[发明专利]三维集成电路结构

说明书

技术领域

本发明一般是有关于一种三维(3D)集成电路(IC)结构，且特别是有关于一种具有改进的电源与热管理的三维IC结构。

背景技术

就发明人的知识而言，针对已知的二维(2D)ICs，三维ICs是用以克服内连线尺度阻碍并改进性能的可能方法。在三维ICs中，多个晶粒(Dies)是使用垂直穿透硅介层窗(Through Silicon Vias；TSVs)而堆叠在一起，而在TSVs中，较长的线连接与内晶粒(Inter-Die)输入/输出(I/O)接垫(Pads)被消除，故导致整体性能的改进，其中包含更快速以及更具备电源效率的横跨多层硅层的内晶粒传递。图1是当前的三维IC结构10的剖面图，其中三维IC结构10具有位于基材20之上且以一者设置于另一者的顶面方式堆叠的晶粒A、B、C、及D，晶粒A、B及C中的每一者均具有一个或多个做为内晶粒传递之用的TSVs 40。图2是图1的三维IC结构10的俯视图。

与三维IC技术有关的挑战有电源与热管理。当多个晶粒堆叠在一起时，总电源是个别晶粒(individual dies)的总合。堆叠的晶粒与TSV电阻是以串联方式加入于电源布线(Power Routing)中。上述方式导致高电流(I)与电阻(R)，进而引起显著的IR位降(Drop)(亦即电压降)。为了解决上述IR位降问题，需要密集的(Dense)电源网络并保留额外的底部晶粒面积做为内晶粒电源供应之用，但额外的底部晶粒面积占据大量的布线资源并引起布线拥塞(Congestion)，进而导致大的晶粒面积。当堆叠的晶粒数量增加时，上述面积的坏处则大幅地增加。

此外，当多个晶粒堆叠在一起时，困在晶粒界面间的热很难透过介电层而消散。增加的温度导致性能的下降以及可靠度问题。接着可能需要昂贵的冷却系统[例如散热通道(Thermal Vias)与液体微通道(Liquid Micorchannels)]来做适当的散热。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种三维(3D)集成电路(IC)结构，通过使用外围TSV结构于三维IC架构中，来解决三维IC电源与热管理的问题。

根据本发明的一实施例，提供一种三维IC结构。此三维IC结构包含至少一第一晶粒与一第二晶粒以及一个或多个第一外围TSV结构。第一晶粒与第二晶粒均具有至少一电源TSV以及一信号TSV，其中第一晶粒的电源TSV以及信号TSV，分别连接至第二晶粒的电源TSV以及信号TSV。而第一外围TSV结构则邻近地设置在第一晶粒及/或第二晶粒的一个或多个侧边。

根据本发明的另一实施例，提供一种三维IC结构。此三维IC结构包含第一晶粒、第二晶粒及第三晶粒，其中上述三晶粒中每一晶粒均具有至少一电源TSV以及一信号TSV，且每一晶粒均由多个外围TSV结构所环绕。

根据本发明的另一实施例，提供一种三维IC结构。此三维IC结构包含第一晶粒、一个或多个外围TSV结构、第二晶粒、第三晶粒以及中介层。上述第一晶粒具有至少一电源TSV以及一信号TSV，外围TSV结构则邻近地设置在第一晶粒的一个或多个侧边。而上述第三晶粒亦具有至少一电源TSV以及一信号TSV。至于中介层则设置在第二晶粒与第三晶粒之间。

本发明的优点为，透过使用外围TSV结构于三维IC架构中，可缩小主动晶粒面积以减少成本并改善产量。此外，穿透三维IC的关键电性路径可大幅地缩短，进而导致较快的操作。再者，本发明改善了三维ICs的散热，进而避免了如散热通道与液体微通道的昂贵的冷却方法，可节省制造的成本。

另外，策略性地设置外围TSV结构能够协助建立从晶粒之核心(Core)至散热装置(Heat Sink)的热路径(Thermal Path)，且当外围TSV结构使用于非电性的能力中的时候，可提供导热的功能并缓和三维ICs中的热点(Hot Spot)，避免性能的下降以及可靠度问题。

附图说明

从以上的详细说明、以下的权利要求、以及相应的附图，将可更明白本发明的特征、观点与优点。相关附图内容说明如下。

图1是当前的三维IC结构的剖面图；

图2是图1的三维IC结构的俯视图；

图3是描绘根据本发明的一实施例的三维IC结构的剖面图；

图4是图3的三维IC结构由底部向上的视图；

图5是绘示根据本发明的另一实施例的三维IC结构的剖面图；

图6是绘示根据本发明的再一实施例的三维IC结构的剖面图。

【主要组件符号说明】