本申请公开了一种基于帕尔贴效应的集成制冷装置及其制作方法，该装置包括：位于器件区周围的一个或多个散热结构。所述第一散热结构包括：交替排布的若干个第一N型深掺杂区和若干个第一P型深掺杂区，和若干个第一通孔及第一金属互连层。所述若干个第一通孔分别位于每个所述第一N型深掺杂区和每个所述第一P型深掺杂区的两端。所述第一金属互连层连接所述若干个第一通孔并使得所述第一散热结构连接成第一S形结构。所述第一S形结构导通时，所述第一N型深掺杂区和所述第一P型深掺杂区内的热流从靠近所述器件区的一侧向远离所述器件区的另一侧流动，从而实现器件区的散热。从而实现器件区的散热。从而实现器件区的散热。
【技术实现步骤摘要】
基于帕尔贴效应的集成制冷装置及其制作方法
[0001]本专利技术一般涉及半导体
，特别涉及一种基于帕尔贴效应的集成制冷装置及其制作方法。
技术介绍
[0002]芯片被称为现代工业的“粮食”，是信息技术产业重要的基础性部件，手机、计算机汽车、工业控制、物联网、大数据、人工智能等这些领域的发展都离不开芯片。芯片在使用中除了按设计的功能工作外，还会无法避免的产生热量，使热量高效率的耗散出去以维持芯片内部器件工作在安全温度是保证产品安全和可靠性的重要课题。随着芯片规模的增加、速度的提高，该课题越来越有挑战性，需要引入创新的思路和方法。
[0003]帕尔帖效应指当电流流过不同导体组成的回路时，在不同导体的接头处分别产生吸热、放热现象。现有基于金属的帕尔贴效应的设计，其一方面制冷降温效果较弱，另一方面与现有半导体CMOS工艺不兼容，并且还需要额外的降温模式，给应用带来不便。因此，需要提供一种基于帕尔贴效应的制冷器件，以实现更好的工艺兼容性和降温效果。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于帕尔贴效应的集成制冷装置及其制作方法，应用于芯片电路中，与现有CMOS工艺兼容，改善散热效果。
[0005]本申请公开了一种基于帕尔贴效应的集成制冷装置，包括：
[0006]一个或多个第一散热结构，所述一个或多个第一散热结构位于器件区周围，所述第一散热结构包括：
[0007]交替排布的若干个第一N型深掺杂区和若干个第一P型深掺杂区；
[0008]若干个第一通孔，所述若干个第一通孔分别位于每个所述第一N型深掺杂区和每个所述第一P型深掺杂区的两端；和
[0009]第一金属互连层，所述第一金属互连层连接所述若干个第一通孔并使得所述第一散热结构连接成第一S形结构；
[0010]其中，所述第一S形结构导通时，所述第一N型深掺杂区和所述第一P型深掺杂区内的热流从靠近所述器件区的一侧向远离所述器件区的另一侧流动。
[0011]在一个优选例中，所述若干个第一N型深掺杂区和所述若干个第一P型深掺杂区均为矩形，所述矩形中不与所述器件区相邻的一边大于与所述器件区相邻的另一边。
[0012]在一个优选例中，所述器件区与所述第一散热结构之间距离的取值范围为10微米～20微米。
[0013]在一个优选例中，所述器件区与所述第一散热结构之间形成浅沟槽隔离。
[0014]在一个优选例中，还包括一个或多个第二散热结构，所述第二散热结构位于所述第一散热结构远离所述第一散热结构的一侧，所述第二散热结构包括：
[0015]若干个第二N型深掺杂区和若干个第二P型深掺杂区，所述若干个第二N型深掺杂
区和若干个第二P型深掺杂区在行方向和列方向上依次交替排布；
[0016]位于每个所述第二N型深掺杂区上的第一多晶硅栅极，所述第一多晶硅栅极为N型深掺杂且与所述第二N型深掺杂区之间不具有栅绝缘层；
[0017]位于每个所述第二P型深掺杂区上的第二多晶硅栅极，所述第二多晶硅栅极为P型深掺杂且与所述第二P型深掺杂区之间不具有栅绝缘层；
[0018]若干个第二通孔，所述若干个第二通孔分别位于每个所述第一多晶硅栅极和每个所述第二多晶硅栅极的上方；和
[0019]第二金属互连层，所述第二金属互连层连接所述若干个第二通孔并使得所述第二散热结构连接成S形结构；
[0020]其中，所述第二S形结构导通时，所述第二N型深掺杂区内的热流向所述第一多晶硅栅极流动，并且，所述第二P型深掺杂区的热流向所述第二多晶硅栅极流动。
[0021]在一个优选例中，所述第二散热结构与所述第一散热结构之间距离的取值范围为10微米～20微米。
[0022]本申请还公开了一种基于帕尔贴效应的集成制冷装置的制作方法，包括：
[0023]在半导体衬底中器件区的一侧形成交替排布的若干个第一N型阱区和若干个第一P型阱区；
[0024]在所述第一N型阱区中形成第一N型深掺杂区；
[0025]在所述第一P型阱区中形成第一P型深掺杂区；
[0026]在每个所述第一N型深掺杂区和每个所述第一P型深掺杂区的两端形成第一通孔；和
[0027]形成第一金属互连层，所述第一金属互连层连接所述若干个第一通孔并使得所述若干个第一N型深掺杂区和所述若干个第一P型深掺杂区连接成S形的第一散热结构；
[0028]其中，所述第一散热结构导通时，所述第一N型深掺杂区和所述第一P型深掺杂区内的热流从靠近所述器件区的一侧向远离所述器件区的另一侧流动。
[0029]在一个优选例中，所述器件区与所述第一散热结构之间距离的取值范围为10微米～20微米。
[0030]在一个优选例中，所述制作方法还包括：
[0031]在所述半导体衬底中所述第一散热结构远离所述第一散热结构的一侧形成若干个第二N型阱区和若干个第二P型阱区，所述若干个N型阱区和若干个P型阱区在行方向和列方向上依次交替排布；
[0032]形成位于每个所述第二N型阱区和每个所述第二P型阱区上的多晶硅栅极，所述多晶硅栅极与所述半导体衬底之间不具有栅绝缘层；
[0033]在每个所述第二N型阱区中形成第二N型深掺杂区且每个所述第二N型阱区上的多晶硅栅极掺杂为N型深掺杂的第一多晶硅栅极；
[0034]在每个所述第二P型阱区中形成第二P型深掺杂区且每个所述第二P型阱区上的多晶硅栅极掺杂为P型深掺杂的第二多晶硅栅极；
[0035]在每个所述第一多晶硅栅极和每个所述第二多晶硅栅极的上方形成第二通孔；和
[0036]形成第二金属互连层，所述第二金属互连层连接所述若干个通孔并使得所述若干个第二N型深掺杂区和所述若干个第二P型深掺杂区连接成S形的第二散热结构；
[0037]其中，所述第二散热结构导通时，所述第二N型深掺杂区内的热流向所述第一多晶硅栅极流动，并且，所述第二P型深掺杂区的热流向所述第二多晶硅栅极流动。
[0038]在一个优选例中，所述第二散热结构与所述第一散热结构之间距离的取值范围为10微米～20微米。
[0039]本申请实施方式中，所述第一散热结构中热流是从高温工作模块沿水平方向向外流动，以降低高温工作模块的结温，确保其正常工作与可靠性；所述可选的第二散热模块中进一步把第一散热模块传导过来的热量从垂直方向散发出去，提高了整体散热效率。因为半导体材料的N+/P+的赛贝克(Seebeck)系数比较大，比金属材料大约30倍以上，因此只需要1/30的电流就可以达到基于金属的帕尔贴器件同样的效果。
[0040]本申请仅采用第一散热结构时，相对于现有的CMOS工艺，在多晶硅图形化工艺以及P型和N型离子注入工艺中，只需要修改版图中图形的设计，不需要增加额外的光刻工艺，因而本申请实施方式完全兼容现有CMOS工艺，没有引入特殊的材料与工艺，具有充分的可行性。同时采用第一散热结构和第二散热结构时，本申请也只需要增加一次光刻与蚀刻工艺，以去除多晶硅栅极与半导本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于帕尔贴效应的集成制冷装置，其特征在于，包括：一个或多个第一散热结构，所述一个或多个第一散热结构位于器件区周围，所述第一散热结构包括：交替排布的若干个第一N型深掺杂区和若干个第一P型深掺杂区；若干个第一通孔，所述若干个第一通孔分别位于每个所述第一N型深掺杂区和每个所述第一P型深掺杂区的两端；以及第一金属互连层，所述第一金属互连层连接所述若干个第一通孔并使得所述第一散热结构连接成第一S形结构；其中，所述第一S形结构导通时，所述第一N型深掺杂区和所述第一P型深掺杂区内的热流从靠近所述器件区的一侧向远离所述器件区的另一侧流动。2.根据权利要求1所述的基于帕尔贴效应的集成制冷装置，其特征在于，所述第一N型深掺杂区和所第一P型深掺杂区为矩形，所述矩形中不与所述器件区相邻的一边大于与所述器件区相邻的另一边。3.根据权利要求1所述的基于帕尔贴效应的集成制冷装置，其特征在于，所述器件区与所述第一散热结构之间距离的取值范围为10微米～20微米。4.根据权利要求1所述的基于帕尔贴效应的集成制冷装置，其特征在于，所述器件区与所述第一散热结构之间形成浅沟槽隔离。5.根据权利要求1所述的基于帕尔贴效应的集成制冷装置，其特征在于，还包括一个或多个第二散热结构，所述第二散热结构位于所述第一散热结构远离所述第一散热结构的一侧，所述第二散热结构包括：若干个第二N型深掺杂区和若干个第二P型深掺杂区，所述若干个第二N型深掺杂区和若干个第二P型深掺杂区在行方向和列方向上依次交替排布；位于每个所述第二N型深掺杂区上的第一多晶硅栅极，所述第一多晶硅栅极为N型深掺杂且与所述第二N型深掺杂区之间不具有栅绝缘层；位于每个所述第二P型深掺杂区上的第二多晶硅栅极，所述第二多晶硅栅极为P型深掺杂且与所述第二P型深掺杂区之间不具有栅绝缘层；若干个第二通孔，所述若干个第二通孔分别位于每个所述第一多晶硅栅极和每个所述第二多晶硅栅极的上方；和第二金属互连层，所述第二金属互连层连接所述若干个第二通孔并使得所述第二散热结构连接成S形结构；其中，所述第二S形结构导通时，所述第二N型深掺杂区内的热流向所述第一多晶硅栅极流动，并且，所述第二P型深掺杂区的热流向所述第二多晶硅栅极流动。6.根据权利要求5所述的基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：张雄，
申请(专利权)人：澜起科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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