集成電路電阻器的熱金屬接地的制作方法
【專利摘要】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)來形成。金屬區域(例如，第一金屬層中的金屬區域)位于電阻器之上以形成熱沉。連接到該金屬區域的熱樁區域也位于該電阻器之上。該金屬區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。
【專利說明】集成電路電阻器的熱金屬接地[0001 ] 背景
[0002]題堡
[0003]本發明涉及集成電路，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。這導致電阻器區域內的發熱。該結果增加的溫度可能損害該區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可能遭受到增加的電迀移問題。此外，集成電路制造工藝已經縮放到越來越小的特征尺寸。 這導致了局部區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。一些先前的設計通過使得電阻器在物理上更大(增加電阻器的寬度和長度二者，從而使電阻不改變)來減少溫度增加。一些先前的設計并未將電阻器附近的區域用于路由金屬互連。這兩個辦法都是不合需的，因為它們導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)來形成。金屬區域(例如，第一金屬層中的金屬區域)位于電阻器上方以形成熱沉(heat sink)。連接到該金屬區域的熱粧區域也位于電阻器上方。該金屬區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域；以及電連接到金屬區域并且布置在金屬區域和電阻器之間的一個或多個熱粧，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或多個熱粧來將熱量從電阻器傳導到熱金屬接地;以及將熱量從熱金屬接地傳導到該集成電路的基板。
[0011]在一個方面，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域；以及用于將熱量從該電阻器傳導到該金屬區域的裝置。
[0012]本發明的其它特征和優點將從通過示例解說本發明的諸方面的以下描述來變得明了。
[0013] 附圖簡述
[0014]本發明的細節(就其結構和操作而言)可通過研究所附的附圖來部分收集，其中類似的附圖標記被用來指代類似的部分，并且其中:
[0015]圖1解說了根據當前公開的實施例的具有金屬熱接地的電阻器；
[0016]圖2解說了圖1的電阻器和熱金屬接地的熱轉移路徑；
[0017]圖3解說了沒有熱金屬接地的電阻器的熱轉移路徑；以及
[0018]圖4是用于從集成電路電阻器耗散熱量的過程的流程圖。
[0019] 詳細描述
[0020]以下結合附圖闡述的詳細描述旨在作為各種配置的描述，而無意表示可實踐本文中所描述的概念的僅有的配置。本詳細描述包括具體細節以便提供對各種概念的透徹理解。然而，對于本領域技術人員將顯而易見的是，沒有這些具體細節也可實踐這些概念。在一些實例中，以簡化形式示出公知的結構和組件從而避免湮沒此類概念。
[0021]圖1解說了具有金屬熱接地的電阻器的示例布局。圖1A是俯視圖。這是通常用于設計集成電路的布局的視圖。圖1B是沿直線B-B的橫截面圖。圖1C是沿直線C-C的橫截面圖。相同的區域和層在附圖中用相同的標記來指示。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，但是區域一般被解說為長方形。該示例針對CMOS技術來描述，但是可以與其他技術聯用。例如，當將不同的制造工藝用于集成電路時，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。這些電阻器例如經由位于電阻器的相對端處的金屬和觸點(125a、125b)來連接到其他電路系統。電阻器(ll〇a、110b)被電介質130a圍繞。除了作為電絕緣體之外，電介質130a是不良熱導體。[〇〇23] 熱金屬區域120位于電阻器上方。熱金屬區域120為電阻器(110a、110b)提供熱沉。 熱金屬區域120的局部發熱不會造成可靠性問題，因為熱金屬區域120不攜帶電流并且由此不易受電迀移的影響。熱金屬區域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為“Ml”，并且還被用來在集成電路的組件之間路由信號互連。信號互連也可以使用其他金屬層;例如，集成電路的一個區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域，在該第二區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域中的晶體管。熱金屬區域120可以例如由銅和其他金屬形成。
[0024]在圖1的實施例中，熱金屬區域120連接到集成電路的基板140。熱金屬區域120在基板140中的隔離區域(145a、145b)之間的位置處連接到基板140。當基板是p型時，這些連接可以例如去往P擴散區這些連接通過位于介電層(130a、130b、130c)中的觸點開口中的觸點(150a、152a、150b、152b、150c、152c)。這些觸點由電導體(諸如鎢，其同樣也是良性熱導體)形成。在圖1的實施例中，熱金屬區域120經由觸點和p擴散區電阻性地連接到基板140。 熱金屬區域120可以替換地例如使用p型基板中的形成二極管觸點的n擴散區來連接到基板而不使用電阻性觸點熱金屬區域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性的電絕緣體)來熱連接到基板，而在熱金屬區域120和基板140之間沒有電連接。觸點和介電層的特定安排可以就不同工藝節點而言是不同的。熱金屬區域120和基板 140之間的連接可以與例如在第一金屬層區域和集成電路上的其他地方的源極-漏極區域之間使用的連接的類型是相同的。熱金屬區域120被介電層(未在圖1中示出)圍繞。
[0025]除了是電導體之外，熱金屬區域120是良性熱導體。由此，熱金屬區域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。將熱金屬區域120連接到基板140 能夠進一步降低熱阻以供從電阻器(110a、110b)耗散熱量，因為基板140可以具有用于例如經由去往集成電路封裝中的金屬的連接來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口可以通過類似于用于形成第一金屬層與集成電路的基板中的源極/漏極區域之間的觸點和觸點開口的方法來形成。這些熱粧(122a、122b)的開口可以例如通過在不同電介質材料之間進行選擇性蝕刻或者通過定時蝕刻來形成。熱粧(122a、122b)連接到熱金屬區域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130a的諸部分將熱粧 (122a、122b)與電阻器(110a、110b)分開。[〇〇27]熱粧(122a、122b)是良性熱導體。特別地，熱粧(122a、122b)是比介電層更好的熱導體。由此，從電阻器(1 l〇a、11 Ob)耗散熱量的熱阻通過熱粧(122a、122b)與電阻器(110a、 ll〇b)鄰近來降低。[〇〇28]圖2解說了圖1的電阻器和熱金屬接地的熱轉移路徑200。圖3解說了沒有熱金屬接地的電阻器210的熱轉移路徑。熱金屬區域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，這可以通過比較圖2中解說的熱轉移路徑200和圖3 中解說的熱轉移路徑220來理解。不具有熱金屬接地的熱轉移路徑220—般通過介電層(例如，電介質230和在電阻器上方的其他介電層，或者電介質230和在電阻器下方的其他介電層)。具有熱金屬接地的熱轉移路徑200—般通過金屬和硅層(例如，熱粧(122a、122b)、熱金屬區域120、觸點(150a、152a、150b、152b)和基板140)。金屬層和硅基板是良性熱導體，并且介電層是不良熱導體，由此通過金屬和基板的熱路徑的電阻性比通過電介質的路徑的電阻性低。
[0029]圖4是解說根據當前公開的實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的過程可以用各種集成電路來執行;然而，為了提供特定示例，該方法將會參照圖1來描述。
[0030]在步驟410,使用一個或多個熱粧來將熱量從電阻器傳導到熱金屬接地。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傳導到熱金屬接地120。
[0031]在步驟410,將熱量從熱金屬接地傳導到集成電路的基板。例如，可以使用觸點 150b、152來將熱量從熱金屬區域120傳導到基板140。
[0032]圖4的過程可以例如通過添加、省略、重排序或更改步驟來修改。另外，諸步驟可并發地被執行。
[0033]雖然本發明的實施例在以上是針對特定實施例來描述的，但是本發明的許多變型是可能的，包括例如具有不同數目的電阻器、熱粧和熱金屬區域的變型。各種元件的形狀和位置也可以改變。在所解說的實施例中，熱金屬區域和電阻器僅僅是部分重疊的，因為熱金屬區域形成在第一金屬層中，該第一金屬層還被用來連接電阻器。其他實施例可以使用不同的層，并且熱金屬區域和電阻器之間是完全重疊的。
[0034]如上所述的方向性術語“上”、“下”、“左”和“右”被用來描述一些特征。該術語被用于提供清楚且簡明的描述。這些術語是相對的，并且不應當推斷特定的絕對方向。另外，各實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]提供前面對所公開的實施例的描述是為了使本領域任何技術人員皆能制作或使用本發明。對這些實施例的各種修改對本領域技術人員來說將是顯而易見的，且本文所描述的一般原理可被應用于其它實施例而不背離本發明的精神或范圍。因此，將理解本文給出的描述和附圖表示本發明的當前優選實施例并且代表本發明所廣泛地構想的主題。將進一步理解本發明的范圍完全涵蓋可對本領域技術人員顯而易見的其他實施例，并且本發明的范圍相應地除了所附權利要求之外不受任何限制。
【主權項】
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域；以及 一個或多個熱粧，其電連接到所述金屬區域并且布置在所述金屬區域和所述電阻器之 間，所述熱粧與所述電阻器電隔離。2.如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述金屬區域電連接到所述集成電路的 所述基板。3.如權利要求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.如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述金屬區域形成在所述集成電路的第一金屬層中。5.如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述金屬區域布置在所述電阻器上方。6.如權利要求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或多個熱粧來將熱量從所述電阻器傳導 到所述熱金屬接地；以及將熱量從所述熱金屬接地傳導到所述集成電路的基板。8.如權利要求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.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述電阻器被電介質圍繞。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域；以及 用于將熱量從所述電阻器傳導到所述金屬區域的裝置。15.如權利要求14所述的集成電路，其特征在于，所述用于傳導熱量的裝置包括一個或 多個熱粧，所述一個或多個熱粧電連接到所述金屬區域并且布置在所述金屬區域和所述電 阻器之間，所述熱粧與所述電阻器電隔離。16.如權利要求14所述的集成電路，其特征在于，所述金屬區域電連接到所述集成電路 的所述基板。17.如權利要求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.如權利要求14所述的集成電路，其特征在于，所述金屬區域形成在所述集成電路的第一金屬層中。19.如權利要求14所述的集成電路，其特征在于，所述金屬區域布置在所述電阻器上方。20.如權利要求14所述的集成電路，其特征在于，所述電阻器被電介質圍繞。
【文檔編號】H01L23/64GK105993071SQ201580008191
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月9日
【發明人】A·米特爾, A·L·S·洛克, M·塞迪, P·德雷南
【申請人】高通股份有限公司