本技術屬于芯片制造的，具體是涉及一種用于深槽刻蝕工藝的散熱結構。

背景技術：

1、mems(micro-electro-mechanical?systems)是微機電系統(tǒng)的縮寫，mems制造技術利用微細加工技術，特別是半導體圓片制造技術，制造出各種微型機械結構，結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、易集成等優(yōu)點，被廣泛應用于以智能手機為代表的消費類電子產品中。以智能手機為例，它用到陀螺儀、加速度計、高度計、麥克風、電子指南針、調諧天線、濾波器等mems元器件。而mems加速度計又是其中應用最廣泛的，每個智能手機，甚至功能手機都標配有mems加速度計。為了提升mems加速度計的精度，需要保證關鍵結構的刻蝕形貌和尺寸在規(guī)范內。

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，在等離子反應腔中分解的副產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，會導致這兩種物質化合并共同消失，為了解決混合物導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，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，而側壁的聚合物沒有受到離子轟擊，保留在側壁，阻止了刻蝕周期中f離子對mems結構側壁的刻蝕。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致的碳氟聚合反應產生的損耗，極大的提高了各向異性刻蝕的選擇比，且側壁的聚合物易去除。

3、在刻蝕過程中產生的熱量通過mems結構、錨點以及外圍結構向圓片襯底傳導，圓片襯底接觸刻蝕設備的夾盤，熱量最后由夾盤導出刻蝕腔。隨著mems結構刻蝕過程的進行，mems結構的溝槽逐步形成，與錨點間和外圍結構間的熱傳導截面積逐步減小，即熱阻逐步增大，當mems結構與外圍結構完全分離，熱量只能通過與錨點連接的彈簧或連桿傳導到襯底，由于彈簧或連桿形狀細長，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，還會影響保護側壁的聚合物(polymer)的形成，從而使mems結構的側向腐蝕速率變大，刻蝕形貌會嚴重變形。

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構，散熱結構連接mems結構層與基底層，在結構層刻蝕通之前，刻蝕產生的熱量通過散熱結構傳遞至基底；結構層刻蝕通之后，反應離子將繼續(xù)刻蝕散熱柱，本專利中，散熱柱實際上是垂直方向的驅動電極，因此這種方式不適用于沒有垂直驅動電極的mems結構。

技術實現(xiàn)思路

1、本實用新型要解決的技術問題是當mems結構為懸空結構，且隔離溝先被刻蝕干凈時，mems功能結構在進行深槽刻蝕形成間隙時產生的熱量無法通過錨點高效傳導至襯底并通過設備卡盤散熱，導致局部區(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構。

2、為解決上述技術問題，本實用新型提供一種適用于所有mems結構，特別是懸空的、沒有垂直驅動電極的mems結構深槽刻蝕工藝的散熱結構，通過在隔離溝內設置散熱結構，散熱結構與mems功能結構之間的深槽的深寬比大于mems功能結構待刻蝕間隙的深寬比，在mems功能結構待刻蝕間隙刻蝕完成前，能夠通過散熱結構將熱量傳遞到外圍區(qū)錨點和襯底上，最后由夾盤導出刻蝕腔，使刻蝕工藝正常完成并形成符合要求的形貌。

3、所述的mems結構深槽刻蝕的散熱結構包括由上而下依次設置的mems結構層、錨點層和襯底，所述的mems結構層被隔離溝隔離為外圍結構和懸空的mems功能結構，mem功能結構與襯底間有下空腔，外圍結構通過外圍區(qū)錨點與襯底連接，mems功能結構通過功能區(qū)錨點與襯底連接，所述的mems功能結構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；所述的隔離溝內設有散熱結構，用于將mems功能結構刻蝕時產生的熱量傳遞給外圍區(qū)錨點，散熱結構與mems功能結構之間形成深槽，深槽的深寬比大于間隙的深寬比。

4、在掩膜刻蝕mems結構層形成隔離溝，將mems結構層隔離為外圍結構和mems功能結構時，外圍結構作為保護區(qū)，用于防止密封焊料溢流、限制可動結構過量位移，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功能結構進行深槽刻蝕以形成間隙，將mems功能結構隔離為能夠活動的mems功能單元，如彈簧、連接梁、梳齒、質量塊、錨點等，在對mems功能結構進行深槽刻蝕時，由于有隔離溝的阻隔，刻蝕產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，深槽刻蝕產生的大量熱量無法傳導至襯底，導致間隙內部局部發(fā)熱，當溫度過高時，用于保護mems圖形的光刻膠掩膜的刻蝕速率會增大，同時在間隙側壁無法形成用于保護間隙側壁的八氟環(huán)丁烷(c4f8)，從而使mems功能結構在各個方向上的刻蝕速率變大，最終形成的形貌嚴重變形。所以為了保證刻蝕后的結構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生的熱量通過與外圍結構連接的外圍區(qū)錨點傳導出去，具體方案是利用刻蝕的微負載效應(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)域內增加散熱結構，散熱結構與mems功能結構間可以形成大深寬比的深槽并降低刻蝕速率，保留mems功能結構向外圍區(qū)錨點散熱的路徑，確保刻蝕工藝正常完成。可以有效解決懸空結構在刻蝕過程中的散熱問題，提升工藝能力。在隔離溝內設置散熱結構，并在散熱結構與mems功能結構之間形成深槽，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功能結構深槽刻蝕產生的熱量可以通過散熱結構傳遞到外圍區(qū)錨點，在經(jīng)外圍區(qū)錨點傳遞到襯底散熱，解決了mems功能結構深槽刻蝕無法散熱導致形貌異常的問題，刻蝕形貌符合設計需求。

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構不被刻蝕掉，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，所述的散熱結構的截面呈長方形或呈梯形，散熱結構的形狀、大小及數(shù)量都與散熱需求和隔離溝寬度相關。

9、進一步地，mems功能結構與外圍結構的材料相同，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)有技術相比，本實用新型具有如下優(yōu)點：

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

12、(2)mems功能結構深槽刻蝕產生的熱量能及時傳遞，解決了mems功能結構深槽刻蝕無法散熱導致形貌異常的問題，刻蝕形貌符合設計需求；

13、(3)、散熱結構位于隔離溝內，適用于所有mems結構，特別是懸空的、沒有垂直驅動電極的mems結構深槽刻蝕的散熱，通用性強。