从正面刻蚀形成腔体，敏感单元在隔热腔体上形成悬臂桥结构。上述两种结构的关键是在保证传感器灵敏度及精度的前提下如何提高薄膜的机械可靠性及薄膜构成层间的粘附性能，避免薄膜在通电之后由于热膨胀导致的开裂。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种热式流量传感器结构，在本专利技术的结构中，薄膜中的第一介质层具有有效压应力，第二介质层具有第一有效拉应力，并且第一有效拉应力的绝对值大于有效压应力的绝对值，在一定程度上避免薄膜与衬底之间的剥离，进而提高热式流量传感器的机械性能，具体方案如下：
[0004]一种热式流量传感器结构，包括：
[0005]衬底(1)，所述衬底(1)具有相对的第一表面和第二表面；
[0006]薄膜，所述薄膜设置在所述衬底(1)的所述第一表面上；
[0007]其中，所述薄膜包括：
[0008]第一介质层(2)，所述第一介质层(2)设置在所述衬底(1)的所述第一表面上，所述第一介质层(2)具有有效压应力；
[0009]第二介质层(3)，所述第二介质层(3)设置在所述第一介质层(2)远离所述衬底(1)的一侧表面上，所述第二介质层(3)具有第一有效拉应力；
[0010]第三介质层(4)，所述第三介质层(4)设置在所述第二介质层(3)远离所述第一介质层(2)的一侧表面上；
[0011]热敏电阻(5)，所述热敏电阻(5)设置在所述第三介质层(4)远离所述第二介质层(3)的一侧表面上；
[0012]第四介质层(6)，所述第四介质层(6)设置在所述第三介质层(4)远离所述第二介质层(3)的一侧上并且包覆所述热敏电阻(5)；
[0013]其中，所述第二介质层(3)的所述第一有效拉应力的绝对值大于所述第一介质层(2)的有效压应力的绝对值。
[0014]进一步地，所述第三介质层具有第二有效拉应力，所述第四介质层具有第三有效拉应力；
[0015]并且，所述有效压应力、所述第一有效拉应力、所述第二有效拉应力、所述第三有
效拉应力的值依次增大。
[0016]进一步地，所述薄膜还包括覆盖在所述第四介质层(6)上的氟碳涂层(7)，所述氟碳涂层(7)不具有拉应力。
[0017]进一步地，所述薄膜的总厚度的范围是2.5微米～3.5微米，总的有效应力在150MPa以内。
[0018]进一步地，所述第三介质层(4)和所述第四介质层(6)的材质、厚度以及制备工艺至少有一项不同。
[0019]进一步地，所述第一介质层(2)为氧化硅层，所述第二介质层(3)为氮化硅层，并且所述第一介质层(2)和所述第二介质层(3)的厚度不同。
[0020]进一步地，所述传感器结构还包括导电连接件(8)，所述导电连接件(8)贯穿所述氟碳涂层(7)及所述第四介质层(6)，并与所述热敏电阻(5)电连接。
[0021]进一步地，所述衬底(1)上设置有热隔离腔(10)，所述热隔离腔(10)从所述第二表面向所述第一表面延伸以贯穿所述衬底(1)并露出所述第一介质层(2)。
[0022]进一步地，所述热敏电阻(5)为金属热敏电阻(4)或半导体热敏电阻(5)。
[0023]进一步地，所述衬底(1)是硅衬底(1)，并且所述衬底(1)不具有拉应力。
[0024]在本专利技术中，由于第二介质层的第一有效拉应力可以将第一介质层中的有效压应力消除，第一有效拉应力可以将薄膜拉平或拉伸状态，进而提高热式流量传感器的机械性能，并且进一步地，第三介质层具有第二有效拉应力，第四介质层具有第三有效拉应力，并且，有效压应力、第一有效拉应力、第二有效拉应力、第三有效拉应力的值依次增大，形成一定的应力梯度，并且该应力梯度较小，在热敏电阻受热之后，不同介质层之间具有一定的相互作用力，从而尽量阻止热敏电阻与介质层之间的剥离。提高热式流量传感器的机械性能。
附图说明
[0025]下面结合附图，通过对本专利技术的具体实施方式详细描述，将使本专利技术的技术方案及其它有益效果显而易见。
[0026]图1为本专利技术中的热式流量传感器结构的示意图；
[0027]图2a是本专利技术中薄膜形成压应力的示意图；
[0028]图2b是本专利技术中薄膜形成拉应力的示意图；
[0029]图3为本专利技术中的热式流量传感器在微热源两端施加不同电压，且同一电压连续施压十次，得到的电阻随电压变化的曲线；
[0030]图4为本专利技术中的背面刻蚀形成的悬空膜结构顶视图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域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，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]本专利技术提供了一种热式流量传感器结构，该热式流量传感器结构包括：衬底，衬底具有相对的第一表面和第二表面；薄膜，薄膜设置在衬底的第一表面上，其中，薄膜包括第
一介质层，第一介质层设置在衬底的第一表面上，第一介质层具有有效压应力；第二介质层，第二介质层设置在第一介质层远离衬底的一侧表面上，第二介质层具有第一有效拉应力；第三介质层，第三介质层设置在第二介质层远离第一介质层的一侧表面上；热敏电阻，热敏电阻设置在第三介质层远离第二介质层的一侧表面上；第四介质层，第四介质层设置在第三介质层远离第二介质层的一侧上并且包覆热敏电阻；其中，第二介质层的第一有效拉应力的绝对值大于第一介质层的有效压应力的绝对值，由此，在本专利技术中的热式流量传感器结构中，热敏电阻层下方的第一介质层具有有效压应力，第二介质层具有第一有效拉应力，并且第一有效拉应力的绝对值大于有效压应力的绝对值，形成具有应力梯度的薄膜结构层，从而，在热式流量传感器在施加电压之后，热敏电阻在电压作用下产生热量，并在受热膨胀之后，由于第二介质层的第一有效拉应力可以将第一介质层中的有效压应力消除，第一有效拉应力可以将薄膜拉平或拉伸状态，不同介质层之间具有一定的相互作用力，从而尽量阻止热敏电阻与介质层之间的剥离，进而提高热式流量传感器的机械性能。
[0033]下面将结合具体实施例对本专利技术中的热式流量传感器结构进行详细阐述。
[0034]如图1所示，一种热式流量传感器结构，该热式流量传感器结构包括：
[0035]衬底1，衬底1具有相对的第一表面和第二表面；
[0036]薄膜，薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热式流量传感器结构，其特征在于，包括：衬底(1)，所述衬底(1)具有相对的第一表面和第二表面；薄膜，所述薄膜设置在所述衬底(1)的所述第一表面上；其中，所述薄膜包括：第一介质层(2)，所述第一介质层(2)设置在所述衬底(1)的所述第一表面上，所述第一介质层(2)具有有效压应力；第二介质层(3)，所述第二介质层(3)设置在所述第一介质层(2)远离所述衬底(1)的一侧表面上，所述第二介质层(3)具有第一有效拉应力；第三介质层(4)，所述第三介质层(4)设置在所述第二介质层(3)远离所述第一介质层(2)的一侧表面上；热敏电阻(5)，所述热敏电阻(5)设置在所述第三介质层(4)远离所述第二介质层(3)的一侧表面上；第四介质层(6)，所述第四介质层(6)设置在所述第三介质层(4)远离所述第二介质层(3)的一侧上并且包覆所述热敏电阻(5)；其中，所述第二介质层(3)的所述第一有效拉应力的绝对值大于所述第一介质层(2)的有效压应力的绝对值。2.如权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述第三介质层具有第二有效拉应力，所述第四介质层具有第三有效拉应力；并且，所述有效压应力、所述第一有效拉应力、所述第二有效拉应力、所述第三有效拉应力的值依次增大，相邻介质层的有效应力差不大于50MPa。3.根据权利要求1所述的传感器结...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖素艳，
申请(专利权)人：苏州敏芯微电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：