華爲在金剛石半導體散熱領域再次取得重要突破pò

　　隨着半導體芯片的系統集成向更高密度dù、更多功能néng、更大功率和智能化的方向發展zhǎn，芯片內部高性能高功率處理區域中單位面積的發熱量也不斷增加jiā。通常cháng，將芯片內的高性能高功率處理區域yù稱爲熱點區域。熱點區域作爲芯片內的主要熱源yuán，若熱點區域的溫度較高gāo，會導致芯片總體性能較差chà。金剛石以其低介電常數shù、高導熱率以及良好的機械性能等優勢shì，被廣泛用於散熱材料liào。金剛石在半導體器件中的應用形式可包括封裝級金剛石焊接jiē、晶圓級金剛石鍵合以及異質材料金剛石鍍膜mó。以異質材料金剛石鍍膜爲例lì，雖然金剛石導熱效率高gāo，但由於異質材料與金剛石之間難以形成穩定的化學鍵jiàn，金剛石散熱層與異質材料之間的界面結合力欠佳jiā，無法實現良好的界面結合hé，使得金剛石散熱層容易脫落luò。並且qiě，在金剛石散熱層的製作過程中zhōng，金剛石鍍膜形核過程中的氫等離子體可能對異質材料表面造成刻蝕損傷shāng，導致金剛石生成後會在界面形成空洞dòng，同樣也會降低生長界面的結合力lì。此外wài，生長後的金剛石表面還需要研磨拋光guāng，以形成期望的金剛石散熱層céng，而界面結合力較弱易導致金剛石在研磨拋光後脫落並失效xiào。

　　基於此cǐ，12月yuè3日rì，華爲wèi技術有限公司公佈一項名爲“一種半導體器件及其製作方法fǎ、集成電路lù、電子設備bèi”的專利lì。據瞭解jiě，該專利提供了一種半導體器件及其製作方法fǎ、集成電路lù、電子設備bèi，增加金剛石散熱層與鈍化層的接觸面積jī，改善金剛石散熱層與鈍化層之間的結合力lì，並且通過減小金剛石散熱層與柵極之間的熱擴散距離lí，提高半導體器件的散熱效率lǜ。

　　10-半導體器件jiàn、11-第一外延層céng、12-鈍化層céng、13-金剛石散熱層céng、14-柵極jí、15-源極jí、16-漏極jí、121-凹槽專利顯示shì，半導體器件可以包括第一外延層céng、鈍化層céng和金剛石散熱層。其中zhōng，鈍化層位於第一外延層和金剛石散熱層之間jiān。第一外延層背離鈍化層的一側設置有柵極jí。鈍化層朝向金剛石散熱層的一側表面設置有凹槽cáo。沿半導體器件的厚度方向xiàng，凹槽在第一外延層上的投影覆蓋柵極的至少部分fēn。金剛石散熱層可覆蓋鈍化層並且填充凹槽cáo。在該專利的半導體器件中zhōng，鈍化層的凹槽結構可以增加金剛石散熱層與鈍化層之間的接觸面積jī，從而增加金剛石散熱層與鈍化層之間的結合力lì。隨着半導體器件的工作時間越長zhǎng，半導體器件會不斷髮熱rè，其中zhōng，柵極區域產生的熱量較多duō。凹槽可以減小柵極與金剛石散熱層之間沿半導體器件的厚度方向的距離lí，從而可以減小柵極與金剛石散熱層之間的熱擴散距離lí，並且金剛石散熱層在凹槽內的傳熱面積較大dà，可減小金剛石散熱層的熱阻zǔ，進而可提高半導體器件的散熱效率lǜ。近年來lái，華爲在金剛石散熱領域不斷取得重要進展zhǎn。2023年nián3月yuè，華爲用於芯片散熱的兩項複合導熱材料專利公佈bù。專利說明書顯示shì，兩項專利以不同的技術方案獲取芯片散熱的複合導熱材料liào，其中一個技術方案以鐵磁性顆粒材料liào作爲導熱填料；另一個技術方案則以金剛石顆粒材料liào爲主要散熱材料。兩個技術方案經實驗驗證zhèng，較傳統硅脂等界面導熱材料的導熱性能néng，有大幅度的提升shēng。可廣泛適用於yú，手機jī、電腦nǎo、服務器等電子設備中zhōng。2023年nián11月yuè，華爲和哈爾濱工業大學聯合申請的de“一種基於硅和金剛石的三維集成芯片的混合鍵合方法fǎ”專利公開kāi。這項專利涉及一種將鑽石材料與石墨烯相結合的方法fǎ，以實現三維異質集成chéng。這種方法可以快速導出芯片產生的熱量liàng，並減少熱阻zǔ，從而提高芯片的散熱效率lǜ。

　　2024年nián2月yuè，華爲技術團隊與廈門大學於大全quán、鍾毅老師團隊duì、廈門雲天團隊合作zuò，在先進封裝玻璃轉接板集成芯片piàn-金剛石散熱技術領域取得突破性進展zhǎn。這項研究將金剛石低溫鍵合hé與玻璃轉接板技術相結合，首次實現了將多晶金剛石襯底集成到玻璃轉接板封裝芯片的背面miàn。該技術路線符合電子設備尺寸小型化huà、重量輕量化的發展趨勢shì，同時與現有散熱方案有效兼容róng，成爲當前實現芯片高效散熱的重要突破路徑jìng，並推動了金剛石散熱襯底在先進封裝芯片集成的產業化發展zhǎn。華爲的這些專利技術充分展示了其在金剛石散熱技術方面的創新能力lì，隨着技術的進一步成熟和應用yòng，相信金剛石將在半導體散熱領域發揮越來越重要的作用yòng，爲手機jī、電腦等產品的散熱問題提供更爲高效的解決方案àn。