[發明專利]基于可動柵極式場效應晶體管的微力傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710527246.8
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107381497B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 趙立波;高文迪;蔣莊德;李支康;趙玉龍;孫東
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種基于可動柵極式場效應晶體管的微力傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

A)取(100)晶面單晶硅作為P型Si基底(13)，(011)晶向作為導電溝道(11)電流方向；在P型Si基底(13)上部分區域注入磷離子，形成源極(9)、漏極(10)的陣列，在源極(9)、漏極(10)的陣列中間區域注入磷離子，形成預先導通的導電溝道(11)，P型Si基底(13)部分區域采用局部硼離子注入，形成P+電極(3)；

B)將需要制備的探針(2)下方的P型Si基底(13)區域刻蝕透；

C)在P型Si基底(13)上熱氧生成 SiO₂ 絕緣層(12)，然后光刻SiO₂絕緣層(12)，形成源極(9)、漏極(10)引線的圖形窗口，然后進行金屬引線的沉積，完成源極(9)、漏極(10)和P+電極(3)的金屬引線(14)；同時對P型Si基底(13)的下表面也進行金屬濺射，形成基底電極(15)；

D)在SiO₂絕緣層(12)和金屬引線(14)上再沉積一層SiO₂；

E)對SiO₂絕緣層(12)表面進行化學機械拋光，對SiO₂絕緣層(12)下方源極(9)、漏極(10)及P+電極(3)的金屬引線(14)的焊盤區域進行刻蝕開窗口，最后對位于可動柵極結構下方的SiO₂絕緣層(12)進行刻蝕，使得SiO₂絕緣層(12)生成一個臺階，利用這個臺階的高度來控制所需的空氣間隙厚度大小Z_gap；

F)取另一塊多晶硅(16)，將步驟E)獲得的SiO₂絕緣層(12)上表面與多晶硅下表面進行鍵合；

G)對多晶硅(16)部分區域進行硼離子重摻雜形成工作柵極陣列(5)，之后進行工作柵極陣列(5)的金屬層(17)的沉積和圖形化；

H)進行多晶硅(16)的刻蝕，在前部刻蝕出探針(2)的圖形；

I)再對工作柵極陣列(5)、平衡柵極陣列(4)、陣列通孔(8)和四個直梁(6)的圖形進行刻蝕，完成可動結構的全部圖形化,

所述的一種基于可動柵極式場效應晶體管的微力傳感器，包括四根直梁(6)，直梁(6)一端支撐中間質量塊(1)，直梁(6)另一端固定在邊框(7)上，邊框(7)下方與p型Si基底(13)上方的SiO₂絕緣層(12)接觸；中間質量塊(1)前端設置有一個凸起的探針(2)，中間質量塊(1)前后布置有平衡柵極陣列(4)和工作柵極陣列(5)，平衡柵極陣列(4)和工作柵極陣列(5)相對中間質量塊(1)的中心偏移Doff的距離，平衡柵極陣列(4)和工作柵極陣列(5)形成可動柵極結構，中間質量塊(1)、直梁(6)、探針(2)與SiO₂絕緣層(12)不接觸，它們之間存在一個空氣間隙，厚度為Z_gap；p型Si基底(13)中部分區域經磷離子重摻雜形成N⁺型的源極(9)與漏極(10)，源極(9)與漏極(10)之間的區域經磷離子摻雜形成N型的導電溝道(11)，部分區域經硼離子重摻形成P⁺電極(3)。

2.根據權利要求1所述的一種基于可動柵極式場效應晶體管的微力傳感器的制備方法，其特征在于：所述的中間質量塊(1)長1000μm-2000μm，寬500μm-2000μm，厚度尺寸與直梁(6)厚度一致，為5μm-20μm。

3.根據權利要求1所述的一種基于可動柵極式場效應晶體管的微力傳感器的制備方法，其特征在于：所述的平衡柵極陣列(4)和工作柵極陣列(5)相對中間質量塊(1)中心對稱布置；平衡柵極陣列(4)、工作柵極陣列(5)中單個柵極的長度為2μm-5μm、寬度為10μm-30μm，兩個柵極之間間隔為2μm-5μm，厚度與中間質量塊(1)厚度一致。

4.根據權利要求1所述的一種基于可動柵極式場效應晶體管的微力傳感器的制備方法，其特征在于：所述的探針(2)與中間質量塊(1)下表面共面，厚度小于或等于中間質量塊(1)的厚度，沿長度方向采用階梯狀結構或者使用通直結構，長度為50μm-200μm，尖端處寬度為1μm-5μm，厚度為1μm-20μm。