隨著(zhù)半導體芯片的系統集成向更高密度、更多功能、更大功率和智能化的方向發(fā)展，芯片內部高性能高功率處理區域中單位面積的發(fā)熱量也不斷增加。通常，將芯片內的高性能高功率處理區域稱(chēng)為熱點(diǎn)區域。熱點(diǎn)區域作為芯片內的主要熱源，若熱點(diǎn)區域的溫度較高，會(huì )導致芯片總體性能較差。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(yōu)勢，被廣泛用于散熱材料。金剛石在半導體器件中的應用形式可包括封裝級金剛石焊接、晶圓級金剛石鍵合以及異質(zhì)材料金剛石鍍膜。以異質(zhì)材料金剛石鍍膜為例，雖然金剛石導熱效率高，但由于異質(zhì)材料與金剛石之間難以形成穩定的化學(xué)鍵，金剛石散熱層與異質(zhì)材料之間的界面結合力欠佳，無(wú)法實(shí)現良好的界面結合，使得金剛石散熱層容易脫落。并且，在金剛石散熱層的制作過(guò)程中，金剛石鍍膜形核過(guò)程中的氫等離子體可能對異質(zhì)材料表面造成刻蝕損傷，導致金剛石生成后會(huì )在界面形成空洞，同樣也會(huì )降低生長(cháng)界面的結合力。此外，生長(cháng)后的金剛石表面還需要研磨拋光，以形成期望的金剛石散熱層，而界面結合力較弱易導致金剛石在研磨拋光后脫落并失效。

　　基于此，12月3日，華為技術(shù)有限公司公布一項名為“一種半導體器件及其制作方法、集成電路、電子設備”的專(zhuān)利。據了解，該專(zhuān)利提供了一種半導體器件及其制作方法、集成電路、電子設備，增加金剛石散熱層與鈍化層的接觸面積，改善金剛石散熱層與鈍化層之間的結合力，并且通過(guò)減小金剛石散熱層與柵極之間的熱擴散距離，提高半導體器件的散熱效率。

　　10-半導體器件、11-第一外延層、12-鈍化層、13-金剛石散熱層、14-柵極、15-源極、16-漏極、121-凹槽專(zhuān)利顯示，半導體器件可以包括第一外延層、鈍化層和金剛石散熱層。其中，鈍化層位于第一外延層和金剛石散熱層之間。第一外延層背離鈍化層的一側設置有柵極。鈍化層朝向金剛石散熱層的一側表面設置有凹槽。沿半導體器件的厚度方向，凹槽在第一外延層上的投影覆蓋柵極的至少部分。金剛石散熱層可覆蓋鈍化層并且填充凹槽。在該專(zhuān)利的半導體器件中，鈍化層的凹槽結構可以增加金剛石散熱層與鈍化層之間的接觸面積，從而增加金剛石散熱層與鈍化層之間的結合力。隨著(zhù)半導體器件的工作時(shí)間越長(cháng)，半導體器件會(huì )不斷發(fā)熱，其中，柵極區域產(chǎn)生的熱量較多。凹槽可以減小柵極與金剛石散熱層之間沿半導體器件的厚度方向的距離，從而可以減小柵極與金剛石散熱層之間的熱擴散距離，并且金剛石散熱層在凹槽內的傳熱面積較大，可減小金剛石散熱層的熱阻，進(jìn)而可提高半導體器件的散熱效率。近年來(lái)，華為在金剛石散熱領(lǐng)域不斷取得重要進(jìn)展。2023年3月，華為用于芯片散熱的兩項復合導熱材料專(zhuān)利公布。專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)顯示，兩項專(zhuān)利以不同的技術(shù)方案獲取芯片散熱的復合導熱材料，其中一個(gè)技術(shù)方案以鐵磁性顆粒材料作為導熱填料；另一個(gè)技術(shù)方案則以金剛石顆粒材料為主要散熱材料。兩個(gè)技術(shù)方案經(jīng)實(shí)驗驗證，較傳統硅脂等界面導熱材料的導熱性能，有大幅度的提升?？蓮V泛適用于，手機、電腦、服務(wù)器等電子設備中。2023年11月，華為和哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合申請的“一種基于硅和金剛石的三維集成芯片的混合鍵合方法”專(zhuān)利公開(kāi)。這項專(zhuān)利涉及一種將鉆石材料與石墨烯相結合的方法，以實(shí)現三維異質(zhì)集成。這種方法可以快速導出芯片產(chǎn)生的熱量，并減少熱阻，從而提高芯片的散熱效率。

　　2024年2月，華為技術(shù)團隊與廈門(mén)大學(xué)于大全、鐘毅老師團隊、廈門(mén)云天團隊合作，在先進(jìn)封裝玻璃轉接板集成芯片-金剛石散熱技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。這項研究將金剛石低溫鍵合與玻璃轉接板技術(shù)相結合，首次實(shí)現了將多晶金剛石襯底集成到玻璃轉接板封裝芯片的背面。該技術(shù)路線(xiàn)符合電子設備尺寸小型化、重量輕量化的發(fā)展趨勢，同時(shí)與現有散熱方案有效兼容，成為當前實(shí)現芯片高效散熱的重要突破路徑，并推動(dòng)了金剛石散熱襯底在先進(jìn)封裝芯片集成的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。華為的這些專(zhuān)利技術(shù)充分展示了其在金剛石散熱技術(shù)方面的創(chuàng )新能力，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)一步成熟和應用，相信金剛石將在半導體散熱領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，為手機、電腦等產(chǎn)品的散熱問(wèn)題提供更為高效的解決方案。