[发明专利]使用热分布结构在半导体装置中的热匹配

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及2009年12月15日提交的题目为“DIAMOND HEATSPREADING STRUCTURES”的美国临时专利申请序列号61/286,467(代理人案卷号SE-2709-TD)，其在本文中称为‘467申请。从而本申请要求美国临时专利申请No.61/286,467的权益。从而‘467申请通过引用的方式并入本文中。

附图简述

图1A-1C是具有热分布结构的芯片的一个实施方案的视图。

图2A和2B是封装的集成电路的一个实施方案的视图。

图3A-3E是具有不同热接近热分布结构的热特性的两个电子装置的实施方案的视图。

图4A是模拟宏观布图设计的一个实施方案的框图。

图4B是包括图4A的模拟宏观布图设计的集成芯片布图设计的一个实施方案的框图。

图5是具有不对称热匹配的芯片的一个实施方案的框图。

图6是用于改善输出装置的电连接的性能的热分布结构的一个实施方案的自上而下视图。

图7A-7C是热接近热分布结构的至少一个多指元件的剖视图。

图8A-8H是对应于具有热分布结构的半导体装置的制备方法的一个实施方案的剖视图。

图9A-9D是对应于具有热分布结构的半导体装置的制备方法的另一实施方案的剖视图。

图10是包括具有热接近两个电路元件的热分布结构的功率变换器的装置的框图。

在各附图中相同的附图标记和标识表示相同的元件。

发明详述

本文中所述的一些实施方案提供具有热分布结构的半导体装置及其制备方法。在一个实施方案中，和半导体过程集成的热分布结构位于下面所限定的热接近半导体装置或芯片或第一装置和第二装置。热分布结构包含导热材料，并且降低第一和第二装置之间的热梯度。热分布结构使第一装置和第二装置大致热匹配，从而导致半导体装置的性能改善和降低热点的发生。在一个实施方案中，热分布结构是图案化的金刚石膜。

图1A是具有热分布结构110的芯片100的一个实施方案的俯视图。芯片100包括基底102，其上形成多个装置120-A到120-D(统称为“装置120”)。芯片100的实施方案包括任意半导体装置或芯片、集成电路、模拟、数字或混合电路、或晶片。芯片100的实施方案的例子使用隔离体上硅(SOI)或金刚石上硅(SOD)技术。基底102包含任何合适的基底材料，包括但不限于硅(Si)、蓝宝石、金刚石、碳化硅、氮化镓(GaN)、磷化铟(InP)等。

装置120-A到120-D的实施方案包括任何半导体装置、电路、子解算、解算或在晶片或基底上形成的元件。装置120的另外实施方案包括二极管、多指元件、电阻器、电容器、驱动器、运算放大器(op-amp)、晶体管(例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、扩散金属氧化物半导体(DMOS)晶体管、n-沟道MOSFET(NMOS)、p-沟道MOSFET(PMOS)、双极结型晶体管、同质结双极晶体管、异质结双极晶体管)、静电放电装置(ESD)、功率放大器、解算电路、虚设电路等。DMOS晶体管的实施方案包括侧面、垂直或准垂直DMOS晶体管。装置120的其他实施方案使用下列技术制备，包括：互补金属氧化物半导体(CMOS)、双极CMOS隔离体上硅(SOI)、BCD(双极、CMOS和扩散金属氧化物半导体)MOS、硅锗、硅锗碳、氮化镓或金刚石上硅技术。在芯片100的一些实施方案中，各装置120是不同类型的装置。在其他实施方案中，一些或所有装置120是相同类型的装置。

在图1A中所示的实施方案中，热分布结构110(本文中也称为“热梯度降低结构”)形成在基底102内，并且热接近装置120-A和120-B，但不热接近装置120-C和120-D。热接近允许在两个物体之间直接物理接触、通过经过介质(例如基底102)或经过真空发生热量转移的任何物理距离。如本文中使用的，当据说第一元件是热接近而第二元件不是热接近时，第一元件接收比第二元件基本上更多的热量转移。热分布结构110的一些实施方案是热和几何对称性的(如图1A中所示)，而其他实施方案是不对称的(如下述图5中所示)。

热分布结构110也是热隔离的。当导热材料不与导热率大致相等或更大的另一导热材料物理连接或耦合时，发生热隔离。例如，当热分布结构110不与芯片100外部的散热器(例如通过相对高导热性的材料，例如金属)热耦合时，热分布结构110是热隔离的。热隔离的热分布结构110或其层在本文中被称为“热岛”。