[发明专利]一种压力传感器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于压力传感器技术领域，具体涉及一种可高度集成的压力传感器件及其制造方法，特别涉及一种压电薄膜与场效应晶体管相结合的压力传感器件及其制造方法。

背景技术

压力传感器被广泛的应用在电子产品中，不同的应用领域对压力传感器的构造、性能和密度有着不同的要求，有的需要较高的分辨率，比如电子秤、气压计；有的则需要较高的集成密度，比如触摸屏。为了实现对外界微小压力信号的感知，智能皮肤同时需要较高的分辨率和较高的集成密度。

传统的压力传感器分为半导体压电阻型压力传感器和静电容量型压力传感器，其中前者是通过外力使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号；后者是将玻璃的固定极和硅的可动极相对而形成电容，通过外力使可动极变形引起静电容量的变化，从而转换成电信号。由于传统的压力传感器单个器件的体积较大所以集成度很低。

王中林等利用氧化锌纳米纤维制成压电型压力传感器[1]，大大提高了器件的集成密度，但是由于难以控制纳米纤维簇的均匀性，使得压电型压力传感器工艺十分复杂，增加了器件的成本。相对于生长均匀的纳米纤维，均匀的薄膜结构更容易获得。本发明将压电薄膜与场效应晶体管工艺技术相结合，可以制作高灵敏度的压力传感器，集成度高，且工艺与现有的场效应晶体管工艺兼容。

[1]Wu,Wenzhuo,XiaonanWen,andZhongLinWang.Taxel-addressablematrixofvertical-nanowirepiezotronictransistorsforactiveandadaptivetactileimaging.Science340.6135(2013):952-957.。

发明内容

本发明的目的在于提出一种器件单元面积小、集成度高的压力传感器件及其制备方法。

本发明把压电材料与传统的场效应晶体管相结合，借助成熟的场效应晶体管制备工艺，值得压力传感器件，可大大降低单个压力传感器的单元面积，提高器件的集成度。

本发明提供的压力传感器件，包括一个场效应晶体管和一个压电控制栅。

本发明中，所述的场效应晶体管为NMOS晶体管或PMOS晶体管。

本发明中，所述压电控制栅包括：压电薄膜、压电薄膜的上表面电极、压电薄膜的下表面电极、介于所述场效应晶体管栅极与压电薄膜的下表面电极之间的连接电极。

本发明中，所述场效应晶体管和压电控制栅之间还包括绝缘介质填充物，该绝缘介质填充物由二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者低介电常数的绝缘材料形成。

本发明中，所述的压电薄膜由压电材料形成；所述压电薄膜的上表面电极由金属、合金或者掺杂的多晶硅形成；所述压电薄膜的下表面电极由金属、合金或者掺杂的多晶硅形成；所述介于场效应晶体管栅极与压电薄膜的下表面电极之间的连接电极由金属、合金或者掺杂的多晶硅形成。

本发明中，所述的压电材料，包括氧化锌、压电陶瓷、聚偏氟乙烯以及其他压电聚合物。

本发明提出了所述压力传感器件的制备方法，具体步骤如下：

按照标准工艺制备场效应晶体管及其源极和漏极的互联线，化学机械抛光后形成硅圆片；

在所述硅圆片上淀积一层绝缘介质；

在所述绝缘介质表面淀积一硬掩膜层，并通过光刻工艺和刻蚀工艺定义出介于所述场效应晶体管栅极与压电薄膜的下表面电极之间的连接电极的位置；

以所述硬掩膜层为掩膜刻蚀形成垂直通路，刻蚀的深度需暴露出所述场效应晶体管的栅电极；

刻蚀掉剩余的硬掩膜层；

在已形成的垂直通道中淀积导体材料，形成介于所述场效应晶体管栅极与压电薄膜的下表面电极之间的连接电极；

接着对已形成结构的表面进行化学机械抛光，去除多余的导体材料；

接着在已形成结构的表面淀积导体材料形成压电薄膜的下表面电极；

在所述压电薄膜的下表面电极上制备压电薄膜；

接着，在所述压电薄膜上淀积导体材料形成压电薄膜的上表面电极。

如上所述的压力传感器件的制备方法，所述导体由金属、合金或者掺杂的多晶硅形成；所述的绝缘介质由二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者低介电常数的绝缘材料形成。

如上所述的压力传感器件的制备方法，所述介于场效应晶体管栅极与压电薄膜的下表面电极之间的连接电极与所述场效应晶体管的栅电极接触，并与所述压电薄膜的下表面电极接触。