[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

摘要

一种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，结构包括由四根直梁支撑的中间质量块，中间质量块前端设置探针，中间质量块前后布置有平衡、工作栅极阵列，平衡、工作栅极阵列相对中间质量块的中心偏移，中间质量块、直梁、探针与SiO₂绝缘层不接触，p型Si基底部分区域形成源、漏极，源、漏极之间的区域形成导电沟道，部分区域形成P⁺电极；制备方法先在P型Si基底制备好源极、漏极、导电沟道、P+电极并热氧生成SiO₂绝缘层并进行刻蚀图形化，然后与另一块多晶硅键合，对多晶硅部分区域进行硼离子重掺杂形成工作栅极阵列，前部刻蚀出探针的图形，再刻蚀完成中间质量块，直梁的全部图形化，本发明微力传感器能够用于nN量级微力的测量。

主权项

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)。