半导体器件的散热结构及其制备方法与流程

本技术实施例涉及半导体器件，具体而言，涉及一种半导体器件的散热结构及其制备方法。

背景技术：

1、三维（3d，three dimensions）封装构建的半导体器件相比于传统的二维封装构建的半导体器件，具有较明显的优势，三维集成不依赖于器件的特征尺寸，可以适用于任何工艺节点，因此利用三维可以线性提高半导体器件集成度。

2、但在三维构建半导体器件的同时，增加了功率密度和器件到环境的热阻，因此显著加剧了热积累。电子器件的失效和老化主要因素，来源于热应力。大规模的热循环会造成ic芯片和封装中互连的塑性变形。目前现有的冷却方案包括：传统的空气冷却散热器、热硅通孔技术（tsv，through-silicon via）、微流道散热等，传统的空气冷却散热器通过将散热器安装在3d堆栈的顶部或底部，通过对流将热量散发到环境中，当这些高性能芯片堆叠到一起时，由于发热量高和散热困难的双重因素，通过传统的空气散热方式不能满足散热要求。热tsv没有电学性能，侧壁材料通常采用二氧化硅，散热效率有限。微流道散热技术还未完全实现工程化应用，可靠性问题还有待深入研究。因此强烈需要高效的冷却技术来维持相对较低且均匀分布的电路温度环境，以实现最佳和可靠的三维构建半导体器件的设计与应用。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种半导体器件的散热结构及其制备方法，以至少解决相关技术中采用三维构建的半导体器件缺乏高效的散热技术来维持内部结构的环境温度的问题。

2、根据本技术的一个实施例，提供了一种半导体器件的散热结构，包括：热电模块，位于半导体器件的一侧，所述热电模块用于根据热电效应将所述半导体器件产生的热量进行传递；热沉结构，位于所述热电模块背离所述半导体器件的一侧，且与所述热电模块接触，所述热沉结构包括基板和多个翅片，其中：所述基板与所述热电模块接触；多个所述翅片在所述基板上分布有多行，每行中的多个所述翅片间隔分布，相邻的至少两行中的所述翅片交错分布。

3、在一个示例性实施例中，所述翅片在第一方向上的长度至少大于所述翅片在第二方向上的长度，所述第二方向与所述第一方向垂直且与所述基板平行，所述第一方向与所述基板平行。

4、在一个示例性实施例中，所述翅片在第三方向上的长度与所述翅片在第一方向上长度之比为5.5~7，所述第三方向与所述基板垂直。

5、在一个示例性实施例中，所述热电模块包括：多个第一导电层，间隔位于所述基板背离所述翅片的一侧，所述第一导电层在背离所述基板的一侧具有第一表面，所述第一导电层在第二方向上具有相对的第一端部和第二端部，所述第一表面在靠近所述第一端部处具有第一区域，所述第一表面在靠近所述第二端部处具有第二区域，在所述第一区域和所述第二区域之间具有第三区域，所述第二方向与第一方向垂直且与所述基板平行，所述第一方向与所述基板平行；多个第一类型掺杂区，与所述第一区域接触；多个第二类型掺杂区，与所述第二区域接触；多个第二导电层，位于所述第一导电层背离所述基板的一侧，所述第二导电层与相邻所述第一导电层上的所述第一类型掺杂区和所述第二类型掺杂区接触；绝缘层，一部分所述绝缘层位于所述第二导电层和所述基板之间，另一部分所述绝缘层位于所述第三区域中，且和所述第二导电层接触。

6、在一个示例性实施例中，所述热电模块还包括：第一导热层，位于所述基板背离所述翅片的一侧；第二导热层，位于所述半导体器件靠近所述第二导电层的一侧。

7、在一个示例性实施例中，所述散热结构还包括热传导模块，所述热传导模块包括多个侧面，在第一侧面中具有凹陷结构，所述凹陷结构朝向所述热传导模块的中心区域凹陷，所述第一侧面为多个所述侧面的任一侧面，所述凹陷结构用于放置所述半导体器件。

8、在一个示例性实施例中，所述热传导模块在所述第一侧面之外的多个所述侧面上具有多个所述热电模块和多个所述热沉结构，所述热电模块与所述热沉结构一一对应，所述侧面与所述热电模块一一对应。

9、在一个示例性实施例中，所述翅片的数量为50~100个。

10、在一个示例性实施例中，所述翅片在第一方向上和第二方向上的截面包括：矩形和多边形，所述第二方向与所述第一方向垂直且与所述基板平行，所述第一方向与所述基板平行。

11、在一个示例性实施例中，所述翅片的材料包括导热材料。

12、根据本技术的另一个实施例，提供了一种半导体器件的散热结构的制备方法，包括：

13、提供热沉模块，所述热沉结构包括基板和多个翅片，其中：多个所述翅片在所述基板上分布有多行，每行中的多个所述翅片间隔分布，至少两个相邻行的所述翅片交错分布；在所述基板上形成热电模块，所述热电模块用于根据热电效应将所述半导体器件产生的热量进行传递。

14、在一个示例性实施例中，所述制备方法包括：在所述基板上形成多个间隔分布的第一导电层，多个所述第一导电层在沿第二方向上具有相对的第一端部和第二端部，所述第一导电层在靠近所述第一端部处具有第一区域，所述第一导电层在靠近所述第二端部处具有第二区域，所述第二方向与第一方向垂直且与所述基板平行，所述第一方向与所述基板平行；在所述基板上形成热电层，所述热电层覆盖所述第一导电层；在所述热电层中形成多个第一类型掺杂区和多个第二类型掺杂区，所述第一类型掺杂区和所述第二类型掺杂区与同一所述第一导电层接触；在所述热电层上形成多个第二导电层，所述第二导电层位于所述第一导电层背离所述基板的一侧，所述第二导电层与相邻所述第一导电层上的相邻所述第一类型掺杂区和所述第二类型掺杂区接触。

15、在一个示例性实施例中，形成所述热电层和所述第一导电层的步骤包括：在所述基板背离所述翅片的一侧依次形成第一导电预备层和热电预备层；将所述第一导电预备层和所述热电预备层进行第一图案化处理，以得到热电层和第一导电层。

16、在一个示例性实施例中，向位于所述第一区域中的所述热电层中进行第一离子注入，向位于所述第二区域中的所述热电层中进行第二离子注入，以形成第一类型掺杂区和第二类型掺杂区，所述第一类型掺杂区和所述第二类型掺杂区一一对应的位于第一间隙沿所述第二方向上的两侧，所述第一间隙位于相邻所述热电层之间。

17、在一个示例性实施例中，形成多个第一类型掺杂区和多个第二类型掺杂区的步骤之后，所述制备方法还包括：在所述第一间隙中形成第一子绝缘层；在所述第一子绝缘层上形成第二导电预备层，所述第二导电预备层覆盖所述第一子绝缘层；对所述第二导电预备层进行第二图案化处理，以形成多个所述第二导电层，所述第二导电层覆盖所述第一子绝缘层；在所述第一类型掺杂区和所述第二类型掺杂区背离所述第一子绝缘层的一侧形成第二子绝缘层，所述第一子绝缘层和所述第二子绝缘层形成所述绝缘层。

18、在一个示例性实施例中，在形成所述第一导电层的步骤之前，所述制备方法还包括：在所述基板上沉积第一导热材料，形成第一导热层，在形成所述第一导电层的步骤之后，所述第一导电层位于所述第一导热层背离所述基板的一侧。

19、在一个示例性实施例中，在形成所述绝缘层的步骤之后，所述制备方法还包括：在所述绝缘层背离所述基板的一侧沉积第二导热材料，形成第二导热层。

20、由于本技术中的半导体器件的散热结构包括热电模块和热沉结构，热电模块采用热电效应将半导体器件产生的热量快速传递到热沉结构，实现了半导体器件到热沉结构的主动散热；热沉模块中包括至少两行中交错分布的翅片，增大了热沉结构的散热面积，实现了热沉结构到空气的被动散热，进而实现了对半导体器件进行高效的散热，可以有效维持半导体器件内部结构的环境温度。因此，通过本技术，可以解决相关技术中采用三维构建的半导体器件缺乏高效的散热技术来维持内部结构的环境温度的问题，达到了稳定采用三维构建的半导体器件内部环境温度的目的。