具有限定的热流的集成器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了具有限定的热流的集成器件及其制造方法。本发明专利技术提供的一种集成器件(1)包括：在工作时发热的至少一个发热部件(3)；至少一个温度敏感部件(3)；被布置在所述至少一个发热部件(3)与所述至少一个温度敏感部件(3)之间的一个或多个中空绝缘区域(4)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成器件，特别地涉及具有用于使温度敏感部件和散热部件绝缘 (insulate)的结构的集成器件。
技术介绍
本领域中已知有包括多个电子和/或非电子的子系统或者部件(例如，光子部件) 的集成系统。散热在这些系统中是个设计问题，并且影响集成系统的设计阶段中部件的放置。总体而言，为了给工作时发热的部件提供有效的热路径和热沉，采取了多种措施。设置并定位热沉以有效地散热，从而保护集成系统中的其它部件免受过度的热流和温度波动。 至少，通过它们的热流被减少，并且温度变化被最小化到可接受的水平。这种集成系统中的其它部件可以是极度温度敏感的，例如模拟电子部件(如，集成放大器)，或者光子部件(如，半导体激光器、光谐振器等)。这种部件的性能可以显著地依赖于其绝对温度、其对比于其它部件的相对温度及其温度稳定性。在设计阶段期间，通常避免将发热部件紧邻或者接近于这种温度敏感部件放置， 以保持发热对温度敏感部分的影响尽可能小。通常通过将集成系统中的那些部件放置在集成系统中的不同位置来使它们彼此分开，从而实现对那些部件的热解耦。为满足3D芯片中单独部件的温度规定，堆栈(stack)因部件之间的高热串扰而受到挑战。在一个部件中产生的热的热流路径经过另一个部件到达热沉的布置中，该一个部件的温度本质上受到该一个部件和热沉之间的部件的活动的影响，从而导致高的绝对温度和大的温度调制。然而，在有些情况下，散热部件和温度敏感部件需要彼此紧邻放置，例如在由于关于集成器件的主平面成横向布置或者纵向布置中的信号通信问题的情况下。在这些情况下热流难以控制。现有解决方案例如在集成系统上使用多于一个的热沉元件或者增强其散热性。然而，尽管有那些措施用来提供散热，但是彼此接近或者紧邻放置的部件之间的热耦合还是不可忽略的。用于集成系统的部件的放置仍然由热学考量所主导。
技术实现思路
本专利技术的第一方面的实施方式涉及根据权利要求I所述的集成器件。本专利技术的其他方面的实施方式涉及根据其他独立权利要求所述的用于制造集成器件的方法。本专利技术的另外的优选实施方式在从属权利要求中指出。根据第一方面的实施方式，提供了一种集成器件，该集成电路包括至少一个发热部件，该至少一个发热部件在工作时发热；至少一个温度敏感部件；布置在所述至少一个发热部件与所述至少一个温度敏感部件之间的一个或多个中空绝缘区域。根据本专利技术的实施方式，通过在至少一个发热部件与至少一个温度敏感部件之间提供中空绝缘区域，来提供集成器件内的两个集成部件之间的热解耦。所述中空绝缘区域可以提供强的热绝缘，因为传导热耦合以及对流热耦合(若提供了真空或者至少低压气体的话)被有效地抑制，其代表了处于低于130摄氏度的普通集成器件的工作温度下的主要热流机制。在集成器件内放置绝缘区域允许控制集成器件内的热流。通过部分地包围发热部件，热流可以被引导并且导向至热沉元件。根据本专利技术的实施方式，中空绝缘区域被提供为包括真空或低压气体的真空室或者真空间隙。进一步地，集成器件可以具有主平面，其中所述一个或多个中空绝缘区域可以包括基本上平行于所述主平面延伸的横向绝缘区域和基本上垂直于所述主平面延伸的纵向绝缘区域中的至少一个。可以规定，一个或多个纵向绝缘区域和一个或多个横向绝缘区域结合，以形成来自所述至少一个发热部件和/或所述至少一个温度敏感部件的热流通道。根据一种实施方式，所述集成器件可以包括多个堆叠的衬底层，其中所述一个或多个纵向绝缘区域利用贯穿所述衬底层中的一个或多个的未填充的通孔来形成，并且/或者，其中所述一个或多个横向绝缘区域形成在金属化和/或布线层中。进一步地，所述一个或多个横向绝缘区域可以利用从所述衬底层的基础衬底 (base substrate)的表面隔开的膜片来形成。绝缘区域可以在2至5个侧面上相应地包围所述至少一个发热部件和/或至少一个温度敏感部件，其中没有绝缘区域设置在指向主平面之一的侧上。在至少一个主平面上可以连接有排热元件，用以耗散引导到所述至少一个主平面的热。根据另一个实施方式，所述至少一个发热部件包括电子/电气电路中的至少一个，所述电子/电气电路包括电子放大器、输出驱动器和发热器中的一个或多个，并且其中所述至少一个温度敏感部件包括光子元件、电子电路和光电子感测电路中的至少一个，所述光子元件包括激光元件、光调制器或复用器，滤光器、光栅和光学腔中的一个或多个。进一步地，波导和激光元件可以布置在绝缘区域的相对的侧上，以便从所述激光元件发出的激光经所述绝缘区域耦合、尤其通过渐消失耦合进入所述波导，反之亦然。进一步地，所述绝缘区域可以提供通过该绝缘区域的电信号通信通道，以便对中空绝缘区域提供机械支撑。根据本专利技术另一方面的实施方式，提供了一种用于制造集成器件的方法。该方法包括以下步骤提供具有一个或多个部件的衬底；形成穿过衬底层的多个通孔；在所述衬底层上应用低压气氛或者真空环境；密封地封闭所述多个通孔中的至少一个以获得绝缘区域；向所述衬底提供导电材料以填充非密封封闭的通孔，从而形成通孔互连。根据本专利技术的另一方面的实施方式，提供了一种用于制造集成器件的方法。该方法包括以下步骤提供具有一个或多个部件的基础衬底；在所述基础衬底的一个表面上形成布线和金属化层；其中，通过蚀刻掉牺牲层以形成腔体并且通过在应用低压气氛或真空环境期间密封地封闭所述腔体来形成横向绝缘区域。附图说明结合附图具体地描述本专利技术的实施方式，附图中图I示出了集成器件堆的示意性截面图，该集成器件堆具有由纵向的和横向的真空间隙与两个热沉结合定义的隔间(compartment)；图2示出了在一层上具有带光波导的电子部件、并且在第二层上具有激光部件的集成器件，其中电子部件和激光部件由真空间隙彼此热解耦；图3a至图3c示出了用于在结合处理中制造纵向真空间隙和硅通孔的步骤的示意图；及图4a至图4c示出了用于制造横向真空间隙的步骤的示意图。在附图中，各附图标记指代如下I集成器件2衬底层3部件4真空间隙5排热元件6通孔互连10集成器件12衬底层14真空间隙15排热元件18金属层19波导20激光元件21膜片22BE0L层31通孔32覆盖件33导电材料41横向真空间隙42纵向真空间隙51第一二氧化娃层52多晶硅层53第二二氧化硅层54孔55封闭的二氧化硅层56 腔体121基础衬底122BE0L 层。具体实施例方式图I示意性地示出了在集成器件I中提供热流控制的原理。图I的集成器件I示出多层器件，其中每层包括衬底2，衬底2包括一个或多个部件3。衬底2可以是半导体衬底，例如，硅衬底等或者绝缘体上硅衬底(SOI衬底)。部件3可以包括诸如光子和/或微机械元件的电子和/或非电子的有源或者无源元件。电子部件的例子有放大器、有源或无源过滤器、逻辑部件等。电子部件可以通过CM0S、Bipolar (双极)或BiCMOS技术形成。非电子部件的例子有激光兀件、光电二极管、光谐振器、滤光器、光栅、光学腔、机械谐振器、微机械传感器等。总体而言，部件可以是单个电子的或者非电子的元件或电路和包括电子和 /非电子元件的组合的子系统。图I的集成器件I由四个衬底层2组成，四个衬底层2被堆叠为使得相邻衬底的主平面彼此固定地连接。衬底堆夹在两个排热元件5之间，以便允许来自堆叠的衬底层2 的热流到达衬底层堆的两个外部主平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·布伦施维勒，J·霍夫里奇特，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：