集成電路電阻器的熱金屬接地的制作方法
【專(zhuān)利摘要】金屬熱接地被用于從集成電路電阻器耗散熱量。這些電阻器可使用前端制程層(例如，氮化鈦層)來(lái)形成。金屬區(qū)域(例如，第一金屬層中的金屬區(qū)域)位于電阻器之上以形成熱沉。連接到該金屬區(qū)域的熱樁區(qū)域也位于該電阻器之上。該金屬區(qū)域可以連接到集成電路的基板以提供集成電路外的低阻抗熱路徑。
【專(zhuān)利說(shuō)明】集成電路電阻器的熱金屬接地[0001 ] 背景
[0002]題堡
[0003]本發(fā)明涉及集成電路，并且尤其涉及用于冷卻集成電路電阻器的熱金屬接地。
[0004]罝量
[0005] —些集成電路電阻器以高功率耗散操作。這導(dǎo)致電阻器區(qū)域內(nèi)的發(fā)熱。該結(jié)果增加的溫度可能損害該區(qū)域中的電路元件的可靠性。例如，在電阻器之上路由的金屬互連線(xiàn)可能遭受到增加的電迀移問(wèn)題。此外，集成電路制造工藝已經(jīng)縮放到越來(lái)越小的特征尺寸。 這導(dǎo)致了局部區(qū)域中功率密度增加和溫度上升的可能性。
[0006]用于集成電路的輸入和輸出的管芯上終接(0DT)的電阻器是可具有高功率耗散的電阻器的示例。一些先前的設(shè)計(jì)通過(guò)使得電阻器在物理上更大(增加電阻器的寬度和長(zhǎng)度二者，從而使電阻不改變)來(lái)減少溫度增加。一些先前的設(shè)計(jì)并未將電阻器附近的區(qū)域用于路由金屬互連。這兩個(gè)辦法都是不合需的，因?yàn)樗鼈儗?dǎo)致了更大的集成電路。[〇〇〇7] 概述
[0008]提供了具有金屬熱接地的集成電路電阻器。該電阻器可以使用前端制程(FE0L)層 (例如，氮化鈦層)來(lái)形成。金屬區(qū)域(例如，第一金屬層中的金屬區(qū)域)位于電阻器上方以形成熱沉(heat sink)。連接到該金屬區(qū)域的熱粧區(qū)域也位于電阻器上方。該金屬區(qū)域可以連接到集成電路的基板以提供集成電路外的低阻抗熱路徑。
[0009]在一個(gè)方面，提供了一種集成電路，包括:電阻器;布置成與電阻器的至少一部分平行且重疊的金屬區(qū)域；以及電連接到金屬區(qū)域并且布置在金屬區(qū)域和電阻器之間的一個(gè)或多個(gè)熱粧，該熱粧與電阻器電隔離。
[0010]在一方面，提供了一種用于在集成電路中從電阻器耗散熱量的方法。該方法包括: 使用布置在熱金屬接地和電阻器之間的一個(gè)或多個(gè)熱粧來(lái)將熱量從電阻器傳導(dǎo)到熱金屬接地;以及將熱量從熱金屬接地傳導(dǎo)到該集成電路的基板。
[0011]在一個(gè)方面，提供了一種集成電路，包括:電阻器;布置成與該電阻器的至少一部分平行且重疊的金屬區(qū)域；以及用于將熱量從該電阻器傳導(dǎo)到該金屬區(qū)域的裝置。
[0012]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從通過(guò)示例解說(shuō)本發(fā)明的諸方面的以下描述來(lái)變得明了。
[0013] 附圖簡(jiǎn)述
[0014]本發(fā)明的細(xì)節(jié)(就其結(jié)構(gòu)和操作而言)可通過(guò)研究所附的附圖來(lái)部分收集，其中類(lèi)似的附圖標(biāo)記被用來(lái)指代類(lèi)似的部分，并且其中:
[0015]圖1解說(shuō)了根據(jù)當(dāng)前公開(kāi)的實(shí)施例的具有金屬熱接地的電阻器；
[0016]圖2解說(shuō)了圖1的電阻器和熱金屬接地的熱轉(zhuǎn)移路徑；
[0017]圖3解說(shuō)了沒(méi)有熱金屬接地的電阻器的熱轉(zhuǎn)移路徑；以及
[0018]圖4是用于從集成電路電阻器耗散熱量的過(guò)程的流程圖。
[0019] 詳細(xì)描述
[0020]以下結(jié)合附圖闡述的詳細(xì)描述旨在作為各種配置的描述，而無(wú)意表示可實(shí)踐本文中所描述的概念的僅有的配置。本詳細(xì)描述包括具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)各種概念的透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)踐這些概念。在一些實(shí)例中，以簡(jiǎn)化形式示出公知的結(jié)構(gòu)和組件從而避免湮沒(méi)此類(lèi)概念。
[0021]圖1解說(shuō)了具有金屬熱接地的電阻器的示例布局。圖1A是俯視圖。這是通常用于設(shè)計(jì)集成電路的布局的視圖。圖1B是沿直線(xiàn)B-B的橫截面圖。圖1C是沿直線(xiàn)C-C的橫截面圖。相同的區(qū)域和層在附圖中用相同的標(biāo)記來(lái)指示。并未示出所有層。附加地，雖然在所制造的集成電路中形狀可能不同，但是區(qū)域一般被解說(shuō)為長(zhǎng)方形。該示例針對(duì)CMOS技術(shù)來(lái)描述，但是可以與其他技術(shù)聯(lián)用。例如，當(dāng)將不同的制造工藝用于集成電路時(shí)，特定層的安排可以是不同的并且所使用的層可以是不同的。[〇〇22]圖1的示例包括兩個(gè)電阻器(110a、110b)。這些電阻器可以形成在氮化鈦層中。這些電阻器例如經(jīng)由位于電阻器的相對(duì)端處的金屬和觸點(diǎn)(125a、125b)來(lái)連接到其他電路系統(tǒng)。電阻器(ll〇a、110b)被電介質(zhì)130a圍繞。除了作為電絕緣體之外，電介質(zhì)130a是不良熱導(dǎo)體。[〇〇23] 熱金屬區(qū)域120位于電阻器上方。熱金屬區(qū)域120為電阻器(110a、110b)提供熱沉。 熱金屬區(qū)域120的局部發(fā)熱不會(huì)造成可靠性問(wèn)題，因?yàn)闊峤饘賲^(qū)域120不攜帶電流并且由此不易受電迀移的影響。熱金屬區(qū)域120可以形成在第一金屬層(最接近集成電路的基板的金屬層)中。第一金屬層往往被稱(chēng)為“Ml”，并且還被用來(lái)在集成電路的組件之間路由信號(hào)互連。信號(hào)互連也可以使用其他金屬層;例如，集成電路的一個(gè)區(qū)域中的晶體管可以連接到第一金屬層，并且隨后連接到更高金屬層并路由到集成電路的第二區(qū)域，在該第二區(qū)域中較高金屬層再次連接到第一金屬層，該第一金屬層連接到該集成電路的第二區(qū)域中的晶體管。熱金屬區(qū)域120可以例如由銅和其他金屬形成。
[0024]在圖1的實(shí)施例中，熱金屬區(qū)域120連接到集成電路的基板140。熱金屬區(qū)域120在基板140中的隔離區(qū)域(145a、145b)之間的位置處連接到基板140。當(dāng)基板是p型時(shí)，這些連接可以例如去往P擴(kuò)散區(qū)這些連接通過(guò)位于介電層(130a、130b、130c)中的觸點(diǎn)開(kāi)口中的觸點(diǎn)(150a、152a、150b、152b、150c、152c)。這些觸點(diǎn)由電導(dǎo)體(諸如鎢，其同樣也是良性熱導(dǎo)體)形成。在圖1的實(shí)施例中，熱金屬區(qū)域120經(jīng)由觸點(diǎn)和p擴(kuò)散區(qū)電阻性地連接到基板140。 熱金屬區(qū)域120可以替換地例如使用p型基板中的形成二極管觸點(diǎn)的n擴(kuò)散區(qū)來(lái)連接到基板而不使用電阻性觸點(diǎn)熱金屬區(qū)域120可以替換地例如使用居間材料(諸如氧化鈹，其可以是具有高熱傳導(dǎo)性的電絕緣體)來(lái)熱連接到基板，而在熱金屬區(qū)域120和基板140之間沒(méi)有電連接。觸點(diǎn)和介電層的特定安排可以就不同工藝節(jié)點(diǎn)而言是不同的。熱金屬區(qū)域120和基板 140之間的連接可以與例如在第一金屬層區(qū)域和集成電路上的其他地方的源極-漏極區(qū)域之間使用的連接的類(lèi)型是相同的。熱金屬區(qū)域120被介電層(未在圖1中示出)圍繞。
[0025]除了是電導(dǎo)體之外，熱金屬區(qū)域120是良性熱導(dǎo)體。由此，熱金屬區(qū)域120可以提供具有低熱阻的路徑以供從電阻器(ll〇a、110b)耗散熱量。將熱金屬區(qū)域120連接到基板140 能夠進(jìn)一步降低熱阻以供從電阻器(110a、110b)耗散熱量，因?yàn)榛?40可以具有用于例如經(jīng)由去往集成電路封裝中的金屬的連接來(lái)耗散熱量的低熱阻路徑。[〇〇26] 熱粧陣列(122a、122b)位于熱金屬區(qū)域120和電阻器(110a、110b)之間的層中。熱粧(122a、122b)可包括例如鎢或其他金屬。這些熱粧和這些熱粧的開(kāi)口可以通過(guò)類(lèi)似于用于形成第一金屬層與集成電路的基板中的源極/漏極區(qū)域之間的觸點(diǎn)和觸點(diǎn)開(kāi)口的方法來(lái)形成。這些熱粧(122a、122b)的開(kāi)口可以例如通過(guò)在不同電介質(zhì)材料之間進(jìn)行選擇性蝕刻或者通過(guò)定時(shí)蝕刻來(lái)形成。熱粧(122a、122b)連接到熱金屬區(qū)域120并且向電阻器(110a、 110b)延伸。熱粧(122a、122b)不接觸電阻器(110a、110b)。電介質(zhì)130a的諸部分將熱粧 (122a、122b)與電阻器(110a、110b)分開(kāi)。[〇〇27]熱粧(122a、122b)是良性熱導(dǎo)體。特別地，熱粧(122a、122b)是比介電層更好的熱導(dǎo)體。由此，從電阻器(1 l〇a、11 Ob)耗散熱量的熱阻通過(guò)熱粧(122a、122b)與電阻器(110a、 ll〇b)鄰近來(lái)降低。[〇〇28]圖2解說(shuō)了圖1的電阻器和熱金屬接地的熱轉(zhuǎn)移路徑200。圖3解說(shuō)了沒(méi)有熱金屬接地的電阻器210的熱轉(zhuǎn)移路徑。熱金屬區(qū)域120和熱粧(122a、122b)可以顯著降低(例如， 25%)電阻器觀察到的熱阻抗。定性地，這可以通過(guò)比較圖2中解說(shuō)的熱轉(zhuǎn)移路徑200和圖3 中解說(shuō)的熱轉(zhuǎn)移路徑220來(lái)理解。不具有熱金屬接地的熱轉(zhuǎn)移路徑220—般通過(guò)介電層(例如，電介質(zhì)230和在電阻器上方的其他介電層，或者電介質(zhì)230和在電阻器下方的其他介電層)。具有熱金屬接地的熱轉(zhuǎn)移路徑200—般通過(guò)金屬和硅層(例如，熱粧(122a、122b)、熱金屬區(qū)域120、觸點(diǎn)(150a、152a、150b、152b)和基板140)。金屬層和硅基板是良性熱導(dǎo)體，并且介電層是不良熱導(dǎo)體，由此通過(guò)金屬和基板的熱路徑的電阻性比通過(guò)電介質(zhì)的路徑的電阻性低。
[0029]圖4是解說(shuō)根據(jù)當(dāng)前公開(kāi)的實(shí)施例的用于從集成電路中的電阻器耗散熱量的方法的流程圖。圖4的過(guò)程可以用各種集成電路來(lái)執(zhí)行;然而，為了提供特定示例，該方法將會(huì)參照?qǐng)D1來(lái)描述。
[0030]在步驟410,使用一個(gè)或多個(gè)熱粧來(lái)將熱量從電阻器傳導(dǎo)到熱金屬接地。這些熱粧布置在熱金屬接地和電阻器之間。例如，可以使用熱粧122a將熱量從電阻器110a傳導(dǎo)到熱金屬接地120。
[0031]在步驟410,將熱量從熱金屬接地傳導(dǎo)到集成電路的基板。例如，可以使用觸點(diǎn) 150b、152來(lái)將熱量從熱金屬區(qū)域120傳導(dǎo)到基板140。
[0032]圖4的過(guò)程可以例如通過(guò)添加、省略、重排序或更改步驟來(lái)修改。另外，諸步驟可并發(fā)地被執(zhí)行。
[0033]雖然本發(fā)明的實(shí)施例在以上是針對(duì)特定實(shí)施例來(lái)描述的，但是本發(fā)明的許多變型是可能的，包括例如具有不同數(shù)目的電阻器、熱粧和熱金屬區(qū)域的變型。各種元件的形狀和位置也可以改變。在所解說(shuō)的實(shí)施例中，熱金屬區(qū)域和電阻器僅僅是部分重疊的，因?yàn)闊峤饘賲^(qū)域形成在第一金屬層中，該第一金屬層還被用來(lái)連接電阻器。其他實(shí)施例可以使用不同的層，并且熱金屬區(qū)域和電阻器之間是完全重疊的。
[0034]如上所述的方向性術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”和“右”被用來(lái)描述一些特征。該術(shù)語(yǔ)被用于提供清楚且簡(jiǎn)明的描述。這些術(shù)語(yǔ)是相對(duì)的，并且不應(yīng)當(dāng)推斷特定的絕對(duì)方向。另外，各實(shí)施例的特征可以在于以上描述的不同的組合中組合。[〇〇35]提供前面對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的描述是為了使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員皆能制作或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的各種修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，且本文所描述的一般原理可被應(yīng)用于其它實(shí)施例而不背離本發(fā)明的精神或范圍。因此，將理解本文給出的描述和附圖表示本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例并且代表本發(fā)明所廣泛地構(gòu)想的主題。將進(jìn)一步理解本發(fā)明的范圍完全涵蓋可對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的其他實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍相應(yīng)地除了所附權(quán)利要求之外不受任何限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種集成電路，包括:電阻器；布置成與所述電阻器的至少一部分平行且重疊的金屬區(qū)域；以及 一個(gè)或多個(gè)熱粧，其電連接到所述金屬區(qū)域并且布置在所述金屬區(qū)域和所述電阻器之 間，所述熱粧與所述電阻器電隔離。2.如權(quán)利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述金屬區(qū)域電連接到所述集成電路的 所述基板。3.如權(quán)利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述電阻器由氮化鈦形成。4.如權(quán)利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述金屬區(qū)域形成在所述集成電路的第一金屬層中。5.如權(quán)利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述金屬區(qū)域布置在所述電阻器上方。6.如權(quán)利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述電阻器被電介質(zhì)圍繞。7.—種用于在集成電路中從電阻器耗散熱量的方法，所述方法包括:使用布置在熱金屬接地和電阻器之間的一個(gè)或多個(gè)熱粧來(lái)將熱量從所述電阻器傳導(dǎo) 到所述熱金屬接地；以及將熱量從所述熱金屬接地傳導(dǎo)到所述集成電路的基板。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述熱金屬接地布置成與所述電阻器的至少一部分平行且重疊。9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述熱粧電連接到所述熱金屬接地，并且所 述熱粧與所述電阻器電隔離。10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述熱金屬接地電連接到所述集成電路的 所述基板。11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述電阻器由氮化鈦形成。12.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述熱金屬接地形成在所述集成電路的第一金屬層中。13.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述電阻器被電介質(zhì)圍繞。14.一種集成電路，包括:電阻器；布置成與所述電阻器的至少一部分平行且重疊的金屬區(qū)域；以及 用于將熱量從所述電阻器傳導(dǎo)到所述金屬區(qū)域的裝置。15.如權(quán)利要求14所述的集成電路，其特征在于，所述用于傳導(dǎo)熱量的裝置包括一個(gè)或 多個(gè)熱粧，所述一個(gè)或多個(gè)熱粧電連接到所述金屬區(qū)域并且布置在所述金屬區(qū)域和所述電 阻器之間，所述熱粧與所述電阻器電隔離。16.如權(quán)利要求14所述的集成電路，其特征在于，所述金屬區(qū)域電連接到所述集成電路 的所述基板。17.如權(quán)利要求14所述的集成電路，其特征在于，所述電阻器由氮化鈦形成。18.如權(quán)利要求14所述的集成電路，其特征在于，所述金屬區(qū)域形成在所述集成電路的第一金屬層中。19.如權(quán)利要求14所述的集成電路，其特征在于，所述金屬區(qū)域布置在所述電阻器上方。20.如權(quán)利要求14所述的集成電路，其特征在于，所述電阻器被電介質(zhì)圍繞。
【文檔編號(hào)】H01L23/64GK105993071SQ201580008191
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月9日
【發(fā)明人】A·米特爾, A·L·S·洛克, M·塞迪, P·德雷南
【申請(qǐng)人】高通股份有限公司