CN104201159A - 提高键合晶圆散热效果的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高键合晶圆散热效果的方法，应用于半导体混合键合技术或集成电路的三维堆叠技术中，通过在键合晶圆的一面或者正反两面设置导热线，该导热线的一端连接键合晶圆的电路区或位于电路区附近，另一端延伸至所述键合晶圆的外部，在键合器件工作时，通过导热线来将器件内部的热量导出，从而实现良好的散热效果，延长了器件寿命；同时避免了由于键合晶圆器件长时间在高温条件下工作而造成损坏，从而保证器件性能及稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路的键合制程，具体涉及一种提高键合晶圆散热效果的方法。
背景技术
随着集成度不断提高，单片芯片上的器件单元数量急剧增加，芯片面积增大，单元间连线的增长既影响电路工作速度又占用很多面积，严重影响集成电路进一步提高集成度和工作速度。于是产生三维集成的新技术思路。三维集成的优点是：
①提高封装密度。多层器件重叠结构可成倍提高芯片集成度。
②提高电路工作速度。重叠结构使单元连线缩短，并使并行信号处理成为可能，从而实现电路的高速操作。
③可实现新型多功能器件及电路系统。如把光电器件等功能器件和集成电路集成在一起，形成新功能系统。
在超大规模集成电路发展日益接近物理极限的情况下，于物理尺寸和成本方面都具有优势的三维集成电路是延长摩尔定律并解决先进封装问题的有效途径。而晶圆键合技术正是三维电路集成的关键技术之一，尤其是混合键合技术可以在两片晶圆键合的同时实现数千个芯片的内部互联，可以极大改善芯片性能并节约成本。晶圆键合技术是通过键合的方式将制作由不同器件的两片晶圆或两片以上的晶圆键合到一起，以使得晶圆表面离子互相反应，产生共价键合，让两片晶圆能够不使用粘接媒介物，依靠原子键结合在一起，这种特性能够满足微电子材料、光电材料及纳米级微机电元件等的制作要求，可结合不同晶格、不同种类的单晶或多晶材料，利用结合之材料具有不同的物理性质(如热传导、机械强度)、化学性质(如活性能)、电子性能(如电子能阶)等，来制造具有特殊物理或化学特性的发光器件、光电器件，或针对发展低电压低耗能可移动通讯设备，或以使用与航天工具为重点的低耗能、耐高温的电子器件和光电器件。
但是这样做的话器件结构会显得更加紧凑，随之而来也就面临一个问题：由于三维集成电路为多层堆叠电路结构，整体热功耗也随之提升，但是表面积体积比却随之下降，因此传统的平面散热技术不再能满足立体集成电路的散热要求，而如果器件长期在高温条件下工作的话甚至可能会导致器件被烧坏，因此在键合晶圆中考虑散热也是一个很必要的问题。
中国专利(公开号：CN 202394961U)公开了一种具有散热柱的半导体晶圆，其中：所述半导体晶圆包含：数个芯片；一绝缘连接区，连接及支撑所述数个芯片，其中所述数个芯片是呈数组状的等距排列在所述绝缘连接区中；一重布线层，形成在所述数个芯片及绝缘连接区的一第一表面上；一金属层，形成在所述数个芯片及绝缘连接区的一第二表面上；以及数个散热柱，对应每一芯片的位置形成在所述金属层上。
该专利是通过设置散热柱来提高散热效果，但是并不适用于晶圆的键合制程中，由于晶圆在键合后，两片晶圆贴合在一起，两者接触面的地方散热能力有限。如果采用对比文件的方法制备难度极大，生产成本较高，因此具有一定局限性。
发明内容
根据三维集成电路中散热难的问题，本发明提供了一种提高键合晶圆散热效果的方法，具体的为：
一种提高键合晶圆散热效果的方法，其中，所述方法包括：
提供至少两片待键合晶圆；
于所述待键合晶圆的表面设置若干导热线；
继续进行键合工艺后，形成键合晶圆器件；
其中，所述导热线的一端部位于所述待键合晶圆产生热量的区域中，另一端部延伸至所述键合晶圆的外部，以通过所述导热线将所述键合晶圆器件产生的热量导出。
上述的提高键合晶圆散热效果的方法，其中，所述产生热量的区域设置有工作时产生热量的器件结构，所述导热线临近所述器件结构设置或与所述器件结构接触设置。
上述的提高键合晶圆散热效果的方法，其中，所述产生热量的区域包括电路区。
上述的提高键合晶圆散热效果的方法，其中，所述导热线环绕所述待键合晶圆内部的电路区。
上述的提高键合晶圆散热效果的方法，其中，与所述导热线接触的所述器件结构通过该导热线接地，且所述导热线不影响所述器件结构的正常运行。
上述的提高键合晶圆散热效果的方法，其中，所述导热线延伸至所述待键合晶圆的外部的一端连接至散热器。
上述的提高键合晶圆散热效果的方法，其中，所述导热线的材质为金属；
其中，所述导热线的材质为铝、铜、银、钨、锡，金、钽中的一种或包含以上一种或多种的金属合金材料。。
上述的提高键合晶圆散热效果的方法，其中，所述导热线的其中一端为分叉状的金属线。
上述的提高键合晶圆散热效果的方法，其中，所述方法应用于半导体混合键和技术或集成电路的三维堆叠技术中。
上述的提高键合晶圆散热效果的方法，其中，各所述待键合晶圆上设置有若干键合点，用于在键合制程中各所述待键合晶圆的定位。
本发明通过在需要键合的晶圆表面加入导热线，利用增设的导热线在不影响键合质量的前提下实现更好的散热效果，延长器件寿命；同时在键合晶圆增设的导热线还可以作为公共接地线使用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明提供的两片键合晶圆示意图；
图2为完成键合制程的示意图；
图3a-图3e为本发明导热线布局的多种实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
本发明提供了一种提高键合晶圆散热效果的方法，应用于半导体混合键和技术或集成电路的三维堆叠技术中，具体的为：
首先提供至少两片待键合的晶圆W1和W2，每片晶圆内都形成有集成电路区(或称器件区)，且每片晶圆上都设置有键合点3，以用于在进行对晶圆的键合制程中的定位，从而使得两片晶圆按照正确的方位结合在一起。
其中，其中一片待键合晶圆W1或W2或者每片待键合晶圆W1和W2的表面上设置有导热线2，该导热线2的材质为金属，优选的，导热线2的材质为铝、铜、银、钨、锡，金、钽中的一种或包含以上一种或多种的金属合金材料。导热线2的一端部位于待键合晶圆W1和/或W2产生热量的区域中，另一端部延伸至键合晶圆W1和/或W2的外部，以通过导热线将所述键合晶圆器件产生的热量导出。其中，产生热量的区域设置有工作时产生热量的器件结构，且导热线2临近器件结构设置或与器件结构接触设置，产生热量的区域包括有晶圆内部的电路区(或称器件区)。优选的，且导热线2的一端可为分叉状布局；进一步优选的，导热线2环绕待键合晶圆W1和/或W2内部的电路区。
在完成晶圆的键合制程后，两片晶圆W1和W2共同构成了三维的键合晶圆器件，这极大提高了芯片的集成度，但是对键合后的器件的散热能力也造成一定的挑战。而本发明利用在键合晶圆表面设置导热线，一端连接晶圆内部的器件，另一端则作为散热器或连接散热器，在键合晶圆器件工作时，其内部的电路区或器件区会产生热量，如果没有及时将热量进行排出的话可能会影响器件性能，甚至导致器件被烧毁；而在本发明中，利用导热线2来将进行散热，进而避免器件由于在高温条件下工作从而影响器件性能甚至被烧毁，延长了器件的寿命。
同时在本发明中，导热线2有多种分布方式，进而可带来更好的散热效果，下面提供几个实施例来进行进一步阐述，需要说明的是，导热线2的一端连接在键合晶圆的电路区或者位于电路区附近，而另一端则位于键合晶圆外部，位于合晶圆外部的导热线可直接作为散热端进行散热；同时，为了实现更好的散热效果，导热线位于键合晶圆外部的端部还可连接一散热器，利用散热器来更好的将器件内部热量进行排出。具体两端连接的方式不予赘述，着重描述的是导热线2的布局。
在一个实施例中，导热线2呈直线分布且其中一端直接连接在晶圆表面或者内部的电路区100上，如图3a所示。在一个实施例中，导热线2呈曲线分布，由于采用弯曲的导热线2，可在有效空间内增加导热线2的长度，进而带来更好的导热及散热效果，如图3b所示。在一个实施例中，导热线2的可环绕电路区100，在增加导热线长度的同时，还可增加导热线2的覆盖面积，实现更大范围的散热，同时散热也更加均匀，如图3c所示；同时该实施例还可进一步延伸为导热线2呈螺旋状环绕电路区100，可进一步延长导热线2的长度，同时还可扩大导热线2的散热面积，进而带来更好的散热效果，如图3d所示。在一个实施例中，该导热线2位于键合晶圆内部的一端可为分叉状结构，例如图3e所示，多个电路区100可共用一条导热线2，从而实现多个电路区100共用一个散热端，在保证散热效果的同时，通过对散热端的共用进而减小生产成本。
综上所述，由于本发明采用了以上技术方案，通过在键合晶圆上设置导热线，该导热线的一端连接晶圆的电路器件区或位于电路区附近，而另一端作为散热器或连接散热器，借助该导热线可很好的将键合晶圆器件在工作时产生的热量进行排出，有利于延长键合晶圆器件的寿命；同时避免了由于键合晶圆器件长时间在高温条件下工作而造成损坏，从而保证器件性能及稳定性。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种提高键合晶圆散热效果的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供至少两片待键合晶圆；
于所述待键合晶圆的表面设置若干导热线；
继续进行键合工艺后，形成键合晶圆器件；
其中，所述导热线的一端部位于所述待键合晶圆产生热量的区域中，另一端部延伸至所述键合晶圆的外部，以通过所述导热线将所述键合晶圆器件产生的热量导出。
2.如权利要求1所述的提高键合晶圆散热效果的方法，其特征在于，所述产生热量的区域设置有工作时产生热量的器件结构，所述导热线临近所述器件结构设置或与所述器件结构接触设置。
3.如权利要求2所述的提高键合晶圆散热效果的方法，其特征在于，所述产生热量的区域包括电路区。
4.如权利要求2所述的提高键合晶圆散热效果的方法，其特征在于，所述导热线环绕所述待键合晶圆内部的电路区。
5.如权利要求2所述的提高键合晶圆散热效果的方法，其特征在于，与所述导热线接触的所述器件结构通过该导热线接地，且所述导热线不影响所述器件结构的正常运行。
6.如权利要求1所述的提高键合晶圆散热效果的方法，其特征在于，所述导热线延伸至所述待键合晶圆的外部的一端连接至散热器。
7.如权利要求1所述的提高键合晶圆散热效果的方法，其特征在于，所述导热线的材质为金属；
其中，所述导热线的材质为铝、铜、银、钨、锡，金、钽中的一种或包含以上一种或多种的金属合金材料。
8.如权利要求1或6所述的提高键合晶圆散热效果的方法，其特征在于，所述导热线的其中一端为分叉状的金属线。
9.如权利要求1所述的提高键合晶圆散热效果的方法，其特征在于，所述方法应用于半导体混合键和技术或集成电路的三维堆叠技术中。
10.如权利要求1所述的提高键合晶圆散热效果的方法，其特征在于，各所述待键合晶圆上设置有若干键合点，用于在键合制程中各所述待键合晶圆的定位。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141210 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |