用于半导体装置的沟槽式散热结构的制作方法

本发明是关于散热结构，尤其是关于用于半导体装置的散热结构。

背景技术：

半导体装置于运作时会产生热，故需要散热设计以避免运作被影响。目前半导体装置的散热设计多半属于封装层级或印刷电路板层级，封装层级的散热设计通常是利用外接的散热装置来对已封装的半导体装置进行散热，而印刷电路板层级的散热设计通常是利用外接的散热装置来对设置有该半导体装置的印刷电路板进行整体性的散热。上述散热设计的效果随着半导体制程的演进而减退，对于先进制程(例如55奈米或55奈米以下的制程)而言，由于更小的电晶体，更集中(每单位面积中有更多的电晶体数量)以及更小的金属线宽和线距，使散热十分不易，进而让该些散热设计逐渐地不敷使用。

鉴于上述，本领域需要一种能更有效地为半导体装置的热源(通常为电晶体)进行散热的技术，藉此满足先进半导体制程的需求。

部分先前技术见于下列文献：公开号为us2011/0089517a1的美国专利申请公开案。

技术实现要素：

本发明的一目的在于提出一种用于半导体装置的沟槽式散热结构，以解决先前技术的问题。

本发明提出一种用于半导体装置的沟槽式散热结构，其一实施例包含：一第一半导体基板；一热源，位于该第一半导体基板或属于该第一半导体基板，包含至少一热点；至少一第一热导层；至少一第一热导体，用来连接该至少一热点与该至少一第一热导层；至少一散热沟槽；以及至少一第 二热导结构，用来连接该至少一第一热导层与该至少一散热沟槽，藉此将该热源的热传导至该散热沟槽。上述实施例的一样态中，该热源包含一电晶体，该至少一热点包含一源极、一汲极以及一闸极的至少其中之一，且该至少一散热沟槽处于一电性浮接状态；或者该至少一热点包含该第一半导体基板的至少一接取点。上述实施例的另一样态中，该至少一散热沟槽包含至少一沟槽热导体与至少一绝缘层，该至少一绝缘层隔离该至少一沟槽热导体与该第一半导体基板。

有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的沟槽式散热结构的一实施例的示意图；

图2是图1的实施例的一实施变化的示意图；

图3是图1的实施例的一实施变化的示意图；

图4是图1的实施例的一实施变化的示意图；

图5是图1的实施例的一实施变化的示意图；

图6是本发明的沟槽式散热结构的另一实施例的示意图；以及

图7是图6的接合结构的一实施样态的示意图。

符号说明

100沟槽式散热结构

110半导体基板

120热源

122热点

130第一热导层

132第一底部热导层

134第一顶部热导层

140第一热导体

142第一底部热导体

144第一顶部热导体

150散热沟槽

152沟槽热导体

154绝缘层

160第二热导结构

510第三热导体

520散热体

600沟槽式散热结构

610第一半导体基板

620热源

622热点

630第一热导层

640第一热导体

650第二热导结构

652接合结构

654第二热导层

656第二热导体

660散热沟槽

670第二半导体基板

具体实施方式

以下说明内容的技术用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释应以本说明书的说明或定义为准。另外，在实施为可能的前提下，本说明书所描述的物件间的相对关系，涵义可包含直接或间接的关系，所谓「间接」是指物件间尚有中间物或物理空间的存在。

本发明包含用于半导体装置的沟槽式散热结构，该散热结构属于积体电路等级，能够直接为积体电路进行散热，有效解决先进半导体制程(例如55奈米或55奈米以下的制程)的散热问题，并可应用于一三维积体电 路(three-dimensionalintegratedcircuit,3dic)。本发明的散热结构可包含于已完成封装的成品(例如已完成封装的积体电路)或尚未完成封装的半成品(例如尚未完成封装的积体电路)，可能包含已知元件，在不影响发明揭露要求及可实施性的前提下，已知元件的说明或绘示将被适度节略。

请参阅图1，其是本发明的沟槽式散热结构的一实施例的示意图。如图1所示，沟槽式散热结构100包含：一第一半导体基板110；一热源120；至少一第一热导层130；至少一第一热导体140；至少一散热沟槽150；以及至少一第二热导结构160。所述第一半导体基板110例如是一硅基板，又例如是其它种已知或自行研发的半导体基板，该第一半导体基板110于本实施例中包含形成于其上的积体电路，然此并非实施限制。所述热源120位于该第一半导体基板110上或位于该第一半导体基板110中，或属于该第一半导体基板110，换言之，该热源120可以不是也可以是该第一半导体基板110的一部分，另外，该热源120包含至少一热点122。举例而言，当该热源120包含一电晶体，该至少一热点122包含一源极、一汲极以及一闸极的至少其中之一，其中该电晶体例如是但不限于为尺寸符合55奈米或55奈米以下的半导体制程规范的电晶体。另举例而言，该至少一热点122包含该第一半导体基板110的至少一接取点(pickup)。

承上所述，所述至少一第一热导体140用来连接该至少一热点122与所述至少一第一热导层130，藉此传导该至少一热点122的热至该至少一第一热导层130，其中该至少一第一热导层130于本例中为至少一金属层，然而在实施为可能的前提下，该至少一第一热导层130可为导热性良好的至少一非金属层像是石墨层，或同时包含金属层与非金属层。举例而言，如图2所示，该至少一第一热导层130包含一第一底部热导层132与一第一顶部热导层134，且可视实施或应用需求进一步包含更多热导层(未显示于图中)于该第一底部热导层132与该第一顶部热导层134之间，该至少一第一热导体140包含至少一第一底部热导体142以及至少一第一顶部热导体144，且可视实施或应用需求进一步包含更多热导体(未显示于图中)于该至少一第一底部热导体142与该至少一顶部热导体144之间，该至少一第一底部热导体142例如是半导体制程的至少一接触体(contact)， 其包含一通孔与填注于该通孔中的热导体(例如金、银、铜、铜合金、铝、铝合金等金属热导体，或例如石墨等非金属热导体)，用来连接该第一底部热导层132与该至少一热点122，该至少一第一顶部热导体144例如是半导体制程的至少一导通体(via)，其包含一贯孔与填注于该贯孔中的热导体(例如金、银、铜、铜合金、铝、铝合金、钨、镍等金属热导体，或例如石墨等非金属热导体)，用来连接该第一顶部热导层134与一第一下方热导层，该第一下方热导层包含于该至少一第一热导层130中，且为一第一居中热导层位于该第一底部热导层132与该第一顶部热导层134之间，或为该第一底部热导层132。

请再次参阅图1，所述至少一散热沟槽150可视实施需求被设计为处于一电性浮接(floating)状态或具有一特定电位，举例而言，当前述热源120包含一电晶体时，该至少一散热沟槽150包含至少一沟槽热导体152与至少一绝缘层154如图3所示，因此一散热沟槽150可处于一电性浮接状态以避免影响该电晶体的正常运作，该至少一绝缘层154例如是二氧化硅层或其它种类的电性绝缘层，用来隔离该至少一沟槽热导体152与该第一半导体基板110以避免漏电流或其它电性问题，然而只要不实质影响运作，该至少一散热沟槽150不一定要处于该电性浮接状态，而可具有一特定电位像是一固定电位；另举例而言，当前述至少一热点122为该第一半导体基板110的至少一接取点时，该至少一散热沟槽150可处于前述电性浮接状态或具有一特定电位，该特定电位例如是一固定电位像是一直流高电位、一直流低电位或一接地电位。另外，所述至少一散热沟槽150可藉由一直通硅晶穿孔(throughsiliconvia,tsv)制程来实现，此时该散热沟槽150为一tsv沟槽；然而，本领域人士也可选择其它已知的半导体制程来形成本发明的散热沟槽150。再者，所述至少一第二热导结构160用来连接该至少一第一热导层130与该至少一散热沟槽150，藉此将该热源120的热传导至该散热沟槽150以进行散热，本实施例中，该至少一散热沟槽150形成于该第一半导体基板110中，且该至少一第二热导结构160为至少一第二热导体，然此非本发明的实施限制，其它实施例如图6、图7所示。

承上所述，为增强散热效果或为满足实施者的需求，图1的沟槽式散热结构100可衍生出多种实施变化。如图4所示，于一种实施变化中，该至少一散热沟槽150可包含s个散热沟槽150，该s个散热沟槽150以平行样式或其它样式设置而形成一沟槽阵列，其中该s为大于1的整数(图4中该s为3)。如图5所示，于另一种实施变化中，该至少一散热沟槽150贯通该第一半导体基板110，且该沟槽式散热结构100进一步包含至少一第三热导体510与至少一散热体520，该至少一第三热导体510用来连接该至少一散热沟槽150与该至少一散热体520，藉此将该热源120的热经由该散热沟槽150传导至该至少一散热体520以加强散热。实施本发明者可对图5的实施样态施予更多变化，举例而言，该至少一散热体520可包含n个散热区块，该n个散热区块以平行样式或其它样式设置而形成一散热区块阵列，其中该n为大于1的整数；另举例而言，该至少一散热体520视实施者的需求可为一专为实施本发明而增设的金属垫、一存在于既有积体电路设计中的虚设(dummy)金属布局、一导线架(leadframe)以及一外露垫(exposedpad,epad)的其中之一或任意组合，至少一散热体520也可为其它适合搭配半导体制程且能用来散热的元件像是石墨体、奈米碳管等等，上述金属布局、导线架与外露垫等属于本领域的习知技术，其细节在此不予赘述。

请参阅图6，其是本发明的沟槽式散热结构的另一实施例的示意图。如图6所示，沟槽式散热结构600包含：一第一半导体基板610；一热源620包含至少一热点622；至少一第一热导层630；至少一第一热导体640；至少一第二热导结构650；至少一散热沟槽660；以及一第二半导体基板670。本实施例与图1的实施例的主要差异在于该至少一散热沟槽660形成于该第二半导体基板670中，因此该至少一第二热导结构650包含至少一接合结构652、至少一第二热导层654与至少一第二热导体656，所述至少一接合结构652用来连接该第一热导层630与该第二热导层654；所述至少一第二热导体656用来连接该至少一第二热导层654与该至少一散热沟槽660，藉此将该热源620的热传导至该至少一散热沟槽660以进行散热。

承上所述，本实施例中，该至少一接合结构652包含至少一微凸块 (microbump)如图7所示，其可藉由结合第一热导层630上的微凸块与第二热导层654上的微凸块而形成。此外，第二热导层654的实施与变化可从图1与图2的第一热导层130、第一底部热导层132与第一顶部热导层134的说明来得知；第二热导体656的实施与变化可从图1与图2的第一热导体140、第一底部热导体142与第一顶部热导体144的说明来得知；散热沟槽660的实施与变化可从图1、图3、图4、图5的散热沟槽150的说明来得知；第二半导体基板670的实施与变化可从图1的半导体基板110的说明来得知。

请注意，为保护本发明的沟槽式散热结构免于外力破坏或侵蚀，该沟槽式散热结构可被一封装胶材覆盖，然而前述散热体可选择性地曝露于外而未被该封装胶材覆盖以加强散热效果，但此并非实施限制。再者，本领域具有通常知识者可以了解本实施例的图示中各元件间可能存在其它未绘示的元件或材质，该些元件或材质用以提供保护、支撑、绝缘、连接或其它已知或自定义的功能，但不影响本发明的技术特征的揭露与可实施性。

请注意，前揭各实施例包含一或复数个技术特征，于实施为可能的前提下，本技术领域人士可依本发明的揭露内容及自身的需求选择性地实施任一实施例的部分或全部技术特征，或者选择性地实施复数个实施例的部分或全部技术特征的组合，藉此增加实施本发明的弹性。另请注意，本说明书的图示中元件的形状、尺寸、比例等仅为示意，是供本技术领域具有通常知识者了解本发明之用，非对本发明的实施范围加以限制。

综上所述，本发明的用于半导体装置的沟槽式散热结构能够直接为积体电路进行散热，有效地解决了先进半导体制程(例如55奈米或55奈米以下的制程)的散热问题。另外，本发明的散热结构可透过成熟、单纯的制程技术来实现，相较于先前技术具有散热效果佳、成本合理等优势。

虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的申请专利范围所界定者为准。