隨著半(ban)導體(ti)芯(xin)片(pian)(pian)的(de)(de)系統集成(cheng)向更高密度、更多功能(neng)(neng)、更大功率(lv)和智能(neng)(neng)化的(de)(de)方(fang)向發(fa)展，芯(xin)片(pian)(pian)內(nei)部(bu)高性(xing)能(neng)(neng)高功率(lv)處(chu)理區域(yu)(yu)(yu)中單位面積(ji)的(de)(de)發(fa)熱量也不斷增加。通常，將芯(xin)片(pian)(pian)內(nei)的(de)(de)高性(xing)能(neng)(neng)高功率(lv)處(chu)理區域(yu)(yu)(yu)稱為熱點(dian)(dian)區域(yu)(yu)(yu)。熱點(dian)(dian)區域(yu)(yu)(yu)作(zuo)為芯(xin)片(pian)(pian)內(nei)的(de)(de)主要熱源，若熱點(dian)(dian)區域(yu)(yu)(yu)的(de)(de)溫度較高，會導致芯(xin)片(pian)(pian)總體(ti)性(xing)能(neng)(neng)較差。

       金剛石以其低介電常數、高導熱率以及良好的機械性能等優勢，被廣泛用于散熱材料。金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)在半導體器件(jian)中的應用形(xing)式可包括封(feng)裝級金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)焊接、晶圓級金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)鍵(jian)(jian)合(he)以及異(yi)質材料金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)鍍膜。以異(yi)質材料金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)鍍膜為例，雖然(ran)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)導熱(re)效(xiao)率高，但由于異(yi)質材料與金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)之(zhi)間難以形(xing)成穩定的化學(xue)鍵(jian)(jian)，金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)散熱(re)層與異(yi)質材料之(zhi)間的界面(mian)結合(he)力欠佳，無法實現良好的界面(mian)結合(he)，使得金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)散熱(re)層容易脫(tuo)落(luo)。

       并且，在金剛石散熱層的制作過程中，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，導致金剛石生成后會在界面形成空洞，同樣也會降低生長界面的結合力。此外，生長后的金剛石表面還需要研磨拋光，以形成期望的(de)金(jin)剛石(shi)散熱層(ceng)，而(er)界面結合力(li)較(jiao)弱易(yi)導(dao)致(zhi)金(jin)剛石(shi)在研磨拋光(guang)后脫落(luo)并失效。

       基于此，12月3日，華為技術有限公司公布(bu)一項名為“一種半導體(ti)器(qi)件(jian)及其制作方(fang)法、集成電(dian)路、電(dian)子設備”的(de)專(zhuan)利。據了解(jie)，該(gai)專(zhuan)利提供了一種半導體(ti)器(qi)件(jian)及其制作方(fang)法、集成電(dian)路、電(dian)子設備，增加金剛(gang)石散(san)(san)熱(re)(re)層與(yu)鈍化(hua)層的(de)接觸面(mian)積，改善金剛(gang)石散(san)(san)熱(re)(re)層與(yu)鈍化(hua)層之間(jian)的(de)結(jie)合(he)力，并(bing)且(qie)通過減小(xiao)金剛(gang)石散(san)(san)熱(re)(re)層與(yu)柵極之間(jian)的(de)熱(re)(re)擴散(san)(san)距離，提高半導體(ti)器(qi)件(jian)的(de)散(san)(san)熱(re)(re)效率。

       專利顯示(shi)，半(ban)導體(ti)(ti)器件可(ke)以(yi)包括第一(yi)(yi)外(wai)延(yan)(yan)(yan)層(ceng)、鈍(dun)化(hua)層(ceng)和金剛(gang)(gang)(gang)石散熱(re)層(ceng)。其中，鈍(dun)化(hua)層(ceng)位于第一(yi)(yi)外(wai)延(yan)(yan)(yan)層(ceng)和金剛(gang)(gang)(gang)石散熱(re)層(ceng)之間。第一(yi)(yi)外(wai)延(yan)(yan)(yan)層(ceng)背(bei)離鈍(dun)化(hua)層(ceng)的(de)一(yi)(yi)側設置有柵極。鈍(dun)化(hua)層(ceng)朝(chao)向金剛(gang)(gang)(gang)石散熱(re)層(ceng)的(de)一(yi)(yi)側表面(mian)設置有凹(ao)槽(cao)。沿半(ban)導體(ti)(ti)器件的(de)厚度方(fang)向，凹(ao)槽(cao)在第一(yi)(yi)外(wai)延(yan)(yan)(yan)層(ceng)上的(de)投(tou)影覆蓋柵極的(de)至少部(bu)分(fen)。金剛(gang)(gang)(gang)石散熱(re)層(ceng)可(ke)覆蓋鈍(dun)化(hua)層(ceng)并且填(tian)充(chong)凹(ao)槽(cao)。

       在(zai)該專利(li)的(de)半導(dao)體(ti)器件(jian)中，鈍化層(ceng)(ceng)的(de)凹(ao)槽(cao)結構(gou)可以(yi)增加金(jin)剛(gang)(gang)石散(san)熱(re)層(ceng)(ceng)與鈍化層(ceng)(ceng)之間(jian)的(de)接觸面積(ji)，從而(er)增加金(jin)剛(gang)(gang)石散(san)熱(re)層(ceng)(ceng)與鈍化層(ceng)(ceng)之間(jian)的(de)結合力(li)。隨著半導(dao)體(ti)器件(jian)的(de)工作時間(jian)越長，半導(dao)體(ti)器件(jian)會(hui)不斷(duan)發熱(re)，其中，柵極區域產(chan)生的(de)熱(re)量較多。凹(ao)槽(cao)可以(yi)減(jian)小(xiao)柵極與金(jin)剛(gang)(gang)石散(san)熱(re)層(ceng)(ceng)之間(jian)沿半導(dao)體(ti)器件(jian)的(de)厚度方(fang)向的(de)距離(li)，從而(er)可以(yi)減(jian)小(xiao)柵極與金(jin)剛(gang)(gang)石散(san)熱(re)層(ceng)(ceng)之間(jian)的(de)熱(re)擴散(san)距離(li)，并且金(jin)剛(gang)(gang)石散(san)熱(re)層(ceng)(ceng)在(zai)凹(ao)槽(cao)內的(de)傳熱(re)面積(ji)較大，可減(jian)小(xiao)金(jin)剛(gang)(gang)石散(san)熱(re)層(ceng)(ceng)的(de)熱(re)阻，進而(er)可提高(gao)半導(dao)體(ti)器件(jian)的(de)散(san)熱(re)效率。

       近(jin)年來，華(hua)為(wei)在金(jin)剛(gang)石(shi)散(san)熱領域不斷取(qu)(qu)得重要(yao)(yao)進展。2023年3月，華(hua)為(wei)用于(yu)芯片散(san)熱的(de)(de)兩項(xiang)復合導(dao)(dao)熱材(cai)料(liao)(liao)專利(li)(li)公(gong)布。專利(li)(li)說明書顯(xian)示，兩項(xiang)專利(li)(li)以(yi)不同的(de)(de)技術(shu)方(fang)案(an)獲取(qu)(qu)芯片散(san)熱的(de)(de)復合導(dao)(dao)熱材(cai)料(liao)(liao)，其中一個(ge)技術(shu)方(fang)案(an)以(yi)鐵磁性顆(ke)粒材(cai)料(liao)(liao)作為(wei)導(dao)(dao)熱填料(liao)(liao)；另一個(ge)技術(shu)方(fang)案(an)則以(yi)金(jin)剛(gang)石(shi)顆(ke)粒材(cai)料(liao)(liao)為(wei)主要(yao)(yao)散(san)熱材(cai)料(liao)(liao)。兩個(ge)技術(shu)方(fang)案(an)經實驗(yan)驗(yan)證，較傳統硅脂等界(jie)面導(dao)(dao)熱材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)導(dao)(dao)熱性能，有大(da)幅度(du)的(de)(de)提升。可廣泛適(shi)用于(yu)，手(shou)機、電腦、服務器等電子設備中。

       2023年11月，華為和哈爾濱工業大學聯合申請的(de)“一種基(ji)于硅和金剛石(shi)的(de)三維集成(cheng)芯片(pian)的(de)混合鍵合方(fang)法”專(zhuan)利公開。這(zhe)項專(zhuan)利涉及一種將鉆石(shi)材料與石(shi)墨烯相結(jie)合的(de)方(fang)法，以(yi)實現三維異質集成(cheng)。這(zhe)種方(fang)法可以(yi)快(kuai)速導出芯片(pian)產生的(de)熱(re)(re)量(liang)，并減少(shao)熱(re)(re)阻，從(cong)而提高芯片(pian)的(de)散熱(re)(re)效率。

       2024年2月，華為(wei)技(ji)(ji)術團隊(dui)與(yu)(yu)廈門大學于大全、鐘毅老(lao)師團隊(dui)、廈門云天團隊(dui)合(he)作(zuo)，在先(xian)進(jin)(jin)(jin)封裝玻(bo)璃(li)轉接(jie)板集(ji)(ji)成(cheng)芯片-金剛石(shi)散熱技(ji)(ji)術領(ling)域(yu)取得突破(po)性進(jin)(jin)(jin)展(zhan)。這項(xiang)研究(jiu)將金剛石(shi)低溫鍵合(he)與(yu)(yu)玻(bo)璃(li)轉接(jie)板技(ji)(ji)術相結合(he)，首次實現了將多晶(jing)金剛石(shi)襯(chen)底集(ji)(ji)成(cheng)到玻(bo)璃(li)轉接(jie)板封裝芯片的(de)背面。該(gai)技(ji)(ji)術路(lu)線符合(he)電(dian)子設(she)備尺寸小型化、重量(liang)輕(qing)量(liang)化的(de)發展(zhan)趨(qu)勢，同時與(yu)(yu)現有散熱方案有效兼容(rong)，成(cheng)為(wei)當前實現芯片高效散熱的(de)重要突破(po)路(lu)徑，并推(tui)動了金剛石(shi)散熱襯(chen)底在先(xian)進(jin)(jin)(jin)封裝芯片集(ji)(ji)成(cheng)的(de)產業化發展(zhan)。

       華為(wei)的(de)這些專(zhuan)利技術充(chong)分展示(shi)了其在金(jin)剛石散熱技術方面的(de)創新能(neng)力，隨著技術的(de)進一步成熟(shu)和應用(yong)(yong)，相信金(jin)剛石將在半導體散熱領(ling)域發揮越來越重要的(de)作用(yong)(yong)，為(wei)手機、電腦等產品的(de)散熱問題提供更(geng)為(wei)高效的(de)解決方案。