本發明屬于半導體制造領域，具體涉及基于相變材料和ttsv結構的脈沖芯片散熱結構和一種基于相變材料和ttsv結構的脈沖芯片散熱結構的制備方法。

背景技術：

1、高能量密度芯片往往不是以恒定功率產生熱量，而是以脈沖形式在短時間內產生大量熱量，而后進入一定時間的休眠周期。因此，將發熱周期產生的大量熱量在一定時間內傳導至芯片之外，進而提高高能量密度芯片的散熱能力，提高芯片的熱可靠性就顯得尤為重要。

2、系統集成技術的進步，帶來了多層堆疊的實現和集成度的增加，同時使得高密度封裝在器件制造中發揮著越來越重要的作用。然而，隨著功率密度大幅提升,芯片的散熱問題逐步成為為限制芯片可靠性的一大因素。硅通孔技術(tsv，through?silicon?via)是一種電路互聯技術，它通過在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導通，實現芯片之間互連。導熱硅通孔(ttsv，thermal?through?silicon?via)則將這種技術應用在了芯片散熱問題上，同時因為其在散熱問題上的顯著效果，越來越受到人們的廣泛關注。然而，常規的ttsv結構體積和密度較小，蓄熱/散熱能力有限，無法滿足高能量密度散熱的需求，增大ttsv體積又將導致芯片機械性能下降。

3、因此，針對上述問題，予以進一步改進。

技術實現思路

1、本發明的主要目的在于提供基于相變材料和ttsv結構的脈沖芯片散熱結構及制備方法，實現了脈沖式高能量密度芯片中的熱量的高效耗散。

2、為達到以上目的，本發明提供一種基于相變材料和ttsv結構的脈沖芯片散熱結構的制備方法，包括以下步驟：

3、步驟s1：在硅襯底上沉積sio2硬掩模；

4、步驟s2：通過光刻和刻蝕工藝去除sio2硬掩模的特定區域，直至硅襯底表面形成預設的刻蝕窗口；

5、步驟s3：通過刻蝕工藝，在刻蝕窗口中刻蝕裸露的硅襯底，從而形成四棱臺形狀的散熱硅通孔；

6、步驟s4：在散熱硅通孔上沉積第一tin阻擋層；

7、步驟s5：在第一tin阻擋層上沉積vo2相變材料層；

8、步驟s6：在vo2相變材料層上沉積第二tin阻擋層；

9、步驟s7：在第二tin阻擋層上沉積cu種子層；

10、步驟s8：在cu種子層上填充cu，從而得到cu填充層，最終完成制備。

11、作為上述技術方案的進一步優選的技術方案，所述sio2硬掩模的厚度為300nm。

12、作為上述技術方案的進一步優選的技術方案，所述刻蝕窗口的尺寸為240μm×240μm。

13、作為上述技術方案的進一步優選的技術方案，在步驟s3中，散熱硅通孔的深度為120μm，刻蝕所用腐蝕液為tmah溶液，濃度為2.5wt％-5wt％，刻蝕溫度為80℃-100℃。

14、作為上述技術方案的進一步優選的技術方案，通過磁控濺射或者原子層沉積在散熱硅通孔上沉積tin，形成第一tin阻擋層；

15、通過磁控濺射在第一tin阻擋層頂部沉積vo2，形成vo2相變材料層；

16、通過磁控濺射或者原子層沉積在vo2相變材料層上沉積tin，形成第二tin阻擋層；

17、通過磁控濺射在第二tin阻擋層上沉積cu，形成cu種子層；

18、通過電鍍在cu種子層上填充cu，使其充滿散熱硅通孔。

19、為達到以上目的，本發明還提供一種基于相變材料和ttsv結構的脈沖芯片散熱結構，包括依次層疊設計的硅襯底、第一tin阻擋層、vo2相變材料層、第二tin阻擋層、cu種子層和cu填充層。

技術特征：

1.一種基于相變材料和ttsv結構的脈沖芯片散熱結構的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種基于相變材料和ttsv結構的脈沖芯片散熱結構的制備方法，其特征在于，所述sio2硬掩模的厚度為300nm。

3.根據權利要求1所述的一種基于相變材料和ttsv結構的脈沖芯片散熱結構的制備方法，其特征在于，所述刻蝕窗口的尺寸為240μm×240μm。

4.根據權利要求1所述的一種基于相變材料和ttsv結構的脈沖芯片散熱結構的制備方法，其特征在于，在步驟s3中，散熱硅通孔的深度為120μm，刻蝕所用腐蝕液為tmah溶液，濃度為2.5wt％-5wt％，刻蝕溫度為80℃-100℃。

5.根據權利要求1所述的一種基于相變材料和ttsv結構的脈沖芯片散熱結構的制備方法，其特征在于，通過磁控濺射或者原子層沉積在散熱硅通孔上沉積tin，形成第一tin阻擋層；

6.一種基于相變材料和ttsv結構的脈沖芯片散熱結構，應用于權利要求1-5任一項所述的一種基于相變材料和ttsv結構的脈沖芯片散熱結構的制備方法，其特征在于，包括依次層疊設計的硅襯底、第一tin阻擋層、vo2相變材料層、第二tin阻擋層、cu種子層和cu填充層。

技術總結
本發明公開了基于相變材料和TTSV結構的脈沖芯片散熱結構及制備方法，基于相變材料和TTSV結構的脈沖芯片散熱結構的制備方法包括：在硅襯底上沉積SiO<subgt;2</subgt;硬掩模；通過光刻和刻蝕工藝去除SiO<subgt;2</subgt;硬掩模的特定區域，直至硅襯底表面形成預設的刻蝕窗口；通過刻蝕工藝，在刻蝕窗口中刻蝕裸露的硅襯底，從而形成四棱臺形狀的散熱硅通孔；在散熱硅通孔上依次沉積第一TiN阻擋層、VO<subgt;2</subgt;相變材料層、第二TiN阻擋層、Cu種子層和Cu填充層。本發明公開的基于相變材料和TTSV結構的脈沖芯片散熱結構及制備方法，實現了脈沖式高能量密度芯片中的熱量的高效耗散。

技術研發人員：張睿,陳興聰
受保護的技術使用者：浙江大學紹興研究院
技術研發日：
技術公布日：2025/3/20