(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却装置の有効冷却領域を増大させ、冷却装置が取り付けられた微小電子チップを効率的に冷却することを可能にする。【解決手段】冷却装置５０は、第１トレンチ２８ａ、第２トレンチ２８ｂ、および第１トレンチ２８ａと第２トレンチ２８ｂとの間を延びる複数のチャンネル４６を画定するシリコン基板２２を含む。シリコン基板２２は、第１表面、および第１表面の実質的に反対側でこれに実質的に平行な第２表面を画定し、複数のチャネル４６の各々は、シリコン基板２２の表面に実質的に平行に延びる。冷却装置５０は、熱発生領域を有する微小電子装置を含む。微小電子装置は、シリコン基板２２の第１表面または第２表面に取り付けることができる。複数のチャネル４６は、第１トレンチ２８ａと第２トレンチ２８ｂとの間でエッチング形成される。【選択図】図２Ｇ
2015008290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
基板内に第１傾斜壁および第２傾斜壁を有する第１トレンチを形成することと、
前記基板内に第３傾斜壁および第４傾斜壁を有する第２トレンチを形成することと、を有し、前記第３傾斜壁は前記第２傾斜壁に隣接し、
前記方法はさらに、前記第１傾斜壁、前記第２傾斜壁、および前記第３傾斜壁の上に金属を堆積させることと、
前記第２傾斜壁の上の前記金属内に複数の開口部を形成することと、
前記第２傾斜壁と前記第３傾斜壁との間に延びる複数のチャネルをエッチング形成することと、を含み、前記複数のチャネルのそれぞれのチャネルは、前記複数の開口部のそれぞれの開口部から延び、前記複数のチャネルの各チャネルは、前記基板の表面に実質的に平行に延びる、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記第２傾斜壁と前記第３傾斜壁との間に複数のチャネルをエッチング形成することは、
前記第３傾斜壁の上の電気伝導性材料と前記第１傾斜壁の上の電気伝導性材料との間に電圧を付与することと、
前記基板を化学エッチング剤に露出させることと、
前記第１傾斜壁の上の電気伝導性材料に光放射を向けることと、を含み、前記光放射は前記化学エッチング剤を活性化する、方法。
【請求項３】
冷却システムであって、
第１トレンチ、第２トレンチ、および前記第１トレンチと前記第２トレンチとの間を延びる複数のチャネルを画定する基板を有し、前記基板は、第１表面、および前記第１表面の実質的に反対側で実質的に前記第１表面に平行な第２表面を画定し、前記複数のチャネルの各々は、前記基板の表面に実質的に平行に延び、
前記冷却システムはさらに、熱発生領域を有する微小電子装置を含み、前記微小電子装置は、前記基板の前記第１表面または前記第２表面に取り付けられ、前記熱発生領域は、前記第１表面または前記第２表面に隣接し、且つ、前記第１トレンチと前記第２トレンチとの間に位置する、冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本開示は、微小電子チップのための冷却装置およびそのような冷却装置を形成する技術を説明する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]微小電子チップは、チップの電気抵抗により熱を生成する。いくつかの例において、微小電子チップは、熱拡散部またはヒートシンクへの熱伝導および／または対流により冷却されることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、いくつかの例において、そのような冷却機構は、微小電子チップを冷却するのに十分ではないことがあり、および／または、微小電子チップが使用されるシステムのサイズの過度に大きな体積を占有することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0003]本開示は、微小電子チップの冷却装置およびそのような冷却装置を形成する技術を説明する。冷却装置は、それぞれ、第１トレンチ、第２トレンチ、および第１トレンチと第２トレンチとの間を延びる複数の流体チャネルを画定する基板を含む。いくつかの例において、複数の流体チャネルの流体チャネルは、基板の主表面に実質的に平行に向き決めされる。基板の主表面に実質的に平行に延びる複数の流体チャネルを含むことにより、基板の主表面は、微小電子チップに取り付けることができ、また、たとえば、冷却チャネルが基板の主表面に平行ではない冷却装置の場合と比べて、冷却装置の有効冷却領域を増大させることができる。これは、冷却装置が、取り付けられた微小電子チップを効率的に冷却することを可能にする。
【０００５】
[0004]いくつかの例において、基板はシリコンを含むことができる。基板としてシリコンを使用することで、トレンチおよび流体チャネルを形成するために、化学エッチングのようなフォトリソグラフィプロセスを使用することができる。追加的に、冷却装置の基板は、冷却装置を使用して冷却される微小電子装置の半導体基板に取り付けることができ、これは、微小電子装置の効率的な冷却を促進する。
【０００６】
[0005]一例において、本開示は、冷却装置を形成するための方法を説明する。本方法は、基板に第１傾斜壁および第２傾斜壁を有する第１トレンチを形成することを含む。また、本方法は、基板内に第３傾斜壁および第３傾斜壁を有する第２トレンチを形成することを含む。第３傾斜壁は、第２傾斜壁に隣接するようにすることができる。この例によれば、本方法は、第１傾斜壁、第２傾斜壁、および第３傾斜壁上に金属を堆積させることを含む。本方法は、さらに、第２傾斜壁上の金属に複数の開口を形成し、第２傾斜壁と第３傾斜壁との間の複数のチャネルをエッチングすることを含む。
【０００７】
[0006]他の例において、本開示は、第１トレンチ、第２トレンチ、および第１トレンチと第２トレンチとの間に延びる複数のチャネルを画定するシリコン基板を有する冷却システムを説明する。本開示のこの側面によれば、シリコン基板は、第１表面、および第１表面に実質的に対向しこれに実質的に平行な第２表面を画定し、複数のチャネルの各々は、シリコン基板の表面に実質的に平行に延びる。また、冷却システムは、熱発生領域を有する微小電子装置を含むことができ、微小電子装置は、シリコン基板の第１表面または第２表面に取り付けられる。熱生成領域は、第１表面または第２表面に隣接し、また、第１トレンチと第２トレンチとの間の位置に配置される。
【０００８】
[0007]他の例において、本開示は、第１トレンチおよび第２トレンチを画定するシリコン基板を有するシステムを説明する。第１トレンチは第１傾斜壁および第２傾斜壁を有し、第２トレンチは第３傾斜壁および第４傾斜壁を有する。第２傾斜壁は、第３傾斜壁に隣接する。この例によれば、本システムは、第１傾斜壁および第２傾斜壁上に形成された第１金属層、および第３傾斜壁上に形成された第２金属層を含むことができる。
【０００９】
[0008]１つまたはそれ以上の例の詳細は、添付図面に示され、以下で説明される。他の特徴、目的、および利点は、以下の説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】冷却装置の主表面に実質的に平行に延びる複数の流体チャネルを含む冷却装置を形成するための技術の例を示すフローダイアグラムである。
【図２Ａ】図１の例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図２Ｂ】図１の例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図２Ｃ】図１の例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図２Ｄ】図１の例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図２Ｅ】図１の例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図２Ｆ】図１の例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図２Ｇ】図１の例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図２Ｈ】図１の例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図３】開放システムに実装された冷却装置の例を示す概念的および概略的なブロック図である。
【図４】閉鎖システムに実装された冷却装置の例を示す概念的および概略的なブロック図である。
【図５】冷却装置の主表面に実質的に平行に延びる複数の流体チャネルを含む冷却装置を形成するための技術の例を示すフローダイアグラムである。
【図６Ａ】図５に例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図６Ｂ】図５に例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図６Ｃ】図５に例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図６Ｄ】図５に例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図６Ｅ】図５に例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図６Ｆ】図５に例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図６Ｇ】図５に例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図６Ｈ】図５に例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図６Ｉ】図５に例示の技術の様々なステップを示す概念的および概略的なブロック図である。
【図７】開放システムにおいて実装される冷却装置の例を示す概念的および概略的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[0016]微小電子チップの冷却装置およびそのような冷却装置を形成するための技術の例が本稿で説明される。冷却装置は、それぞれ、第１トレンチ、第２トレンチ、および第１トレンチと第２トレンチとの間に延びる複数の流体チャネルを画定する基板を含む。いくつかの例において、複数の流体チャネルの少なくともいくつかの流体チャネルは、基板の主表面に実質的に平行に向き決めされる。複数の流体チャネルを含むことで、少なくともそのいくつかは、基板の主表面に実質的に平行に延び、基板の主表面は、微小電子チップに取り付けることができ、冷たとえば、基板の主表面に実質的に平行に延びない冷却チャネルを備える冷却装置の場合と比べて、却装置の有効冷却領域を増大させることができる。これは、冷却装置が取り付けられる微小電子チップをより効率的に冷却することを可能にすることができる。
【００１２】
[0017]いくつかの例において、基板は、たとえばシリコンのような半導体基板材料を含むことができる。シリコンを基板として使用することで、トレンチおよび流体チャネルを形成するために、化学エッチングのようなフォトリソグラフィプロセスを使用することができる。いくつかの実施例において、冷却装置の半導体基板は、冷却される微小電子装置の半導体基板に取り付けることができ、微小電子装置の効率的な冷却を促進することができる。
【００１３】
[0018]図１は、冷却装置の主表面に実質的に平行に延びる複数の流体チャネルを含む冷却装置を形成する技術の一例を示すフローダイアグラムである。説明目的のみのために、図１の技術は、図２Ａ−２Ｇに示される概念的および概略的なブロックダイアグラムを参照しながら説明される。
【００１４】
[0019]図１の技術は、第１トレンチおよび第２トレンチを基板２２内に形成することを含む（１２）。いくつかの例において、基板２２はシリコンを含む。基板がシリコンを含むいくつかの例において、図２Ａ、２Ｂに概念的に示されるように、第１トレンチおよび第２トレンチを形成することは、マスキングおよびエッチングを含むことができる。最初に、フォトレジストを基板２２の表面２６上に堆積させることができる。いくつかの例において、表面２６は、シリコンを含む基板２２の（１００）表面とすることができる。フォトレジストは、フォトレジストを現像するために、所定のパターンで好適な光源に露出させることができる。所定のパターンは、表面２６におけるトレンチの形状に対応するものとすることができ、トレンチの位置となる上のフォトレジストが露光されず、残りのフォトレジストが露光される。過剰のおよび露光されていないフォトレジストがその後に取り除かれ、図２Ａに示されるように、パターン形成され、表面２６上に形成された露光されたフォトレジスト２４が残される。いくつかの例において、パターン形成されたフォトレジストの下で酸化層またはマスク層が表面２６上に存在する。
【００１５】
[0020] その後、基板２２の一部がエッチングされて、図２Ｂに示されるように、第１トレンチ２８ａおよび第２トレンチ２８ｂ（集合的に「トレンチ２８」と称する）が形成される。図２Ｂには示されないが、トレンチ２８は、表面２６の上から観察した場合に、たとえばｘｙ平面内で、全体として矩形とすることができる（説明のためだけに、図２Ｂにおいて直交するｘ−ｙ−ｚ軸が示されている）。追加的に、いくつかの例において、トレンチ２８は、たとえば図２Ｂに示されるｙ軸の方向に、互いに実質的に平行に延びるようにすることができる。図２Ｂに示されるように、第１トレンチ２８ａは、第１傾斜壁３０および第２傾斜壁３２を含む。同様に、第２トレンチ２８ｂは、第３傾斜壁３４および第４傾斜壁３６を含む。第１トレンチ２８ａの第２傾斜壁３２は、第２トレンチ２８ｂの第３傾斜壁３４に隣接（たとえば隣）するようにすることができる。トレンチ２８の任意のこれらの特徴は、互いに組み合わせることができる。
【００１６】
[0021]傾斜壁３０、３２、３４、３６は、基板の非等方性エッチングにより形成することができる。たとえば、様々なエッチング剤は、エッチング後の構造が傾斜壁を含むように、シリコンを非等方性にエッチングすることができる。シリコンを非等方性にエッチングするエッチング剤の例は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）、テトラメチルアンモニウム水酸化物（ＴＭＡＨ）を含む。ＫＯＨは、＜１１１＞方向よりも約４００倍速い速度で、＜１００＞方向にシリコンをエッチングする。ＥＤＰは、＜１００＞／＜１１１＞の選択性は約１７倍となりえる。ＴＭＡＨは、{１００}平面と{１１１}平面との間の選択性は約３７倍となりえる。
【００１７】
[0022]図２Ｂに示されるように、エッチングが完成するように進むことが可能になると、トレンチ２８は、Ｖ形状の断面を含むことができる（たとえば、図２Ｂに示される例のｘ−ｚ平面の断面）。表面２６における第１トレンチ２８ａおよび第２トレンチ２８ｂの形状および／またはサイズに応じて、第１トレンチ２８ａおよび第２トレンチ２８ｂのポイントは、図２Ｂのｚ軸方向に整合するようにまたは整合しないようにすることができる。たとえば、表面２６における第１トレンチ２８ａおよび第２トレンチ２８ｂの形状およびサイズが、実質的に同一である場合、第１トレンチ２８ａおよび第２トレンチ２８ｂは、図２Ｂのｘ−ｚ平面およびｙ−ｚ平面において実質的に類似の断面プロファイルを備えることができる。しかし、いくつかの例において、エッチングが完了する前に停止されると、トレンチ２８は、表面２６に実質的に平行な実質的に平坦な底部を含むことができる。
【００１８】
[0023]トレンチ２８が形成されると（１２）、第１傾斜壁３０、第２傾斜壁３２、第３傾斜壁３４、および随意選択で第３傾斜壁３６上に金属層３８（図２Ｃに示される）を堆積させることができる（１４）。いくつかの例において、金属層３８は、基板２２上に直接的に堆積されるようにすることができ、たとえば、シリコン上に直接的に堆積させる。他の例において、まず、シリコン酸化物のような電気絶縁層が基板２２の少なくとも一部に形成され、たとえば、表面２６の水平表面および第４傾斜壁３６上に形成され、金属層３８は、絶縁層の少なくともいくつかの部分上に堆積させることができる。いくつかの例において、金属層３８は、たとえば、金、プラチナ、クロム、タングステン等を含むことができる。金属層３８は、たとえば、物理気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）法、スパッタリングなどの様々な任意のプロセスを使用して堆積させることができる。
【００１９】
[0024]金属層３８は、第１傾斜壁３０、第２傾斜壁３２、第３傾斜壁３４、および随意選択で第４傾斜壁３６の少なくとも一部の上に、基板２２（たとえばシリコン）の上に直接的にまたは絶縁層の上に堆積させることができる。金属層３８は、後のプロセスの間に電圧供給のための電気的接点として、光放射を反射させるミラーとして、また、基板２２のカバーされた部分のエッチングを防止するためのマスクとして機能することができ、これらは以下で説明される。いくつかの例において、図２Ｃに示されるように、金属層３８は、第１傾斜壁３０、第２傾斜壁３２、第３傾斜壁３４、および第４傾斜壁３６を実質的に完全にカバーすることができる。
【００２０】
[0025]図２Ｄに示されるように、金属層（３８）を堆積させた（１４）後、複数の開口部を、第２傾斜壁２３にわたって金属層３８内に形成することができる（１６）。いくつかの例において、複数の開口部は、フォトレジストを備える第１カバー表面２６、第２傾斜壁３０、第３傾斜壁３４、および第４傾斜壁３６により形成することができる。フォトレジストは、フォトレジストを現像するために所定パターンで、好適な光放射に露出させることができる。所定のパターンは、第２傾斜壁３２における金属層３８内の開口部の形状に対応し、フォトレジストは、開口部が形成される位置にわたって露光されずに残り、残りのフォトレジストが露光されるようにする。いくつかの例において、所定のパターンは、第１トレンチ２８ａと第２トレンチ２８ｂとの間の現像されない部分を含むことができ、これは、第１トレンチ２８ａと第２トレンチ２８ｂとの間の空間から金属の除去を生じさせ、それにより、第２トレンチ２８ｂ上の金属層３８の電導性材料から、第１トレンチ２８ａ上の金属層３８の電導性材料を電気的に分離する。過剰な、また、現像されないフォトレジストは、その後、除去することができ、パターン形成された露光されたフォトレジストが残る。
【００２１】
[0026]金属層３８の露出した部分は、その後、金属層３８の材料のために選択される好適なエッチング剤を使用してエッチングすることができる。たとえば、金属層３８が金またはプラチナを含む場合、エッチング剤は、アクアレジア（硝酸と塩化水素酸の混合物）を含むことができる。
【００２２】
[0027]金属層３８のエッチングおよびフォトレジストの除去が完了した後、結果として得られる構造が図２Ｄに示され、基板２２に延びる複数の開口部４０が第２傾斜壁３２において金属層３８に形成される。開口部４０は、基板２２に流体チャネルを形成するためにエッチングされる基板の部分に対応する。図２Ｄにおいて３つの開口部４０が示されているが、他の例において、３以上の開口部、たとえば少なくとも３つの開口部を、第２傾斜壁３２にわたって金属層３８内に形成することができる。追加的に、図２Ｄに示されるように、金属層３８は、第１トレンチ２８ａと第２トレンチ２８ｂとの間の表面２６から除去される。
【００２３】
[0028]図１の技術は、第１トレンチ２８ａと第２トレンチ２８ｂとの間に複数のチャネルをエッチングすることを含む（１８）。チャネルの数は、金属層３８に形成される開口部の数に対応する。いくつかの例において、エッチングされない基板２２の露出した表面（たとえば表面２６の露出した部分）は、酸化物または他の絶縁物でマスクされ、複数のチャネルをエッチングする間に、基板２２のこれらの部分のエッチングを防止する。エッチングプロセスは、基板２２を開口部において化学エッチング剤に露出させることで行うことができる。いくつかの例において、エッチング剤は、フッ化水素酸を含む。図２Ｅに示されるように、エッチングプロセスは、第１トレンチ２８ａにおける金属層３８の一部に近接して電圧源４２を第１電極に取り付け、第２電極を、第２トレンチ２８ｂにおける金属層３８またはエッチング剤に電気的に連結させることを含む。上述したように、いくつかの例において、図２Ｅに示される例のように、第１トレンチ２８ａにおける金属層３８の部分は、第２トレンチ２８ｂにおける金属層３８の部分から電気的に分離することができる。いくつかの例において、電圧源４２から電圧が供給されたときに、第２トレンチ２８ｂにおける金属層３８に電気的に連結される第２電極は、陽極として機能することができ、第１トレンチ２８ａの金属層３８に近接する第１電極は、陰極として機能することができる。
【００２４】
[0029]第１トレンチ２８ａと第２トレンチ２８ｂとの間に複数のチャネルをエッチングすることは（１８）、光放射４４を第１傾斜壁３０に導くことを含むことができる。金属層３８が反射性であるので、第１傾斜壁３０における金属装置３８は、光放射４４の少なくとも一部を開口部４０に向けて反射する。いくつかの例において、第１傾斜壁３０の角度および光放射４４の入射角度は、第１傾斜壁３０における金属層３８により反射される放射の少なくとも一部が、実質的に表面２６に平行な方向（たとえば、図２Ｅのｘ軸に実質的に平行な方向。説明目的のために図２Ｅにおいて直交するｘ−ｙ−ｚ軸が示されている。）に開口部４０に向うように選択される。
【００２５】
[0030]付与される電圧差および反射される光放射４４の組み合わせは、基板２２が化学エッチング剤に露出されるときに、エッチングの方向に影響を与え得る。たとえば、第１トレンチ２８ａにおける金属層３８に近接する第１電極と、第２トレンチ２８ｂにおける金属層３８に電気的に連結される第２電極との間に付与される電圧により生成される電場は、エッチングの方向に影響を与え得る、開口部４０と第２トレンチ２８ｂとの間で表面２６に実質的な方向にエッチングを生じさせる。同様に、反射される光放射４４は、化学エッチング剤を活性化し、表面２６に実質的に平行に向けられる。図２Ｆに示されるように、これは、基板２２内に形成される複数のチャネル４６を生じさせることができる。複数のチャネル４６の各々は、開口部４０のそれぞれ１つから第３傾斜壁３４における金属層３８に延びる。チャネル４６は、表面２６に実質的に平行（たとえば、平行またはほぼ平行）に延びる（たとえば、図２Ｆのｘ軸方向に延びる。説明目的のために図２Ｆおよび他の図に直交するｘ−ｙ−ｚ軸が示されている）。
【００２６】
[0031]チャネル４６が基板２２内にエッチングされると、たとえば、金属層３８の材料に対して選択的な化学エッチング剤によるウェットエッチングを使用して、金属層３８は基板２２から除去される。結果として得られる冷却装置５０は、図２Ｇおよび図２Ｈに示される。図２Ｇに示されるように、チャネル４６は、第１トレンチ２８ａと第２トレンチ２８ｂとの間を延び、また、表面２６に実質的に平行に延びる。図２Ｈは、図２Ｇの線分Ａ−Ａに沿って切り出される断面により、冷却装置５０の図を概念的および概略的に示すブロック図である。図２Ｈに示されるように、複数のチャネル４６は、３以上のチャネルを含み、図２Ｈのｙ軸方向およびｚ軸方向に沿って間隔が隔てられる（説明目的のために図２Ｈに直交するｘ−ｙ−ｚ軸が示される）。複数のチャネル４６の各チャネル複数の開口部４０のそれぞれの開口部から延びるので、冷却装置５０は冷却チャネル４６と同じ数の開口部４０を含む。
【００２７】
[0032]冷却装置５０は、集積回路、シリコンを通る通路を含む基板（ＴＳＶ）等の電子装置を冷却するために用いることができる。チャネル４６は、表面２６に実質的に平行に延び、チャネル４６が表面２６に隣接する冷却領域は、冷却チャネルが表面２６に垂直に延びる冷却装置よりも大きくすることができる。
【００２８】
[0033]いくつかの例において、冷却装置５０は、冷却システムを形成するために少なくとも１つの他の基板に取り付けることができる。たとえば、図３は、開放冷却システム５１に実装される冷却装置５０を示す概念的および概略的なブロック図である。図３の例において、冷却装置５０は、第２基板５２および第３基板５４に取り付けられる。第２基板５２は、冷却装置５０の表面２６に取り付けることができ、第１チャネル６０ａおよび第２チャネル６０ｂを画定し、これらは第２基板５２の厚さを通って延びる（図３のｚ軸方向に延びる）。第１チャネル６０ａおよび第２チャネル６０ｂは、流体源および流体シンク（冷却剤リザーバのように同一の構造とすることができる）に流体的に接続され、トレンチ２８およびチャネル４６を流体源および流体シンクに流体的に接続することができる。
【００２９】
[0034]第３基板５４は、冷却装置５０の表面２６の実質的に反対側で実質的にこれに平行である、冷却装置５０の表面５６に取り付けることができる。第３基板は、微小電子装置の基板とすることができ、また、熱発生領域５８を含み、これは、動作中に熱を発生させるトランジスタなどの熱発生回路を含むことができる。図３に示されるように、熱発生領域５８は、チャネル４６に隣接する（たとえば、第１トレンチ２８ａと第２トレンチ２８ｂとの間の表面５６に隣接するように配置される）。これにより、熱発生領域５８から熱が冷却装置５０の基板２２に伝達されるようになる。基板２２は、シリコンのような熱伝導性材料を含むことができ、これは有効な熱シンクとなり得る。基板２２内の熱は、チャネル４６を流れる冷却剤に移動することができる（たとえば、第１トレンチ２８ａから第２トレンチ２８ｂまたはその逆など）。このようにして、冷却装置５０は、熱発生領域５８のための冷却装置となることができる。いくつかの例において、図３に示されるように、図３のｘ軸方向に測定して第１トレンチ２８ａと第２トレンチ２８ｂのポイントが第２表面５６に最も近い場所での、第１トレンチ２８ａと第２トレンチ２８ｂとの間の距離は、熱発生領域５８の長さ（図３のｘ方向に測定）よりも大きい。
【００３０】
[0035]
いくつかの例において、冷却システム５１は、単一相の冷却システムであるように設計することができ、冷却流体は、冷却システムを通じて実質的に単一の相（たとえば液体またはガス）として存在する。他の例において、冷却システム５１は、多相（たとえば２相）冷却システムであるように設計することができ、冷却流体は、冷却流体がチャネル４６を流れるときに相を変え（たとえば液体からガスへ）、たとえばリザーバまたは外部ラジエータにおいて冷却されて液体相に戻る。
【００３１】
[0036]図３は、冷却装置５０が、開放システムに実装されている例を示しており、たとえば、冷却流体は外部リザーバへ流れ、いくつかの例において冷却流体はチャネル４６を通ってポンプ輸送される。他の例において、冷却装置５０は、閉鎖システムに実装することができる。図４は、閉鎖冷却システム７０に実装される冷却装置５０の一例であり、概念的および概略的な例である。
【００３２】
[0037]閉鎖冷却システム７０は、冷却装置５０、第２基板７２、および第３基板８０を含む。第２基板７２は、キャビティ７４、第１チャネル７６ａ、および第２チャネル７６ｂを画定する。第１チャネル７６ａおよび第２チャネル７６ｂは、キャビティ７４から第２基板７２の表面７８まで延びる。
【００３３】
[0038]第２基板７２の表面７８は、冷却装置５０の第２表面５６に取り付けられる。図４に示されるように、第１トレンチ２８ａおよび第２トレンチ２８ｂは、基板２２の第２表面５６に延びる。このようにして、第１チャネル７６ａは、キャビティ７４を第１トレンチ２８ａに流体接続し、第２チャネル７６ｂは、キャビティ７４を第２トレンチ２８ｂに流体接続する。キャビティ７４、第１チャネル７６ａ、第１トレンチ２８ａ、チャネル４６、第２トレンチ２８ｂ、および第２チャネル７６ｂは、一緒になって、流体が流れることができる流体回路を形成する。
【００３４】
[0039]冷却装置５０の第１表面２６は、第３基板８０に取り付けられる。第３基板８０は、微小電子機器装置の基板とすることができ、また、熱発生領域８２を含み、これは、トランジスタ等の熱発生回路を含むことができる。図４に示されるように、熱発生領域８２は、チャネル４６に隣接するように配置される（たとえば、第１トレンチ２８ａと第２トレンチ２８ｂとの間の第１表面２６に隣接して配置される）。これにより、熱発生領域８２から冷却装置５０の基板２２への熱の伝播が可能になる。基板２２は、シリコンなどのような熱伝導性材料を含み、また、効率的な熱シンクとすることができる。基板２２上の熱は、チャネル４６を流れる冷却剤に伝達される（たとえば、第１トレンチ２８ａから第２トレンチ２８ｂまたはその逆）。このようにして、冷却装置５０は、熱発生領域８２のための冷却装置とすることができる。いくつかの例において、図４に示されるように、第１トレンチ２８８ａおよび第２トレンチ２８ｂの、第１表面２６（第１基板８０が取り付けられている）に最も近いポイントにおける、第１トレンチ２８ａと第２トレンチ２８ｂとの間の距離は、図４のｘ軸の方向に測定して、熱発生領域８２の長さより長いか、または等しいようにすることができる。
【００３５】
[0040]いくつかの例において、冷却システム７０は、冷却システムを通じて冷却流体が実質的に単一相（たとえば液体またはガス）として存在する、単一相の冷却システムとして設計することができる。他の例において、冷却システム７０は、多相（たとえば２相）冷却システムとして設計することができ、冷却流体がチャネル４６を流れるとき相を変え（たとえば液体からガスへ）、たとえばリザーバ（たとえばキャビティ７４）または外部ラジエータにおいて、冷却されて液体相に戻る。
【００３６】
[0041]いずれの場合でも、冷却システム７０は閉鎖システムであり、熱勾配による伝達に依拠しており、キャビティ７４、第１チャネル７６ａ、第１トレンチ２８ａ、チャネル４６、第２トレンチ２８ｂ、および第２チャネル７６ｂを通る流体の流れを駆動する。たとえば、冷却流体は、第１トレンチ２８ａからチャネル４６を通り、ここで冷却流体は、基板２２を介して熱発生領域８２からの熱伝達により加熱される。冷却流体が第２トレンチ２８ｂに入るとき、冷却流体は冷却されはじめ、流体の密度を増加させ、流体にシンクさせるようにする（たとえば、キャビティ７４を重力に関して第２トレンチ２８ｂの下に配置させる場合）。これは、キャビティ７４からの流体が第１チャネル７６ａを通り第１トレンチ２８ａに入るようにする。このプロセスは、流体がチャネル４６を通って流れるとき冷却流体がたとえば液体からガスへ相変化する場合に流れを駆動するのに、特に有効であり、その後第２トレンチ２８ｂで凝縮される。
【００３７】
[0042]図１−４は、第１トレンチ２８ａおよび第２トレンチ２８ｂが、基板２２の同一の表面に形成されている例を示している。しかし、他の例において、第１トレンチおよび第２トレンチは、基板の同一の表面に形成されている必要はない。図５は、冷却装置の主表面に実質的に平行に延びる複数の流体チャネルを含む冷却装置を形成するための技術の一例を示すフローダイアグラムである。単なる説明目的のために、図５の技術は、図６Ａ−図６Ｉに概念的および概略的に示されるブロック図を参照しながら説明される。
【００３８】
[0043]図５の技術は、基板１１２（９２）の第１表面に第１トレンチを形成することを含む。いくつかの例において、基板１１２はシリコンを含むことができる。図６Ａに示されるように、第１トレンチおよび第２トレンチを形成することは、マスキングおよびエッチングを含むことができる。最初に、フォトレジストを基板１１２の第１表面１１６上に堆積させることができる。いくつかの例において、第１表面１１６は、シリコンを含む基板１１２の（１００）表面とすることができる。その後、フォトレジストは現像され、過大なおよび現像されていないフォトレジストが除去され、図６Ａに示されるように、パターン形成された第１表面１１６上に形成された露光されたフォトレジスト１１４を残す。いくつかの例において、パターン形成されたフォトレジストの下で、酸化層またはマスクされた層が第１表面１１６上に存在する。
【００３９】
[0044]基板１１２の一部がエッチングされて、図６Ｂに示されるように、第１傾斜壁１２および第２傾斜壁１２２を含む第１トレンチ１１８ａを形成する。第１トレンチ１１８ａは、基板２２の非等方性のエッチングにより形成することができる。たとえば、様々なエッチング剤は、シリコンを非等方的にエッチングすることができ、エッチング後に生じる構造は傾斜した壁を含む。シリコンを非等方的にエッチングする例示的なエッチング剤は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）、テトラメチルアンモニウム水酸化物（ＴＭＡＨ）を含む。ＫＯＨは、シリコンを＜１００＞方向に＜１１１＞方向よりも約４００倍速くエッチングする。ＥＤＰは、＜１００＞／＜１１１＞で約１７倍の選択性を備える。ＴＭＡＨは、{１００}平面および{１１１}平面の間で約３７倍の選択性を備える。
【００４０】
[0045]図６Ｂに示されるように、エッチングが完成すると、第１トレンチ１１８ａはＶ形状の断面を含む（ｘ-ｚ平面に沿って切り出される）。しかし、エッチングが完成前に停止されると、トレンチ１１８ａは、実質的に第１表面１１６に実質的に平行な平坦な底部（たとえばｚｙ平面に実質的に平行となる）を含むようにすることができる。エッチングが完了すると、パターン形成され、露光されたフォトレジスト１１４を除去し、第１表面１１６を残して露出させる。
【００４１】
[0046]第１表面１１６に第１トレンチ１１８ａが形成されると、基板１１２（９４）の第２表面１２６に第２トレンチ１１８ｂを形成する。図６Ｃおよび図６Ｄに示されるように、いくつかの例において、第２トレンチ１１８ｂを形成することは、第１トレンチ１１８ａを形成するのに使用した技術に類似のマスキング、エッチングを含むことができる。最初に、フォトレジストを基板１１２の第２表面１２６上に堆積させることができる。いくつかの例において、第２表面１２６は、シリコンを含む基板１１２の（１００）表面とすることができる。その後、フォトレジストを現像し、過剰な、また、露光されていないフォトレジストを除去し、図６Ｃに示されるように、第２表面１２６上に形成されたパターン形成された露光されたフォトレジストを残す。いくつかの例において、酸化層またはマスクされた層が、パターン形成されたフォトレジストの下で、第２表面１２６上に存在する。
【００４２】
[0047]その後、基板１１２の一部は非等方的にエッチングされ、図６Ｄに示されるように、第３傾斜壁１２８および第４傾斜壁１３０を含む第２トレンチ１１８ｂを形成する。エッチングが完了した後、パターン形成され、露光されたフォトレジストは除去され、第２表面１２６を露出させる。
【００４３】
[0048]第２トレンチ１２８ｂが形成された後、本技術は、傾斜壁１２０、１２２．１２８，１３０の少なくともいくつかの上に金属層を堆積させることが続く（９６）。図１および図２Ｃに関して上述したように、金属は、第１傾斜壁１２０、第２傾斜壁１２２、第３傾斜壁１２８、および随意選択で第３傾斜壁１３０上に堆積させることができる。図６Ｅに示されるように、第１金属層１３２を第１傾斜壁１２０および第２傾斜壁１２２上に堆積させることができ、第２金属層を、第３傾斜壁１２８および第４傾斜壁１３０上に堆積させることができる。いくつかの例において、第１金属層１３２は、第１表面１１６の少なくとも一部の上に堆積させることができ、および／または、第２金属層１３４は、第２表面１２６の少なくとも一部の上に堆積させることができる。いくつかの例において、第１金属層１３２および／または第２金属層１３４は、基板１１２上に直接的に堆積させることができ、たとえばシリコン上に直接堆積させることができる。他の例において、シリコン酸化物のような電気絶縁体の層を、基板１１２の少なくとも一部の上に最初に形成することができ、たとえば、第１表面１１６および／または第２表面１２６の水平表面上に形成することができ、また、第１金属層１３２および／または第２金属層１３４は、絶縁層の少なくとも一部の上に堆積させることができる。
【００４４】
[0049]第１金属層１３２および／または第２金属層１３４は、後のプロセスの間に電源供給のための電気接点、光放射を反射させるミラー、および／または、基板１１２のカバーされた部分のエッチングを防止するためのマスク、として機能することができ、これらは後述される。
【００４５】
[0050]第１金属層１３２および第２金属層１３４を絶縁層またはシリコンの頂部に堆積させた（９６）後、図６Ｆに概念的に示されるように、第２傾斜壁１２２にわたって第１金属層１３２内に複数の開口部１３６を形成することができる（９８）。図６Ｆには２つの開口部１３６が示されているが、他の例において、少なくとも２つの開口部のように２つより多くの開口部を、第２傾斜壁１２２にわたって第１金属層１３２内に形成してもよい。上述したように、マスキングおよびエッチングのプロセスを使用して、基板１１２内に流体チャネルを形成するように基板１１２がエッチングされる位置に、開口部１３６が対応するようにすることができる。
【００４６】
[0051]また、図５の技術は、第１トレンチ１１８ａと第２トレンチ１１８ｂとの間で複数のチャネルをエッチング形成することを含むことができ（１００）、図６Ｇおよび図６Ｈに概念的に示されている。いくつかの例において、エッチングされず、且つ、第１金属層１３２または第２金属層１３４によりカバーされる基板１１２の露出した表面は、基板１１２のこれらの部分のエッチングを防止するために、酸化物または他の絶縁体によりマスクすることができる。エッチングプロセスは、基板１１２のカバーされない表面を開口部１３６において化学エッチング剤に露出させることで実行することができる。いくつかの例において、エッチング剤はフッ化水素酸を含むことができる。
【００４７】
[0052]図６Ｇに示されるように、エッチングプロセスは、第１トレンチ１１８ａにおいて第１金属層１３２に近接する第１電極と、第２トレンチ１１８ｂにおける第２金属層１３４に電気的に連結される第２電極との間に電圧源１４０を取り付けることを含むことができる。いくつかの例において、電圧が電圧源１４０から供給されるときに、第２トレンチ１１８ｂにおいて第２金属層１３４に電気的に連結される第２電極は陽極として機能し、第１トレンチ１１８ａにおいて第１金属層１３２に近接する第１電極は陰極として機能するようにすることができる。
【００４８】
[0053]第１トレンチ１１８ａと第２トレンチ１１８ｂとの間に複数のチャネルをエッチング形成すること（１００）は、光放射１３８を第１傾斜壁１２０に向けることを含むことができる。第１金属層１３２は反射性とすることができるので、第１傾斜壁１２０における第１金属層１３２は、光放射１３８の少なくとも一部を開口部１３６に向けて反射する。いくつかの例において、第１傾斜壁１２０の角度および光放射１３８の入射角度は、第１傾斜壁１２０において第１金属層１３２により反射される放射の少なくとも一部が、第１表面１１６および第２表面１２６に実質的に平行な方向で、開口部１３６に向けられるように選択される（たとえば、図６Ｇにおけるｘ軸に実質的に平行であり、ここで図６Ｇにおいて直交するｘ−ｙ−ｚ軸は単に説明のために示されている）。
【００４９】
[0054]付与される電位差と反射される光放射１３８との組み合わせは、基板１１２が化学エッチング剤に露出されるときにエッチングの方向に影響を与え得る。たとえば、第１トレンチ１１８ａにおける第１金属層１３２に近接する第１電極と、第２トレンチ１１８ｂにおける第２金属層１３４に電気的に連結される第２電極との間に付与される電位により生成される電場は、化学エッチング剤としてエッチングの方向に影響を与え、開口部１３６と第２トレンチ１１８ｂとの間で、第１表面１１６および／または第２表面１２６に実質的に平行な方向にエッチングを生じさせる。同様に、反射される光放射１３８は、化学エッチング剤を活性化させ、また、第１表面１１６および／または第２表面１２６に実質的に平行に向けることができる。図６Ｈに示されるように、これは基板１１２に形成される複数のチャネル１４２を生じさせることができる。複数のチャネル１４２の各々は、開口部１３６のそれぞれ１つから第３傾斜壁１２８における第２金属層１３４まで延びる。チャネル１４２は、第１表面１１６および／または第２表面１２６に実質的に平行（たとえば平行またはほぼ平行）に延びることができる（たとえば、図６Ｈのｘ軸方向に延び、ここで図示される直交するｘ−ｙ−ｚ軸は単に説明目的のためのものである）。
【００５０】
[0055]チャネル１４２が基板１１２内にエッチング形成されると、第１金属層１３２および第２金属層１３４は、基板１１２から取り除くことができ（１０２）、たとえば、第１金属層１３２および第２金属層１３４が有する金属に選択的な化学エッチング剤でウェットエッチングを使用する。結果として得られる冷却装置１４４が図６Ｉに示される。図６Ｉに示されるように、チャネル１４２は、第１トレンチ１１８ａと第２トレンチ１１８ｂとの間に延び、第１表面１１６および第２表面１２６に実質的に平行に配置される。
【００５１】
[0056]いくつかの例において、冷却装置１４４は、冷却システムを形成するために少なくとも１つの他の基板に取り付けることができる。たとえば図７は、開放冷却システム１５０内に実装される冷却装置１４４を示す概念的および概略的なブロックダイアグラムである。図７の例において、冷却装置１４４は、第２基板１５２および第３基板１５４に取り付けられる。第２基板１５２は、冷却装置１４４の第１表面１１６に取り付けることができ、また、第１チャネル１６０を画定することができる。第１チャネル１６０は、流体源または流体シンク（これはいくつかの例において、冷却材リザーバのような同一の構造とすることができる）に流体接続することができる。
【００５２】
[0057]第２基板１５２は、微小電子装置の基板とすることができ、また、第１熱発生領域１５６を含み、これは、トランジスタ等の熱発生回路を含むことができる。図７に示されるように、第１熱発生領域１５６はチャネル１４２に隣接する（たとえば、熱発生領域１５６は、第１トレンチ１１８ａと第２トレンチ１１８ｂとの間で第１表面１１６に隣接するように配置される）。これは。第１熱発生領域１５６から冷却装置１４４の基板１１２に熱が移動することを可能にする。基板１１２は、シリコンのような熱伝導材料を含むことができ、有効な熱シンクとすることができる。基板１１２内の熱は、チャネル１４２を流れる冷却剤に移動される（たとえば、第１トレンチ１１８ａから第２トレンチ１１８ｂまたはその逆に流れる）。このようにして、冷却装置１４４は、第１熱発生領域１５６のための冷却装置となることができる。
【００５３】
[0058]第３基板１５４は、冷却装置１４４の第２表面１２６に取り付けることができ、第２表面は、冷却装置１４４の第１表面１１６の実質的に反対であり、また、実質的にこれに平行である。第３基板１５４は、微小電子装置の基板とすることができ、第２熱発生領域１５８を含み、これはトランジスタ等の熱発生回路を含むことができる。図７に示されるように、第２熱発生領域１５８は、チャネル１４２に隣接する（たとえば、第１トレンチ１１８ａと第２トレンチ１１８ｂとの間の第２表面１２６に隣接するように配置される）。これにより、熱が第２熱発生領域１５８から冷却装置１４４の基板１１２に移動することができる。基板１１２内の熱は、チャネル１４２を通って流れる冷却剤に伝達される。このようにして、また、冷却装置１４４は、第２熱発生領域１５８のための冷却装置となることができる。
【００５４】
[0059]また、第３基板は、第２チャネル１６２を画定することができる。第２チャネル１６２は、流体源または流体シンク（これらは、いくつかの例においては、たとえば冷却剤リザーバのように同一の構造とすることができる）に流体接続することができる。
【００５５】
[0060]いくつかの例において、冷却システム１５０は、単一相冷却システムとなるように設計することができ、ここで、冷却流体は、冷却システムを通して実質的に単一相（たとえば液体またはガス）として存在する。他の例において、冷却システム１５０は、多相（たとえば２相）冷却システムとなるように設計することができ、ここで、冷却流体は、冷却流体がチャネル１４２を通って流れるときに相を変え（たとえば液体からガスへ）、その後、たとえばリザーバまたは外部ラジエータで冷却されて液体相に戻る。
【００５６】
[0061]様々な例が説明された。これらおよび他の例は、添付の特許請求の範囲に包含される。
【図１】
2015008290.tif 000003
【図２Ａ】
2015008290.tif 000004
【図２Ｂ】
2015008290.tif 000005
【図２Ｃ】
2015008290.tif 000006
【図２Ｄ】
2015008290.tif 000007
【図２Ｅ】
2015008290.tif 000008
【図２Ｆ】
2015008290.tif 000009
【図２Ｇ】
2015008290.tif 000010
【図２Ｈ】
2015008290.tif 000011
【図３】
2015008290.tif 000012
【図４】
2015008290.tif 000013
【図５】
2015008290.tif 000014
【図６Ａ】
2015008290.tif 000015
【図６Ｂ】
2015008290.tif 000016
【図６Ｃ】
2015008290.tif 000017
【図６Ｄ】
2015008290.tif 000018
【図６Ｅ】
2015008290.tif 000019
【図６Ｆ】
2015008290.tif 000020
【図６Ｇ】
2015008290.tif 000021
【図６Ｈ】
2015008290.tif 000022
【図６Ｉ】
2015008290.tif 000023
【図７】
2015008290.tif 000024
【外国語明細書】
2015008290000001.pdf