[发明专利]基于下粗上细型TSV的嵌套式散热网络结构

说明书

本发明公开了一种基于下粗上细型TSV的嵌套式散热网络结构，它包括：顶层芯片、中间层芯片和底层芯片，其特征在于：所述顶层芯片、中间层芯片和底层芯片重叠放置，顶层芯片、中间层芯片和底层芯片通过SiO₂与底部铜热层键合在一起；顶层芯片、中间层芯片和底层芯片上均匀设置有散热TSV孔；解决了三维集成功率系统的热稳定性问题。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，尤其涉及一种基于下粗上细型TSV的嵌套式散热网络结构及制备方法。

背景技术

三维集成是突破摩尔定律极限的重要技术，而硅直通孔（Through Silicon Via，TSV）作为连接上、下层器件的导电通道，是实现三维集成电路的关键组件，它的特性对三维集成电路的整体性能具有决定性作用。TSV主要功能体现在两方面：一是显著缩短互连线长度，提高系统的集成度和性能，二是实现异种元件和系统的集成。TSV的另一个重要功能是作为热疏导通路，增强三维集成系统的热负载能力，利用TSV阵列来疏导芯片内部的热量时，需要设置合适的TSV半径、密度和间距以减小热应力对载流子迁移率的影响，从而提高芯片的可靠性。实现三维系统的集成，有利于提高信号传输效率，但是系统的功率密度也急剧增大，这将导致严重的散热问题，成为限制三维集成电路发展的瓶颈。于是，如何将三维集成电路中芯片的温度快速散去，实现有效的传热便成为三维集成电路发展的关键。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于下粗上细型TSV的嵌套式散热网络结构，以解决现有技术平面集成工艺互连线长、版图面积大、制造成本高等技术问题以及解决三维集成功率系统的热稳定性问题。

本发明技术方案

一种基于下粗上细型TSV的嵌套式散热网络结构，它包括：顶层芯片、中间层芯片和底层芯片，所述顶层芯片、中间层芯片和底层芯片重叠放置，顶层芯片、中间层芯片和底层芯片通过SiO₂与底部铜热层键合在一起；顶层芯片、中间层芯片和底层芯片上均匀设置有散热TSV孔。

所述散热TSV孔在底层芯片中TSV孔的半径最大，中间层芯片中TSV孔的半径次之，顶层芯片中TSV孔的半径最小。

散热TSV孔有36个，TSV孔与TSV孔之间的距离相等，且三层芯片中的TSV孔中心对齐。

散热TSV孔有二层材料；内层未Cu、外层为SiO2。

顶层芯片、中间层芯片和底层芯片通过SiO₂键合在一起。

本发明的有益效果：

本发明不仅提高了系统的集成度和各功能模块的性能，并且将三层芯片在垂直方向上堆叠在一起，通过键合使界面上的互连导电材料熔合在一起，实现功率系统的三维集成，解决了平面集成工艺互连线长、版图面积大、制造成本高等技术问题；设计中对各层芯片中TSV的半径进行优化，确保三维系统中各层芯片有较优的内部热疏导结构，选择合适的绝缘导热材料作为 TSV 的缓冲层，快速地将芯片内部产生的热量疏导至铜散热器，确保热量能被及时有效地散发掉，解决了三维集成功率系统的热稳定性问题。

附图说明：

图1为本发明结构侧视示意图；

图2为本发明结构顶部示意图。

具体实施方式：

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明方案进行说明：