隨著半導(dao)體(ti)芯(xin)(xin)片(pian)的系統集成(cheng)向更高(gao)密度、更多(duo)功(gong)能(neng)、更大功(gong)率(lv)和(he)智(zhi)能(neng)化的方(fang)向發展，芯(xin)(xin)片(pian)內(nei)部高(gao)性(xing)能(neng)高(gao)功(gong)率(lv)處理(li)區(qu)域(yu)中單位面積的發熱量(liang)也不斷增加。通(tong)常(chang)，將(jiang)芯(xin)(xin)片(pian)內(nei)的高(gao)性(xing)能(neng)高(gao)功(gong)率(lv)處理(li)區(qu)域(yu)稱為熱點區(qu)域(yu)。熱點區(qu)域(yu)作為芯(xin)(xin)片(pian)內(nei)的主要熱源，若熱點區(qu)域(yu)的溫度較高(gao)，會導(dao)致芯(xin)(xin)片(pian)總體(ti)性(xing)能(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(cai)料(liao)(liao)。金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)在半導(dao)(dao)體器(qi)件中的應用形(xing)式可包括封裝級(ji)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)焊(han)接、晶(jing)圓(yuan)級(ji)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)鍵(jian)合(he)以及異(yi)質(zhi)(zhi)(zhi)材(cai)料(liao)(liao)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)鍍(du)膜。以異(yi)質(zhi)(zhi)(zhi)材(cai)料(liao)(liao)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)鍍(du)膜為例，雖然(ran)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)導(dao)(dao)熱效率(lv)高，但由于異(yi)質(zhi)(zhi)(zhi)材(cai)料(liao)(liao)與(yu)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)之(zhi)間(jian)難以形(xing)成穩定的化學鍵(jian)，金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)散(san)熱層與(yu)異(yi)質(zhi)(zhi)(zhi)材(cai)料(liao)(liao)之(zhi)間(jian)的界(jie)(jie)面結合(he)力(li)欠佳，無法實(shi)現良好的界(jie)(jie)面結合(he)，使得(de)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)散(san)熱層容易脫落(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(yi)形(xing)成期望的金剛石散熱層(ceng)，而界面結合力(li)較弱易導(dao)致金剛石在研磨(mo)拋光后(hou)脫落并失效。

       基于此，12月3日，華為技術有限公司(si)公布(bu)一項名為“一種半導體(ti)器件及其(qi)制(zhi)作方(fang)法(fa)、集成(cheng)電(dian)路(lu)、電(dian)子設備(bei)”的(de)(de)(de)專(zhuan)利。據了解，該專(zhuan)利提供(gong)了一種半導體(ti)器件及其(qi)制(zhi)作方(fang)法(fa)、集成(cheng)電(dian)路(lu)、電(dian)子設備(bei)，增(zeng)加金剛(gang)石(shi)散(san)(san)(san)熱(re)層與(yu)(yu)鈍化層的(de)(de)(de)接觸(chu)面積(ji)，改善金剛(gang)石(shi)散(san)(san)(san)熱(re)層與(yu)(yu)鈍化層之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)結合力，并且通過(guo)減(jian)小(xiao)金剛(gang)石(shi)散(san)(san)(san)熱(re)層與(yu)(yu)柵極之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)熱(re)擴散(san)(san)(san)距(ju)離，提高(gao)半導體(ti)器件的(de)(de)(de)散(san)(san)(san)熱(re)效(xiao)率(lv)。

       專利顯示，半導(dao)體器件可以包括(kuo)第一外(wai)延(yan)(yan)層(ceng)(ceng)、鈍(dun)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)和(he)金(jin)(jin)剛石散熱(re)層(ceng)(ceng)。其中(zhong)，鈍(dun)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)位于第一外(wai)延(yan)(yan)層(ceng)(ceng)和(he)金(jin)(jin)剛石散熱(re)層(ceng)(ceng)之(zhi)間。第一外(wai)延(yan)(yan)層(ceng)(ceng)背離鈍(dun)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)的(de)(de)一側設置有柵(zha)極(ji)。鈍(dun)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)朝(chao)向(xiang)金(jin)(jin)剛石散熱(re)層(ceng)(ceng)的(de)(de)一側表(biao)面設置有凹(ao)槽(cao)。沿半導(dao)體器件的(de)(de)厚度(du)方向(xiang)，凹(ao)槽(cao)在第一外(wai)延(yan)(yan)層(ceng)(ceng)上的(de)(de)投影(ying)覆蓋柵(zha)極(ji)的(de)(de)至少部分。金(jin)(jin)剛石散熱(re)層(ceng)(ceng)可覆蓋鈍(dun)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)并且填充(chong)凹(ao)槽(cao)。

       在該專利的(de)(de)半(ban)(ban)導體(ti)器(qi)件中，鈍(dun)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)凹(ao)槽(cao)結構(gou)可以(yi)增加金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)散(san)熱(re)(re)(re)層(ceng)(ceng)(ceng)與(yu)鈍(dun)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)之間的(de)(de)接觸面積，從而增加金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)散(san)熱(re)(re)(re)層(ceng)(ceng)(ceng)與(yu)鈍(dun)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)之間的(de)(de)結合力。隨著半(ban)(ban)導體(ti)器(qi)件的(de)(de)工作時間越長，半(ban)(ban)導體(ti)器(qi)件會不斷發熱(re)(re)(re)，其中，柵極(ji)區域產生的(de)(de)熱(re)(re)(re)量較多。凹(ao)槽(cao)可以(yi)減(jian)(jian)小柵極(ji)與(yu)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)散(san)熱(re)(re)(re)層(ceng)(ceng)(ceng)之間沿半(ban)(ban)導體(ti)器(qi)件的(de)(de)厚度方向(xiang)的(de)(de)距(ju)離(li)，從而可以(yi)減(jian)(jian)小柵極(ji)與(yu)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)散(san)熱(re)(re)(re)層(ceng)(ceng)(ceng)之間的(de)(de)熱(re)(re)(re)擴散(san)距(ju)離(li)，并且(qie)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)散(san)熱(re)(re)(re)層(ceng)(ceng)(ceng)在凹(ao)槽(cao)內的(de)(de)傳熱(re)(re)(re)面積較大，可減(jian)(jian)小金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)散(san)熱(re)(re)(re)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)熱(re)(re)(re)阻(zu)，進(jin)而可提高半(ban)(ban)導體(ti)器(qi)件的(de)(de)散(san)熱(re)(re)(re)效率。

       近年來，華(hua)(hua)為(wei)在金剛石散熱(re)領域不(bu)斷(duan)取得重要(yao)進展。2023年3月，華(hua)(hua)為(wei)用(yong)于芯(xin)片散熱(re)的(de)(de)兩項(xiang)復合導(dao)熱(re)材料(liao)專(zhuan)(zhuan)利(li)公布(bu)。專(zhuan)(zhuan)利(li)說明書顯示，兩項(xiang)專(zhuan)(zhuan)利(li)以(yi)不(bu)同(tong)的(de)(de)技(ji)術(shu)(shu)(shu)方(fang)案(an)獲取芯(xin)片散熱(re)的(de)(de)復合導(dao)熱(re)材料(liao)，其中一個(ge)技(ji)術(shu)(shu)(shu)方(fang)案(an)以(yi)鐵磁(ci)性顆粒(li)(li)材料(liao)作為(wei)導(dao)熱(re)填料(liao)；另一個(ge)技(ji)術(shu)(shu)(shu)方(fang)案(an)則以(yi)金剛石顆粒(li)(li)材料(liao)為(wei)主要(yao)散熱(re)材料(liao)。兩個(ge)技(ji)術(shu)(shu)(shu)方(fang)案(an)經(jing)實驗驗證，較傳(chuan)統(tong)硅脂(zhi)等界面導(dao)熱(re)材料(liao)的(de)(de)導(dao)熱(re)性能，有(you)大幅度的(de)(de)提升。可廣(guang)泛適用(yong)于，手機、電(dian)腦、服務器等電(dian)子設備(bei)中。

       2023年11月，華為(wei)和哈爾(er)濱工業大學聯(lian)合申請的(de)“一(yi)(yi)種(zhong)基于硅(gui)和金剛(gang)石(shi)的(de)三(san)維(wei)集成(cheng)芯片的(de)混合鍵合方(fang)法(fa)”專(zhuan)利公開。這項(xiang)專(zhuan)利涉及(ji)一(yi)(yi)種(zhong)將鉆石(shi)材料與石(shi)墨烯相結合的(de)方(fang)法(fa)，以(yi)實現三(san)維(wei)異質(zhi)集成(cheng)。這種(zhong)方(fang)法(fa)可(ke)以(yi)快速導出芯片產生的(de)熱量，并減少熱阻，從而提高芯片的(de)散熱效(xiao)率。

       2024年2月，華為技(ji)術團(tuan)隊(dui)與(yu)廈門(men)(men)大學于大全、鐘毅老(lao)師團(tuan)隊(dui)、廈門(men)(men)云天團(tuan)隊(dui)合作，在(zai)先(xian)(xian)進(jin)(jin)封裝(zhuang)玻(bo)璃轉接板集(ji)(ji)成芯(xin)片(pian)-金(jin)(jin)剛(gang)石散(san)(san)熱(re)技(ji)術領(ling)域取(qu)得突破性進(jin)(jin)展(zhan)(zhan)。這(zhe)項研究將金(jin)(jin)剛(gang)石低溫鍵合與(yu)玻(bo)璃轉接板技(ji)術相結合，首次(ci)實現(xian)(xian)了將多(duo)晶金(jin)(jin)剛(gang)石襯(chen)底(di)集(ji)(ji)成到玻(bo)璃轉接板封裝(zhuang)芯(xin)片(pian)的(de)背面(mian)。該技(ji)術路線(xian)符合電子設備(bei)尺寸小型化(hua)、重量輕(qing)量化(hua)的(de)發展(zhan)(zhan)趨勢，同(tong)時與(yu)現(xian)(xian)有散(san)(san)熱(re)方案有效(xiao)兼容，成為當前實現(xian)(xian)芯(xin)片(pian)高效(xiao)散(san)(san)熱(re)的(de)重要突破路徑，并推(tui)動了金(jin)(jin)剛(gang)石散(san)(san)熱(re)襯(chen)底(di)在(zai)先(xian)(xian)進(jin)(jin)封裝(zhuang)芯(xin)片(pian)集(ji)(ji)成的(de)產業(ye)化(hua)發展(zhan)(zhan)。

       華為(wei)(wei)的(de)(de)這(zhe)些專(zhuan)利技(ji)術(shu)(shu)充分展示(shi)了其在(zai)金剛石散熱(re)(re)技(ji)術(shu)(shu)方面(mian)的(de)(de)創新(xin)能力(li)，隨(sui)著技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)進一(yi)步(bu)成(cheng)熟和應用(yong)，相信金剛石將在(zai)半導(dao)體散熱(re)(re)領域發揮越來越重要的(de)(de)作用(yong)，為(wei)(wei)手機、電腦等產品的(de)(de)散熱(re)(re)問(wen)題提供更為(wei)(wei)高(gao)效(xiao)的(de)(de)解決方案。