CN101091246A - 具有内置热电冷却器的微电子组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

用于制造包含内置TEC的微电子组件的方法，一种包含内置TEC的微电子组件，以及一种包含微电子组件的系统。该方法包括提供微电子装置，以及将TEC直接制造到微电子装置上使得在TEC和微电子装置之间不存在安装材料。

Description

具有内置热电冷却器的微电子组件及其制造方法
技术领域
本发明的实施例涉及用于微电子装置的热电冷却器。
背景技术
在本领域中公认需要在操作期间冷却诸如集成电路管芯的微电子装置。通常，由于不均匀的管芯功率分布(power map)需要对这种装置进行局部冷却(spot cooling)，以便确保其可靠地操作，并且防止由于持续升高的温度而导致的装置失效。
根据现有技术已经以各种方式对微电子装置实施冷却。当前针对冷却微电子装置的大规模生产的解决方案的例子包括基于液体循环或制冷的冷却设计。然而，已证明后一种解决方案是昂贵的。作为替换方案，已经可获得独立的热电冷却器(以下称为“TEC”)，以便提供较便宜且有效冷却的选择方案。众所周知，TEC的功能基于帕尔帖效应，电流根据其通过包括两种不相似材料的结导致冷却效果。当电流反向时，观测到加热效果。
当前的TEC通常根据三种不同的方式进行制造。根据第一种方式，提供TE材料的单晶锭，例如基于Bi或Te的合金(例如，Bi2Te3或BiSb)、或者例如PbTe或SiGe。然后，将该锭切成晶片，随后将所述晶片切成尺寸精确的块。然后，根据需要对所述块中的一些适当的块进行P掺杂(例如，用锑)和N掺杂(例如，用硒)，以产生热电元件。此后，用Ni电镀成对的P掺杂和N掺杂热电元件，将其与未掺杂的热电元件适当地焊接，并且将其夹在金属化基板之间，以形成热电偶(couple)。该热电偶包括一对热电元件，其由以电串联和热并联的方式连接的一个N型热电元件和一个P型热电元件构成。基板可以由氧化铝陶瓷制成，尽管也可以使用氧化铍陶瓷以及其它材料。许多个热电偶例如通过焊接结合在一起，以便形成TEC。例如，可以形成单级模块，其包括单层热电偶。此后，将TEC安装到微电子装置以冷却该装置。安装可以通过与热界面垫(thermal interfacepad)的压紧或者热油脂、焊料或环氧树脂来实现。所得到的组件是借助于设置在其间的安装材料如热油脂、环氧树脂或焊料安装到微电子装置的TEC。
根据第二种方式，不是如上所述地从锭开始制造，而是通过溅射制造热电元件。尤其，使用通常由TE材料制成的三个溅射靶来溅射P型、N型和未掺杂的热电元件。然后，将由此形成的热电元件以电串联和热并联的方式结合在一起，以便形成TEC。随后可以如上所述地将TEC安装到微电子装置。
根据第三种方式，热电元件可以具有超晶格结构。超晶格结构通常是一种由两种不同的半导体材料的交替层构成的结构，每一层都有几纳米厚。例如，P型或N型热电元件可以由P型或N型半导体材料的交替层制成。每一层的厚度通常都在大约10nm的数量级上。超晶格P型热电元件包括P型铋硫属化物材料的交替层，例如Bi2Te3/Sb2Te3的交替层与Bi0.5Sb1.5Te3层。超晶格N型热电元件包括P型铋硫属化物材料的交替层，例如Bi2Te3的交替层与Bi2Se3的交替层。相应的超晶格结构也可以由钴锑方古矿(cobalt antimony skutteridite)材料构成。如上所述的超晶格热电元件的每一层通过焊接结合到相邻层，通常会取得大约5微米厚的结构。然后，将由此形成的热电元件如上所述地结合在一起以形成TEC，然后如上所述地将其安装到微电子装置。
不利地，由于很多原因，现有技术的TEC在其的应用上受到限制。当前可获得的TEC不一定满足专门对于特定微电子装置的散热要求。此外，由于这种TEC的厚度而使其在热通量能力(heat fluxcapability)上受到限制，其厚度通常在毫米范围内。而且，将当前可获得的TEC安装到微电子装置的背面所必须的安装材料不利地增加了整个封装的接触热阻，由此损害了散热效果。
附图说明
本发明的实施例通过实例示出，且不限于附图中的各个示图，在附图中相似的参考标记表示相似的元件，且其中：
图1示出根据实施例的包括具有内置TEC的微电子装置的微电子组件；
图2-10d示出图1的组件制造中的各个步骤；
图11是示出由根据本发明实施例的微电子组件中的内置TEC提供的温度下降、以及由根据现有技术的微电子组件中的TEC提供的温度下降的曲线图；
图12是包括图1的微电子组件的系统的示意图。
具体实施方式
在本文中公开了包括内置热电冷却器的微电子组件的制造方法、包括内置热电冷却器的微电子组件、以及包括该微电子组件的系统。
将使用本领域技术人员通常使用的用来将其工作的主旨传达给本领域其他技术人员的术语来描述示例性实施例的各个方面。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以仅用所描述方面中的一些来实施本发明。为了说明的目的，列举出具体数字、材料和结构，以便对示例性实施例有全面的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以实施本发明而无需具体细节。在其他情况下，省略或简化了公知的特征，从而不会使示例性实施例难以理解。
以最有助于理解本发明的方式，依次将各个操作描述为多个分立的操作，然而，描述的顺序不应该被解释为意味着这些操作必须依赖于顺序。尤其，这些操作不必以所介绍的顺序进行。
重复使用短语“在一个实施例中”。该短语一般不是指相同的实施例，然而，其也可以是指相同的实施例。术语“包括”、“具有”和“包含”是同义词，除非上下文另外指出。
首先参考图1，示出包含根据本发明实施例形成的微电子组件100的装置102。装置102还包含电路137和反馈控制环140，如以下进一步的描述。组件100包含微电子装置，例如管芯110。任选地，如图1所示，管芯110可以包含设置在其背面114(即，在包含内置TEC的一侧)上的初始氧化物层112，从而一方面防止在互连金属化导电元件124、128和132之间的相互扩散，另一方面防止互连金属化导电元件与管芯110的硅衬底115之间的相互扩散，并且进一步提供电绝缘层。有必要提供电绝缘层，因为互连金属化导电元件(122、124、126、128、130、132和134)否则可能会短路。氧化物层112可以包括氧化硅层，并且根据任何一种公知的方法，将其生长到管芯110的背面114。优选地，在垂直扩散炉中将氧化物层112热生长到管芯110的背面114。组件100还包括根据本发明实施例的构建到微电子装置上的TEC 120。如图1所示，在TEC 120和管芯110之间没有安装材料。在本发明的上下文中“安装材料”是表示使得一个微电子部件与另一个产生物理附着的材料，安装材料的例子包括但不限于焊料、热油脂和环氧树脂。在所示实施例中的TEC 120包括所示的成对的N型电极116和P型电极118，电极由TE材料制成，例如基于Bi或Te的合金(例如，Bi2Te3或BiSb)，或者例如PbTe或SiGe，应该理解的是，其它类型的TE材料可以在本发明实施例的范围内。电极的TE材料用常规的适当掺杂剂掺杂，例如磷、砷、锑、铋、硒和碲用作N型掺杂剂，而硼、铝、镓和铟用作P型掺杂剂。P型和N型电极通过图形化的氧化层119分离，其利用公知方法中的任何一种来提供，如本领域技术人员所认识到的那样。氧化物层119的功能是将N型和P型电极相互电隔离。N型和P型电极通过所示的互连金属化导电元件122、124、126、128、130、132和134电耦合在一起。导电元件124-134由任何适合的导电材料制成，例如铝铜合金(含有约0.5％的铜)或铜，含有约0.5％铜的铝铜合金是优选的。根据本发明实施例的TEC 120的厚度范围在约50和约120微米之间，电极的厚度范围在约20微米和约50微米之间，并且导电元件的厚度范围在约10微米和约100微米之间。
通过TEC 120对管芯110的冷却是帕尔帖效应的作用。特别地，再次参考图1，将DC电源136连接到TEC，由此形成电路137，以在所示的导电元件122和134处为其供电。电路137中的电子在电路137中在箭头所示的方向上流过TEC 120，并且这样做，在管芯操作期间从管芯110吸走热量。TEC在热端排除的能量等于管芯冷端背面吸收的能量加上在TEC处消耗的能量。TEC 120可以耦合到常规热沉138，例如集成的散热器(IHS)、或液体冷却冷板，以便消散自管芯110抽取的热量。以与通过电路的电流以及由N型和P型电极构成的热电偶的数量成比例的速率，将在冷结处、即在管芯110和TEC120之间的界面处吸收的热量抽向热结，或TEC 120和热沉138之间的界面。如图1所示，所示的N和P热电偶结合成TEC模块，其中将它们以电串联和热并联的方式连接。施加到TEC 120的典型电压在从约3V到约5V的范围内，并且会高达12V。由TEC提供的局部冷却允许管芯的总功率增加而从管芯正面在其上的任一点处不超出其的最高温度规定，例如100摄氏度。任选地，根据本发明的实施例，如图1示意性所示的反馈控制环140可以耦合到由所示的电源136供电的电路。反馈控制环140可以包含示意性所示的温度传感器TS，其已经耦合到管芯110，以便检测管芯的温度。然后TS将信号传送到反馈控制系统FCS，其例如通过调节提供到TEC的电源136的电压，来调节通过TEC 120的电流。由此，反馈控制环140允许根据管芯110的温度控制由TEC 120提供的冷却的程度。FCS可以包含常规微处理器中的任何一种，用于接收来自TS的温度信号，以按照每一种常规方法调节通过TEC 120的电流。
注意，虽然图1以及随后的附图涉及作为管芯的元件110，但是本发明的实施例不限于包括管芯的微电子组件，而包括倾向于需要通过TEC实现冷却的任何微电子装置的微电子组件也包含在本发明的实施例的范围内。此外，尽管图1示出了包括多个热电偶(即，多个电连接的N型和P型电极对)的TEC模块，但是本发明的实施例在其范围内包含包括单个热电偶的TEC模块。
有利地，本发明的实施例，例如组件100，明显地降低了将被冷却的微电子装置和TEC之间的接触热阻，由此允许在热点处有比较大的温度降低，且进一步降低了TEC实现所希望的温度管理效果所需的输入功率。由此，与根据现有技术水平的TEC技术相比，其中通过诸如焊料、热油脂或环氧树脂的安装材料将TEC安装到将被冷却的微电子装置，本发明的实施例提供一种微电子组件，其中与通过安装材料附着到将被冷却的微电子装置的情况相反TEC内置为组件的一部分，以这种方式，基本消除了在将被冷却的装置和TEC之间的任何接触热阻。
接下来，参考图2-9c，其示出制造微电子组件如图1中的组件100的方法的各个步骤。以下将更详细地解释各个步骤。
如在图2中所看到的那样，制造包含内置TEC的微电子组件的第一步骤包含提供诸如管芯110的微电子装置，以及提供多个第一导电元件，其适合于电耦合到TEC的相应的N型和P型电极对。根据一些实施例，提供多个导电元件包括首先以第一导电层200在管芯110上的形式提供互连金属化层，并且随后在第一导电层200中提供互连图形，以产生多个第一导电元件。如上所述，管芯110可以在其上包括初始氧化物层112。而第一导电层200可以包括任何的导电材料，例如如上所述的含有约0.5％铜的铝铜合金或单独的铜，且可以通过任何一种公知的用于沉积金属化层的沉积方法如溅射或蒸发来进行沉积。
接下来参考图3a-3d，制造包含内置TEC的微电子组件的方法还包括在第一导电层200中提供互连图形。提供互连图形会导致由导电层200形成不同的导电元件，以便为TEC 120的不同的热电偶供电。图3a-3d示出在第一导电层200中提供互连图形的实例，该实例包括使用光刻、或掩模/显影/蚀刻工序，以便将互连图形蚀刻到层200中。特别地，如在图3a中所看到的那样，在层200中提供互连图形包括在第一导电层200上提供抗蚀剂层210。可以根据任何一种公知的技术，例如通过使用涂布机或显影剂的旋涂工艺(spinningprocess)来提供抗蚀剂层。所分配的抗蚀剂量，其粘性、以及旋涂速度和时间有助于确定最终的抗蚀剂厚度和均匀性，如本领域技术人员所认识到的那样。常规抗蚀剂沉积技术可以用于提供所示的根据本发明实施例的抗蚀剂层210。
接下来参见图3b，根据将要提供在层200上的互连图形去除抗蚀剂层210的预定部分。如图3b所示，根据一个实施例，可以通过如下方式实现去除抗蚀剂层210的预定部分：将抗蚀剂层210暴露给通过所示掩模220的光，该掩模显示出与将被提供在层200上的互连图形对应的图形，并且之后通过使用显影剂溶液溶解所暴露的预定部分。通过例如借助于步进器(stepper)将掩模220和抗蚀剂210暴露给如图3b中的虚线箭头所示的光，例如UV光，来将通过掩模220提供的互连图形转移到抗蚀剂层210上。光的波长和强度以及曝光时间是在适当曝光图形方面的所有要素，如本领域技术人员所认识到的那样。根据本发明的实施例可以使用常规的曝光参数。此后，可以使用显影剂溶液溶解掉抗蚀剂层的暴露部分，如本领域所公知的那样。显影时间、显影剂溶液的温度和浓度是在适当溶解所暴露的抗蚀剂方面的所有要素，如本领域技术人员所认识到的那样。根据本发明的实施例可以使用常规的曝光参数。去除抗蚀剂层210的预定部分产生展现出将要提供在层200上的互连图形的图形化抗蚀剂层210’。
接下来参考图3c，根据将要提供在层200上的互连图形去除层200的预定部分。如图3c所示，根据一个实施例，去除层200的预定部分可以通过蚀刻掉层200不被图形化抗蚀剂层210’所保护的部分来实现。根据本发明的实施例可以使用常规的蚀刻参数。例如，根据一个实施例，等离子体(干法)蚀刻剂，例如Al蚀刻剂，可以用于蚀刻掉层230的不被保护的预定部分。由抗蚀剂保护的区域将变成图形化互连金属化层200’的有源区域，包括图1所示的第一导电元件124、128、和132。如在图3d中所看到的那样，一旦完成蚀刻，灰化剂(也是等离子体蚀刻剂的一种)可以用于烧掉剩余的抗蚀剂，以产生第一图形化金属化层200’。
如在图4中所看到的那样，制造包含内置TEC的微电子组件的方法还包含在图形化金属化层200’上提供TE材料的N型层230。根据一个实施例，提供N型层230可以包含CVD或PVD沉积注入有掺杂剂的TE材料前体，或者在替代方案中，CVD沉积TE材料前体，随后进行沉积之后的原位掺杂。例如，N型掺杂剂可以包括磷、砷、锑、铋、硒和碲。
接下来参考图5a-5d，制造包含内置TEC的微电子组件的方法还包含在N型层230中提供电极图形。提供电极图形会导致由层230形成不同的N型电极。图5a-5d示出在N型层230中提供电极图形的一个实例，该实例包括使用光刻、或掩模/显影/蚀刻工序，以便将电极图形蚀刻到层230中。特别地，如在图5a中所看到的那样，在层230中提供电极图形包括在第一导电层230上提供抗蚀剂层240。常规参数可以用于提供根据本发明实施例的抗蚀剂层。例如，可以以与上面关于图3a所述的方式相同的方式来提供抗蚀剂层。
接下来，如在图5b中所看到的那样，根据将要提供在层230上的N型电极图形去除N型层230的预定部分。如图3b所示，根据一个实施例，可以通过如下方式实现去除抗蚀剂层240的预定部分：将抗蚀剂层240暴露给通过所示掩模250的光，该掩模显示出与将被提供在层230上的电极图形对应的图形，并且之后通过使用显影剂溶液溶解所暴露的预定部分。通过例如借助于步进器(stepper)将掩模250和抗蚀剂210暴露给如图5b中的虚线箭头所示的光，例如UV光，来将通过掩模250提供的电极图形转移到抗蚀剂层240上。根据本发明地实施例可以使用常规的曝光参数。例如，可以以与上面关于图3b所述的方式相同的方式实现曝光。此后，可以使用显影剂溶液溶解掉抗蚀剂层的暴露部分，如本领域所公知的那样。根据本发明的实施例可以使用常规的显影参数。例如，可以以与上面关于图3b所述的方式相同的方式实现显影。去除抗蚀剂层240的预定部分产生展现出将要提供在层230上的电极图形的图形化抗蚀剂层240’。
接下来参考图5c，根据将要提供在层230上的电极图形去除层230的预定部分。如图5c所示，根据一个实施例，去除层230的预定部分可以通过蚀刻掉层230不被图形化抗蚀剂层240’所保护的部分来实现。根据本发明的实施例可以使用常规的蚀刻参数。可以以与上面关于图3c所述的方式相同的方式实现蚀刻。例如，根据一个实施例，等离子体(干法)蚀刻剂，例如Al蚀刻剂，可以用于蚀刻掉层230的不被保护的预定部分。由抗蚀剂保护的区域将变成图1所示的N型电极116。如在图5d中所看到的那样，一旦完成蚀刻，灰化剂(也是等离子体蚀刻剂的一种)可以用于烧掉剩余的抗蚀剂，以产生包含电极116的TE材料的图形化N型层230’。接下来参考图6，制造根据本发明实施例的包括内置TEC的微电子组件的方法包含将氧化物层260提供到层200’和230’上。可以以任何一种的公知方法提供氧化物层260，如本领域技术人员所认识到的那样。氧化物层260填充电极116之间的间隔、以及图形化导电层200’的导电元件之间的间隔，如图所示。
接下来参考图7a-7d，制造包含内置TEC的微电子组件的方法还包含在氧化物层260中提供电极图形。提供电极图形会导致形成散布在层260中的不同P型电极。图7a-7d示出在氧化物层260中提供电极图形的一个实例，该实例包括使用光刻、或掩模/显影/蚀刻工序，以便将电极图形蚀刻到层260中。特别地，如在图7a中所看到的那样，在层260中提供电极图形包括在第一导电层260上提供抗蚀剂层270。可以使用常规参数来提供根据本发明实施例的抗蚀剂层。例如，可以以与上面关于图3a所述的方式相同的方式提供抗蚀剂层。
接下来如在图7b中所看到的那样，根据将要提供在层260中的P型电极图形去除氧化物层260的预定部分。如图7b所示，根据一个实施例，可以通过如下方式实现去除抗蚀剂层270的预定部分：将抗蚀剂层270暴露给通过所示掩模280的光，该掩模显示出与将被提供在层260上的电极图形对应的图形，并且之后通过使用显影剂溶液溶解所暴露的预定部分。通过例如借助于步进器(stepper)将掩模280和抗蚀剂270暴露给如图7b中的虚线箭头所示的光，例如UV光，来将通过掩模280提供的电极图形转移到抗蚀剂层270上。根据本发明地实施例可以使用常规的曝光参数。例如，可以以与上面关于图3b所述的方式相同的方式实现曝光。此后，可以使用显影剂溶液溶解掉抗蚀剂层的暴露部分，如本领域所公知的那样。根据本发明的实施例可以使用常规的显影参数。例如，可以以与上面关于图3b所述的方式相同的方式实现显影。去除抗蚀剂层270的预定部分产生展现出将要提供在层260上的电极图形的图形化抗蚀剂层270’。接下来参考图7c，根据将要提供在层260上的电极图形去除层260的预定部分。如图7c所示，根据一个实施例，去除层260的预定部分可以通过蚀刻掉层260不被图形化抗蚀剂层270’所保护的部分来实现。根据本发明的实施例可以使用常规的蚀刻参数。可以以与上面关于图3c所述的方式相同的方式实现蚀刻。例如，根据一个实施例，等离子体(干法)蚀刻剂，例如Al蚀刻剂，可以用于蚀刻掉层260的不被保护的预定部分。由抗蚀剂保护的区域将对应于图1所示的P型电极118的位置。如在图7d中所看到的那样，一旦完成蚀刻，灰化剂(也是等离子体蚀刻剂的一种)可以用于烧掉剩余的抗蚀剂，以产生其中限定通孔265的TE材料的图形化氧化物层260’。
接下来参考图8a-8b，制造包含内置TEC的微电子组件的方法还包含在图形化ILD层的通孔中提供P型电极。根据一个实施例提供P型电极可以包括在图形化氧化物层260’的通孔265中提供包含TE材料的P型柱290的P型材料300，并且之后蚀刻材料300以产生如图1所示的P型电极118。在当前说明书的上下文中的“柱”是表示用于进一步处理以产生TEC的部件的多个材料块。根据一个实施例，提供包含P型柱290的P型材料300包含CVD或PVD沉积注入有掺杂剂的TE材料前体，或者在替代方案中，CVD沉积TE材料前体，随后进行沉积之后的原位掺杂，该沉积在ILD层上和用于P型电极的孔中产生TE材料前体层。在提供包含P型柱290的P型材料300之后，可以回蚀刻包含柱290的部分的材料300的部分，如在图8b中所看到的那样，以产生P型电极和图形化氧化物层260”，如图所示。
如在图9和10a-10d中所看到的那样，制造包含内置TEC的微电子组件的方法包含提供多个第二导电元件，例如图1所示的导电元件122、126、130和134，其电耦合到相应的N型和P型电极对。根据一些实施例，提供第二导电元件可以包括首先以第二导电层310在电极上的形式提供互连金属化层，并且随后在第二导电层310中提供互连图形，以产生多个第二导电元件。如图9所示，与第一导电层200相似，第二导电层310可以包括任何的导电材料，例如如上所述的含有约0.5％铜的铝铜合金或单独的铜，且可以通过任何一种公知的用于沉积金属化层的沉积方法如溅射或蒸发来进行沉积。接下来参考图10a-10d，在第一导电层310中提供互连图形会导致由导电层310形成不同的导电元件，以便为图1所示的TEC 120的不同热电偶供电。图10a-10d示出在第二导电层310中提供互连图形的实例，该实例包括使用光刻、或掩模/显影/蚀刻工序，以便将互连图形蚀刻到层310中。特别地，如在图10a中所看到的那样，在层310中提供互连图形包括在第二导电层310上提供抗蚀剂层320。常规参数可以用于提供根据本发明实施例的抗蚀剂层。例如，可以以与上面关于图3a所述的方式相同的方式提供抗蚀剂层。
接下来如在图10b中所看到的那样，根据将要提供在层310上的互连图形去除抗蚀剂层320的预定部分。如图10b所示，根据一个实施例，可以通过如下方式实现去除抗蚀剂层320的预定部分：将抗蚀剂层320暴露给通过所示掩模330的光，该掩模显示出与将被提供在层310上的互连图形对应的图形，并且之后通过使用显影剂溶液溶解所暴露的预定部分。通过例如借助于步进器(stepper)将掩模330和抗蚀剂320暴露给如图10b中的虚线箭头所示的光，例如UV光，来将通过掩模330提供的互连图形转移到抗蚀剂层320上。光的波长和强度以及曝光时间是在适当曝光图形方面的所有要素。根据本发明的实施例可以使用常规的曝光参数。例如，可以以与上面关于图3b所述的方式相同的方式实现曝光。此后，可以使用显影剂溶液溶解掉抗蚀剂层的暴露部分，如本领域所公知的那样。显影时间、显影剂溶液的温度和浓度是在适当溶解所暴露的抗蚀剂方面的所有要素。根据本发明的实施例可以使用常规的显影参数。例如，可以以与上面关于图3b所述的方式相同的方式实现显影。去除抗蚀剂层320的预定部分产生展现出将要提供在层310上的互连图形的图形化抗蚀剂层320’。接下来参考图10c，根据将要提供在层310上的互连图形去除层310的预定部分。如图10c所示，根据一个实施例，去除层310的预定部分可以通过蚀刻掉层310不被图形化抗蚀剂层320’所保护的部分来实现。根据本发明的实施例可以使用常规的蚀刻参数。可以以与上面关于图3c所述的方式相同的方式实现蚀刻。例如，根据一个实施例，等离子体(干法)蚀刻剂，例如Al蚀刻剂，可以用于蚀刻掉层310的不被保护的预定部分。由抗蚀剂保护的区域将变成图形化互连金属化层310’的有源区域，包括图1所示的第二导电元件122、126、130和134。如在图10d中所看到的那样，一旦完成蚀刻，灰化剂(也是等离子体蚀刻剂的一种)可以用于烧掉剩余的抗蚀剂，以产生图形化金属化层310’。完成图10d所示的制造步骤导致形成包含内置TEC的微电子组件100，其可以用在图1所示的和上述的装置102中。
本发明的实施例还可以在其范围内包含一种TEC，例如在其每一侧上具有单个互连金属化导电元件的单个热电偶TEC，专门包含P型电极或专门包含N型电极，它们以电并联和热并联的方式连接。根据本发明的实施例，希望提供这种TEC，其中预期冷却比最通常使用的管芯小的管芯，仅举例来说，冷却可能仅在其两点上需要冷却的管芯，和/或其中避免了通常与含有P型和N型电极的TEC相关的压降。
如上所述，在包含将被冷却的微电子装置和安装在其上的TEC的现有技术的组件中，关于TEC性能的效率损失通常是由TEC安装到其上的微电子装置的背面和所附着的TEC之间的热阻所引起的。由于热能从微电子装置进入TEC，因此热阻引起温度下降。在TEC的冷侧(即，直接安装到微电子装置的一侧)上的温度下降强制TEC在低于没有接触热阻的情况下的温度下工作。结果，由TEC给予微电子装置的热点的冷却降低被不利地降低了，同时TEC所需的功率输入增加了。关于这一点参考图11，其是以摄氏度为单位的冷却量或德尔塔T与以瓦特为单位的需要提供给TEC的功率量的关系曲线图。如在图12中所看到的那样，根据本发明实施例的微电子组件中的内置TEC可以提供温度降低，其比由可比的TEC提供的温度降低大至少约1/2摄氏度，该可比的TEC通常被安装到根据现有技术水平的微电子装置。
本发明实施例的其他优点包含提供TEC的制造方法，该方法允许对TEC进行特殊地加工以满足被冷却的微电子装置的尺寸和温度降低的要求，与现有技术的TEC相反，通常根据设定的尺寸和结构标准来对其进行制造，并且随后将其安装到微电子装置，而不必优化尺寸和温度降低要求。根据本发明实施例的制造方法有利地允许微电子装置制造商由此制造TEC作为被加工成满足其特殊需要的内置部件，而不必从TEC制造商分别购买TEC，且随后尝试将所述TEC与其微电子装置集成在一起。
参考图12，示出很多可能系统900中的一种，其中可以使用本发明的实施例，例如包含在系统900的子系统1000中使用的微电子组件100的微电子装置112。例如，子系统1000可以包含微处理器。在替换实施例中，子系统1000可以包含专用IC(ASIC)。也可以根据本发明实施例来封装在芯片组(例如图形、声音和控制芯片组)中发现的集成电路。
对于图12所示的实施例，系统900也可以包含通过总线1100相互耦合的主存储器1002、图形处理器1004、大容量存储装置1006、和/或输入/输出模块1008，如图所示。存储器1002的例子包含但不限于静态随机存储存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)。大容量存储装置1006的例子包含但不限于硬盘驱动器、光盘驱动器(CD)、数字多用盘驱动器(DVD)等。输入/输出模块1008的例子包含但不限于键盘、光标控制装置、显示器、网络接口等。总线1100的例子包含但不限于外围控制接口(PCI)总线、和工业标准结构(ISA)总线等。在各个实施例中，系统90可以是无线移动电话、个人数字助理、袖珍型PC、平板PC、笔记本PC、台式计算机、机顶盒、媒体中心PC、DVD播放器、以及服务器。尽管出于描述优选实施例的目的已经在这里示出并描述了具体实施例，但是本领域技术人员应该理解的是，设想实现相同目的的各种替换和/或等效的实施方案可以替换所示和所述的具体实施例，而不脱离本发明的范围。本领域技术人员容易认识到，本发明可以各种实施例实施。本申请旨在覆盖在此讨论的实施例的任何修改或变化。因此，很显然本发明旨在仅由权利要求及其等价物限定。

Claims (30)

1、一种制造微电子组件的方法，该微电子组件包含内置TEC和耦合到该TEC的微电子装置，该方法包括：
提供所述微电子装置；
将所述TEC直接制造到所述微电子装置上，使得在所述TEC和所述微电子装置之间不存在安装材料。
2、如权利要求1所述的方法，其中所述TEC包括：包含N型电极、P型电极的至少一个热电偶；将所述热电偶的所述N型电极和所述P型电极相互电耦合的多个导电元件；以及所述导电元件中的相应导电元件、所述N型电极中的相应N型电极和所述P型电极中的相应P型电极之间的图形化电绝缘体层。
3、如权利要求2所述的方法，其中制造所述TEC包括：
将多个第一导电元件直接设置在所述微电子装置上；
提供多个N型电极，其各自电耦合到所述第一导电元件中的相应一个；
提供多个P型电极，每一个P型电极电耦合到所述第一导电元件中的相应一个，耦合到所述第一导电元件中的每一个给定的第一导电元件的N型电极和P型电极一起形成N型和P型电极对；
在所述第一导电元件中的相应第一导电元件、所述N型电极中的相应N型电极和所述P型电极中的相应P型电极之间提供图形化电绝缘体层；以及
提供多个第二导电元件，使得每一个所述第二导电元件适合于允许电流串行流过相应的N型和P型电极对。
4、如权利要求3所述的方法，其中提供多个第一导电元件包括：
将第一导电层直接设置在所述微电子装置上；以及
在所述第一导电层中提供互连图形，以产生所述多个第一导电元件。
5、如权利要求4所述的方法，其中提供第一导电层包括使用电镀、溅射和蒸发中的一种沉积所述第一导电层。
6、如权利要求4所述的方法，其中提供所述互连图形包括使用光刻。
7、如权利要求3所述的方法，其中提供多个N型电极包括：
在第一图形化金属化层上提供TE材料的N型层；以及
在所述N型层中提供电极图形以产生所述多个N型电极。
8、如权利要求7所述的方法，其中提供TE材料的N型层包括使用CVD或PVD中的一种来沉积TE材料前体。
9、如权利要求7所述的方法，其中在所述TE材料前体沉积之前其注入有掺杂剂。
10、如权利要求7所述的方法，还包括在其沉积之后注入所述TE材料。
11、如权利要求7所述的方法，其中在所述N型层中提供电极图形包括使用光刻。
12、如权利要求3所述的方法，其中提供图形化电绝缘体层包括：
在所述N型电极上以及在所述第一导电元件上提供电绝缘体层；以及
在所述电绝缘体层中提供电极图形以在其中限定通孔，所述电极图形与将要作为所述TEC的一部分而被提供的P型电极的图形对应。
13、如权利要求12所述的方法，其中提供所述电绝缘体层包括使用CVD沉积Teox前体和旋转沉积可流动氧化物前体中的一种。
14、如权利要求12所述的方法，其中提供所述电极图形包括使用光刻。
15、如权利要求12所述的方法，其中提供所述多个P型电极包括：
在限定于所述电绝缘体层中的通孔中提供多个TE材料的P型柱；以及
回蚀刻所述TE材料的P型柱以产生所述多个P型电极。
16、如权利要求15所述的方法，其中提供多个P型柱包括使用CD或PVD中的一种来沉积TE材料前体。
17、如权利要求16所述的方法，其中在所述TE材料前体沉积之前，其注入有掺杂剂。
18、如权利要求16所述的方法，还包括在其沉积之后注入所述TE材料。
19、如权利要求3所述的方法，其中提供多个第二导电元件包括：
在所述N型电极和P型电极上提供第二导电层；以及
在所述第二导电层中提供互连图形，以产生多个第二导电元件。
20、如权利要求19所述的方法，其中提供第二导电层包括使用电镀、溅射和蒸发中的一种沉积所述第二导电层。
21、如权利要求19所述的方法，其中提供所述互连图形包括使用光刻。
22、如权利要求1所述的方法，其中提供微电子装置包括提供在其适合于耦合到所述TEC的一侧上具有氧化物层的管芯。
23、一种微电子组件，包括：
微电子装置；以及
TEC，其耦合到所述微电子装置使得在所述TEC和所述微电子装置之间不存在安装材料。
24、如权利要求23所述的微电子组件，其中所述TEC包括：包含N型电极、P型电极的至少一个热电偶；将所述热电偶的所述N型电极和所述P型电极相互电耦合的多个导电元件；以及所述导电元件中的相应导电元件、所述N型电极中的相应N型电极和所述P型电极中的相应P型电极之间的图形化电绝缘体层。
25、如权利要求23所述的微电子组件，其中所述微电子装置在其适合于耦合到所述TEC的一侧上包括氧化物层。
26、一种系统，包括：
微电子组件，包括：
微电子装置；以及
TEC，其耦合到所述微电子装置使得在所述TEC和所述微电子装置之间不存在安装材料；以及
图形处理器，其耦合到所述微电子组件。
27、如权利要求26所述的系统，其中所述TEC包括：包含N型电极、P型电极的至少一个热电偶；将所述热电偶的所述N型电极和所述P型电极相互电耦合的多个导电元件；以及所述导电元件中的相应导电元件、所述N型电极中的相应N型电极和所述P型电极中的相应P型电极之间的图形化电绝缘体层。
28、一种微电子设备，包括：
微电子组件，包括：
微电子装置；以及
TEC，其耦合到所述微电子装置使得在所述TEC和所述微电子装置之间不存在安装材料；和
电路，其电连接到所述TEC，并包括适合于为所述TEC提供电流的电源。
29、如权利要求28所述的设备，其中所述TEC包括：包含N型电极、P型电极的至少一个热电偶；将所述热电偶的所述N型电极和所述P型电极相互电耦合的多个导电元件；以及所述导电元件中的相应导电元件、所述N型电极中的相应N型电极和所述P型电极中的相应P型电极之间的图形化电绝缘体层。
30、如权利要求28所述的设备，还包括反馈控制环，其耦合到所述微电子装置、所述TEC和所述电路，以根据所述微电子装置的温度控制由所述TEC提供的冷却的程度。
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