[发明专利]芯片层叠和3-D电路的热传导

说明书

相关申请的交叉引用

此申请要求2009年12月10日提交的美国临时专利申请S/N 61/285,325和2010年1月15日提交的美国临时专利申请S/N 61/295,292的优先权，以上申请通过引用结合在本文中。

具体实施方式

以下将具体参考本教示的现有实施例(示例性实施例)，在附图中示出其示例。在可能的时候，将在全部附图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部分。包含在此说明书中且构成此说明书一部分的附图例示了本发明的实施例，而且与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中：

图1是根据本教示的实施例的半导体器件的立体图；

图2-6是描绘根据本教示的实施例的各种器件结构的横截面图；以及

图7-13是在用于形成根据本教示实施例的器件的本教示的过程实施例期间形成的中间结构的横截面图。

应当注意到，已经简化了附图的一些细节，并将这些附图绘制成便于理解本发明实施例而不是保持严格的结构精度、细节和比例。

金刚石层是有效的导热体。在本公开的实施例中，可形成金刚石层以提供热传导路径，从而引导热离开层叠模块的内部和/或垂直穿过该层叠模块。

金刚石材料可以是未掺杂的，例如提供导热但电绝缘的层。在其它使用中，金刚石层可包括掺杂剂浓度以提供导电连接器，例如，足以获得可有效地用于降低衬底噪声和衬底电阻的导电和导热金刚石层的P+硼浓度，其可使器件闭锁(device latch-up)最小化。可在衬底上沉积或生长金刚石的同时利用注入或原位掺杂将掺杂剂引入金刚石材料。

图1是本教示的实施例的立体图。图1描绘半导体组件10，其可包括在半导体层16的前(电路)侧或表面14上形成的互连层(电路)12。半导体组件可以是功能半导体器件、功能半导体器件的一部分或处于制造过程中的半导体器件。半导体层可包括，例如，半导体晶片、单个半导体管芯、外延半导体层、包括半导体晶片和外延层的半导体衬底组件、诸如半导体晶片的一部分的多个未单立半导体管芯。

图1还描绘集成电路(IC)焊盘18，诸如在半导体层16的前面上形成的接合焊盘或互连焊盘。图1的器件还描绘了在半导体层16的电路侧14上形成的热传导焊盘20和在半导体层16的后(非电路)侧或表面24上形成的金刚石层22。金刚石层22可至少部分地延伸穿过半导体层16或完全穿过半导体层，如图2所示。

半导体层可包括诸如金属氧化物半导体(MOS)器件、双极结型晶体管(BJT)之类的一个或多个有源器件、诸如扩散电阻器之类的电阻器等。诸如密封环、触点、通孔、金属、层间电介质、多晶硅等其它结构也可形成在半导体层上和/或半导体层内。

图2的横截面图描绘在可控塌陷芯片连接(“CCCC”或“C4”连接)32、34形成之后的、根据图1器件沿A-A的器件30。可由金刚石层22部分地提供热传导和传输。此外，穿过衬底的通孔(TSV)36可用于使热垂直穿过器件30。形成于金刚石层22的后表面37上的C4连接38可与TSV 36相连接以将热传送到相邻衬底。因此，在一种使用中，提供从连接到C4连接34的表面、到焊盘20，到TSV 36，到C4连接38、然后到诸如印刷电路板(PCB)、类似于器件30的另一个器件或另一个接收衬底之类的接收衬底的热传输路径39。热传输可发生在连接34和38之间或者离开金刚石层22且朝向两个连接34和38的方向上。

可形成金刚石层22使之从半导体层16的后表面24延伸且穿过半导体层16。TSV 36可接触金刚石层22和焊盘20，该焊盘20具有与半导体层的前(电路)侧或表面共面的平坦表面。可形成，例如，如图所示的其它金属化结构。

其它C4连接40可仅连接至金刚石层22，且可用于使热离开金刚石层22传输到C4连接40所附连的接收衬底(未示出)。在另一个实施例中，C4连接38、40可从另一个器件接收热，并使热横向地传送而穿过金刚石层22以便散热。

金刚石层22还可提供离开连接至热传导焊盘20和C4连接32的有源电路的热传导。如图2所示，三个金属化层42用于将电输入/输出(I/O)信号通过电路横向地传输到其它器件或器件电路，并且将器件运行期间产生的热沿路径43垂直传输到金刚石层22以便从电路传导出去。在半导体层16的前表面上形成的金属化层42可包括一个或多个导体。另外，可形成一个或多个介电层44和钝化层46用于电隔离。