用于beol熱管理的散熱器的集成的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微電子裝置領域。更具體地，本發明涉及微電子裝置中的熱管理結構。
【背景技術】
[0002]具有局部發熱組件的半導體裝置經歷熱點，這會導致降低的可靠性。去除熱量同時保持期望的成本和結構形式因素已經成為問題。
【發明內容】
[0003]下面提供簡單的概述以提供對本發明的一個或更多方面的基本理解。此概述不是本發明的廣泛綜述，并且并不旨在確定本發明的關鍵或重要元素，也不旨在描繪其范圍。相反，該概述的主要目的是以簡化的形式呈現本發明的一些概念，作為之后呈現的【具體實施方式】的前序。
[0004]一種微電子裝置包括組件的電極上的散熱器層和散熱器層上的金屬互連件。散熱器層被布置在半導體裝置的基板的頂表面上方。散熱器層的厚度為100納米至3微米、具有至少150瓦特/ (米.開爾文)的面向熱導率以及小于100微歐姆.厘米的電阻率。
【附圖說明】
[0005]圖1是包括散熱器層的一個示例性微電子裝置的截面。
[0006]圖2是包括散熱器層的另一個示例性微電子裝置的截面。
[0007]圖3是包括散熱器層的一個進一步示例性微電子裝置的截面。
[0008]圖4是包括散熱器層的另一個示例性微電子裝置的截面。
[0009]圖5描繪用于在微電子裝置上形成散熱器層的一個示例性方法。
[0010]圖6A和圖6B描繪用于在微電子裝置上形成散熱器層的另一個示例性方法。
[0011]圖7A和圖7B描繪用于在微電子裝置中圖案化散熱器層的一個示例性方法。
[0012]圖8描繪用于在微電子裝置上形成散熱器層的一個進一步示例性方法。
[0013]圖9是包括散熱器層的一個進一步示例性微電子裝置的截面。
[0014]圖10描繪圖案化的散熱器層的示例性構型。
【具體實施方式】
[0015]下列未決專利申請是相關的并且通過引用納入本文:美國專利申請12/XXX，XXX (德州儀器案卷號T1-73379與此申請同時提交)。
[0016]參照附圖描述本發明。這些附圖不是按比例繪制的并且提供它們僅為了說明本發明。以下參照用于說明的多個示例性應用描述本發明的一些方面。應當理解，闡述許多具體細節、關系和方法以提供對本發明的理解。然而，相關領域的技術人員將容易理解，能夠在沒有這些具體細節中的一個或更多或者使用其他方法來實現本發明。在其他實例中，沒有詳細示出已知結構或操作以避免混淆本發明。本發明不受所示的動作或者事件的順序所限制，因為某些動作可以以不同的順序發生和/或與其他動作或者事件同時發生。此外，并不要求所有示出的動作或者事件實現根據本發明的方法。
[0017]圖1是包括散熱器層的一個示例性微電子裝置的截面。在基板102(諸如半導體基板102)上形成微電子裝置100。微電子裝置100包含組件104，該組件104在當前示例中被描繪成金屬氧化物半導體(M0S)晶體管104，其形成在基板102中和基板102上。在其他示例中，組件104可以是電阻器、二極管、雙極型晶體管、另外類型的晶體管或者在微電子裝置100的操作期間生成熱量的其他組件。微電子裝置100可以包括在基板102上方的電介質層106以將節點(諸如M0S晶體管104的源極108、漏極110和柵極112)電氣隔離。微電子裝置100包括接觸源極108的源極電極114和接觸漏極110的漏極電極116。源極電極114和漏極電極116可以包括例如鈦或鈦鎢的襯墊和在該襯墊上、具有少量百分比的鈦、銅和/或硅的鋁層，并且源極電極114和漏極電極116可以被同時形成。微電子裝置100包括形成在源極電極114上的第一散熱器層118以及形成在漏極電極116上的第二散熱器層120。第一散熱器層118和第二散熱器層120可以同時形成，并且被分離以在源極電極114和漏極電極116之間提供電隔離。在第一散熱器層118上形成第一金屬互連件122以及在第二散熱器層120上形成第二金屬互連件124。第一金屬互連件122和第二金屬互連件124可以同時形成，并且可以包括，例如鈦或鈦鎢的粘合層、在該粘合層上方、具有少量百分比的鈦、銅和/或硅的鋁層和鋁層上方的鈦、鈦鎢或氮化鈦的覆蓋層。微電子裝置100包括電耦合到第一金屬互連件122的第一鍵合結構126并且包括電耦合到第二金屬互連件124的第二鍵合結構128。在當前示例中，第一鍵合結構126和第二鍵合結構128是凸塊鍵合柱126和凸塊鍵合柱128。在其他示例中，第一鍵合結構126和第二鍵合結構128可以是線鍵合、梁式引線、貫穿基板通孔或條帶鍵合(clip)。
[0018]第一散熱器層118和第二散熱器層120具有相同的構成和結構。第一散熱器層118和第二散熱器層120的厚度為100納米至3微米。散熱器層118和散熱器層120具有至少150瓦特/(米?開爾文)的面向熱導率以及小于100微歐姆?厘米的電阻率。術語面向熱導率是指散熱器層中的橫向熱導率，g卩，平行于基板的頂表面。散熱器層118和散熱器層120可以包括，例如石墨、納米碳管(CNT)層和/或多層石墨烯。在當前示例中，第一散熱器層118和第二散熱器層120分別與源極電極114和漏極電極116基本相連(coterminous)，并且第一金屬互連件122和第二金屬互連件124分別與第一散熱器層118和第二散熱器層120基本相連。在微電子裝置100操作期間，可以在組件104中生成熱量。散熱器層118和散熱器層120橫向地將熱量傳導遠離組件104，到達第一鍵合結構126和第二鍵合結構128，相比于沒有散熱器層的微電子裝置，有利地降低組件104中的溫度上升。在當前示例的一個替代版本中，微電子裝置100可以包括在源極電極114和漏極電極116以及第一散熱器層118和第二散熱器層120之間的金屬互連件的一個或更多附加級。在一個進一步版本中，微電子裝置100可以包括在第一散熱器層118和第二散熱器層120以及第一鍵合結構126和第二鍵合結構128之間的金屬互連件的一個或更多附加級。
[0019]圖2是包括散熱器層的另一個示例性微電子裝置的截面。在基板202(諸如半導體基板202)上形成微電子裝置200。微電子裝置200包含組件204，該組件204被描述為在基板202中具有擴散層212的電阻器204。微電子裝置200包括在基板202上方、在電阻器204的第一頭部208和第二頭部210處具有開口的第一電介質層206。微電子裝置200包括接觸第一頭部208的第一電極214和接觸第二頭部210的第二電極216。第一電極214和第二電極216可以包括與圖1的源極電極114和漏極電極116相似的層和構成。微電子裝置200包括形成在第一電極214上的第一散熱器層218和形成在第二電極216上的第二散熱器層220。第一散熱器層218和第二散熱器層220可以同時形成，并且被分開以在第一電極214和第二電極216之間提供電氣隔離。微電子裝置200包括在第一散熱器層218和第二散熱器層220上具有開口的第二電介質層230。在第二電介質層230上方形成第一金屬互連件222，與第一散熱器層218進行接觸；在第二電介質層230上方形成第二金屬互連件224，與第二散熱器層220進行接觸。第一金屬互連件222和第二金屬互連件224可以同時形成并且可以具有與圖1的第一金屬互連件122和第二金屬互連件124相似的層和構成。在第一金屬互連件222上形成第三散熱器層232以及在第二金屬互連件224上形成第四散熱器層234。在第三散熱器層232上形成第三金屬互連件236以及在第四散熱器層234上形成第四金屬互連件238。第三金屬互連件236和第四金屬互連件238可以具有與第一金屬互連件222和第二金屬互連件224相似的層和構成。替代地，第三金屬互連件236和第四金屬互連件238可以包括至少5微米厚的電鍍銅。微電子裝置200包括電耦合到第三金屬互連件236的第一鍵合結構226并且包括電耦合到第四金屬互連件238的第二鍵合結構228。在當前示例中，第一鍵合結構226和第二鍵合結構228是梁式引線(beam lead) 226和梁式引線228。
[0020]第一散熱器層218、第二散熱器層220、第三散熱器層232以及第四散熱器層234具有如參照圖1的第一散熱器層118和第二散熱器層120所描述的相同的性質。在微電子裝置200操作期間，可以在組件204中生成熱量。散熱器層218、220、232和234橫向地將熱量傳導遠離組件204到達第一鍵合結構226和第二鍵合結構228，相比于沒有散熱器層的微電子裝置，有利地降低組件204中的溫度上升。在金屬互連件的第一級(即，第一金屬互連件222和第二金屬互連件224)上和金屬互連件的第二級(即，第三金屬互連件236和第四金屬互連件238)上形成散熱器層218、220、232和234，相比于散熱器層在僅一級金屬互連件上的微電子裝置而言，可以有利地進一步降低組件204中的溫度上升。
[0021]圖3是包括散熱器層的一個進一步示例性微電子裝置的截面。在基板302上形成微電子裝置300。微電子裝置300包含形成在基板302中和/或基板302上的組件304。微電子裝