本發(fā)明屬于芯片制造的，具體是涉及一種用于深槽刻蝕工藝的散熱結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、mems(micro-electro-mechanical?systems)是微機電系統(tǒng)的縮寫，mems制造技術(shù)利用微細(xì)加工技術(shù)，特別是半導(dǎo)體圓片制造技術(shù)，制造出各種微型機械結(jié)構(gòu)，結(jié)合專用控制集成電路(asic)，組成智能化的微傳感器、微執(zhí)行器、微光學(xué)器件等mems元器件。mems元器件具有體積小、成本低、可靠性高、抗惡劣環(huán)境能力強、功耗低、智能化程度高、易較準(zhǔn)、易集成等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于以智能手機為代表的消費類電子產(chǎn)品中。以智能手機為例，它用到陀螺儀、加速度計、高度計、麥克風(fēng)、電子指南針、調(diào)諧天線、濾波器等mems元器件。而mems加速度計又是其中應(yīng)用最廣泛的，每個智能手機，甚至功能手機都標(biāo)配有mems加速度計。為了提升mems加速度計的精度，需要保證關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的刻蝕形貌和尺寸在規(guī)范內(nèi)。

2、高深寬比刻蝕工藝是加工mems器件的一個重要工藝步驟，針對硅材料，高深寬比刻蝕工藝通常采用bosch工藝，bosch工藝為刻蝕-鈍化循環(huán)工藝，采用八氟環(huán)丁烷(c4f8)分解的副產(chǎn)物(即聚合物)作為鈍化層，以六氟化硫(sf6)作為主要刻蝕氣體，其中八氟環(huán)丁烷是一種無毒穩(wěn)定的二聚四氟乙烯，在等離子反應(yīng)腔中分解的副產(chǎn)物通過低能離子轟擊可以很容易地從刻蝕底面去除且不留任何殘留。當(dāng)六氟化硫(sf6)和八氟環(huán)丁烷(c4f8)同時存在于等離子體中時，會導(dǎo)致這兩種物質(zhì)化合并共同消失，為了解決混合物導(dǎo)致刻蝕工藝難以控制的問題，將刻蝕和鈍化氣體單獨交替進入工藝腔體內(nèi)，形成鈍化周期和刻蝕周期，在鈍化周期，由c4f8形成的類似teflon的聚合物薄膜淀積在側(cè)壁和底部，在接下來的刻蝕周期，溝槽底部的聚合物會受到離子轟擊，與sf6產(chǎn)生的等離子自由基形成的碳氟化合物而被去除，同時f離子和自由基會對底部的硅進行刻蝕，而側(cè)壁的聚合物沒有受到離子轟擊，保留在側(cè)壁，阻止了刻蝕周期中f離子對mems結(jié)構(gòu)側(cè)壁的刻蝕。通過將鈍化與刻蝕交替進行，六氟化硫和八氟環(huán)丁烷可以分別在高濃度條件下對襯底進行刻蝕和鈍化，減少了兩種氣體因混合在一起而導(dǎo)致的碳氟聚合反應(yīng)產(chǎn)生的損耗，極大的提高了各向異性刻蝕的選擇比，且側(cè)壁的聚合物易去除。

3、在刻蝕過程中產(chǎn)生的熱量通過mems結(jié)構(gòu)、錨點以及外圍結(jié)構(gòu)向圓片襯底傳導(dǎo)，圓片襯底接觸刻蝕設(shè)備的夾盤，熱量最后由夾盤導(dǎo)出刻蝕腔。隨著mems結(jié)構(gòu)刻蝕過程的進行，mems結(jié)構(gòu)的溝槽逐步形成，與錨點間和外圍結(jié)構(gòu)間的熱傳導(dǎo)截面積逐步減小，即熱阻逐步增大，當(dāng)mems結(jié)構(gòu)與外圍結(jié)構(gòu)完全分離，熱量只能通過與錨點連接的彈簧或連桿傳導(dǎo)到襯底，由于彈簧或連桿形狀細(xì)長，截面積小，而且錨點數(shù)量較少，此時的熱阻很大，熱量聚集在刻蝕區(qū)域會導(dǎo)致局部溫度升高，不但會增大保護mems圖形的光刻膠的刻蝕速率，還會影響保護側(cè)壁的聚合物(polymer)的形成，從而使mems結(jié)構(gòu)的側(cè)向腐蝕速率變大，刻蝕形貌會嚴(yán)重變形。

4、專利(cn112723298b)展示了一種用于mems微鏡器件刻蝕的散熱補償微結(jié)構(gòu)，散熱結(jié)構(gòu)連接mems結(jié)構(gòu)層與基底層，在結(jié)構(gòu)層刻蝕通之前，刻蝕產(chǎn)生的熱量通過散熱結(jié)構(gòu)傳遞至基底；結(jié)構(gòu)層刻蝕通之后，反應(yīng)離子將繼續(xù)刻蝕散熱柱，本專利中，散熱柱實際上是垂直方向的驅(qū)動電極，因此這種方式不適用于沒有垂直驅(qū)動電極的mems結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是當(dāng)mems結(jié)構(gòu)為懸空結(jié)構(gòu)，且隔離溝先被刻蝕干凈時，mems功能結(jié)構(gòu)在進行深槽刻蝕形成間隙時產(chǎn)生的熱量無法通過錨點高效傳導(dǎo)至襯底并通過設(shè)備卡盤散熱，導(dǎo)致局部區(qū)域溫度升高，造成刻蝕形貌異常，而提出的一種用于深槽刻蝕工藝的散熱結(jié)構(gòu)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供提供一種適用于所有mems結(jié)構(gòu)，特別是懸空的、沒有垂直驅(qū)動電極的mems結(jié)構(gòu)深槽刻蝕工藝的散熱結(jié)構(gòu)，通過在隔離溝內(nèi)設(shè)置散熱結(jié)構(gòu)，散熱結(jié)構(gòu)與mems功能結(jié)構(gòu)之間的深槽的深寬比大于mems功能結(jié)構(gòu)待刻蝕間隙的深寬比，在mems功能結(jié)構(gòu)待刻蝕間隙刻蝕完成前，能夠通過散熱結(jié)構(gòu)將熱量傳遞到外圍區(qū)錨點和襯底上，最后由夾盤導(dǎo)出刻蝕腔，使刻蝕工藝正常完成并形成符合要求的形貌。

3、所述的mems結(jié)構(gòu)深槽刻蝕的散熱結(jié)構(gòu)包括由上而下依次設(shè)置的mems結(jié)構(gòu)層、錨點層和襯底，所述的mems結(jié)構(gòu)層被隔離溝隔離為外圍結(jié)構(gòu)和懸空的mems功能結(jié)構(gòu)，mem功能結(jié)構(gòu)與襯底間有下空腔，外圍結(jié)構(gòu)通過外圍區(qū)錨點與襯底連接，mems功能結(jié)構(gòu)通過功能區(qū)錨點與襯底連接，所述的mems功能結(jié)構(gòu)包含若干個功能單元，各功能單元間具有間隙，間隙的寬度均大于隔離溝的寬度；所述的隔離溝內(nèi)設(shè)有散熱結(jié)構(gòu)，用于將mems功能結(jié)構(gòu)刻蝕時產(chǎn)生的熱量傳遞給外圍區(qū)錨點，散熱結(jié)構(gòu)與mems功能結(jié)構(gòu)之間形成深槽，深槽的深寬比大于間隙的深寬比。

4、在掩膜刻蝕mems結(jié)構(gòu)層形成隔離溝，將mems結(jié)構(gòu)層隔離為外圍結(jié)構(gòu)和mems功能結(jié)構(gòu)時，外圍結(jié)構(gòu)作為保護區(qū)，用于防止密封焊料溢流、限制可動結(jié)構(gòu)過量位移，與蓋板形成密封環(huán)，它與襯底有大面積的鍵合區(qū)域，熱傳導(dǎo)率大，散熱能力強。在刻蝕過程中，靠近外圍區(qū)錨點的區(qū)域先刻蝕干凈，然后還需要繼續(xù)對mems功能結(jié)構(gòu)進行深槽刻蝕以形成間隙，將mems功能結(jié)構(gòu)隔離為能夠活動的mems功能單元，如彈簧、連接梁、梳齒、質(zhì)量塊、錨點等，在對mems功能結(jié)構(gòu)進行深槽刻蝕時，由于有隔離溝的阻隔，刻蝕產(chǎn)生的熱量只能通過功能區(qū)錨點傳遞到襯底上散熱，而功能區(qū)錨點數(shù)量少、截面積小，深槽刻蝕產(chǎn)生的大量熱量無法傳導(dǎo)至襯底，導(dǎo)致間隙內(nèi)部局部發(fā)熱，當(dāng)溫度過高時，用于保護mems圖形的光刻膠掩膜的刻蝕速率會增大，同時在間隙側(cè)壁無法形成用于保護間隙側(cè)壁的八氟環(huán)丁烷(c4f8)，從而使mems功能結(jié)構(gòu)在各個方向上的刻蝕速率變大，最終形成的形貌嚴(yán)重變形。所以為了保證刻蝕后的結(jié)構(gòu)尺寸的精度和剖面形貌的完美，一個有效的方法是將刻蝕過程中產(chǎn)生的熱量通過與外圍結(jié)構(gòu)連接的外圍區(qū)錨點傳導(dǎo)出去，具體方案是利用刻蝕的微負(fù)載效應(yīng)(即局部需刻蝕圖形面積越小，刻蝕速率越慢)，在靠近外圍區(qū)錨點的刻蝕區(qū)域內(nèi)增加散熱結(jié)構(gòu)，散熱結(jié)構(gòu)與mems功能結(jié)構(gòu)間可以形成大深寬比的深槽并降低刻蝕速率，保留mems功能結(jié)構(gòu)向外圍區(qū)錨點散熱的路徑，確?？涛g工藝正常完成?？梢杂行Ы鉀Q懸空結(jié)構(gòu)在刻蝕過程中的散熱問題，提升工藝能力。本發(fā)明在隔離溝內(nèi)設(shè)置散熱結(jié)構(gòu)，并在散熱結(jié)構(gòu)與mems功能結(jié)構(gòu)之間形成深槽，由于深槽的深寬比大于間隙的深寬比，在間隙被刻蝕通之前，深槽不會被刻通，mems功能結(jié)構(gòu)深槽刻蝕產(chǎn)生的熱量可以通過散熱結(jié)構(gòu)傳遞到外圍區(qū)錨點，在經(jīng)外圍區(qū)錨點傳遞到襯底散熱，解決了mems功能結(jié)構(gòu)深槽刻蝕無法散熱導(dǎo)致形貌異常的問題，刻蝕形貌符合設(shè)計需求。

5、進一步地，功能區(qū)錨點的數(shù)量與面積的乘積小于外圍區(qū)錨點的數(shù)量與面積的乘積，使刻蝕形成的mems功能單元能夠自由活動，減少錨點對mems功能單元的約束。

6、進一步地，深槽的刻蝕速率小于間隙的刻蝕速率，保證在間隙刻蝕通之前，深槽不被刻蝕通，即仍保留部分散熱結(jié)構(gòu)不被刻蝕掉，從而形成散熱路徑。

7、進一步地，所述的功能單元為梳齒、諧振梁、彈簧和/或微鏡。

8、進一步地，所述的散熱結(jié)構(gòu)的截面呈長方形或呈梯形，散熱結(jié)構(gòu)的形狀、大小及數(shù)量都與散熱需求和隔離溝寬度相關(guān)。

9、進一步地，mems功能結(jié)構(gòu)與外圍結(jié)構(gòu)的材料相同，這樣便于器件的制作，也容易掌握隔離溝和間隙的刻蝕程度。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

11、(1)、散熱結(jié)構(gòu)位于隔離溝內(nèi)，并與mems功能結(jié)構(gòu)之間存在深槽，未改變mems功能結(jié)構(gòu)，不影響mems器件的性能；

12、(2)mems功能結(jié)構(gòu)深槽刻蝕產(chǎn)生的熱量能及時傳遞，解決了mems功能結(jié)構(gòu)深槽刻蝕無法散熱導(dǎo)致形貌異常的問題，刻蝕形貌符合設(shè)計需求；

13、(3)、散熱結(jié)構(gòu)位于隔離溝內(nèi)，適用于所有mems結(jié)構(gòu)，特別是懸空的、沒有垂直驅(qū)動電極的mems結(jié)構(gòu)深槽刻蝕的散熱，通用性強。