[发明专利]基于可动栅极式场效应晶体管的微力传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于可动栅极式场效应晶体管的微力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A)取(100)晶面单晶硅作为P型Si基底(13)，(011)晶向作为导电沟道(11)电流方向；在P型Si基底(13)上部分区域注入磷离子，形成源极(9)、漏极(10)的阵列，在源极(9)、漏极(10)的阵列中间区域注入磷离子，形成预先导通的导电沟道(11)，P型Si基底(13)部分区域采用局部硼离子注入，形成P+电极(3)；

B)将需要制备的探针(2)下方的P型Si基底(13)区域刻蚀透；

C)在P型Si基底(13)上热氧生成 SiO₂ 绝缘层(12)，然后光刻SiO₂绝缘层(12)，形成源极(9)、漏极(10)引线的图形窗口，然后进行金属引线的沉积，完成源极(9)、漏极(10)和P+电极(3)的金属引线(14)；同时对P型Si基底(13)的下表面也进行金属溅射，形成基底电极(15)；

D)在SiO₂绝缘层(12)和金属引线(14)上再沉积一层SiO₂；

E)对SiO₂绝缘层(12)表面进行化学机械抛光，对SiO₂绝缘层(12)下方源极(9)、漏极(10)及P+电极(3)的金属引线(14)的焊盘区域进行刻蚀开窗口，最后对位于可动栅极结构下方的SiO₂绝缘层(12)进行刻蚀，使得SiO₂绝缘层(12)生成一个台阶，利用这个台阶的高度来控制所需的空气间隙厚度大小Z_gap；

F)取另一块多晶硅(16)，将步骤E)获得的SiO₂绝缘层(12)上表面与多晶硅下表面进行键合；

G)对多晶硅(16)部分区域进行硼离子重掺杂形成工作栅极阵列(5)，之后进行工作栅极阵列(5)的金属层(17)的沉积和图形化；

H)进行多晶硅(16)的刻蚀，在前部刻蚀出探针(2)的图形；

I)再对工作栅极阵列(5)、平衡栅极阵列(4)、阵列通孔(8)和四个直梁(6)的图形进行刻蚀，完成可动结构的全部图形化,

所述的一种基于可动栅极式场效应晶体管的微力传感器，包括四根直梁(6)，直梁(6)一端支撑中间质量块(1)，直梁(6)另一端固定在边框(7)上，边框(7)下方与p型Si基底(13)上方的SiO₂绝缘层(12)接触；中间质量块(1)前端设置有一个凸起的探针(2)，中间质量块(1)前后布置有平衡栅极阵列(4)和工作栅极阵列(5)，平衡栅极阵列(4)和工作栅极阵列(5)相对中间质量块(1)的中心偏移Doff的距离，平衡栅极阵列(4)和工作栅极阵列(5)形成可动栅极结构，中间质量块(1)、直梁(6)、探针(2)与SiO₂绝缘层(12)不接触，它们之间存在一个空气间隙，厚度为Z_gap；p型Si基底(13)中部分区域经磷离子重掺杂形成N⁺型的源极(9)与漏极(10)，源极(9)与漏极(10)之间的区域经磷离子掺杂形成N型的导电沟道(11)，部分区域经硼离子重掺形成P⁺电极(3)。

2.根据权利要求1所述的一种基于可动栅极式场效应晶体管的微力传感器的制备方法，其特征在于：所述的中间质量块(1)长1000μm-2000μm，宽500μm-2000μm，厚度尺寸与直梁(6)厚度一致，为5μm-20μm。

3.根据权利要求1所述的一种基于可动栅极式场效应晶体管的微力传感器的制备方法，其特征在于：所述的平衡栅极阵列(4)和工作栅极阵列(5)相对中间质量块(1)中心对称布置；平衡栅极阵列(4)、工作栅极阵列(5)中单个栅极的长度为2μm-5μm、宽度为10μm-30μm，两个栅极之间间隔为2μm-5μm，厚度与中间质量块(1)厚度一致。

4.根据权利要求1所述的一种基于可动栅极式场效应晶体管的微力传感器的制备方法，其特征在于：所述的探针(2)与中间质量块(1)下表面共面，厚度小于或等于中间质量块(1)的厚度，沿长度方向采用阶梯状结构或者使用通直结构，长度为50μm-200μm，尖端处宽度为1μm-5μm，厚度为1μm-20μm。