[發明專利]一種壓力傳感器及其形成方法

有效

• 申請號: 201810354360.X
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108640078B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 陳達;羅海龍;葉菲;宋炳含
• 申請（專利權）人: 中芯集成電路（寧波）有限公司
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 張清芳

公開了一種壓力傳感器及其形成方法。該壓力傳感器包括：支撐襯底，設置于所述支撐襯底上的微懸臂梁；所述微懸臂梁包括壓電膜組，所述壓電膜組包括至少兩層層疊設置的壓電膜，相鄰兩層壓電膜的材料不同。根據本發明的壓力傳感器中的微懸臂梁包括至少兩層層疊設置的壓電膜，當微懸臂梁的梁體受力時，各個壓電膜都出現電勢差，因此提高了對外電勢差值，從而提高了壓力傳感器的靈敏度。進一步地，通過設置至少兩個微懸臂梁，擴大了探測流體的范圍，并且使得流體作用到微懸臂梁從而能夠被壓力傳感器探測的概率增大，從而提高了壓力傳感器的靈敏度和可靠性。

技術領域

本發明涉及集成電路制造工藝領域，更具體地，涉及一種壓力傳感器及其形成方法。

背景技術

基于微懸臂梁結構的壓力傳感器具有微型化、靈敏度高等優點，其工作原理是當在壓電微懸臂梁上施加集中力或彎矩，梁會彎曲變形，壓電薄膜層將產生電荷，通過測量產生電荷量則能夠獲得測力大小。

目前常見的壓電材料有α-SiO₂(石英)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PZT(鋯鈦酸鉛)、ZnO(氧化鋅)等，其中ZnO由于具有壓電特性、高機電耦合系數、成膜質量好、易低溫生長，并且易于CMOS工藝兼容、單芯片集成等優勢而得到了廣泛的應用。

現有基于ZnO壓電薄膜的壓力傳感器的結構如圖1a所示，其主要包括支撐襯底10和微懸臂梁20，微懸臂梁部分的截面圖如圖1b所示，由下至上分別是襯底10、氧化硅絕緣層21、銅材料的下電極22、ZnO壓電薄膜層23、銅材料的上電極24。

在現有的技術方案中，壓力傳感器通常是單個的微懸梁臂，在用于探測流體壓力時，當只有少量氣體在密閉空間運動時，流體有很大概率未作用到微懸臂梁或由于作用力小而無法探測到。因此，有必要開發一種具有高探測靈敏度的壓力傳感器。

公開于本發明背景技術部分的信息僅僅旨在加深對本發明的一般背景技術的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。

發明內容

為了提高壓力傳感器的可靠性和靈敏度，本發明提出一種壓力傳感器及其形成方法。

根據本發明的一方面，提出一種壓力傳感器，包括：

支撐襯底，設置于所述支撐襯底上的微懸臂梁；

所述微懸臂梁包括壓電膜組，所述壓電膜組包括至少兩層層疊設置的壓電膜，相鄰兩層壓電膜的材料不同。

可選地，相鄰的兩層壓電膜的材料為：鋯鈦酸鉛壓電陶瓷、氧化鋅；或者，鋯鈦酸鉛壓電陶瓷、氮化鋁；或者，氮化鋁、氧化鋅；或者，氮化鋁、氮化鎵；或者，氧化鋅、氮化鎵。

可選地，每層壓電膜為摻雜壓電膜或本征壓電膜。

可選地，摻雜壓電膜中摻雜的材料包括鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔中的至少一種。

可選地，所述壓力傳感器還包括位于所述壓電膜組上下兩側的頂電極、底電極。

可選地，所述壓力傳感器還包括位于所述底電極和所述支撐襯底之間的介質層。

可選地，所述壓力傳感器包括至少兩個所述微懸臂梁，至少兩個所述微懸臂梁從所述支撐襯底向同一方向或不同方向延伸。

可選地，一部分所述微懸臂梁從所述支撐襯底向第一方向延伸，一部分所述微懸臂梁從所述支撐襯底向第二方向延伸，所述第一方向和所述第二方向相反；

向第一方向延伸的所述微懸臂梁、向第二方向延伸的所述微懸臂梁，相背延伸或者相對延伸。

可選地，所述微懸臂梁的懸空端部向所述微懸臂梁寬度方向兩側突出。

可選地，所述壓力傳感器還包括位于所述介質層和所述底電極之間的助粘層，構成所述助粘層的材料包括鈦。