CN105993071A - 集成电路电阻器的热金属接地 - Google Patents

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Abstract

金属热接地被用于从集成电路电阻器耗散热量。这些电阻器可使用前端制程层(例如，氮化钛层)来形成。金属区域(例如，第一金属层中的金属区域)位于电阻器之上以形成热沉。连接到该金属区域的热桩区域也位于该电阻器之上。该金属区域可以连接到集成电路的基板以提供集成电路外的低阻抗热路径。

Description

集成电路电阻器的热金属接地
背景
领域
本发明涉及集成电路，并且尤其涉及用于冷却集成电路电阻器的热金属接地。
背景
一些集成电路电阻器以高功率耗散操作。这导致电阻器区域内的发热。该结果增加的温度可能损害该区域中的电路元件的可靠性。例如，在电阻器之上路由的金属互连线可能遭受到增加的电迁移问题。此外，集成电路制造工艺已经缩放到越来越小的特征尺寸。这导致了局部区域中功率密度增加和温度上升的可能性。
用于集成电路的输入和输出的管芯上终接(ODT)的电阻器是可具有高功率耗散的电阻器的示例。一些先前的设计通过使得电阻器在物理上更大(增加电阻器的宽度和长度二者，从而使电阻不改变)来减少温度增加。一些先前的设计并未将电阻器附近的区域用于路由金属互连。这两个办法都是不合需的，因为它们导致了更大的集成电路。
概述
提供了具有金属热接地的集成电路电阻器。该电阻器可以使用前端制程(FEOL)层(例如，氮化钛层)来形成。金属区域(例如，第一金属层中的金属区域)位于电阻器上方以形成热沉(heat sink)。连接到该金属区域的热桩区域也位于电阻器上方。该金属区域可以连接到集成电路的基板以提供集成电路外的低阻抗热路径。
在一个方面，提供了一种集成电路，包括：电阻器；布置成与电阻器的至少一部分平行且重叠的金属区域；以及电连接到金属区域并且布置在金属区域和电阻器之间的一个或多个热桩，该热桩与电阻器电隔离。
在一方面，提供了一种用于在集成电路中从电阻器耗散热量的方法。该方法包括：使用布置在热金属接地和电阻器之间的一个或多个热桩来将热量从电阻器传导到热金属接地；以及将热量从热金属接地传导到该集成电路的基板。
在一个方面，提供了一种集成电路，包括：电阻器；布置成与该电阻器的至少一部分平行且重叠的金属区域；以及用于将热量从该电阻器传导到该金属区域的装置。
本发明的其它特征和优点将从通过示例解说本发明的诸方面的以下描述来变得明了。
附图简述
本发明的细节(就其结构和操作而言)可通过研究所附的附图来部分收集，其中类似的附图标记被用来指代类似的部分，并且其中：
图1解说了根据当前公开的实施例的具有金属热接地的电阻器；
图2解说了图1的电阻器和热金属接地的热转移路径；
图3解说了没有热金属接地的电阻器的热转移路径；以及
图4是用于从集成电路电阻器耗散热量的过程的流程图。
详细描述
以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而无意表示可实践本文中所描述的概念的仅有的配置。本详细描述包括具体细节以便提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践这些概念。在一些实例中，以简化形式示出公知的结构和组件从而避免湮没此类概念。
图1解说了具有金属热接地的电阻器的示例布局。图1A是俯视图。这是通常用于设计集成电路的布局的视图。图1B是沿直线B-B的横截面图。图1C是沿直线C-C的横截面图。相同的区域和层在附图中用相同的标记来指示。并未示出所有层。附加地，虽然在所制造的集成电路中形状可能不同，但是区域一般被解说为长方形。该示例针对CMOS技术来描述，但是可以与其他技术联用。例如，当将不同的制造工艺用于集成电路时，特定层的安排可以是不同的并且所使用的层可以是不同的。
图1的示例包括两个电阻器(110a、110b)。这些电阻器可以形成在氮化钛层中。这些电阻器例如经由位于电阻器的相对端处的金属和触点(125a、125b)来连接到其他电路系统。电阻器(110a、110b)被电介质130a围绕。除了作为电绝缘体之外，电介质130a是不良热导体。
热金属区域120位于电阻器上方。热金属区域120为电阻器(110a、110b)提供热沉。热金属区域120的局部发热不会造成可靠性问题，因为热金属区域120不携带电流并且由此不易受电迁移的影响。热金属区域120可以形成在第一金属层(最接近集成电路的基板的金属层)中。第一金属层往往被称为“M1”，并且还被用来在集成电路的组件之间路由信号互连。信号互连也可以使用其他金属层；例如，集成电路的一个区域中的晶体管可以连接到第一金属层，并且随后连接到更高金属层并路由到集成电路的第二区域，在该第二区域中较高金属层再次连接到第一金属层，该第一金属层连接到该集成电路的第二区域中的晶体管。热金属区域120可以例如由铜和其他金属形成。
在图1的实施例中，热金属区域120连接到集成电路的基板140。热金属区域120在基板140中的隔离区域(145a、145b)之间的位置处连接到基板140。当基板是p型时，这些连接可以例如去往p扩散区这些连接通过位于介电层(130a、130b、130c)中的触点开口中的触点(150a、152a、150b、152b、150c、152c)。这些触点由电导体(诸如钨，其同样也是良性热导体)形成。在图1的实施例中，热金属区域120经由触点和p扩散区电阻性地连接到基板140。热金属区域120可以替换地例如使用p型基板中的形成二极管触点的n扩散区来连接到基板而不使用电阻性触点热金属区域120可以替换地例如使用居间材料(诸如氧化铍，其可以是具有高热传导性的电绝缘体)来热连接到基板，而在热金属区域120和基板140之间没有电连接。触点和介电层的特定安排可以就不同工艺节点而言是不同的。热金属区域120和基板140之间的连接可以与例如在第一金属层区域和集成电路上的其他地方的源极-漏极区域之间使用的连接的类型是相同的。热金属区域120被介电层(未在图1中示出)围绕。
除了是电导体之外，热金属区域120是良性热导体。由此，热金属区域120可以提供具有低热阻的路径以供从电阻器(110a、110b)耗散热量。将热金属区域120连接到基板140能够进一步降低热阻以供从电阻器(110a、110b)耗散热量，因为基板140可以具有用于例如经由去往集成电路封装中的金属的连接来耗散热量的低热阻路径。
热桩阵列(122a、122b)位于热金属区域120和电阻器(110a、110b)之间的层中。热桩(122a、122b)可包括例如钨或其他金属。这些热桩和这些热桩的开口可以通过类似于用于形成第一金属层与集成电路的基板中的源极/漏极区域之间的触点和触点开口的方法来形成。这些热桩(122a、122b)的开口可以例如通过在不同电介质材料之间进行选择性蚀刻或者通过定时蚀刻来形成。热桩(122a、122b)连接到热金属区域120并且向电阻器(110a、110b)延伸。热桩(122a、122b)不接触电阻器(110a、110b)。电介质130a的诸部分将热桩(122a、122b)与电阻器(110a、110b)分开。
热桩(122a、122b)是良性热导体。特别地，热桩(122a、122b)是比介电层更好的热导体。由此，从电阻器(110a、110b)耗散热量的热阻通过热桩(122a、122b)与电阻器(110a、110b)邻近来降低。
图2解说了图1的电阻器和热金属接地的热转移路径200。图3解说了没有热金属接地的电阻器210的热转移路径。热金属区域120和热桩(122a、122b)可以显著降低(例如，25％)电阻器观察到的热阻抗。定性地，这可以通过比较图2中解说的热转移路径200和图3中解说的热转移路径220来理解。不具有热金属接地的热转移路径220一般通过介电层(例如，电介质230和在电阻器上方的其他介电层，或者电介质230和在电阻器下方的其他介电层)。具有热金属接地的热转移路径200一般通过金属和硅层(例如，热桩(122a、122b)、热金属区域120、触点(150a、152a、150b、152b)和基板140)。金属层和硅基板是良性热导体，并且介电层是不良热导体，由此通过金属和基板的热路径的电阻性比通过电介质的路径的电阻性低。
图4是解说根据当前公开的实施例的用于从集成电路中的电阻器耗散热量的方法的流程图。图4的过程可以用各种集成电路来执行；然而，为了提供特定示例，该方法将会参照图1来描述。
在步骤410，使用一个或多个热桩来将热量从电阻器传导到热金属接地。这些热桩布置在热金属接地和电阻器之间。例如，可以使用热桩122a将热量从电阻器110a传导到热金属接地120。
在步骤410，将热量从热金属接地传导到集成电路的基板。例如，可以使用触点150b、152来将热量从热金属区域120传导到基板140。
图4的过程可以例如通过添加、省略、重排序或更改步骤来修改。另外，诸步骤可并发地被执行。
虽然本发明的实施例在以上是针对特定实施例来描述的，但是本发明的许多变型是可能的，包括例如具有不同数目的电阻器、热桩和热金属区域的变型。各种元件的形状和位置也可以改变。在所解说的实施例中，热金属区域和电阻器仅仅是部分重叠的，因为热金属区域形成在第一金属层中，该第一金属层还被用来连接电阻器。其他实施例可以使用不同的层，并且热金属区域和电阻器之间是完全重叠的。
如上所述的方向性术语“上”、“下”、“左”和“右”被用来描述一些特征。该术语被用于提供清楚且简明的描述。这些术语是相对的，并且不应当推断特定的绝对方向。另外，各实施例的特征可以在于以上描述的不同的组合中组合。
提供前面对所公开的实施例的描述是为了使本领域任何技术人员皆能制作或使用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，且本文所描述的一般原理可被应用于其它实施例而不背离本发明的精神或范围。因此，将理解本文给出的描述和附图表示本发明的当前优选实施例并且代表本发明所广泛地构想的主题。将进一步理解本发明的范围完全涵盖可对本领域技术人员显而易见的其他实施例，并且本发明的范围相应地除了所附权利要求之外不受任何限制。

Claims (20)

1.一种集成电路，包括：
电阻器；
布置成与所述电阻器的至少一部分平行且重叠的金属区域；以及
一个或多个热桩，其电连接到所述金属区域并且布置在所述金属区域和所述电阻器之间，所述热桩与所述电阻器电隔离。
2.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述金属区域电连接到所述集成电路的所述基板。
3.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述电阻器由氮化钛形成。
4.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述金属区域形成在所述集成电路的第一金属层中。
5.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述金属区域布置在所述电阻器上方。
6.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述电阻器被电介质围绕。
7.一种用于在集成电路中从电阻器耗散热量的方法，所述方法包括：
使用布置在热金属接地和电阻器之间的一个或多个热桩来将热量从所述电阻器传导到所述热金属接地；以及
将热量从所述热金属接地传导到所述集成电路的基板。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述热金属接地布置成与所述电阻器的至少一部分平行且重叠。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述热桩电连接到所述热金属接地，并且所述热桩与所述电阻器电隔离。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述热金属接地电连接到所述集成电路的所述基板。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电阻器由氮化钛形成。
12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述热金属接地形成在所述集成电路的第一金属层中。
13.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电阻器被电介质围绕。
14.一种集成电路，包括：
电阻器；
布置成与所述电阻器的至少一部分平行且重叠的金属区域；以及
用于将热量从所述电阻器传导到所述金属区域的装置。
15.如权利要求14所述的集成电路，其特征在于，所述用于传导热量的装置包括一个或多个热桩，所述一个或多个热桩电连接到所述金属区域并且布置在所述金属区域和所述电阻器之间，所述热桩与所述电阻器电隔离。
16.如权利要求14所述的集成电路，其特征在于，所述金属区域电连接到所述集成电路的所述基板。
17.如权利要求14所述的集成电路，其特征在于，所述电阻器由氮化钛形成。
18.如权利要求14所述的集成电路，其特征在于，所述金属区域形成在所述集成电路的第一金属层中。
19.如权利要求14所述的集成电路，其特征在于，所述金属区域布置在所述电阻器上方。
20.如权利要求14所述的集成电路，其特征在于，所述电阻器被电介质围绕。
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