專利名稱：半導(dǎo)體裝置中的散熱系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的設(shè)計及制造，且特別涉及供半導(dǎo)體裝置散熱的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
來自半導(dǎo)體裝置的散熱作用為熟知。舉例來說，典型的微處理器通常消耗約40瓦電力，其中大部分最終將轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。然而，倘若熱量未妥善地散出，則電子裝置的效能可能降低一不良散熱作用可能造成電子裝置損壞，且降低裝置的可靠性及預(yù)期壽命。
一般而言，于半導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量是通過裝置傳導(dǎo)而消散。熱量通常簡單地通過用以形成半導(dǎo)體裝置的基礎(chǔ)線路結(jié)構(gòu)的材料而散發(fā)出。經(jīng)常未提供特殊結(jié)構(gòu)來協(xié)助半導(dǎo)體裝置內(nèi)的散熱。
隨著集成電路材料及設(shè)計的進展，新一代的半導(dǎo)體裝置具有較小且更復(fù)雜的電路，從而增進散熱需求。此外，已引進低k材料來取代常用的SiO2材料，以便對付RC延遲問題。然而，大部分低k材料具有不良的熱導(dǎo)率。
因此，有必要提供一種于半導(dǎo)體裝置中的改進的散熱系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是關(guān)于半導(dǎo)體裝置及其設(shè)計與制造，且更特別地關(guān)于一種供半導(dǎo)體裝置散熱用的系統(tǒng)及方法。
為克服現(xiàn)有半導(dǎo)體裝置中的上述缺陷，本發(fā)明提供一種集成電路半導(dǎo)體裝置，其包含一半導(dǎo)體襯底；一個或多個連接于該半導(dǎo)體襯底的冶金層，其中該一個或多個冶金層中的每一個具有一條或多條導(dǎo)線，且在該一條或多條導(dǎo)線間具有一個或多個仿結(jié)構(gòu)，其中來自不同冶金層的該一個或多個仿結(jié)構(gòu)中的至少二者經(jīng)熱連接；以及一個或多個介電層，位于該一個或多個冶金層之間。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中在第一冶金層上的一個或多個仿結(jié)構(gòu)中的至少二者通過多個孔洞而連接于第二冶金層上的一個或多個仿結(jié)構(gòu)中的至少二者。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中該一個或多個仿結(jié)構(gòu)中的至少一者包含銅鋁。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中該仿結(jié)構(gòu)中之一與該一條或多條導(dǎo)線之一間的距離為至少0.1微米。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中該一個或多個仿結(jié)構(gòu)中之一的寬度實質(zhì)上與該一條或多條導(dǎo)線中之一的寬度相同。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中兩仿結(jié)構(gòu)具有不同形狀。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中兩仿結(jié)構(gòu)具有不同材料。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中兩仿結(jié)構(gòu)首先經(jīng)由第一導(dǎo)線而連接，其中該第一導(dǎo)線的寬度小于兩仿結(jié)構(gòu)中每一者的寬度。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中該第一導(dǎo)線包含銅或鋁。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中另外兩仿結(jié)構(gòu)經(jīng)由第二導(dǎo)線而連接，其中該第一導(dǎo)線與該第二導(dǎo)線包含相同材料。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中該第一導(dǎo)線與該第二導(dǎo)線包含不同材料。
本發(fā)明還提供一種制造可提供散熱的半導(dǎo)體裝置的方法，其包含提供第一冶金層，其中該第一冶金層包含多條導(dǎo)線，且在該導(dǎo)線間具有一個或多個區(qū)域；于該一個或多個區(qū)域中提供一個或多個仿金屬結(jié)構(gòu)；以及連接該一個或多個仿金屬結(jié)構(gòu)中的至少二者，以供散熱。
根據(jù)本發(fā)明的方法，進一步包含提供多個仿金屬結(jié)構(gòu)于該半導(dǎo)體裝置的一個或多個其它冶金層，其中該其它冶金層的該多個仿金屬結(jié)構(gòu)通過多個孔洞而連接于第一冶金層上的一個或多個仿結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的方法，其中該仿金屬結(jié)構(gòu)均勻地隔開。
根據(jù)本發(fā)明的方法，其中該仿金屬結(jié)構(gòu)非均勻地隔開。
為了促進了解本發(fā)明的理論，下面請參照附圖中所示的具體例或?qū)嵤├?，并且將使用特殊語言進行說明。然而，將可了解本發(fā)明的范圍未因而受到限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍視所附的權(quán)利要求所界定為準。


為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下圖1繪示依照本發(fā)明一實施例的一種具有第一級冶金層的半導(dǎo)體襯底的剖面圖。
圖2繪示依照本發(fā)明一實施例的一種具有第一級冶金層(具有一仿結(jié)構(gòu))的半導(dǎo)體襯底的剖面圖。
圖3繪示依照本發(fā)明一實施例的一種具有第一級冶金層(具有仿結(jié)構(gòu))的半導(dǎo)體襯底的另一剖面圖。
圖4繪示依照本發(fā)明一實施例的一種具有仿結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體冶金層的頂視圖。
圖5繪示依照本發(fā)明一實施例的一種具有連接的仿結(jié)構(gòu)的冶金層的頂視圖。
圖6繪示依照本發(fā)明一實施例的一種具有連接于孔洞的仿結(jié)構(gòu)的冶金層的頂視圖。
圖7A至7D繪示依照本發(fā)明一實施例的部分半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下10襯底 12源極和漏極區(qū)14柵極 16場氧化層18BPSG層20導(dǎo)線22導(dǎo)線 42仿結(jié)構(gòu)44仿結(jié)構(gòu)50仿結(jié)構(gòu)50A 仿結(jié)構(gòu)50B 仿結(jié)構(gòu)50C 仿結(jié)構(gòu)52導(dǎo)線54導(dǎo)線 56仿結(jié)構(gòu)58仿結(jié)構(gòu)60仿結(jié)構(gòu)
62導(dǎo)線 64導(dǎo)線66導(dǎo)線 68密封環(huán)72導(dǎo)線 74導(dǎo)線80冶金層86介電層88介電層d1仿結(jié)構(gòu)間的距離d2仿結(jié)構(gòu)間的距離d3仿結(jié)構(gòu)間的距離具體實施方式
下面，請參照圖1，其繪示依照本發(fā)明一實施例的部分半導(dǎo)體裝置的剖面圖。于此實施例中，襯底10可包含場效應(yīng)晶體管，其具有源極和漏極區(qū)12及一柵極14。襯底10也可包含一場氧化層16及一相當(dāng)厚的硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)層18。另外的實施例可包含一淺溝槽絕緣或分裂柵。雖然附圖中顯示出N+源極和漏極區(qū)12，但熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解導(dǎo)電類型可相異。于本實施例中，第一級冶金層可存在于襯底10的表面，并且可包含金屬線20(一條或多條緊密間隔的操作導(dǎo)線)，及一條間隔更遠的操作金屬導(dǎo)線22。為了適當(dāng)?shù)亟?gòu)導(dǎo)線20及22，使用針對特定應(yīng)用的設(shè)計規(guī)則來指定導(dǎo)線的必要寬度及其間的距離。于一實施例中，導(dǎo)線的寬度可約等于導(dǎo)線間的距離。再者，特征尺寸(可由一些因素定義，例如用以使圖案曝光的光波長、光致抗蝕劑類型及其它在技術(shù)中已知的因素)可能限制導(dǎo)線的最小尺寸。
現(xiàn)在，請參照圖2，此中顯示依照本發(fā)明一實施例具有可協(xié)助散熱的仿結(jié)構(gòu)(dummy structure)42的另一種部分半導(dǎo)體裝置。于此實施例中，可檢查導(dǎo)線圖案(即線20、22)，以便找出供定位仿結(jié)構(gòu)的空閑區(qū)域。于一實施例中，當(dāng)導(dǎo)線間的距離等于或超過導(dǎo)線寬度的三倍時，仿結(jié)構(gòu)可位于空閑空間。然而，當(dāng)導(dǎo)線間的距離較小時，亦可放置仿結(jié)構(gòu)。仿結(jié)構(gòu)的置放可考慮到導(dǎo)線與仿結(jié)構(gòu)間可能產(chǎn)生的電容。為了防止大量電容產(chǎn)生，維持仿結(jié)構(gòu)與導(dǎo)線間的距離為至少0.1微米可能是合宜的。然而，可預(yù)期較短的距離亦可能，只要仿結(jié)構(gòu)與導(dǎo)線分開即可。預(yù)期仿結(jié)構(gòu)的尺寸是可變的。
請參照圖3，此中顯示依照本發(fā)明一實施例具有可協(xié)助散熱的多個仿結(jié)構(gòu)44的另一種部分半導(dǎo)體裝置。于此實施例中，當(dāng)導(dǎo)線間的距離小于導(dǎo)線寬度的五倍時，或倘若仿結(jié)構(gòu)的寬度小于導(dǎo)線寬度的三倍時，可放置多個仿結(jié)構(gòu)。然而，亦可預(yù)期在其它距離及寬度下的多個仿結(jié)構(gòu)。此外，可于廣泛范圍內(nèi)改變仿結(jié)構(gòu)間的距離。
于另一實施例中，結(jié)構(gòu)44之一可具有長方體、多邊形、部分長方體、立方體、部分立方體、球形、部分球形、三角錐體、部分三角錐體、圓錐體、部分圓錐體或其它規(guī)則或不規(guī)則形狀。預(yù)期結(jié)構(gòu)44之一可包含銅、鋁、其它類型金屬或其它適用于散熱的材料。另外，結(jié)構(gòu)44的至少之二可包含不同類型金屬。再者，預(yù)期結(jié)構(gòu)44之一可包含不同尺寸。于一實施例中，結(jié)構(gòu)44可包含類似于導(dǎo)線的寬度。然而，亦可預(yù)期其它高度的結(jié)構(gòu)44。
下面，請參照圖4，此中顯示依照本發(fā)明一實施例具有供散熱的多個仿結(jié)構(gòu)50的冶金層的頂視圖。于此實施例中，仿結(jié)構(gòu)的寬度可小于1微米，以避免可能的小丘生長(這可能造成冶金層層間的潛在短路)。此外，多個仿結(jié)構(gòu)50的寬度可類似，以便生成更平滑蝕刻或圖案化的導(dǎo)線及仿結(jié)構(gòu)。然而，亦可預(yù)期仿結(jié)構(gòu)50的寬度可為至少1微米，且多個仿結(jié)構(gòu)50的寬度可相異。于一實施例中，兩仿結(jié)構(gòu)間的距離d1等于另外兩仿結(jié)構(gòu)間的距離d2。同樣地，d3可等于d1。然而，亦可預(yù)期仿結(jié)構(gòu)間的距離可相異。
現(xiàn)在，請參照圖5，此中顯示依照本發(fā)明一實施例具有供散熱的多個仿結(jié)構(gòu)50的冶金層的另一頂視圖。于此實施例中，仿結(jié)構(gòu)50A及50B以導(dǎo)線52連接，且仿結(jié)構(gòu)50B及50C以導(dǎo)線54連接。同樣地，其它仿結(jié)構(gòu)亦由不同導(dǎo)線所連接。預(yù)期導(dǎo)線52及54中的每一個可包含銅、鋁、其它類型金屬或其它適用于散熱的材料。亦可預(yù)期導(dǎo)線52及仿結(jié)構(gòu)50B可包含相同類型材料，或其可包含不同材料。
于本實施例的進一步而言，導(dǎo)線52或54的寬度可小于仿結(jié)構(gòu)50A的寬度。然而，亦可預(yù)期導(dǎo)線52或54的寬度可等于或大于仿結(jié)構(gòu)50A的寬度。再者，導(dǎo)線52及54中的每一個可具有長方體、多邊形、部分長方體、立方體、部分立方體、球形、部分球形、三角錐體、部分三角錐體、圓錐體、部分圓錐體或其它規(guī)則或不規(guī)則形狀。
現(xiàn)在，請參照圖6，此中顯示依照本發(fā)明一實施例的一半導(dǎo)體裝置的簡化的冶金層80的另一頂視圖。于此實施例中，仿結(jié)構(gòu)56、58及60通過導(dǎo)線62及64而連接在一起。事實上，所有位于導(dǎo)線72的A側(cè)上的仿結(jié)構(gòu)已連接在一起。同樣地，所有位于導(dǎo)線72的B側(cè)上的仿結(jié)構(gòu)已連接在一起。在此，一條或更多導(dǎo)線66用來將導(dǎo)線72的A側(cè)上的仿結(jié)構(gòu)連接于密封環(huán)68。同樣地，一條或更多導(dǎo)線74用來將導(dǎo)線72的B側(cè)上的仿結(jié)構(gòu)連接于密封環(huán)68。通過一個或更多孔洞70，冶金層80的密封環(huán)68可連接于其它冶金層的密封環(huán)。因此，冶金層80上的仿結(jié)構(gòu)可連接于其它冶金層上的仿結(jié)構(gòu)。預(yù)期并非所有導(dǎo)線72的A或B側(cè)上的仿結(jié)構(gòu)可連接在一起。因此，并且所有在冶金層80上的仿結(jié)構(gòu)可連接于其它冶金層上的仿結(jié)構(gòu)。再者，導(dǎo)線66及74中的每一個可具有不同形狀、材料及尺寸。舉例來說，其每一個可具有長方體、多邊形、部分長方體、立方體、部分立方體、球形、部分球形、三角錐體、部分三角錐體、圓錐體、部分圓錐體或其它規(guī)則或不規(guī)則形狀。預(yù)期導(dǎo)線66及74中的每一個可包含銅、鋁、其它類型金屬或其它適用于散熱的材料。再者，導(dǎo)線66及74的寬度可大于1微米。另外，導(dǎo)線66及74的寬度可僅為1微米。最后，導(dǎo)線66及74中的每一個可相同或相異。
請參照圖7A，此中顯示依照本發(fā)明一實施例的部分半導(dǎo)體裝置的剖面圖。于本實施例中，介電層86可形成于導(dǎo)線20、22及42上，以弄平拓撲。于一實施例中，可通過等離子體增強氧化反應(yīng)(PE-OX)，以厚度范圍為約400至3000埃而形成層86?？赏ㄟ^等離子增強化學(xué)真空沉積作用沉積層86。預(yù)期層86可包含其它厚度參數(shù)及沉積方法。
此刻請參照圖7B，此中顯示依照本發(fā)明一實施例的部分半導(dǎo)體裝置的另一剖面圖。于本實施例中，可通過旋涂式玻璃技術(shù)(SOG)沉積介電層88，并且進行熟化?？墒褂脤?8來填充導(dǎo)線間的間隙，因而提供相當(dāng)平坦的表面?？赏ㄟ^旋涂式玻璃技術(shù)沉積介電層88，于約150至260℃間使其烘烤數(shù)分鐘，以便自層移除溶劑，并且于約400至460℃間使其熟化30至60分鐘，以便形成氧化硅絕緣層。
下面，請參照圖7C，此中顯示依照本發(fā)明一實施例的部分半導(dǎo)體裝置的另一剖面圖。于本實施例中，于旋涂式玻璃熟化后，可回蝕介電層86及88，以便進一步增進表面平坦度。通過各向異性反應(yīng)蝕刻法可完成工序。
此刻請參照圖7D，此中顯示依照本發(fā)明一實施例的部分半導(dǎo)體裝置的另一剖面圖。于本實施例中，通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積作用(PE-CVD)技術(shù)，可沉積一頂部介電層90。層90可具厚度為約2000至8000埃。接著可于介電層86及88上形成孔洞，并且可根據(jù)技術(shù)中已知的程序形成另一層冶金層及介電層。
以上揭示的許多潤飾也涵蓋于本發(fā)明中。于一實施例中，替代建構(gòu)多個仿結(jié)構(gòu)于冶金層上且使其相連，可采用大金屬結(jié)構(gòu)。于另一實施例中，來自一冶金層的仿結(jié)構(gòu)可選擇地連接于一個或更多其它冶金層。于第三實施例中，可連接在給定的冶金層上的一些仿結(jié)構(gòu)。于第四實施例中，在給定的冶金層上的一些仿結(jié)構(gòu)不可與其它冶金層上的仿結(jié)構(gòu)相連。此外，仿結(jié)構(gòu)亦揭示于美國專利第5,905,289號(Lee)，標(biāo)題為“具有平坦頂表面的半導(dǎo)體裝置的制法”，其完整地合并于本發(fā)明以供參考。
雖然本發(fā)明已以一較佳實施例揭示如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定為準。
權(quán)利要求
1.一種集成電路半導(dǎo)體裝置，其包含一半導(dǎo)體襯底；一個或多個連接于該半導(dǎo)體襯底的冶金層，其中該一個或多個冶金層中的每一個具有一條或多條導(dǎo)線，且在該一條或多條導(dǎo)線間具有一個或多個仿結(jié)構(gòu)，其中來自不同冶金層的該一個或多個仿結(jié)構(gòu)中的至少二者經(jīng)熱連接；以及一個或多個介電層，位于該一個或多個冶金層之間。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于在第一冶金層上的一個或多個仿結(jié)構(gòu)中的至少二者通過多個孔洞而連接于第二冶金層上的一個或多個仿結(jié)構(gòu)中的至少二者。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于該一個或多個仿結(jié)構(gòu)中的至少一者包含銅鋁。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于該仿結(jié)構(gòu)中之一與該一條或多條導(dǎo)線之一間的距離為至少0.1微米。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于該一個或多個仿結(jié)構(gòu)中之一的寬度實質(zhì)上與該一條或多條導(dǎo)線中之一的寬度相同。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于兩仿結(jié)構(gòu)具有不同形狀。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于兩仿結(jié)構(gòu)具有不同材料。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于兩仿結(jié)構(gòu)首先經(jīng)由第一導(dǎo)線而連接，其中該第一導(dǎo)線的寬度小于兩仿結(jié)構(gòu)中每一者的寬度。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于該第一導(dǎo)線包含銅或鋁。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于另外兩仿結(jié)構(gòu)經(jīng)由第二導(dǎo)線而連接，其中該第一導(dǎo)線與該第二導(dǎo)線包含相同材料。
11.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于該第一導(dǎo)線與該第二導(dǎo)線包含不同材料。
12.一種制造可提供散熱的半導(dǎo)體裝置的方法，其包含提供第一冶金層，其中該第一冶金層包含多條導(dǎo)線，且在該導(dǎo)線間具有一個或多個區(qū)域；于該一個或多個區(qū)域中提供一個或多個仿金屬結(jié)構(gòu)；以及連接該一個或多個仿金屬結(jié)構(gòu)中的至少二者，以供散熱。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于進一步包含提供多個仿金屬結(jié)構(gòu)于該半導(dǎo)體裝置的一個或多個其它冶金層，其中該其它冶金層的該多個仿金屬結(jié)構(gòu)通過多個孔洞而連接于第一冶金層上的一個或多個仿結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于該仿金屬結(jié)構(gòu)均勻地隔開。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于該仿金屬結(jié)構(gòu)非均勻地隔開。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種于半導(dǎo)體裝置中散熱的方法及系統(tǒng)。于一實施例中，一種集成電路半導(dǎo)體裝置包含一半導(dǎo)體襯底；一個或多個連接于該半導(dǎo)體襯底的冶金層，其中該一個或多個冶金層中的每一個具有一條或多條導(dǎo)線及在該一條或多條導(dǎo)線間的一個或多個仿結(jié)構(gòu)，并且一個或多個仿結(jié)構(gòu)中的至少二者經(jīng)連接；以及一個或多個介電層，位于該一個或多個冶金層之間。
文檔編號H01L21/82GK1670957SQ20051005582
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月16日
發(fā)明者陳憲偉, 葉俊麟, 鄭心圃, 鄭義榮 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司