CN110797414A - 薄膜晶体管、其制作方法、压力传感器及压力传感装置 - Google Patents

薄膜晶体管、其制作方法、压力传感器及压力传感装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄膜晶体管、其制作方法、压力传感器及压力传感装置，该薄膜晶体管包括：衬底基板，位于衬底基板上叠层设置的栅极和有源层，栅极和有源层之间具有空腔结构；空腔结构在衬底基板上的正投影至少覆盖有源层在衬底基板上的正投影。通过在栅极和有源层之间设置空腔结构，该空腔结构相当于薄膜晶体管的附加绝缘层，这样一来，当按压薄膜晶体管的栅极一侧，空腔结构的厚度则会发生变化，从而使得栅电容发生变化，进而能够使得薄膜晶体管的沟道电流发生变化，从而可以实现压力的信号测量，因此通过多个上述薄膜晶体管的连接和行列扫描处理，形成压力传感器，可以实现压力分布测试及触控功能的实现。

Description

薄膜晶体管、其制作方法、压力传感器及压力传感装置
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种薄膜晶体管、其制作方法、压力传感器及压力传感装置。
背景技术
近年来，传感器的发展得到了广泛的重视与研究，无论是科研还是企业，都逐渐重视研究和生产传感器，从而也促进了人工智能、可穿戴电子、物联网等领域的快速发展，人们对传感器器件的要求也越来越高，传感器也向着高灵敏，多类型，可柔性，小尺寸等方向发展。
其中，压力传感器由于可以感知压力信号的变化，在智能仿生机器人、生命健康、移动生活、可穿戴电子等领域得到了应用。但是，传统压力传感器的结构、性能的限制，导致其很难符合人们在相关领域器件性能要求。因此，发展新型符合高性能要求的压力传感器件，成为其发展的一个重要方向。
发明内容
本发明实施例提供一种薄膜晶体管、其制作方法、压力传感器及压力传感装置，能够实现压力分布测试及触控功能测试。
基于此，本发明实施例提供了一种薄膜晶体管，包括：衬底基板，位于所述衬底基板上叠层设置的栅极和有源层，所述栅极和所述有源层之间具有空腔结构；所述空腔结构在所述衬底基板上的正投影至少覆盖所述有源层在所述衬底基板上的正投影。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，还包括与所述有源层电连接的源极和漏极；其中，所述源极和漏极与所述有源层为相邻膜层，且所述源极和漏极位于所述有源层下方。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，所述有源层位于所述衬底基板和所述栅极之间，所述薄膜晶体管还包括位于所述空腔结构与所述栅极之间的栅绝缘层；所述栅绝缘层与所述源极和漏极接触。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，所述有源层位于所述衬底基板和所述栅极之间，所述薄膜晶体管还包括位于所述空腔结构与所述有源层之间的栅绝缘层，以及位于所述栅极背向所述衬底基板一侧的保护层；所述保护层与所述栅绝缘层接触。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，所述空腔结构在所述衬底基板上的正投影还覆盖所述源极和漏极在所述衬底基板上的正投影。
相应地，本发明实施例还提供了一种压力传感器，包括压力传感单元，所述压力传感单元包括本发明实施例提供的任一项所述的薄膜晶体管。
相应地，本发明实施例还提供了一种压力传感装置，包括本发明实施例提供的上述压力传感器。
相应地，本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的薄膜晶体管的制作方法，包括：
在衬底基板上形成叠层设置的栅极和有源层，以及在所述栅极和所述有源层之间形成空腔结构；其中，所述空腔结构在所述衬底基板上的正投影至少覆盖所述有源层在所述衬底基板上的正投影。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述制作方法中，在衬底基板上形成叠层设置的栅极和有源层，以及在所述栅极和所述有源层之间形成空腔结构，具体包括：
在所述衬底基板上形成源极和漏极；
在所述源极和漏极上形成与所述源极和漏极电连接且位于相邻膜层的有源层；
在所述有源层上形成牺牲层；所述牺牲层所述衬底基板上的正投影覆盖所述有源层与所述源极和漏极在所述衬底基板上的正投影；
在所述牺牲层上形成栅绝缘层；其中，所述栅绝缘层和所述源极和漏极接触；
在所述栅绝缘层上形成过孔，采用仅能够腐蚀所述牺牲层的腐蚀剂通过所述过孔腐蚀掉所述牺牲层，以形成所述空腔结构；
在所述栅绝缘层上形成栅极。
可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述制作方法中，在衬底基板上形成叠层设置的栅极和有源层，以及在所述栅极和所述有源层之间形成空腔结构，具体包括：
在所述衬底基板上形成源极和漏极；
在所述源极和漏极上形成与所述源极和漏极电连接且位于相邻膜层的有源层；
在所述有源层上形成栅绝缘层；
在所述栅绝缘层上形成牺牲层；所述牺牲层所述衬底基板上的正投影覆盖所述有源层与所述源极和漏极在所述衬底基板上的正投影；
在所述牺牲层上形成栅极；
在所述栅极上形成保护层；其中，所述保护层与所述栅绝缘层接触；
在所述保护层上形成过孔，采用仅能够腐蚀所述牺牲层的腐蚀剂通过所述过孔腐蚀掉所述牺牲层，以形成所述空腔结构。
本发明实施例的有益效果如下：
本发明实施例提供的薄膜晶体管、其制作方法、压力传感器及压力传感装置，该薄膜晶体管包括：衬底基板，位于衬底基板上叠层设置的栅极和有源层，栅极和有源层之间具有空腔结构；空腔结构在衬底基板上的正投影至少覆盖有源层在衬底基板上的正投影。通过在栅极和有源层之间设置空腔结构，该空腔结构相当于薄膜晶体管的附加绝缘层，这样一来，当按压薄膜晶体管的栅极一侧，空腔结构的厚度则会发生变化，从而使得栅电容发生变化，进而能够使得薄膜晶体管的沟道电流发生变化，从而可以实现压力的信号测量，因此通过多个上述薄膜晶体管的连接和行列扫描处理，形成压力传感器，可以实现压力分布测试及触控功能的实现。
附图说明
图1为本发明实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图之二；
图3为本发明实施例提供的薄膜晶体管的俯视结构示意图；
图4为本发明实施例提供的薄膜晶体管的制作方法的流程图之一；
图5A-图5G为图1所示的薄膜晶体管在执行每一步骤之后的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的薄膜晶体管的制作方法的流程图之二；
图7A-图7G为图2所示的薄膜晶体管在执行每一步骤之后的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例提供的薄膜晶体管、其制作方法、压力传感器及压力传感装置作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
附图中各层薄膜厚度和形状不反映薄膜晶体管的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
本发明实施例提供的薄膜晶体管，如图1和图2所示，包括：衬底基板1，位于衬底基板1上叠层设置的栅极2和有源层3，栅极2和有源层3之间具有空腔结构4；空腔结构4在衬底基板1上的正投影至少覆盖有源层3在衬底基板1上的正投影。
本发明实施例提供的上述薄膜晶体管，通过在栅极2和有源层3之间设置空腔结构4，该空腔结构4相当于薄膜晶体管的附加绝缘层，这样一来，当按压薄膜晶体管的栅极2一侧，空腔结构4的厚度则会发生变化，从而使得栅电容发生变化，进而能够使得薄膜晶体管的沟道电流发生变化，从而可以实现压力的信号测量，因此通过多个上述薄膜晶体管的连接和行列扫描处理，形成压力传感器，可以实现压力分布测试及触控功能的实现。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，如图1和图2所示，还包括与有源层3电连接的源极5和漏极6；为了降低薄膜晶体管的整体膜厚，将源极5和漏极6设置成与有源层3为相邻膜层，且源极5和漏极6位于有源层3下方。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，如图1所示，有源层3位于衬底基板1和栅极2之间，薄膜晶体管还包括位于空腔结构4与栅极2之间的栅绝缘层7；栅绝缘层7与源极5和漏极6接触。
进一步地，在具体实施时，为了保护栅极不受其他工艺膜层影响，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，如图1所示，还包括位于栅极2背向衬底基板1一侧的保护层8。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，如图2所示，有源层3位于衬底基板1和栅极2之间，薄膜晶体管还包括位于空腔结构4与有源层3之间的栅绝缘层7，以及位于栅极2背向衬底基板1一侧的保护层8；保护层8与栅绝缘层7接触。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，如图1-图3所示，图3为图1和图2所示的薄膜晶体管的俯视结构示意图，为了在按压时能够使得薄膜晶体管的沟道电流发生变化，从而可以实现压力的信号测量，空腔结构4在衬底基板1上的正投影还覆盖源极5和漏极6在衬底基板1上的正投影。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的薄膜晶体管的制作方法，包括：
在衬底基板上形成叠层设置的栅极和有源层，以及在栅极和有源层之间形成空腔结构；其中，空腔结构在衬底基板上的正投影至少覆盖有源层在衬底基板上的正投影。
本发明实施例提供的上述薄膜晶体管的制作方法，通过在栅极和有源层之间形成空腔结构，该空腔结构相当于薄膜晶体管的附加绝缘层，这样一来，当按压薄膜晶体管的栅极一侧，空腔结构的厚度则会发生变化，从而使得栅电容发生变化，进而能够使得薄膜晶体管的沟道电流发生变化，从而可以实现压力的信号测量，因此通过多个上述薄膜晶体管的连接和行列扫描处理，形成压力传感器，可以实现压力分布测试及触控功能的实现。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述制作方法中，在衬底基板上形成叠层设置的栅极和有源层，以及在栅极和有源层之间形成空腔结构，如图4所示，具体包括：
S401、在衬底基板上形成源极和漏极；
具体地，如图5A所示，在衬底基板1上形成源极5和漏极6。
S402、在源极和漏极上形成与源极和漏极电连接且位于相邻膜层的有源层；
具体地，如图5B所示，在源极5和漏极6上形成与源极5和漏极6电连接且位于相邻膜层的有源层3。
S403、在有源层上形成牺牲层；牺牲层衬底基板上的正投影覆盖有源层与源极和漏极在衬底基板上的正投影；
具体地，如图5C所示，在有源层3上形成牺牲层01；牺牲层01衬底基板1上的正投影覆盖有源层3与源极5和漏极6在衬底基板1上的正投影。
具体地，牺牲层01的材料可以为钼。
S404、在牺牲层上形成栅绝缘层；其中，栅绝缘层和源极和漏极接触；
具体地，如图5D所示，在牺牲层01上形成栅绝缘层7。
S405、在栅绝缘层上形成过孔，采用仅能够腐蚀牺牲层的腐蚀剂通过过孔腐蚀掉牺牲层，以形成空腔结构；
具体地，如图5E所示，在栅绝缘层7上形成过孔02，采用仅能够腐蚀牺牲层01的腐蚀剂通过过孔02腐蚀掉牺牲层01，以形成空腔结构4，如图5F所示。
S406、在栅绝缘层上形成栅极；
具体地，如图5G所示，在栅绝缘层7上形成栅极2。
进一步地，如图1所示，在栅极2上形成保护层8。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述制作方法中，在衬底基板上形成叠层设置的栅极和有源层，以及在栅极和有源层之间形成空腔结构，如图6所示，具体包括：
S601、在衬底基板上形成源极和漏极；
具体地，如图7A所示，在衬底基板1上形成源极5和漏极6。
S602、在源极和漏极上形成与源极和漏极电连接且位于相邻膜层的有源层；
具体地，如图7B所示，在源极5和漏极6上形成与源极5和漏极6电连接且位于相邻膜层的有源层3。
S603、在有源层上形成栅绝缘层；
具体地，如图7C所示，在有源层3上形成栅绝缘层7。
S604、在栅绝缘层上形成牺牲层；牺牲层衬底基板上的正投影覆盖有源层与源极和漏极在衬底基板上的正投影；
具体地，如图7D所示，在栅绝缘层7上形成牺牲层01；牺牲层01衬底基板1上的正投影覆盖有源层3与源极5和漏极6在衬底基板1上的正投影。
S605、在牺牲层上形成栅极；
具体地，如图7E所示，在牺牲层01上形成栅极2。
S606、在栅极上形成保护层；其中，保护层与栅绝缘层接触；
具体地，如图7F所示，在栅极2上形成保护层8；其中，保护层8与栅绝缘层7接触。
S607、在保护层上形成过孔，采用仅能够腐蚀牺牲层的腐蚀剂通过过孔腐蚀掉牺牲层，以形成空腔结构；
具体地，如图7G所示，在保护层8上形成过孔02，采用仅能够腐蚀牺牲层01的腐蚀剂通过过孔02腐蚀掉牺牲层01，以形成空腔结构4，如图2所示。
需要说明的是，在本发明实施例提供的上述薄膜晶体管的制作方法中，对于具体的各膜层中的膜层图案，可以采用构图工艺形成，其中构图工艺可指包括光刻工艺，或，可以包括光刻工艺以及刻蚀步骤，同时还可以包括打印、喷墨等其他用于形成预定图形的工艺；光刻工艺是指包括成膜、曝光、显影等工艺过程的利用光刻胶、掩模板、曝光机等形成图形的工艺。在具体实施时，可根据本发明中所形成的结构选择相应的构图工艺。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种压力传感器，包括压力传感单元，压力传感单元包括本发明实施例提供的上述任一种薄膜晶体管。该压力传感器解决问题的原理与前述薄膜晶体管相似，因此该压力传感器的实施可以参见前述薄膜晶体管的实施，重复之处在此不再赘述。
在具体实施时，对于压力传感器而言，其一般包括多个压力传感单元，当然，必要的情况下，也可以仅设置一个压力传感单元，通过多个压力传感单元来实现压力传感。
在具体实施时，优选将压力传感器中的多个压力传感单元按照矩阵的形式分布，但并不限制于此。另外，本发明中对于压力传感器的具体形式不作限定，可以是脉搏传感器、超微力传感器、声学传感器等。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种压力传感装置，包括本发明实施例提供的上述压力传感器。该压力传感装置解决问题的原理与前述薄膜晶体管相似，因此该压力传感装置的实施可以参见前述薄膜晶体管的实施，重复之处在此不再赘述。
需要说明的是，在本发明实施例中，压力传感装置具体至少可以应用至可穿戴设备领域，例如可以为脉搏传感器；还可以应用至指纹识别领域、触控领域等，例如手机、电脑等；本发明对此不作具体限定。
本发明实施例提供的薄膜晶体管、其制作方法、压力传感器及压力传感装置，该薄膜晶体管包括：衬底基板，位于衬底基板上叠层设置的栅极和有源层，栅极和有源层之间具有空腔结构；空腔结构在衬底基板上的正投影至少覆盖有源层在衬底基板上的正投影。通过在栅极和有源层之间设置空腔结构，该空腔结构相当于薄膜晶体管的附加绝缘层，这样一来，当按压薄膜晶体管的栅极一侧，空腔结构的厚度则会发生变化，从而使得栅电容发生变化，进而能够使得薄膜晶体管的沟道电流发生变化，从而可以实现压力的信号测量，因此通过多个上述薄膜晶体管的连接和行列扫描处理，形成压力传感器，可以实现压力分布测试及触控功能的实现。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：衬底基板，位于所述衬底基板上叠层设置的栅极和有源层，所述栅极和所述有源层之间具有空腔结构；所述空腔结构在所述衬底基板上的正投影至少覆盖所述有源层在所述衬底基板上的正投影。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包括与所述有源层电连接的源极和漏极；其中，所述源极和漏极与所述有源层为相邻膜层，且所述源极和漏极位于所述有源层下方。
3.如权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述有源层位于所述衬底基板和所述栅极之间，所述薄膜晶体管还包括位于所述空腔结构与所述栅极之间的栅绝缘层；所述栅绝缘层与所述源极和漏极接触。
4.如权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述有源层位于所述衬底基板和所述栅极之间，所述薄膜晶体管还包括位于所述空腔结构与所述有源层之间的栅绝缘层，以及位于所述栅极背向所述衬底基板一侧的保护层；所述保护层与所述栅绝缘层接触。
5.如权利要求2-4任一项所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述空腔结构在所述衬底基板上的正投影还覆盖所述源极和漏极在所述衬底基板上的正投影。
6.一种压力传感器，其特征在于，包括压力传感单元，所述压力传感单元包括如权利要求1-5任一项所述的薄膜晶体管。
7.一种压力传感装置，其特征在于，包括如权利要求6所述的压力传感器。
8.一种如权利要求1-5任一项所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底基板上形成叠层设置的栅极和有源层，以及在所述栅极和所述有源层之间形成空腔结构；其中，所述空腔结构在所述衬底基板上的正投影至少覆盖所述有源层在所述衬底基板上的正投影。
9.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于，在衬底基板上形成叠层设置的栅极和有源层，以及在所述栅极和所述有源层之间形成空腔结构，具体包括：
在所述衬底基板上形成源极和漏极；
在所述源极和漏极上形成与所述源极和漏极电连接且位于相邻膜层的有源层；
在所述有源层上形成牺牲层；所述牺牲层所述衬底基板上的正投影覆盖所述有源层与所述源极和漏极在所述衬底基板上的正投影；
在所述牺牲层上形成栅绝缘层；其中，所述栅绝缘层和所述源极和漏极接触；
在所述栅绝缘层上形成过孔，采用仅能够腐蚀所述牺牲层的腐蚀剂通过所述过孔腐蚀掉所述牺牲层，以形成所述空腔结构；
在所述栅绝缘层上形成栅极。
10.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于，在衬底基板上形成叠层设置的栅极和有源层，以及在所述栅极和所述有源层之间形成空腔结构，具体包括：
在所述衬底基板上形成源极和漏极；
在所述源极和漏极上形成与所述源极和漏极电连接且位于相邻膜层的有源层；
在所述有源层上形成栅绝缘层；
在所述栅绝缘层上形成牺牲层；所述牺牲层所述衬底基板上的正投影覆盖所述有源层与所述源极和漏极在所述衬底基板上的正投影；
在所述牺牲层上形成栅极；
在所述栅极上形成保护层；其中，所述保护层与所述栅绝缘层接触；
在所述保护层上形成过孔，采用仅能够腐蚀所述牺牲层的腐蚀剂通过所述过孔腐蚀掉所述牺牲层，以形成所述空腔结构。
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