[發明專利]芯片層疊和3-D電路的熱傳導

無效

• 申請號: 201010251851.5
• 申請日: 2010-08-05
• 公開（公告）號: CN102097399A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: S·J·高爾;F·希伯特
• 申請（專利權）人: 英特賽爾美國股份有限公司
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373;H01L23/48;H01L25/00;H01L21/02;H01L21/60
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 李玲;張東梅

相關申請的交叉引用

此申請要求2009年12月10日提交的美國臨時專利申請S/N?61/285,325和2010年1月15日提交的美國臨時專利申請S/N?61/295,292的優先權，以上申請通過引用結合在本文中。

具體實施方式

以下將具體參考本教示的現有實施例(示例性實施例)，在附圖中示出其示例。在可能的時候，將在全部附圖中使用相同的附圖標記來指示相同或相似的部分。包含在此說明書中且構成此說明書一部分的附圖例示了本發明的實施例，而且與說明書一起用來說明本發明的原理。在附圖中：

圖1是根據本教示的實施例的半導體器件的立體圖；

圖2-6是描繪根據本教示的實施例的各種器件結構的橫截面圖；以及

圖7-13是在用于形成根據本教示實施例的器件的本教示的過程實施例期間形成的中間結構的橫截面圖。

應當注意到，已經簡化了附圖的一些細節，并將這些附圖繪制成便于理解本發明實施例而不是保持嚴格的結構精度、細節和比例。

金剛石層是有效的導熱體。在本公開的實施例中，可形成金剛石層以提供熱傳導路徑，從而引導熱離開層疊模塊的內部和/或垂直穿過該層疊模塊。

金剛石材料可以是未摻雜的，例如提供導熱但電絕緣的層。在其它使用中，金剛石層可包括摻雜劑濃度以提供導電連接器，例如，足以獲得可有效地用于降低襯底噪聲和襯底電阻的導電和導熱金剛石層的P+硼濃度，其可使器件閉鎖(device?latch-up)最小化。可在襯底上沉積或生長金剛石的同時利用注入或原位摻雜將摻雜劑引入金剛石材料。

圖1是本教示的實施例的立體圖。圖1描繪半導體組件10，其可包括在半導體層16的前(電路)側或表面14上形成的互連層(電路)12。半導體組件可以是功能半導體器件、功能半導體器件的一部分或處于制造過程中的半導體器件。半導體層可包括，例如，半導體晶片、單個半導體管芯、外延半導體層、包括半導體晶片和外延層的半導體襯底組件、諸如半導體晶片的一部分的多個未單立半導體管芯。

圖1還描繪集成電路(IC)焊盤18，諸如在半導體層16的前面上形成的接合焊盤或互連焊盤。圖1的器件還描繪了在半導體層16的電路側14上形成的熱傳導焊盤20和在半導體層16的后(非電路)側或表面24上形成的金剛石層22。金剛石層22可至少部分地延伸穿過半導體層16或完全穿過半導體層，如圖2所示。

半導體層可包括諸如金屬氧化物半導體(MOS)器件、雙極結型晶體管(BJT)之類的一個或多個有源器件、諸如擴散電阻器之類的電阻器等。諸如密封環、觸點、通孔、金屬、層間電介質、多晶硅等其它結構也可形成在半導體層上和/或半導體層內。

圖2的橫截面圖描繪在可控塌陷芯片連接(“CCCC”或“C4”連接)32、34形成之后的、根據圖1器件沿A-A的器件30。可由金剛石層22部分地提供熱傳導和傳輸。此外，穿過襯底的通孔(TSV)36可用于使熱垂直穿過器件30。形成于金剛石層22的后表面37上的C4連接38可與TSV?36相連接以將熱傳送到相鄰襯底。因此，在一種使用中，提供從連接到C4連接34的表面、到焊盤20，到TSV?36，到C4連接38、然后到諸如印刷電路板(PCB)、類似于器件30的另一個器件或另一個接收襯底之類的接收襯底的熱傳輸路徑39。熱傳輸可發生在連接34和38之間或者離開金剛石層22且朝向兩個連接34和38的方向上。

可形成金剛石層22使之從半導體層16的后表面24延伸且穿過半導體層16。TSV?36可接觸金剛石層22和焊盤20，該焊盤20具有與半導體層的前(電路)側或表面共面的平坦表面。可形成，例如，如圖所示的其它金屬化結構。

其它C4連接40可僅連接至金剛石層22，且可用于使熱離開金剛石層22傳輸到C4連接40所附連的接收襯底(未示出)。在另一個實施例中，C4連接38、40可從另一個器件接收熱，并使熱橫向地傳送而穿過金剛石層22以便散熱。

金剛石層22還可提供離開連接至熱傳導焊盤20和C4連接32的有源電路的熱傳導。如圖2所示，三個金屬化層42用于將電輸入/輸出(I/O)信號通過電路橫向地傳輸到其它器件或器件電路，并且將器件運行期間產生的熱沿路徑43垂直傳輸到金剛石層22以便從電路傳導出去。在半導體層16的前表面上形成的金屬化層42可包括一個或多個導體。另外，可形成一個或多個介電層44和鈍化層46用于電隔離。