[发明专利]半导体散热结构及其形成方法、半导体芯片

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体散热结构及其形成方法、和一种半导体芯片。

背景技术

随着半导体技术的发展，芯片的尺寸越来越小，使得在有限的面积和空间内，集聚了更多的半导体器件。然而，器件密集度提高后，容易出现芯片上各处的温度不一致的问题。例如，在一个工作中的芯片上，在器件密集度高的区域，某些区域器件的温度甚至高达50摄氏度，而其他区域器件的温度相对较低。

进一步来说，由于载流子的迁移率和器件温度成反比，温度的不一致性就导致了载流子迁移率的不一致性，从而使得芯片中各个器件的性能受到不同程度的影响。

为了解决上述的温度不一致性的现象，现有技术中，进行封装的时候，一般通过在芯片的表面增加一层具有导热性好的导热材料作为散热装置，使芯片和散热装置接触，从而释放热量。然而，芯片上各器件所散发的热量在到达散热装置之前，已经传遍了芯片内部，可见这些传统的散热方法并不太理想。如公开号为CN1622317A和公开日为2005年6月1日的中国专利文献公开了一种半导体散热板。

因此，需要提出一种新的半导体散热结构，避免芯片内部温度不一致性对芯片内半导体器件性能产生的不利影响。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种半导体散热结构，提高芯片的散热效果，从而避免芯片内部温度不一致性对芯片内半导体器件性能产生的不利影响。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种半导体散热结构，包括：贯穿半导体衬底的通孔，所述通孔内填充有导热材料，且所述通孔周围形成有器件结构。

可选地，所述通孔的侧面积比以能容纳所述通孔底面的最小圆形或方形为底面且具有和所述通孔相同深度的通孔的侧面积大。

可选地，所述通孔的底面形状为齿轮状、五角星、或花瓣状。

可选地，所述导热材料为铜或钨。

本发明实施例还提供了一种半导体芯片，包括：至少两个层叠设置的衬底，每一衬底内均形成有器件结构，相邻设置的两个衬底之间具有焊垫结构，所述焊垫结构位于其中一衬底的表面上，与该衬底内的器件结构电连接，另一衬底内具有穿透硅通孔，与所述焊垫结构电连接；以及至少有一个衬底中形成有通孔，所述通孔贯穿其所在的衬底，且所述通孔内填充有导热材料，用于散热。

可选地，所述通孔的侧面积比以能容纳所述通孔底面的最小圆形或方形为底面且具有和所述通孔相同深度的通孔的侧面积大。

可选地，所述通孔的底面形状为齿轮状、五角星、或花瓣状。

可选地，所述导热材料为铜或钨。

本发明实施例还提供了一种半导体散热结构的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底中具有器件结构；在所述半导体衬底内形成贯穿所述半导体衬底的通孔，所述通孔周围具有器件结构;在所述通孔内填充导热材料，用于散热。

可选地，所述通孔的侧面积比以能容纳所述通孔底面的最小圆形或方形区域为底面且具有和所述通孔相同深度的通孔的侧面积大。

可选地，所述通孔的底面形状为齿轮状、五角星、花瓣状。

可选地，所述通孔的形成方法包括：在所述半导体衬底上形成图形化的光刻胶层，以定义出所述通孔的形状和位置；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底以形成通孔。

可选地，所述导热材料为铜或钨。

可选地，当所述导热材料为铜时，在所述通孔中填充铜的工艺为电镀工艺；当所述导热材料为钨时，在所述通孔中填充钨的工艺为化学气相沉积工艺。

与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点：

在所述半导体散热结构中形成有通孔，所述通孔中填充有导热材料，且所述通孔贯穿所述半导体衬底，因此所述通孔能直接把所述衬底中的热量纵向导出，减少了热量在衬底内部的横向传递，且减小了热量在衬底内部的传递路径，从而提高了半导体器件的散热效率。

另外，在所述包含多个衬底的半导体芯片中，由于所述多个衬底呈堆叠结构，因此在所述半导体芯片中的半导体器件的散热问题更加严重，然后在所述衬底内也可以通过形成填充有导热材料的通孔将热量纵向导出，从而避免所述半导体芯片上出现温度不一致的问题。

附图说明

图1是现有技术中穿透硅通孔三维堆叠封装的结构示意图；

图2是本发明一实施例中半导体芯片的结构示意图；

图3~4为本发明一实施例中通孔的底面形状示意图；以及

图5~6为本发明一实施例中穿透硅通孔和通孔在衬底上的分布示意图。

具体实施方式