CN111901643B - 一种高可靠性iptv机顶盒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高可靠性IPTV机顶盒及其制造方法，包括电源、接口单元、壳体、内部芯片单元，内部芯片单元具体包括：半导体基板、外延层、源、漏掺杂区、沟道区、栅极结构、导热材料、金属背板；其中，导热材料分为两部分，第一导热材料为掺杂半导体材料，第二导热材料为金属材料；第一导热材料位于第二导热材料上方，第一导热材料与外延层下表面相接，第二导热材料与金属背板相接。本发明在半导体基板中填充掺杂半导体以及金属组合的导热材料，并在半导体基板下方形成与导热材料相接触的金属背板，可以在不影响半导体基板的半导体性能基础上快速导出晶体管单元内部产生的热量。

Description

一种高可靠性IPTV机顶盒
技术领域
本发明涉及一种智能电视领域，具体涉及一种高可靠性IPTV机顶盒。
背景技术
数字视频变换盒，通常称作机顶盒或机上盒，是一个连接电视机与外部信号源的设备。它可以将压缩的数字信号转成电视内容，并在电视机上显示出来。信号可以来自有线电缆、卫星天线、宽带网络以及地面广播。机顶盒接收的内容除了模拟电视可以提供的图像、声音之外，更在于能够 接收数字内容，包括电子节目指南、因特网网页、字幕等等，使用户能在 现有电视机上观看数字电视节目，并可通过网络进行交互式数字化娱乐、 教育和商业化活动。
IPTV是目前广泛使用的一种交互式网络电视，其通过宽带互联网接入宽带，以机顶盒或其他具有视频编解码能力的数字化设备作为终端，通过聚合SP的各种流媒。相对于单向广播的传统电视，IPTV采用广播、组播、单播多种发布方式，向用户提供多种服务，包括节目预约、实时快进、可视IP电话、在线信息浏览等。
IPTV机顶盒使用时间过长会导致盒体发热，进而影响信号接收，使机顶盒的可靠性变差。现有技术中，通常采用改进封装的方法来解决盒体发热的问题，但并不能从根本上切断热量来源，散热效果收效甚微。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高可靠性IPTV机顶盒，从半导体集成电路芯片制造的过程中提高散热性能，以解决机顶盒散热差的问题，提高机顶盒的信号接收可靠性。
本发明提供一种高可靠性IPTV机顶盒，包括电源、接口单元、壳体、内部芯片单元，其特征在于内部芯片单元由高可靠性晶体管单元构成，具体包括：
半导体基板；
外延层，位于半导体基板上表面；
源、漏掺杂区，位于外延层两端；
沟道区，位于源、漏掺杂区之间；
栅极结构，位于沟道区上表面；
导热材料，贯穿于半导体基板中，其上端接触外延层，下端到达半导体基板下表面；
金属背板，位于半导体基板下表面；
其中，导热材料分为两部分，第一导热材料为掺杂半导体材料，第二导热材料为金属材料，第一导热材料位于第二导热材料上方，第一导热材料与外延层下表面相接，第二导热材料与金属背板相接。
优选的，第一导热材料为立方相氮化硼材料，掺杂元素为磷、砷、硼或铟元素。
优选的，第一导热材料为六组菱形结构，阵列排布在半导体基板中，最外侧的两组菱形结构分别位于源、漏掺杂区下方，内侧四组菱形结构位于沟道下方。
优选的，在由源掺杂区指向漏掺杂区的方向上看，六组菱形结构之间的间距分别为S1、S2、S3、S4、S5，其中，S1=S5>S3。
优选的，第二导热材料和金属背板均为铜材料。
本发明还提供一种高可靠性IPTV机顶盒的制造方法，包括制造其内部芯片单元中高可靠性晶体管单元的步骤，具体包括：
（1）、提供半导体基板；
（2）、形成第一导热材料，贯穿于半导体基板中，其上端到达半导体基板上表面，下端位于半导体基板内部；
（3）、在半导体基板上表面外延生长一层外延层；
（4）、在外延层两端进行杂质掺杂，形成源、漏掺杂区以及位于源、漏掺杂区之间的沟道区；
（5）、在沟道区上表面形成栅极结构；
（6）、形成第二导热材料，贯穿于半导体基板中，其一端与第一导热材料接触，另一端到达半导体基板下表面；
（7）、在半导体基板下表面形成金属背板；
其中，第一导热材料为掺杂半导体材料，第二导热材料为金属材料，第二导热材料与金属背板相接。
优选的，步骤（2）具体包括：
在半导体基板上表面形成第一硬掩膜层，在第一硬掩膜层上方形成光刻胶层，通过光刻、刻蚀工艺在第一硬掩膜层上形成第一开口；
在第一开口中对半导体基板进行各向异性腐蚀工艺，形成第一菱形空腔；
在第一菱形空腔内表面形成第一保护层；
通过刻蚀工艺，在第一保护层底面形成与第一开口尺寸相同的第二开口，第二开口与第一开口在竖直方向上的投影重叠；
在第二开口中对半导体基板进行各向异性腐蚀工艺，形成第二菱形空腔；
在第一菱形空腔和第二菱形空腔内填充第一导热材料。
优选的，步骤（6）具体包括：
在形成栅极结构之后的晶体管单元表面形成第二保护层；
倒置晶体管元件；
对半导体基板背面进行刻蚀形成沟槽，所述沟槽露出第一导热材料；
在沟槽中填充第二导热材料。
优选的，第一导热材料为立方相氮化硼材料，掺杂元素为磷、砷、硼或铟元素，第二导热材料和金属背板均为铜材料。
优选的，第一导热材料为六组菱形结构，阵列排布在半导体基板中，最外侧的两组菱形结构分别位于源、漏掺杂区下方，内侧四组菱形结构位于沟道下方，在由源掺杂区指向漏掺杂区的方向上看，六组菱形结构之间的间距分别为S1、S2、S3、S4、S5，其中，S1=S5>S3。
本发明的有益效果为：
在半导体基板中填充立方氮化硼以及金属组合的导热材料，并在半导体基板下方形成与导热材料相接触的金属背板，可以在不影响半导体基板的半导体性能基础上快速导出晶体管单元内部产生的热量；
导热材料之间的间隔距离满足S1=S5>S3，能够在保证低成本的前提下，更合理的导出沟道区多余热量，以避免对晶体管运行产生不良影响；
并且本发明提供的制造工艺简单，晶体管单元性能优异，从半导体集成电路芯片制造的源头提高散热性能，以解决机顶盒散热差的问题，提高了机顶盒的信号接收可靠性。
附图说明
附图1为步骤（1）形成的结构示意图；
附图2a-2c为步骤（2）形成的结构示意图；
附图3为步骤（3）形成的结构示意图；
附图4为步骤（4）、（5）形成的结构示意图；
附图5为步骤（6）形成的结构示意图；
附图6为步骤（7）形成的结构示意图。
具体实施方式
提供半导体基板1，材料可以是硅材料，硅锗材料，绝缘体上硅（SOI）材料，或者碳化硅材料；
在半导体基板1上表面形成第一硬掩膜层2，在第一硬掩膜层2上方形成光刻胶层（未示出），通过光刻、刻蚀工艺在第一硬掩膜层2上形成第一开口；
在第一开口中对半导体基板1进行各向异性腐蚀工艺，形成第一菱形空腔T1-T6；
在第一菱形空腔T1-T6内表面形成第一保护层（未示出），保护层材料可以是热氧化工艺形成的氧化硅或者沉积形成的氮化硅、氮氧化硅或上述材料的组合；
还是以第一硬掩膜层2为掩膜，通过刻蚀工艺，在第一保护层底面形成与第一开口尺寸相同的第二开口，第二开口与第一开口在竖直方向上的投影重叠；
在第二开口中对半导体基板进行各向异性腐蚀工艺，形成第二菱形空腔；
在其他实施例中，还可以继续形成第三菱形空腔，尤其是当半导体基板1为绝缘体上硅材料时，需要一直重复上述形成保护层以及刻蚀菱形空腔的步骤，直至菱形空腔底面到达绝缘体上硅基板中的绝缘层上表面。如此可以在保证元件具备低漏电流、高电子迁移率的前提下，提高元件散热效果。
随后，在第一菱形空腔和第二菱形空腔内填充第一导热材料，贯穿于半导体基板中，其上端到达半导体基板1上表面，下端位于半导体基板1内部，当半导体基板1为绝缘体上硅材料时，第一导热材料与绝缘体上硅基板中的绝缘层上表面相接触。
本发明中第一导热材料优选为六组菱形结构，阵列排布在半导体基板1中，如附图4所示，最外侧的两组菱形结构分别位于源、漏掺杂区下方，内侧四组菱形结构位于沟道下方，在由源掺杂区指向漏掺杂区的方向上看，六组菱形结构之间的间距分别为S1、S2、S3、S4、S5，其中，S1=S5>S3。
由于沟道内部载流子运动较快，元件运行时产热较多，所以需要将第一导热材料设置的更密集，本发明的实施例中将间距之间的关系优选为S1=S5>S3，比以往元件设计中S1=S2=S3=S4=S5的构造，更能优化导热结构，并节省成本。
在某些实施例中，为进一步优化元件的电学性能，可以再进行导热材料填充之前对菱形空腔进行处理，具体包括：将待填充第一导热材料的元件送入MOCVD腔室中，进行恒温恒压设定，待压力和温度恒定后，向腔室内通入氢气，持续10-20min，进行氢化清洁处理；之后停止通氢气，向腔室内通入氩气，将氢气排空；之后向腔室内通入氩气、硼烷、氨气，对菱形空腔表面进行氮化处理，最终覆盖一薄层氮化硼薄膜；之后向腔室内通入氩气，将之前的反应气体排空，后通入氯化硼、氢化硼和氨气进行立方氮化硼材料的生长，使其完全填充菱形空腔。
在半导体基板1上表面采用PVD或CVD方法外延生长一层基础掺杂为N型或者P型的半导体外延层4，外延层4的材料可以是硅、硅锗、碳化硅或氮化镓基半导体材料；
在外延层4两端进行杂质掺杂，形成源、漏掺杂区5、6以及位于源、漏掺杂区之间的沟道区，在其他实施例中，还可以形成轻掺杂源、漏扩展区；
随后在沟道区上表面形成栅极结构，包括栅极绝缘层7和栅极电极8，均可采用本领域的常规材料制备；
在元件正面覆盖一层第二保护层（未示出），将元件倒置，对半导体基板1背面进行刻蚀形成沟槽9，所述沟槽9与第一导热材料对应设置，沟槽9一端露出第一导热材料，之后再沟槽9中填充金属的第二导热材料10，并在半导体基板1下表面形成金属背板11。
本发明中，位于半导体层中的菱形氮化硼材料阵列、沟槽9中的金属导热柱，以及金属背板11的组合，形成一条完整的散热通道，不仅使晶体管元件的电学性能优良，还能够从半导体集成电路芯片制造的源头提高散热性能，最终解决IPTV机顶盒散热差的问题，提高了机顶盒的信号接收可靠性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种高可靠性IPTV机顶盒的制造方法，包括制造其内部芯片单元中高可靠性晶体管单元的步骤，具体包括：
（1）、提供半导体基板，为绝缘体上硅材料；
（2）、形成第一导热材料，贯穿于半导体基板中，其上端到达半导体基板上表面，下端位于半导体基板内部；
（3）、在半导体基板上表面外延生长一层外延层；
（4）、在外延层两端进行杂质掺杂，形成源、漏掺杂区以及位于源、漏掺杂区之间的沟道区；
（5）、在沟道区上表面形成栅极结构；
（6）、形成第二导热材料，贯穿于半导体基板中，其一端与第一导热材料接触，另一端到达半导体基板下表面；
（7）、在半导体基板下表面形成金属背板；
其中，第一导热材料为掺杂半导体材料，第二导热材料为金属材料，第二导热材料与金属背板相接，第一导热材料为六组菱形结构，阵列排布在半导体基板中，最外侧的两组菱形结构分别位于源、漏掺杂区下方，内侧四组菱形结构位于沟道下方，在由源掺杂区指向漏掺杂区的方向上看，六组菱形结构之间的间距分别为S1、S2、S3、S4、S5，其中，S1=S5>S3；
其中，步骤（2）具体包括：
在半导体基板上表面形成第一硬掩膜层，在第一硬掩膜层上方形成光刻胶层，通过光刻、刻蚀工艺在第一硬掩膜层上形成第一开口；
在第一开口中对半导体基板进行各向异性腐蚀工艺，形成第一菱形空腔；
在第一菱形空腔内表面形成第一保护层，保护层材料可以是热氧化工艺形成的氧化硅或者沉积形成的氮化硅、氮氧化硅或上述材料的组合；
还是以第一硬掩膜层为掩膜，通过刻蚀工艺，在第一保护层底面形成与第一开口尺寸相同的第二开口，第二开口与第一开口在竖直方向上的投影重叠；
在第二开口中对半导体基板进行各向异性腐蚀工艺，形成第二菱形空腔；
重复上述形成保护层以及刻蚀菱形空腔的步骤，直至菱形空腔底面到达绝缘体上硅材料中的绝缘层上表面；
在菱形空腔内填充第一导热材料。
2.根据权利要求1所述的一种高可靠性IPTV机顶盒的制造方法，其特征在于，步骤（6）具体包括：
在形成栅极结构之后的晶体管单元表面形成第二保护层；
倒置晶体管元件；
对半导体基板背面进行刻蚀形成沟槽，所述沟槽露出第一导热材料；
在沟槽中填充第二导热材料。
3.根据权利要求1所述的一种高可靠性IPTV机顶盒的制造方法，其特征在于，第一导热材料为立方相氮化硼材料，掺杂元素为磷、砷、硼或铟元素，第二导热材料和金属背板均为铜材料。
4.一种高可靠性IPTV机顶盒，由权利要求1-3任一项所述的一种高可靠性IPTV机顶盒的制造方法制备得到，包括电源、接口单元、壳体、内部芯片单元，其特征在于内部芯片单元由高可靠性晶体管单元构成，晶体管单元由以下结构构成：
半导体基板，为绝缘体上硅材料；
外延层，位于半导体基板上表面；
源、漏掺杂区，位于外延层两端；
沟道区，位于源、漏掺杂区之间的外延层中；
栅极结构，位于沟道区上表面；
导热材料，贯穿于半导体基板中，其上端接触外延层，下端到达半导体基板下表面；
金属背板，位于半导体基板下表面；
其中，导热材料包括第一导热材料以及第二导热材料。
5.根据权利要求4所述的一种高可靠性IPTV机顶盒，其特征在于，第一导热材料为立方相氮化硼材料，掺杂元素为磷、砷、硼或铟元素，第二导热材料和金属背板均为铜材料。
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