互连区中的集成电路纳米颗粒热路由结构制造技术

在所描述实例中，一种集成电路(100)具有衬底(102)及安置在所述衬底(102)上的互连区(106)。所述互连区(106)具有互连级。所述集成电路(100)包含所述互连区(106)中的热路由结构(130)。所述热路由结构(130)在所述互连区(106)中的所述集成电路(100)的一部分但不是全部上方延伸。所述热路由结构(130)包含粘结纳米颗粒膜，其中邻近纳米颗粒彼此粘结。所述热路由结构(130)的导热率高于触碰所述热路由结构(130)的电介质材料。通过包含加成工艺的方法形成所述粘结纳米颗粒膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】互连区中的集成电路纳米颗粒热路由结构
此涉及集成电路，且更特定来说，涉及集成电路中的热管理。
技术介绍
集成电路经常在一些有源组件中产生非所需热量。有时希望通过散热器或其它无源结构去除热量。有时希望将热量从集成电路中的热敏组件转移。管理集成电路中的过多热量已变得越来越成问题。
技术实现思路
在所描述实例中，一种集成电路具有衬底及安置在所述衬底上的互连区。所述互连区具有多个互连级。所述集成电路包含所述互连区中的热路由结构。所述热路由结构在所述互连区中的所述集成电路的一部分但不是全部上方延伸。所述热路由结构包含粘结纳米颗粒膜，其中邻近纳米颗粒彼此粘结。所述热路由结构的导热率高于触碰所述热路由结构的电介质材料。通过包含加成工艺的方法形成所述粘结纳米颗粒膜。附图说明图1A及图1B是根据实施例的含有热路由结构的实例集成电路的横截面。图2A到图2F描绘根据实施例的形成具有热路由结构的集成电路的实例方法。图3A到图3C描绘根据实施例的形成具有热路由结构的集成电路的另一实例方法。图4A及图4B是根据实施例的含有另一热路由结构的另一实例集成电路的横截面。图5A到图5D描绘根据实施例的形成具有参考图4A及图4B描述的类型的热路由结构的集成电路的实例方法。图6是根据实施例的包含组合的热路由结构的实例集成电路的横截面。具体实施方式图式未按比例绘制。实例实施例不受所说明动作或事件的排序的限制，因为一些动作可以不同顺序发生及/或与其它动作或事件同时发生。此外，一些所说明动作或事件是任选的。以下共同待决的专利申请案特此通过引用的方式并入：第US15/361,390号专利申请案、第US15/361,397号专利申请案、第US15/361,399号专利申请案、第US15/361,401号专利申请案及第US15/361,403号专利申请案。此描述可使用例如“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“上方”、“之上”、“下方”、“之下”等等的术语。这些术语不应被解释为限制结构或元件的位置或定向，而是提供结构或元件之间的空间关系。在此描述中，术语集成电路的“瞬时顶表面”是指集成电路的顶表面，其存在于所描述特定步骤处。在集成电路的形成中，瞬时顶表面可因步骤而改变。在此描述中，术语“横向”是指平行于集成电路的瞬时顶表面的平面的方向，且术语“垂直”是指垂直于集成电路的瞬时顶表面的平面的方向。图1A及图1B是根据实施例的含有热路由结构的实例集成电路的横截面。参考图1，集成电路100包含衬底102，其包含例如硅、硅锗或碳化硅的半导体材料104。替代地，半导体材料104可为III-V型半导体，例如氮化镓或砷化镓。其它半导体材料在此实例范围内。集成电路100进一步包含安置在衬底102之上的互连区106。在图1A中描绘为金属氧化物半导体(MOS)晶体管的集成电路100的发热组件108安置在衬底102中，可能延伸到互连区106中，靠近衬底102与互连区106之间的边界110。发热组件108的其它表现形式，例如双极结型晶体管、结型场效应晶体管(JFET)、电阻器及可控硅整流器(SCR)都在此实例的范围内。在此实例中，集成电路100还可包含热敏组件112，在图1A中描绘为MOS晶体管。热敏组件112的其它表现形式在此实例的范围内。组件108及112可在衬底102与互连区106之间的边界110处由场氧化物114横向分离。举例来说，场氧化物114可具有如图1A中所描绘的浅沟槽隔离(STI)结构，或者可具有硅的局部氧化(LOCOS)结构。互连区106可包括安置在电介质层堆叠122中的触点116、互连件118及通孔120。触点116与发热组件108及热敏组件112形成电连接。互连件118安置在多个互连级中。第一互连级中的互连件118形成到触点116的电连接。通孔120安置在连续互连级之间并与互连件进行电连接。互连区106的顶表面124定位在互连区106的与衬底102及互连区106之间的边界110相对的表面处。互连件118可包含铝互连件、镶嵌铜互连件及/或电镀铜互连。铝互连件可包含具有百分之几的硅、钛及/或铜的铝层，可能在包含钛的粘附层上，并且可能在铝层上具有氮化钛的抗反射层。镶嵌铜互连件可包含安置在电介质层堆叠122中的沟槽中的钽及/或氮化钽的势垒层上的铜。电镀铜互连件可包含在互连件的底部处的粘附层，并且可具有安置在互连件的侧上的势垒层。结合垫结构126可安置在互连区106的顶表面124上方，并且可电耦合到互连件118。保护性外涂层128可安置在互连区106的顶表面124上方。保护性外涂层128可包含一或多层电介质材料，例如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅及/或聚酰亚胺。热路由结构130安置在互连区106中，在互连区106中的集成电路100的一部分但不是全部的上方延伸。热路由结构130具有比触碰热路由结构130的互连区106中的电介质材料更高的导热率。导热率是材料的特性，并且可以瓦特/米℃为单位表示。热路由结构130包含主要包含纳米颗粒133的粘结纳米颗粒膜132，在图1B中更详细地展示。邻近纳米颗粒133彼此粘结。在纳米颗粒133的表面上可存在无机功能性分子，例如包含硅及氧的硅烷基分子。热路由结构130大体上不含有机粘合剂材料，例如粘附剂或聚合物。热路由结构130可从发热组件108上方的区域延伸到集成电路100的排热区134，如图1A中所展示。热路由结构130可定位在热敏组件112上方的区域外部，如图1A中所展示，因此经配置以在集成电路100的操作期间有利地将来自发热组件108的热量从热敏组件112转移走。在如图1A及图1B中所描绘的此实例的版本中，热路由结构130可为非导电的，并且纳米颗粒133的实例可包含氧化铝、金刚石，六方氮化硼、立方氮化硼及/或氮化铝的纳米颗粒。热路由结构130可触碰触点116、互连件118及/或通孔120而不会有不期望的电分流的风险，使得能够更完全地覆盖在发热组件108上方及在散热区134中的区域，以有利地从发热组件108收集更多热量，并且更有效地将热量传递到排热区134。在此实例的另一版本中，热路由结构130可为导电的。在此版本中，纳米颗粒133的实例可包含金属、石墨烯、嵌入金属中的石墨烯、石墨、石墨碳及/或碳纳米管的纳米颗粒。热路由结构130的导电版本可与触点116、互连件118及通孔120分离。在此实例的另一版本中，纳米颗粒133可包含含有金属的纳米颗粒，并且热路由结构130可包含在粘结纳米颗粒膜132上的石墨材料层。在此版本中，纳米颗粒133的实例可包含铜、镍、钯、铂、铱、铑、铈、锇、钼及/或金的纳米颗粒。在此版本中，热路由结构130是导电的，且因此可与触点116、互连件118及通孔120分离。任选平坦化层136可邻近热路由结构130横向安置，以为电介质层堆叠122的后续层及随后互连级提供大体上平整表面。平坦化层136可具有与热路由结构130的厚度相当的厚度。平坦化层136可具有与电介质层堆叠122的导热率相当的导热率，其显著小于热路由结构130的导热率。平坦化层136可包含例如二氧化硅的电介质材料，并且可具有粒状结构。图2A到图2F描绘根据实施例的形成具有热路由结构的集成电路的实例方法。参考图2A，集成电路200形成在包含半导体材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成电路，其包括：衬底，其包括半导体材料；互连区，其安置在所述衬底之上，所述互连区包括：电介质层堆叠，其包括电介质材料；触点，其安置在所述电介质层堆叠中；互连件，其安置在所述电介质层堆叠中；及通孔，其安置在所述电介质层堆叠中；发热组件，其安置在所述衬底及所述互连区中，靠近所述衬底与所述互连区之间的边界；及热路由结构，其安置在所述互连区中，其中所述热路由结构在所述发热组件上方延伸，所述热路由结构包含包括纳米颗粒的粘结纳米颗粒膜，其中邻近纳米颗粒彼此粘结，其中所述粘结纳米颗粒膜大体上不含有机粘合剂材料，且其中所述热路由结构的导热率高于触碰所述热路由结构的电介质材料的导热率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.26 US 15/361,3941.一种集成电路，其包括：衬底，其包括半导体材料；互连区，其安置在所述衬底之上，所述互连区包括：电介质层堆叠，其包括电介质材料；触点，其安置在所述电介质层堆叠中；互连件，其安置在所述电介质层堆叠中；及通孔，其安置在所述电介质层堆叠中；发热组件，其安置在所述衬底及所述互连区中，靠近所述衬底与所述互连区之间的边界；及热路由结构，其安置在所述互连区中，其中所述热路由结构在所述发热组件上方延伸，所述热路由结构包含包括纳米颗粒的粘结纳米颗粒膜，其中邻近纳米颗粒彼此粘结，其中所述粘结纳米颗粒膜大体上不含有机粘合剂材料，且其中所述热路由结构的导热率高于触碰所述热路由结构的电介质材料的导热率。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述粘结纳米颗粒膜包括选自由氧化铝、金刚石、六方氮化硼、立方氮化硼及氮化铝组成的群组的材料的非导电纳米颗粒。3.根据权利要求2所述的集成电路，其中所述通孔中的至少一者触碰所述热路由结构。4.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述粘结纳米颗粒膜包括选自由金属、石墨烯、嵌入金属中的石墨烯、石墨、石墨碳及/或碳纳米管组成的群组的材料的导电纳米颗粒。5.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述粘结纳米颗粒膜包括选自由铜、镍、钯、铂、铱、铑、铈、锇、钼及金组成的群组的金属纳米颗粒，且其中所述热路由结构包括安置在所述粘结纳米颗粒膜上的石墨材料层。6.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述热路由结构延伸到所述集成电路的排热区。7.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述热路由结构远离所述集成电路的热敏组件延伸。8.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述热路由结构在所述集成电路的匹配组件上方延伸。9.根据权利要求1所述的集成电路，其进一步包括邻近所述热路由结构横向安置的电介质材料的平坦化层。10.根据权利要求1所述的集成电路，其进一步包括选自由深沟槽热路由结构、高导热率通孔、顶级导热率结构、高导热率贯穿封装导管以及石墨通孔组成的群组的热路由组件；其中：所述深沟槽热路由结构包括粘结纳米颗粒膜，所述深沟槽热路由结构安置在所述衬底中并延伸到所述衬底与所述互连区之间的所述边界；所述高导热率通孔包括粘结纳米颗粒膜，所述高导热率通孔安置在所述互连区之上；所述顶级导热率结构包括粘结纳米颗粒膜，所述顶级导热率结构安置在所述互连区之上；所述高导热率贯穿封装导管包括粘结纳米颗粒膜，所述高导热率贯...

【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明·史塔生·库克，阿尔莎娜·韦努戈帕尔，路易吉·科隆博，罗伯特·里德·多林，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US