特表2019-537269IP Force 特許公報全文掲載

ホーム > 特許ランキング > 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 > 特表2019-537269

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2019-537269(P2019-537269A)
(43)【公表日】2019年12月19日
(54)【発明の名称】相互接続領域の上の集積回路ナノ粒子熱配路構造
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/3205 20060101AFI20191122BHJP
   H01L 21/768 20060101ALI20191122BHJP
   H01L 23/522 20060101ALI20191122BHJP
   H01L 23/36 20060101ALI20191122BHJP
   H01L 23/373 20060101ALI20191122BHJP
   H01L 21/314 20060101ALI20191122BHJP
   H01L 21/316 20060101ALI20191122BHJP
   H01L 21/318 20060101ALI20191122BHJP
【ＦＩ】
   H01L21/88 T
   H01L23/36 D
   H01L23/36 M
   H01L21/314 A
   H01L21/316 G
   H01L21/318 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2019-528516(P2019-528516)
(86)(22)【出願日】2017年11月22日
(85)【翻訳文提出日】2019年7月22日
(86)【国際出願番号】US2017063131
(87)【国際公開番号】WO2018098360
(87)【国際公開日】20180531
(31)【優先権主張番号】15/361,390
(32)【優先日】2016年11月26日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】390020248
【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ合同会社
(71)【出願人】
【識別番号】507107291
【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド
(74)【1名の代理人】
【識別番号】100098497
【弁理士】
【氏名又は名称】片寄 恭三
(72)【発明者】
【氏名】アルチャナ ヴェヌゴパル
(72)【発明者】
【氏名】ベンジャミン スタッセン クック
(72)【発明者】
【氏名】ルイジ コロンボ
(72)【発明者】
【氏名】ロバート レイド ドーリング
【テーマコード（参考）】
5F033
5F058
5F136
【Ｆターム（参考）】
5F033GG01
5F033GG02
5F033HH00
5F033HH07
5F033HH08
5F033HH09
5F033HH10
5F033HH11
5F033HH13
5F033HH18
5F033HH20
5F033HH21
5F033HH32
5F033HH33
5F033JJ01
5F033JJ08
5F033JJ09
5F033JJ10
5F033JJ11
5F033JJ18
5F033JJ21
5F033JJ32
5F033JJ33
5F033KK08
5F033KK09
5F033KK10
5F033KK11
5F033KK18
5F033KK21
5F033KK32
5F033KK33
5F033LL06
5F033MM01
5F033PP12
5F033PP26
5F033PP27
5F033PP28
5F033QQ73
5F033QQ74
5F033QQ81
5F033QQ82
5F033QQ83
5F033RR01
5F033RR03
5F033RR04
5F033RR05
5F033RR06
5F033RR08
5F033RR22
5F033RR27
5F033SS15
5F033SS22
5F033TT02
5F033VV07
5F033XX22
5F058BA20
5F058BC03
5F058BC09
5F058BC14
5F058BF46
5F058BG10
5F058BJ10
5F136BC07
5F136FA01
5F136FA03
5F136FA14
5F136FA15
5F136FA16
5F136FA22
5F136FA23
5F136FA24
5F136FA25
5F136FA62
5F136FA63
(57)【要約】
説明される例では、集積回路（１００）が、頂部相互接続レベル（１２４）の上に熱配路構造（１３２）を有する。頂部相互接続レベル（１２４）は、より低い相互接続レベルに接続された相互接続（１１８）を含み、ボンドパッド、プローブパッド、入力／出力パッド、又はバンプボンドパッドへの再配線層を含まない。熱配路構造（１３２）は、頂部相互接続レベル（１２４）を含む、集積回路（１００）の面の全部ではないが一部の上に延在する。熱配路構造（１３２）は、隣接するナノ粒子が互いに凝着するナノ粒子の層を含む。ナノ粒子の層は、有機バインダ材料を含まない。熱配路構造（１３２）は、頂部相互接続レベル（１２４）の金属より高い熱伝導度を有する。ナノ粒子の層は、アディティブプロセスによって形成される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
集積回路であって、
半導体材料を含む基板、
前記基板の上に配置される相互接続領域であって、
誘電体層スタックと、
前記誘電体層スタックに配置されるコンタクトと、
前記誘電体層スタックに配置される相互接続であって、前記相互接続の複数が、前記基板と前記相互接続領域との間の境界とは反対側の、前記相互接続領域の頂部表面に近接して、前記相互接続領域に位置する頂部相互接続レベルにおいて配置される、前記相互接続と、
前記誘電体層スタックに配置されるビアと、
を含む、前記相互接続領域、
前記基板と前記相互接続領域との間の境界に近接して、前記基板及び前記相互接続領域において配置される熱生成構成要素、及び
前記頂部相互接続レベルの上に配置され、前記熱生成構成要素の上に延在する熱配路構造、
を含み、
前記熱配路構造が、ナノ粒子を含む凝集ナノ粒子フィルムを含み、前記凝集ナノ粒子フィルムにおいて、隣接するナノ粒子が互いに凝集しており、前記凝集ナノ粒子フィルムが実質的に有機バインダ材料を含まず、前記熱配路構造の熱伝導度が、前記熱配路構造に接する誘電材料の熱伝導度より高く、
集積回路。
【請求項2】
請求項１に記載の集積回路であって、前記凝集ナノ粒子フィルムが、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、六方晶窒化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、及び窒化アルミニウムからなる群から選択される材料の非導電性ナノ粒子を含む、集積回路。
【請求項3】
請求項２に記載の集積回路であって、前記集積回路のボンドパッド構造が、前記熱配路構造に接する、集積回路。
【請求項4】
請求項１に記載の集積回路であって、前記凝集ナノ粒子フィルムが、金属、グラフェン、金属に埋め込まれたグラフェン、グラファイト、グラファイトカーボン、及び／又はカーボンナノチューブからなる群から選択される材料の導電性ナノ粒子を含む、集積回路。
【請求項5】
請求項１に記載の集積回路であって、前記凝集ナノ粒子フィルムが、銅、ニッケル、パラジウム、白金、イリジウム、ロジウム、セリウム、オスミウム、モリブデン、及び金からなる群から選択される金属を含み、前記熱配路構造が、前記凝集ナノ粒子フィルム上に配置されるグラファイト材料の層を含む、集積回路。
【請求項6】
請求項１に記載の集積回路であって、前記熱配路構造が、前記集積回路の熱除去領域まで延在する、集積回路。
【請求項7】
請求項１に記載の集積回路であって、前記熱配路構造が、前記集積回路の熱感受性の構成要素から離れて延在する、集積回路。
【請求項8】
請求項１に記載の集積回路であって、前記熱配路構造が、前記集積回路のマッチング構成要素の上に延在する、集積回路。
【請求項9】
請求項１に記載の集積回路であって、前記頂部相互接続レベルの上であり、前記熱配線構造の下に配置される誘電体隔離層を更に含む、集積回路。
【請求項10】
請求項１に記載の集積回路であって、
ディープトレンチ熱配路構造、高熱伝導度バイア、高熱伝導度横方向構造、高熱伝導度スルーパッケージ導管、及びグラファイトバイアからなる群から選択される熱配路構成要素を更に含み、
前記ディープトレンチ熱配路構造が凝集ナノ粒子フィルムを含み、前記ディープトレンチ熱配路構造が基板において、前記基板と前記相互接続領域との間の境界まで延在して配置され、
前記高熱伝導度ビアが、相互接続領域に配置され、凝集ナノ粒子フィルムを含み、前記高熱伝導度横方向構造が凝集ナノ粒子フィルムを含み、前記高熱伝導度横方向構造が相互接続領域に配置され、
前記高熱伝導度スルーパッケージ導管が凝集ナノ粒子フィルムを含み、前記高熱伝導度スルーパッケージ導管が、前記集積回路の上の封止材料を介して配置され、前記集積回路まで延在し、
前記グラファイトビアが凝集ナノ粒子フィルムを含み、前記グラファイトビアが前記熱生成構成要素の１つに電気的に結合される、
集積回路。
【請求項11】
集積回路を形成する方法であって、
半導体材料を含む基板を提供すること、
前記基板に熱生成構成要素を形成すること、
前記基板の上に相互接続領域を形成することであって、前記相互接続領域を形成することが、
前記基板の上に誘電体層スタックを形成することと、
前記誘電体層スタックにおいて、前記熱生成構成要素に対する電気的接続を行うコンタクトを形成することと、
前記誘電体層スタックにおいて相互接続を形成することであって、前記相互接続が複数の相互接続レベルにおいて形成され、前記相互接続の複数が第１の相互接続レベルに位置して前記コンタクトへの電気接続を行い、前記相互接続の一部が、前記基板とは反対側の前記相互接続領域の頂部表面に位置する頂部相互接続レベルに位置する、前記相互接続を形成することと、
前記誘電体層スタックにおいて、前記相互接続への電気接続を行うビアを形成することと、
を含む、前記相互接続領域を形成すること、及び
熱配線構造を形成すること、
を含み、
前記熱配線構造を形成することが、
ナノ粒子を含むナノ粒子インクフィルムを形成するために、前記頂部相互接続レベル上の前記集積回路上にアディティブプロセスによってナノ粒子インクをディスペンスすることであって、前記ナノ粒子インクが、ナノ粒子とキャリア流体とを含み、有機バインダ材料を含まない、前記ナノ粒子インクをディスペンスすることと、
ナノ粒子の凝集を誘起し、それによって凝集ナノ粒子フィルムを形成することと、
を含む、
方法。
【請求項12】
請求項１１に記載の方法であって、前記熱経路構造を形成することが、前記ナノ粒子の凝集を誘起する前に、前記ナノ粒子インクフィルムを加熱して揮発性材料を除去し、それによってナノ粒子フィルムを形成することを更に含む、方法。
【請求項13】
請求項１２に記載の方法であって、前記ナノ粒子インクフィルムを加熱することが、赤外線発光ダイオード（ＩＲＬＥＤ）を用いる、方法。
【請求項14】
請求項１１に記載の方法であって、前記ナノ粒子が、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、六方晶窒化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、及び窒化アルミニウムからなる群から選択される材料の非導電性ナノ粒子を含む、方法。
【請求項15】
請求項１１に記載の方法であって、前記ナノ粒子が、金属、グラフェン、金属に埋め込まれたグラフェン、グラファイト、グラファイトカーボン、及びカーボンナノチューブからなる群から選択される材料の導電性ナノ粒子を含む、方法。
【請求項16】
請求項１１に記載の方法であって、前記ナノ粒子が、銅、ニッケル、パラジウム、白金、イリジウム、ロジウム、セリウム、オスミウム、モリブデン、及び金からなる群から選択される金属を含み、前記熱配路構造を形成することが、プラズマエンハンスト化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）プロセスによって、前記凝集ナノ粒子フィルム上にグラファイト材料の層を形成することを更に含む、方法。
【請求項17】
請求項１１に記載の方法であって、前記ナノ粒子インクフィルムを形成する前に、前記頂部相互接続レベルの上に誘電体隔離層を形成することを更に含む、方法。
【請求項18】
請求項１１に記載の方法であって、前記アディティブプロセスが、離散液滴ディスペンスプロセス、連続押出プロセス、直接レーザートランスファプロセス、静電堆積プロセス、及び電気化学的堆積プロセスからなる群から選択される方法を含む、方法。
【請求項19】
請求項１１に記載の方法であって、前記ナノ粒子インクフィルムが第１のナノ粒子インクフィルムであり、熱配路構造を形成することが、前記第１のナノ粒子インクフィルムを形成した後に第２のナノ粒子インクフィルムを形成することを含む、方法。
【請求項20】
請求項１１に記載の方法であって、前記ナノ粒子の凝集を誘起することが、走査レーザ加熱プロセス、フラッシュ加熱プロセス、及びスパイク加熱プロセスからなる群から選択されるプロセスを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は集積回路に関し、より詳細には、集積回路における熱管理
【背景技術】
【0002】
集積回路はしばしば、いくつかの能動構成要素において望ましくない熱を発生する。時には、ヒートシンク又は他の受動構造を介して熱を除去することが望ましい。集積回路内の熱に敏感な構成要素から熱を逸らすことが望ましい場合がある。集積回路内の過剰な熱を管理することは、ますます問題となってきている。
【発明の概要】
【0003】
記載された例では、集積回路が基板、及び基板の上方に配置される相互接続領域を有する。相互接続領域は、相互接続を含む頂部相互接続レベルを含む、複数の相互接続レベルを有する。集積回路は、頂部相互接続レベルの上方に熱配路構造を有する。熱配路構造は、頂部相互接続レベルの上の集積回路の全部ではなく一部の上を延在する。熱配路構造は、隣接するナノ粒子が互いに凝集している、凝集ナノ粒子フィルムを含む。熱配路構造は、熱配路構造に接する誘電材料より高い熱伝導度を有する。凝集ナノ粒子フィルムは、アディティブプロセスを含む方法によって形成される。
【図面の簡単な説明】
【0004】
【図1A】一実施形態に従った、例示的な集積回路の断面図である。
【図1B】一実施形態に従った、例示的な集積回路の断面図である。
【0005】
【図2A】一実施形態に従った、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明されるタイプの熱配路構造を有する集積回路を形成する例示的な方法を示す。
【図2B】一実施形態に従った、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明されるタイプの熱配路構造を有する集積回路を形成する例示的な方法を示す。
【図2C】一実施形態に従った、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明されるタイプの熱配路構造を有する集積回路を形成する例示的な方法を示す。
【図2D】一実施形態に従った、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明されるタイプの熱配路構造を有する集積回路を形成する例示的な方法を示す。
【図2E】一実施形態に従った、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明されるタイプの熱配路構造を有する集積回路を形成する例示的な方法を示す。
【図2F】一実施形態に従った、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明されるタイプの熱配路構造を有する集積回路を形成する例示的な方法を示す。
【0006】
【図3A】一実施形態に従った、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明されるタイプの熱配路構造を有する集積回路を形成する別の例示的な方法を示す。
【図3B】一実施形態に従った、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明されるタイプの熱配路構造を有する集積回路を形成する別の例示的な方法を示す。
【図3C】一実施形態に従った、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明されるタイプの熱配路構造を有する集積回路を形成する別の例示的な方法を示す。
【0007】
【図4A】一実施形態に従った、別の例示的な集積回路の断面図である。
【図4B】一実施形態に従った、別の例示的な集積回路の断面図である。
【0008】
【図5A】一実施形態に従った、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明されるタイプの熱配路構造を有する集積回路を形成する例示的な方法を示す。
【図5B】一実施形態に従った、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明されるタイプの熱配路構造を有する集積回路を形成する例示的な方法を示す。
【図5C】一実施形態に従った、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明されるタイプの熱配路構造を有する集積回路を形成する例示的な方法を示す。
【図5D】一実施形態に従った、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明されるタイプの熱配路構造を有する集積回路を形成する例示的な方法を示す。
【0009】
【図6】一実施形態に従った、組合せ熱配路構造を含む例示的な集積回路の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図面は一定の縮尺で描かれていない。例示の行為又は事象の図示する順によって限定されるものではなく、行為の中には異なる順で、及び／又は、他の行為又は事象と同時に成され得るものもある。また、図示される行為又は事象の中には任意選択の行為又は事象もある。
【0011】
下記の同時係属中の特許出願を参照により本明細書に組み込む。米国特許出願番号ＵＳ米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，３９４、米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，３９７、米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，３９９、米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，４０１、及び米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，４０３。
【特許文献1】米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，３９４
【特許文献2】米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，３９７
【特許文献3】米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，３９９
【特許文献4】米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，４０１
【特許文献5】米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，４０３
【0012】
この説明では、「頂部」、「底部」、「前」、「後ろ」、「の上」、「の上方」、「の下」、「の下方」などの用語を用い得る。これらの用語は、構造又は要素の位置又は向きを限定すると解釈されるべきではなく、構造又は要素間の空間的な関係を提供する。
【0013】
本記載では、集積回路の「瞬時頂部表面」という用語が説明される特定のステップにおいて存在する集積回路の頂部表面を指す。瞬時頂部表面は、集積回路の形成において段階的に変化し得る。
【0014】
本記載では「横方向」という用語は、集積回路の瞬時頂部表面の面に平行な方向を指し、「垂直」という用語は、集積回路の瞬時頂部表面の面に垂直な方向を指す。
【0015】
図１Ａ及び図１Ｂは、一実施形態に従った、例示的な集積回路の断面図である。図１Ａを参照すると、集積回路１００は、半導体材料１０４を含む基板１０２を含む。半導体材料１０４は、シリコン、シリコンゲルマニウム、又はシリコンカーバイドなどのＩＶ型半導体とし得る。あるいは、半導体材料１０４は、窒化ガリウム又はヒ化ガリウムなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体であってもよい。他の半導体材料もこの例の範囲にある。集積回路１００は、基板１０２の上に配置される相互接続領域１０６を更に含む。図１Ａに金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタとして示されている集積回路１００の熱生成構成要素１０８が、基板１０２に配置され、場合によっては、基板１０２と相互接続領域１０６との間の境界１１０に近接して相互接続領域１０６内に延在し得る。バイポーラ接合トランジスタ、接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、抵抗器、及びシリコン制御整流器（ＳＣＲ）など、熱生成構成要素１０８の他の形態もこの例の範囲にある。この例では、集積回路１００は更に、ＭＯＳトランジスタとして図１Ａに示される、熱の影響を受け易い構成要素１１２を含み得る。熱感受性構成要素１１２の他の形態もこの例の範囲にある。こういった構成要素は、基板１０２と相互接続領域１０６との間の境界１１０において、フィールド酸化物１１４によって横方向に隔離され得る。例えば、フィールド酸化物１１４は、図１Ａに示すような浅いトレンチ隔離（ＳＴＩ）構造を有し得、又はシリコンの局所酸化（ＬＯＣＯＳ）構造を有し得る。
【0016】
相互接続領域１０６は、誘電体層スタック１２２に配置される、コンタクト１１６、相互接続１１８、及びビア１２０を含み得る。コンタクト１１６は、熱生成構成要素１０８及び熱の影響を受けやすい構成要素１１２への電気的接続を行う。相互接続１１８は、複数の相互接続レベルにおいて配置されている。第１の相互接続レベルにおける相互接続１１８は、コンタクト１１６への電気的接続を行う。ビア１２０は、連続する相互接続レベルの間に配置され、相互接続１１８への電気的接続を行う。相互接続１１８のいくつかが、相互接続領域１０６の頂部表面１２６に近接して位置する頂部相互接続レベル１２４に配置される。相互接続領域１０６の頂部表面１２６は、基板１０２と相互接続領域１０６との間の境界１１０とは反対側の相互接続領域１０６の表面に位置する。頂部相互接続レベル１２４における相互接続１１８は、アルミニウム相互接続、ダマシン銅相互接続、及び／又はメッキされた銅相互接続を含み得る。アルミニウム相互接続は、場合によってはチタンを含む接着層上に、及び場合によってはアルミニウム層上に窒化チタンの反射防止層を有する、数パーセントのシリコン、チタン、及び／又は銅を含むアルミニウム層を含み得る。ダマシン銅相互接続が、誘電体層スタック１２２内のトレンチに配置されるタンタル及び／又は窒化タンタルの障壁層上に銅を含み得る。メッキされた銅相互接続が、相互接続の底部に接着層を含み得、相互接続の側部上に配置される障壁層を有し得る。ボンドパッド構造１２８が、相互接続領域１０６の頂部表面１２６の上に配置され得、頂部相互接続レベル１２４の相互接続１１８に電気的に結合され得る。保護オーバーコート１３０が、相互接続領域１０６の頂部表面１２６の上に配置され得る。保護オーバーコート１３０は、ボンドパッド構造１２８に当接し得る。保護オーバーコート１３０は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、ポリイミド、及び／又はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの誘電材料の１つ又は複数の層を含み得る。
【0017】
熱配路構造１３２が、相互接続領域１０６の頂部表面１２６の上に配置され、頂部表面１２６の全部ではないが一部の上に延在する。熱配路構造１３２は、熱配路構造１３２に接する誘電材料より高い熱伝導度を有する。熱配路構造１３２に接する誘電体材料は、誘電体層スタック１２２の誘電体材料及び／又は保護オーバーコート１３０の誘電体材料を含み得る。熱伝導度は材料の特性であり、ワット／メートル℃の単位で表すことができる。熱配路構造１３２は、図１Ｂにより詳細に示される、主にナノ粒子１３５を含む凝集ナノ粒子フィルム１３４を含む。凝集ナノ粒子フィルム１３４内の隣接するナノ粒子１３５は互いに凝集する。ナノ粒子１３５の表面上には、シリコン及び酸素を含むシラン系分子などの無機能分子が存在し得る。凝集ナノ粒子フィルム１３４は、接着剤又はポリマーなどの有機バインダ材料を実質的に含まない。熱配路構造１３２は図１Ａに示すように、熱生成構成要素１０８の上の領域から集積回路１００の熱除去領域１３６まで延在し得る。熱配路構造１３２は、図１Ａに示すように、熱感受性構成要素１１２の上の領域の外に配置され得、したがって、集積回路１００の動作の間、熱生成構成要素１０８からの熱を熱感受性構成要素１１２から有利に逸らすように構成され得る。
【0018】
図１Ａ及び図１Ｂに示されるようなこの例のバージョンでは、熱配路構造１３２は非導電性であってもよく、ナノ粒子１３５の例は、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、六方晶窒化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、及び／又は窒化アルミニウムのナノ粒子を含み得る。熱配路構造１３２は、隣接するボンドパッド構造１２８間の望ましくない電気的分路の危険を冒すことなくボンドパッド構造１２８に接し得、有利にも、熱生成構成要素１０８からより多くの熱を有利に収集し、熱をより効率的に熱除去領域１３６に搬送するために、熱生成構成要素１０８の上及び熱除去領域１３６内の領域のより完全な被覆を可能にする。
【0019】
この例の別のバージョンでは、熱配路構造１３２は、導電性であり得る。そのようなバージョンでは、ナノ粒子１３５の例は、金属、グラフェン、金属に埋め込まれたグラフェン、グラファイト、グラファイトカーボン、及び／又はカーボンナノチューブのナノ粒子を含み得る。熱配路構造１３２の導電性バージョンは、ボンドパッド構造１２８から横方向に隔離され得、頂部相互接続レベル１２４において相互接続１１８から垂直に隔離され得る。
【0020】
この例のさらなるバージョンでは、ナノ粒子１３５は、グラファイト材料の触媒作用に適した金属を含み得、熱配路構造１３２は、ナノ粒子１３４の凝集体上にグラファイト材料の層を含み得る。そのようなバージョンでは、ナノ粒子１３５の例は、銅、ニッケル、パラジウム、白金、イリジウム、ロジウム、セリウム、オスミウム、モリブデン、及び／又は金のナノ粒子を含み得る。グラファイト材料は、グラファイト、グラファイトカーボン、グラフェン、及び／又はカーボンナノチューブなどを含み得る。そのようなバージョンでは、熱配路構造１３２は、導電性であり、したがって、ボンドパッド構造１２８から横方向に隔離され得、頂部相互接続レベル１２４において相互接続１１８から垂直に隔離され得る。
【0021】
図２Ａ〜図２Ｆは、一実施形態に従った、熱配線構造を有する集積回路を形成する例示的な方法を示す。図２Ａを参照すると、集積回路２００は、半導体材料２０４を含む基板２０２上に形成される。例えば、基板２０２は、半導体ウェハであり得る。熱生成構成要素２０８及び熱感受性構成要素２１２などの構成要素が半導体材料２０４において形成される。こういった構成要素は、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、ＪＦＥＴ、抵抗器、ＳＣＲ、ダイオードなどを含み得る。構成要素を横方向に隔離するために、基板２０２においてフィールド酸化物２１４が形成され得る。フィールド酸化物２１４は、ＳＴＩプロセスによって、あるいはＬＯＣＯＳプロセスによって形成され得る。
【0022】
相互接続領域２０６が基板２０２の上に形成される。相互接続領域２０６は、誘電体層スタック２２２を形成するための一連の誘電体層として形成され得、誘電体層の各々に相互接続要素が形成される。誘電体層スタック２２２のプレメタル誘電体（ＰＭＤ）層が、基板２０２の上に直接形成され得、その後、コンタクト２１６がＰＭＤ層を介して形成され、熱生成構成要素２０８及び熱感受性構成要素２１２を含む構成要素への電気接続を行うことができる。第１の金属内誘電体（ＩＭＤ）層が、誘電体層スタック２２２の一部として形成される。第１のＩＭＤ層内の第１の相互接続レベルにおける相互接続２１８が、ＰＭＤ層及びコンタクト２１６の上に形成される。第１の相互接続レベルにおける相互接続２１８は、コンタクト２１６への電気的接続を行う。第１のレベル間誘電体（ＩＬＤ）層が、誘電体層スタック２２２の一部として、第１のＩＭＤ層及び第１の相互接続レベルの上に形成される。ビア２２０が、第１のＩＬＤにおいて形成され、第１の相互接続レベルにおける相互接続２１８への電気的接続を行う。順次の相互接続レベルの相互接続を有する付加的ＩＭＤ層と、ビア２２０を有する付加的ＩＬＤ層とが、相互接続領域２０６に形成され、頂部相互接続レベル２２４における相互接続２１８に達する。頂部相互接続レベル２２４は、相互接続領域２０６の頂部表面２２６まで延在する。
【0023】
この例の熱配路構造の形成は、相互接続領域２０６の頂部表面２２６の上に第１のアディティブプロセス２４２によって第１のナノ粒子インク２４０の第１のナノ粒子インクフィルム２３８を形成することで始まる。この説明では、アディティブプロセスが第１のナノ粒子インク２４０を所望の領域に配置し、第１のナノ粒子インク２４０を所望の領域の外に配置しないので、第１のナノ粒子インクフィルム２３８の一部を除去する必要なく、第１のナノ粒子インクフィルム２３８の最終的な所望の形状が生成される。アディティブプロセスはフォトリソグラフィプロセス及びその後のエッチングプロセスなしに、所望の領域にフィルムを形成することを可能にし得、したがって、有利にも、製造コスト及び複雑さを低減する。この例の１つのバージョンでは、第１のナノ粒子インクフィルム２３８は、図２Ａに示すように、相互接続領域２０６の頂部表面２２６上に直接形成され得る。代替バージョンでは、第１のナノ粒子インクフィルム２３８を形成する前に、保護オーバーコートの１つ又は複数の層が頂部表面２２６上に形成され得る。第１ナノ粒子インク２４０は、ナノ粒子及びキャリア流体を含み得る。例えば、第１ナノ粒子インク２４０は、インク、スラリー、懸濁（suspension）、又はゾルゲルであり得る。ナノ粒子は、図１Ａ及び図１Ｂを参照してナノ粒子１３５について説明した材料を含み得る。その後の凝集を促進するために、ナノ粒子の表面上に無機能分子が存在し得る。第１のナノ粒子インク２４０の組成は、集積回路２００に所望の接着性を提供するように選択し得る。第１のナノ粒子インク２４０は、後に形成される熱配路構造のための領域において集積回路２００上にディスペンスされ、相互接続領域２０６の瞬時頂部表面の全体にわたってディスペンスされない。第１のアディティブプロセス２４２は、図２Ａに示されるような離散液滴ディスペンス装置２４３を用いる、インクジェットプロセスと呼ばれることもある離散液滴プロセスを含み得る。離散液滴ディスペンス装置２４３は、集積回路２００及び離散液滴ディスペンス装置２４３は、第１のナノ粒子インクフィルム２３８のための所望のディスペンスパターンを提供するために、互いに対して横方向に移動され得るように構成され得る。離散液滴ディスペンス装置２４３は第１のアディティブプロセス２４２のための所望のスループットを提供するために、並列に独立して作動され得る複数のディスペンスポートを有し得る。この例の代替バージョンでは、第１のアディティブプロセス２４２は、連続押出プロセス、直接レーザートランスファプロセス、静電堆積プロセス、又は電気化学的堆積プロセスを含み得る。
【0024】
図２Ｂを参照すると、図２Ａの第１のナノ粒子インクフィルム２３８は第１のベークプロセス２４４によって加熱されて、第１のナノ粒子インクフィルム２３８から揮発性材料の少なくとも一部を除去し、主としてナノ粒子を含む第１のナノ粒子フィルム２４６を形成する。第１のベークプロセス２４４は、図２Ｂに概略的に示されるような白熱光源２４５、又は赤外線発光ダイオード（ＩＲ ＬＥＤ）を用いるなどの、放射熱プロセスであり得る。あるいは、第１のベークプロセス２４４は、基板２０２を介して第１のナノ粒子インクフィルム２３８を加熱するホットプレートプロセスであり得る。第１のベークプロセス２４４は、揮発性材料の除去を向上させるために、部分真空中で、又は低圧でのガスの連続的な流れを伴う雰囲気中で実行され得る。
【0025】
図２Ｃを参照すると、図２Ｂの第１のナノ粒子フィルム２４６は、隣接するナノ粒子が互いに凝集して第１の凝集ナノ粒子フィルム２４８を形成するように、第１の凝集誘起プロセス２５０によって加熱される。隣接するナノ粒子間の凝集を誘起するために必要な温度は、ナノ粒子のサイズの関数である。より小さいナノ粒子は、所望の凝集を達成するために、より大きいナノ粒子より低い温度で加熱され得る。ナノ粒子は、集積回路構成要素及び構造に適合する温度での凝集を可能にするように選択され得る。凝集は、隣接するナノ粒子間の原子の拡散を含む物理的メカニズムを含むプロセスによって起こり得る。凝集はまた、隣接するナノ粒子間の原子の反応に関与する化学的メカニズムを含むプロセスによっても起こり得る。第１の凝集誘起プロセス２５０は、図２Ｃに概略的に示すように、走査レーザ装置２５１による加熱を含み得る。走査レーザ装置２５１は、実質的に第１のナノ粒子フィルム２４６のみに熱を提供し、第１のナノ粒子フィルム２４６に横方向に隣接する集積回路２００の部分に熱を提供しないように構成され得、有利にも、構成要素２０８及び２１２に対する総熱負荷を低減する。
【0026】
この例の一変形例では、第１の凝集誘起プロセス２５０は、１マイクロ秒〜１０マイクロ秒の放射エネルギーを印加するフラッシュ加熱プロセスを含み得る。別の変形例では、第１の凝集誘起プロセス２５０は、放射エネルギーを１００ミリ秒〜５秒間印加するスパイク加熱プロセスを含み得る。この例の代替バージョンでは、図２Ｂを参照して説明される第１のベークプロセス２４４を、第１の凝集誘起プロセス２５０と組み合わせることができ、図２Ｂの第１のナノ粒子フィルム２４６に印加される熱出力をランプさせて、まず揮発性材料を除去し、続いてナノ粒子の凝集を誘起する。ナノ粒子間の凝集を誘起する他の方法も本例の範囲にある。
【0027】
図２Ｄを参照すると、この例の熱配路構造の形成は、第１の凝集ナノ粒子フィルム２４８上に第２のナノ粒子インク２５４をディスペンスすることによって第２のナノ粒子インクフィルム２５２を形成することで継続する。例えば、第２ナノ粒子インク２５４は、インク、スラリー、又はゾルゲルであり得る。第２のナノ粒子インク２５２は、図２Ａの第１のナノ粒子インクフィルム２３８と実質的に同じ組成を有し得る。あるいは、第２のナノ粒子インクフィルム２５２は、例えば、所望の熱伝導度を提供するように選択された組成など、第１のナノ粒子インクフィルム２３８とは異なる組成を有し得る。第２のナノ粒子インク２５４は、第２のアディティブプロセス２５６によって第１の凝集ナノ粒子フィルム２４８上にディスペンスされる。第２のアディティブプロセス２５６は、図２Ａを参照して説明される第１のアディティブプロセス２４２によって用いられるのと同じタイプの装置、例えば、図２Ｄに示すような離散液滴ディスペンス装置２５７、を用い得る。あるいは、第２のアディティブプロセス２５６は、特に第２のナノ粒子インクフィルム２５２の組成が第１のナノ粒子インクフィルム２３８の組成とは異なる場合、異なる装置を用いてもよく、又は異なるプロセスを用い得る。
【0028】
図２Ｅを参照すると、図２Ｄの第２のナノ粒子インクフィルム２５２は、第２のベークプロセス２５８によって加熱されて、第２のナノ粒子インクフィルム２５２から揮発性材料の少なくとも一部を除去して、第２のナノ粒子フィルム２６０を形成する。第２のナノ粒子フィルム２６０は、主にナノ粒子を含む。第２のベークプロセス２５８は、図２Ｅに概略的に示すように、ＩＲ ＬＥＤ２５９を用い得る。ＩＲ ＬＥＤ２５９を用いることにより、放射熱を、実質的に、第２のナノ粒子インクフィルム２５２を含む領域のみに加える一方で、放射熱を第２のナノ粒子インクフィルム２５２の外の集積回路２００の領域に加えないことが可能になり、構成要素２０８及び２１２に対する熱負荷を有利に低減し得る。あるいは、第２のベークプロセス２５８は、白熱源を用いる放射熱プロセスを含み得、又はホットプレートプロセスを含み得る。第２のベークプロセス２５８は、任意選択で、第１のベークプロセス２４４よりも高い温度又は長い時間で成され得る。
【0029】
図２Ｆを参照すると、図２Ｅの第２のナノ粒子フィルム２６０は第２の凝集誘起プロセス２６４によって加熱され、そのため、第２のナノ粒子フィルム２６０内の隣接するナノ粒子が互いに凝集し、第１の凝集ナノ粒子フィルム２４８の上に第２の凝集ナノ粒子フィルム２６２が形成される。第２の凝集誘起プロセス２６４は、走査レーザ装置２６５を用いる第２の走査レーザ加熱プロセスなど、第１の凝集誘起プロセス２５０と同様であり得る。第１の凝集ナノ粒子フィルム２４８内のナノ粒子のさらなる凝集が、第２の凝集誘起プロセス２６４によって誘起され得る。
【0030】
第１の凝集ナノ粒子フィルム２４８及び第２の凝集ナノ粒子フィルム２６２は、熱配路構造２３２を提供し得る。あるいは、ナノ粒子凝集を誘起し、第１の凝集ナノ粒子フィルム２４８及び第２の凝集ナノ粒子フィルム２６２と組み合わさり、熱配路構造２３２を提供するため、付加的ナノ粒子インクフィルムが形成、焼成、加熱され得る。
【0031】
図３Ａ〜図３Ｃは、一実施形態に従った、熱配線構造を有する集積回路を形成する別の例示的な方法を示す。図３Ａを参照すると、集積回路３００は、半導体材料３０４を含む基板３０２上に形成される。構成要素は、基板３０２の頂部表面３１０に近接して、半導体材料３０４において形成される。この例の構成要素は構成要素の第１のセット３０８及び構成要素の第２のセット３６６を含み得、構成要素の第１のセット３０８は構成要素の第２のセット３６６から空間的に分離され、構成要素の第１のセット３０８及び構成要素の第２のセット３６６は同じ熱環境を共有することから利点を得る。構成要素の第１のセット３０８及び構成要素の第２のセット３６６は、アナログ回路のマッチング構成要素であり得る。マッチング構成要素は、駆動電流及びしきい値などの実質的に等しい性能パラメータを有するように設計される。これらの性能パラメータは温度によって影響されるので、マッチング構成要素間の温度差を低減することは、性能パラメータの差を有利に低減し得る。構成要素３０８及び３６６は、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、ＪＦＥＴ、抵抗器、ＳＣＲ、ダイオードなどを含み得る。構成要素を横方向に分離するために、基板３０２においてフィールド酸化物３１４が形成され得る。フィールド酸化物３１４は、ＳＴＩプロセスによって、又は代替的にＬＯＣＯＳプロセスによって形成され得る。
【0032】
相互接続領域３０６が基板３０２の上に形成される。基板３０２の頂部表面３１０は、基板３０２と相互接続領域３０６との間の境界でもある。相互接続領域３０６は、誘電体層において、コンタクト３１６、相互接続３１８、及びビア３２０などの相互接続要素が形成された状態で、誘電体層スタック３２２を形成するために、ＰＭＤ層、ならびに交互のＩＭＤ層及びＩＬＤ層などの、一連の誘電体層として形成され得る。相互接続３１８の一部が、頂部相互接続レベル３２４に配置される。頂部相互接続レベル３２４は、相互接続領域３０６の頂部表面３２６に近接して延在する。相互接続領域３０６の頂部表面３２６は、基板３０２と相互接続領域３０６との間の境界３１０とは反対側の相互接続領域３０６の表面に位置する。
【0033】
この例の熱配路構造の形成は、相互接続領域３０６の頂部表面３２６の上に、アディティブプロセス３４２によってナノ粒子インク３４０のナノ粒子インクフィルム３３８を形成することで始まる。この例の１つのバージョンでは、ナノ粒子インクフィルム３３８は、図３Ａに示すように、頂部表面３２６上に直接形成され得る。本実施例のナノ粒子インク３４０は、ナノ粒子とキャリア流体とを含む。ナノ粒子インク３４０は、後に形成される熱配路構造のための領域において集積回路３００上にディスペンスされ、相互接続領域３０６の頂部表面３２６全体にわたってディスペンスされない。アディティブプロセス３４２は、図３Ａに示すようなマイクロ押出ディスペンス装置３４３を用いる、連続押出プロセスを含み得る。マイクロ押出ディスペンス装置３４３は、集積回路３００及びマイクロ押出ディスペンス装置３４３は、ナノ粒子インクフィルム３３８のための所望のディスペンスパターンを提供するために、互いに対して横方向に移動され得るように構成され得る。この例では、マイクロ押出ディスペンス装置３４３が付加的ナノ粒子インクフィルムを必要とせずに、熱配路構造を形成するのに十分な厚さのナノ粒子インクフィルム３３８を形成され得る。
【0034】
図３Ｂを参照すると、図３Ａのナノ粒子インクフィルム３３８はベークプロセス３４４によって加熱されて、ナノ粒子インクフィルム３３８から揮発性材料の少なくとも一部を除去し、主としてナノ粒子を含むナノ粒子フィルム３４６を形成する。ベークプロセス３４４は、基板３０２の下に配置されるホットプレート３４５を用いるホットプレートプロセスであり得る。あるいは、ベークプロセス３４４は、図２Ｂ又は図２Ｅを参照して説明されるように、放射熱プロセスであり得る。ベークプロセス３４４は、揮発性材料の除去を向上させるために、部分真空中で、又は低圧でのガスの連続的な流れを有する雰囲気中で成され得る。
【0035】
図３Ｃを参照すると、図３Ｂのナノ粒子フィルム３４６は、凝集誘起プロセス３５０によって加熱されて、隣接するナノ粒子が互いに凝集して、凝集ナノ粒子フィルム３４８を形成する。凝集誘起プロセス３５０は、図３Ｃに概略的に示すように、フラッシュランプ３６８を用いるフラッシュ加熱プロセス３５０を含み得る。ナノ粒子間の凝集を誘起する他の方法も本例の範囲にある。凝集ナノ粒子フィルム３４８は、熱配路構造３３２の実質的にすべてを提供し得る。あるいは、熱配路構造３３２を提供するために、凝集ナノ粒子フィルム３４８と組み合わさるように、さらなる凝集ナノ粒子フィルムが形成され得る。
【0036】
図４Ａ及び図４Ｂは、一実施形態に従った、別の例示的な集積回路の断面図である。図４Ａを参照すると、集積回路４００は、半導体材料４０４を含む基板４０２を含む。集積回路４００は、基板４０２の上に配置される相互接続領域４０６を更に含む。この例では、第１のセットの構成要素４０８及び第２のセットの構成要素４６６が、基板４０２と相互接続領域４０６との間の境界４１０に近接して、基板４０２に配置される。この例では、第１のセットの構成要素４０８及び第２のセットの構成要素４６６は、性能が同様の熱環境を有することから利点を得るマッチング構成要素とし得る。集積回路４００は、動作温度が低下することにつれて性能が向上する熱感受性構成要素４１２を更に含み得る。構成要素４０８、４６６、及び４１２はＭＯＳトランジスタとして図４Ａに示されているが、他の形態（バイポーラ接合トランジスタ、ＪＦＥＴ、抵抗器、及びＳＣＲなど）もこの例の範囲にある。構成要素４０８、４６６、及び４１２は、基板４０２と相互接続領域４０６との間の境界４１０において、フィールド酸化物４１４によって横方向に分離され得る。
【0037】
相互接続領域４０６は、誘電体層スタック４２２に配置される、コンタクト４１６、相互接続４１８、及びビア４２０を含み得る。相互接続４１８のいくつかが、相互接続領域４０６の頂部表面４２６に位置する頂部相互接続レベル４２４に配置される。相互接続領域４０６の頂部表面４２６は、基板４０２と相互接続領域４０６との間の境界４１０とは反対側の相互接続領域４０６の表面に位置する。ボンドパッド構造４２８が、相互接続領域４０６の頂部表面４２６上に配置され得る。ボンドパッド構造４２８は、頂部相互接続レベル４２４における相互接続４１８に電気的に結合される。保護オーバーコート４３０は、相互接続領域４０６の頂部表面４２６の上に配置され得る。ボンドパッド構造４２８は、保護オーバーコート４３０を介して延在し得る。
【0038】
熱配路構造４３２が、相互接続領域４０６の頂部表面４２６の上に配置され、頂部表面４２６の全部ではないが一部の上に延在する。この例では、熱配路構造４３２は、金属を含むナノ粒子４３５を含む凝集ナノ粒子フィルム４３４と、図４Ｂに詳細に示すように、凝集ナノ粒子フィルム４３４上に配置されるグラファイト材料４７０の層とを含む。例えば、ナノ粒子４３５内の金属は、銅、ニッケル、パラジウム、白金、イリジウム、ロジウム、セリウム、オスミウム、モリブデン、及び／又は金を含み得る。グラファイト材料４７０の層は、グラファイト、グラファイトカーボン、グラフェン、カーボンナノチューブなどを含み得る。
【0039】
誘電体隔離層４７２が、任意選択で、凝集ナノ粒子フィルム４３４の下に配置され得る。誘電体隔離層４７２は、凝集ナノ粒子フィルム４３４を、頂部相互接続レベル４２４における下にある相互接続４１８から電気的に隔離され得る。
【0040】
この例では、熱配路構造４３２は、図４Ａに示すように、第１のセットの構成要素４０８及び第２のセットの構成要素４６６の上に延在し得、熱の影響を受け易い構成要素４１２から離れて延在し得る。したがって、熱配路構造４３２は、第１のセットの構成要素４０８及び第２のセットの構成要素４６６に対して、より密接に整合した熱環境を提供し得、それによって、第１のセットの構成要素４０８及び第２のセットの構成要素４６６からの熱を熱感受性構成要素４１２から離れるように有利に逸らしながら、それらの性能を改善し得る。
【0041】
図５Ａ〜図５Ｄは、一実施形態に従った、熱配線構造を有する集積回路を形成する別の例示的な方法を示す。図５Ａを参照すると、集積回路５００は、半導体材料５０４を含む基板５０２上に形成される。構成要素（熱生成構成要素５０８、熱感受性構成要素５１２、及びマッチング構成要素５６６など）が、基板５０２の頂部表面５１０に近接して半導体材料５０４において形成される。フィールド酸化物５１４は、構成要素５０８、５１２、及び５６６を横方向に分離するために、基板５０２の頂部表面５１０に近接して形成され得る。相互接続領域５０６が基板５０２上に形成される。基板５０２の頂部表面５１０は、基板５０２と相互接続領域５０６との間の境界でもある。相互接続領域５０６は、誘電体層スタック５２２を有するように形成され得、図２Ａを参照して説明されるように、コンタクト５１６、相互接続５１８、及びビア５２０などの相互接続要素が誘電体層スタック５２２において形成される。相互接続５１８の一部が、相互接続領域５０６の頂部表面５２６に近接して延在する頂部相互接続レベル５２４に配置される。相互接続領域５０６の頂部表面５２６は、基板５０２と相互接続領域５０６との間の境界５１０とは反対側の相互接続領域５０６の表面に位置する。
【0042】
この例の熱配路構造の形成は、任意選択で、相互接続領域５０６の頂部表面５２６上に誘電体隔離層５７２を形成することで開始し得る。誘電体隔離層５７２の目的は、導電性である熱配路構造を、頂部相互接続レベル５２４における相互接続５１８から電気的に隔離することである。誘電体隔離層５７２は、図５Ａに示すように、相互接続領域５０６の頂部表面５２６全体の上を延在するブランケット層として形成され得る。あるいは、誘電体隔離層５７２は、熱配路構造のための領域を覆う、パターニングされた層として形成され得る。例えば、誘電体隔離層５７２は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、又は他の無機誘電体材料を含み得る。誘電体隔離層５７２は、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を用いるプラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）プロセスを含むさまざまな方法によって形成され得る。この例の１つのバージョンでは、図２Ａ〜図２Ｆ、又は図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明される方法に従ったアディティブプロセスを用いて、下にある誘電体材料より高い熱伝導度を有する非導電性ナノ粒子から、誘電体隔離層５７２のパターニングされる形態が形成され得る。熱伝導度ナノ粒子を含むパターニングされた誘電体隔離層５７２が、熱配路構造の全体的な熱伝導度を有利に増加させる。
【0043】
熱配路構造の形成は、誘電体隔離層５７２の上にアディティブプロセス５７４によって、金属を含むナノ粒子を含むナノ粒子インクフィルム５３８を形成することで継続する。ナノ粒子は、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明される金属、又はグラファイト材料の後続の成長のための触媒として適切な他の金属を含み得る。ナノ粒子インクフィルム５３８は、後に形成される熱配線構造のための領域に形成され、相互接続領域５０６の頂部表面５２６全体には形成されない。アディティブプロセス５７４は、パルスレーザ５７５を用いてナノ粒子インク５７６の小片をナノ粒子インク層５７８から集積回路５００に転移する直接レーザートランスファプロセスを含み得る。ナノ粒子インク層５７８は、支持（backing）層５８０に取り付けられる。ナノ粒子インク層５７８と支持層５８０とを組み合わせたものは、リボンと呼ばれることもある。パルスレーザ５７５、ナノ粒子インク層５７８及び支持層５８０、及び集積回路５００は、所望の領域にナノ粒子インクフィルム５３８を形成するために、互いに対して移動され得る。この例の代替バージョンでは、ナノ粒子インクフィルム５３８は、図２Ａ〜図２Ｆ、又は図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明されるように、ナノ粒子インクをディスペンスすることによって形成され得る。
【0044】
図５Ｂを参照すると、図５Ａのナノ粒子インクフィルム５３８はベークプロセス５４４によって加熱されて、ナノ粒子インクフィルム５３８から揮発性材料の少なくとも一部を除去し、主としてナノ粒子を含むナノ粒子フィルム５４６を形成する。ベークプロセス５４４は、図５Ｂに概略的に示すように、白熱灯５４５を用いる放射熱プロセスであり得る。ベークプロセス５４４の他の形態もこの例の範囲にある。
【0045】
図５Ｃを参照すると、図５Ｂのナノ粒子フィルム５４６は凝集誘起プロセス５５０によって加熱され、そのため、隣接するナノ粒子が互いに凝集して、凝集ナノ粒子フィルム５３４が形成される。凝集誘起プロセス５５０は、図５Ｃに概略的に示すように、白熱灯５８２を用いるスパイク加熱プロセスを含み得る。スパイク加熱プロセスは、ナノ粒子フィルム５４６を１ミリ秒から１０ミリ秒などの時間期間にわたって加熱し、構成要素５０８、５１２、及び５６６の加熱を有利に制限する。ナノ粒子間の凝集を誘起する他の方法も本例の範囲にある。
【0046】
図５Ｄを参照すると、グラファイト材料５７０の層が、グラファイト材料ＰＥＣＶＤプロセスによって、凝集ナノ粒子フィルム５３４上に選択的に形成される。グラファイト材料ＰＥＣＶＤプロセスでは、基板５０２は、ウェハチャック５８４上に配置され、ウェハチャック５８４によって、例えば２００℃〜４００℃の温度まで加熱される。図５Ｄにおいて「炭素試薬ガス」と示される炭素含有試薬ガスが、集積回路５００の上に流され、図５Ｄにおいて「ＲＦ出力」と示される無線周波数（ＲＦ）出力が炭素含有試薬ガスに印加されて、集積回路５００の上方に炭素ラジカルが生成される。炭素含有試薬ガスは、メタン、エタン、プロパン及び／又はブタンなどの直鎖アルカン、エタノールなどのアルコール、及び／又はシクロブタン又はベンゼンなどの環状炭化水素を含み得る。水素、アルゴン及び／又は酸素のような付加的ガスを集積回路５００に対して上に流すこともできる。凝集ナノ粒子フィルム５３４内のナノ粒子内の金属は、炭素ラジカルに触媒作用を及ぼしてグラファイト材料を形成するように反応し、そのため、グラファイト材料５７０の層の第１の層が、凝集ナノ粒子フィルム５３４上に選択的に形成されるようにする。グラファイト材料の後続の層が、前に形成されたグラファイト材料の層上に選択的に形成され、そのため、グラファイト材料５７０の層が、凝集ナノ粒子フィルム５３４上に選択的に形成され、グラファイト材料５７０は凝集ナノ粒子フィルム５３４の外の集積回路５００上には形成されないようになる。凝集ナノ粒子フィルム５３４とグラファイト材料５７０の層との組み合わせは、熱配路構造５３２を提供する。
【0047】
図６は、一実施形態に従った、組合せ熱配路構造を含む例示的な集積回路の断面図である。集積回路６００は、半導体材料６０４を含む基板６０２を含む。集積回路６００は、基板６０２の上に配置される相互接続領域６０６を更に含む。構成要素６０８が、基板６０２と相互接続領域６０６との間の境界６１０において、基板６０２及び相互接続領域６０６に配置される。例えば、構成要素６０８は、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、ＪＦＥＴ、抵抗器、及び／又はＳＣＲであり得る。構成要素６０８は、基板６０２と相互接続領域６０６との間の境界６１０において、フィールド酸化物６１４によって横方向に分離され得る。相互接続領域６０６は、誘電体層スタック６２２に配置される、コンタクト６１６、相互接続６１８、及びビア６２０を含み得る。相互接続６１８のいくつかが、相互接続領域６０６の頂部表面６２６に位置する頂部相互接続レベル６２４に配置される。相互接続領域６０６の頂部表面６２６は、基板６０２と相互接続領域６０６との間の境界６１０とは反対側に位置する。ボンドパッド構造６２８が、相互接続領域６０６の頂部表面６２６の上に配置され、頂部相互接続レベル６２４における相互接続６１８に電気的に結合される。保護オーバーコート６３０が、相互接続領域６０６の頂部表面６２６の上に配置される。
【0048】
この例では、集積回路６００は、ボンドパッド構造６２８のいくつかの上にワイヤボンド６８６を用いてアセンブルされる。集積回路６００は、封入材料６８８内に封止によってパッケージングされる。エポキシ樹脂のような封止材料６８８は、保護オーバーコート６３０及びボンドパッド構造６２８の上に配置される。
【0049】
この例の集積回路６００は、基板６０２の内側から相互接続領域６０６を通り、有機ポリマー封入材料６８８を通して延在する、組合せ熱配路構造６９０を含む。組合せ熱配路構造６９０は、本明細書の実施例のいずれかに従って、頂部相互接続レベル６２４の上に配置される熱配路構造６３２を含む。組合せ熱配路構造６９０は、構成要素６０８によって生成された熱を、集積回路６００を含むパッケージの外に配置されるヒートシンクなどの熱除去装置に導通させ得、これは、構成要素６０８の動作温度を有利に低下させ得る。
【0050】
組合せ熱配路構造６９０は、基板６０２に配置され、基板６０２と相互接続領域６０６との間の境界６１０まで延在する、ディープトレンチ熱配路構造６９２を含み得る。ディープトレンチ熱配路構造６９２は、構成要素６０８の一部を囲み得、図６の平面の外の場所で互いに接続され得る。ディープトレンチ熱配路構造６９２は、米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，３９７に記載されているような構造を有し得、形成され得る。
【0051】
組合せ熱配路構造６９０は、相互接続領域６０６に配置される高熱伝導度ビア６９４を含み得る。高熱伝導度ビア６９４は、構成要素６０８の一部を囲み得、図６の平面の外の位置において互いに接続され得る。高熱伝導度ビア６９４は、米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，３９９に記載されているような構造を有し得、記載されるように形成され得る。
【0052】
組合せ熱配路構造６９０は、相互接続領域６０６に配置される高熱伝導度横方向構造６９６を含み得る。高熱伝導度横方向構造６９６は、構成要素６０８の一部を囲み得、図６の平面の外の位置において互いに接続され得る。高熱伝導度横方向構造６９６は、米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，３９４に記載されているような構造を有し得、記載されるように形成され得る。
【0053】
組合せ熱配路構造６９０は、集積回路６００までの、封止材料６８８を介して配置される高熱伝導度スルーパッケージ導管６９８を含み得る。高熱伝導度スルーパッケージ導管６９８は、米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，４０３に記載されているような構造を有し得、記載されるように形成され得る。
【0054】
集積回路６００は、構成要素６０８に電気的に結合されるグラファイトビア６９９を更に含み得る。グラファイトビア６９９は、構成要素６０８によって生成された熱を、基板から離れて、場合によっては組合せ熱配路構造６９０に導通させ得、これは構成要素６０８の動作温度を有利に低下させ得る。グラファイトビア６９９は、米国特許出願番号ＵＳ１５／３６１，４０１に記載されているような構造を有し得、記載されるように形成され得る。
【0055】
特許請求の範囲内で、説明した実施形態において改変が可能であり、他の実施形態も可能である。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6】
【国際調査報告】

［広告欄］

ログインすれば広告は減ります

ログインすれば広告は減ります

Copyright © Science Impact Inc. All Rights Reserved.