[发明专利]一种压力传感器及其形成方法

说明书

公开了一种压力传感器及其形成方法。该压力传感器包括：支撑衬底，设置于所述支撑衬底上的微悬臂梁；所述微悬臂梁包括压电膜组，所述压电膜组包括至少两层层叠设置的压电膜，相邻两层压电膜的材料不同。根据本发明的压力传感器中的微悬臂梁包括至少两层层叠设置的压电膜，当微悬臂梁的梁体受力时，各个压电膜都出现电势差，因此提高了对外电势差值，从而提高了压力传感器的灵敏度。进一步地，通过设置至少两个微悬臂梁，扩大了探测流体的范围，并且使得流体作用到微悬臂梁从而能够被压力传感器探测的概率增大，从而提高了压力传感器的灵敏度和可靠性。

技术领域

本发明涉及集成电路制造工艺领域，更具体地，涉及一种压力传感器及其形成方法。

背景技术

基于微悬臂梁结构的压力传感器具有微型化、灵敏度高等优点，其工作原理是当在压电微悬臂梁上施加集中力或弯矩，梁会弯曲变形，压电薄膜层将产生电荷，通过测量产生电荷量则能够获得测力大小。

目前常见的压电材料有α-SiO₂(石英)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PZT(锆钛酸铅)、ZnO(氧化锌)等，其中ZnO由于具有压电特性、高机电耦合系数、成膜质量好、易低温生长，并且易于CMOS工艺兼容、单芯片集成等优势而得到了广泛的应用。

现有基于ZnO压电薄膜的压力传感器的结构如图1a所示，其主要包括支撑衬底10和微悬臂梁20，微悬臂梁部分的截面图如图1b所示，由下至上分别是衬底10、氧化硅绝缘层21、铜材料的下电极22、ZnO压电薄膜层23、铜材料的上电极24。

在现有的技术方案中，压力传感器通常是单个的微悬梁臂，在用于探测流体压力时，当只有少量气体在密闭空间运动时，流体有很大概率未作用到微悬臂梁或由于作用力小而无法探测到。因此，有必要开发一种具有高探测灵敏度的压力传感器。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为了提高压力传感器的可靠性和灵敏度，本发明提出一种压力传感器及其形成方法。

根据本发明的一方面，提出一种压力传感器，包括：

支撑衬底，设置于所述支撑衬底上的微悬臂梁；

所述微悬臂梁包括压电膜组，所述压电膜组包括至少两层层叠设置的压电膜，相邻两层压电膜的材料不同。

可选地，相邻的两层压电膜的材料为：锆钛酸铅压电陶瓷、氧化锌；或者，锆钛酸铅压电陶瓷、氮化铝；或者，氮化铝、氧化锌；或者，氮化铝、氮化镓；或者，氧化锌、氮化镓。

可选地，每层压电膜为掺杂压电膜或本征压电膜。

可选地，掺杂压电膜中掺杂的材料包括镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇中的至少一种。

可选地，所述压力传感器还包括位于所述压电膜组上下两侧的顶电极、底电极。

可选地，所述压力传感器还包括位于所述底电极和所述支撑衬底之间的介质层。

可选地，所述压力传感器包括至少两个所述微悬臂梁，至少两个所述微悬臂梁从所述支撑衬底向同一方向或不同方向延伸。

可选地，一部分所述微悬臂梁从所述支撑衬底向第一方向延伸，一部分所述微悬臂梁从所述支撑衬底向第二方向延伸，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悬臂梁、向第二方向延伸的所述微悬臂梁，相背延伸或者相对延伸。

可选地，所述微悬臂梁的悬空端部向所述微悬臂梁宽度方向两侧突出。

可选地，所述压力传感器还包括位于所述介质层和所述底电极之间的助粘层，构成所述助粘层的材料包括钛。