用以在集成电路中集成热过孔结构的技术的制作方法

本发明通常涉及集成电路，尤其涉及用以在集成电路中集成热过孔(thermalvia)结构的技术。

背景技术：

集成电路(integratedcircuit；ic)的主动部分中的开关晶体管产生大量的热。部分所产生的热被传递至该ic的衬底，与该ic的该主动部分类似，该ic的该衬底变热。可使用热过孔(例如硅通孔(throughsiliconvia；tsv))以较快的速率将来自ic的主动部分的热通过该ic的衬底传递至散热片。不过，热tsv可能占据ic的主动侧上的较大量的表面面积，因而从实体区域(realestate)利用角度来看可能不是特别有效。有效实体区域利用的缺乏主要归因于tsv的高宽比(宽度比高度)要求。

技术实现要素：

本文揭示用以在集成电路中集成热过孔结构的技术。可将该技术作为一种方法实施于数据处理系统的集成电路中，且/或作为包含于电脑可读储存装置中的电脑程序产品。该电脑程序产品可包括电子设计自动化(electronicdesignautomation；eda)工具和/或一个或多个设计文件(例如eda文件)。

一种集成电路设计技术包括在集成电路(ic)设计的衬底的第一表面上设置标准单元。在该第一表面上定位至少两个空置区域，该空置区域不包括标准单元。确定可设置于该至少两个空置区域中的一个或多个微填充过孔的高宽比。在该至少两个空置区域中设置该一个或多个微填充过孔。最后，自与该第一表面相对的该集成电路的第二表面设置一个或多个部分热过孔，以将该一个或多个部分热过孔与该一个或多个微填充过孔热耦接，从而创建自该第一表面至该第二表面的热路径。

上面的发明内容包含细节的简化、概括及省略且并不意图作为所请求保护的发明主题的全面说明，而是意图提供与其相关联的一些功能的简要概述。本领域的技术人员在检查下面的附图及详细书面说明以后将了解所请求保护的发明主题的其它系统、方法、功能、特征及优点。

本发明的上述以及额外目的、特征及优点将在下面的详细书面说明中变得更加清楚。

附图说明

结合附图阅读有关示例实施例的说明，附图中：

图1显示示例数据处理系统环境的相关部分，其实施包括热过孔结构的一个或多个集成电路(ic)且/或执行电子设计自动化(eda)工具，依据本发明配置该eda工具以在ic设计中包含一个或多个热过孔结构；

图2至7显示依据本发明的一个实施例的ic的衬底的相关剖面部分，以说明在该ic中的热过孔结构的创建；

图8显示依据本发明的另一个实施例的该ic的额外部分的衬底的相关剖面部分，以说明在该ic中的热过孔结构的创建；以及

图9显示依据本发明的一个实施例的示例制程的流程图，该制程可通过电子设计自动化(eda)工具实施，以在ic设计中创建热过孔结构。

具体实施方式

示例实施例揭示用以在集成电路(ic)中集成热过孔结构的技术。可将该技术作为一种方法实施于数据处理系统的集成电路中且/或作为包含于电脑可读储存装置中的电脑程序产品。该电脑程序产品可包括电子设计自动化(eda)工具和/或一个或多个设计文件(例如eda文件)。

在下面有关本发明的示例实施例的详细说明中，足够详细地说明其中可实施本发明的具体示例实施例，以使本领域的技术人员能够实施本发明，且应当理解，可使用其它实施例且可作逻辑的、架构的、程序的、机械的、电性的及其它的变更而不背离本发明的精神或范围。因此，并非在限制意义上作下面的详细说明，且本发明的范围由所附权利要求及其等同定义。

应当理解，具体组件、装置和/或参数名称的使用仅为示例，并不意图暗含对本发明的任意限制。因此，可通过用以说明本文中的组件/装置/参数的不同名称/术语实施本发明，而没有限制。本文中所使用的每个术语将在其所使用的给定背景中具有其最广泛的解释。本文中所使用的术语“耦接”包括组件或装置之间的直接电性连接以及通过使用一个或多个中间组件或装置实现的组件或装置之间的非直接电性连接。本文中所使用的术语“部分热过孔”是指自ic的背侧形成的热过孔，其不完全延伸穿过该ic的衬底。另外，本文中所使用的术语“微填充过孔”是指自ic的前侧形成的过孔，其不完全延伸穿过该ic的衬底。将该微填充过孔与该部分热过孔热耦接以将热自该ic的前侧传递至该ic的背侧。该部分热过孔可与散热片热耦接。

依据本发明的态样，在集成电路(ic)内结合微填充过孔有效实施部分热过孔，而不施加传统的ic面积要求。依据本发明的一个态样，自ic的前(主动)侧在标准单元(主动装置)之间创建微填充过孔。在一个或多个实施例中，微填充过孔经尺寸设定而适合置于ic设计的标准单元之间。接着，自芯片的背(衬底)侧创建热过孔并将其与该微填充过孔热耦接，以创建自该ic的该主动侧至该背侧的热链路。在一个或多个实施例中，该热过孔也与散热片热耦接并可充当护罩。

一般来说，本发明的实施例涉及自ic的前侧(进入该ic的衬底中)在包括主动装置(例如晶体管)的标准单元之间尺寸设定并放置微填充过孔，且将该微填充过孔与自该ic的背侧(进入该ic的该衬底中)创建的一个或多个部分热过孔热耦接。在各种实施例中，创建具有适当尺寸及高宽比(也就是高度比宽度)的微填充过孔，其自前(主动)侧穿入ic的衬底至较小的深度，并创建具有适当的尺寸及高宽比的自该ic的背侧进入该衬底中的一个或多个部分热过孔，以将该热过孔与该微填充过孔热耦接。在各种实施例中，微填充过孔可具有不同的尺寸及高宽比(依赖于设置该微过孔的区域)，只要该微填充过孔与部分热过孔耦接。例如，微填充过孔可具有5比1的高宽比(例如对于0.5微米的过孔直径，微填充过孔的高度将为2.5微米)且部分热过孔可具有10比1或更大的高宽比(例如对于1微米的过孔直径，微填充过孔的高度将为10微米)。

依据本发明的一个态样，以可变的水平间距(例如在任意或全部该微填充过孔之间)自ic的前侧创建微填充过孔。在各种实施例中，该微填充过孔之间的间距依赖于所设置的主动装置之间的自由空间的可用性以及相关联的局部密度。依据至少一个实施例，宽度(例如圆柱形微填充过孔的直径)定义各微填充过孔的高宽比且可变化。例如，给定的微填充过孔的直径可依赖于在选择的局部区域所设置的主动装置之间的可用自由空间的大小。在各种实施例中，上述微填充过孔形成于主动装置之间，可分别具有可变的尺寸及可变的间距，且与自ic芯片的背侧形成的部分热过孔连接。

请参照图1，其显示示例数据处理环境100，该数据处理环境包括数据处理系统110，依据本发明的一个或多个实施例，该数据处理系统经配置以包括一个或多个ic(其包括依据本发明配置的热过孔结构)且/或执行电子设计自动化(eda)工具，以在ic设计中包含一个或多个热过孔结构。数据处理系统110可采取各种形式，例如工作站、便携式电脑系统、笔记本电脑系统、台式电脑系统或服务器和/或其簇。

数据处理系统110包括与数据储存子系统104耦接的一个或多个处理单元或处理器102(其分别可包括用以执行程序代码的一个或多个处理器核心)、可选的显示器106、一个或多个输入装置108，以及网络适配器109。数据储存子系统104可包括例如应用适量的各种存储器(例如动态随机访问存储器(dynamicrandomaccessmemory；dram)、静态ram(staticram；sram)，以及只读存储器(read-onlymemory；rom))，以及/或者一个或多个大容量储存装置，例如磁或光盘驱动器。

数据储存子系统104包括针对数据处理系统110的一个或多个操作系统(operatingsystem；os)112。数据储存子系统104还可包括用以管理由不同os图像例示的一个或多个虚拟机(virtualmachine；vm)116的虚拟机管理程序(hypervisor)(或虚拟机监控器(virtualmachinemonitor；vmm))114，以及应用程序，例如浏览器118(其可选择地包括定制化插件，以支持各种客户端应用)，以及eda工具120。

显示器106可为例如阴极射线管(cathoderaytube；crt)或液晶显示器(liquidcrystaldisplay；lcd)。数据处理系统110的一个或多个输入装置108可包括例如鼠标、键盘、触觉装置以及/或者触摸屏。网络适配器109支持数据处理系统110利用一个或多个通信协议例如802.x、http、简单邮件传输协议(simplemailtransferprotocol；smtp)等与一个或多个有线和/或无线网络通信。所示数据处理系统110通过一个或多个有线或无线网络例如因特网(internet)122与各种文件服务器124及各种网页服务器126耦接，该文件服务器及网页服务器向数据处理系统110的使用者提供感兴趣的信息。数据处理环境110还包括一个或多个数据处理系统(dataprocessingsystem；dps)150，将其以与数据处理系统110类似的方式配置。一般来说，数据处理系统150代表远离数据处理系统110并可执行可链接至执行于数据处理系统110上的一个或多个os图像的os图像的数据处理系统。

本领域的普通技术人员将了解，图1中所示的硬件组件及基本配置可变化。数据处理系统110内的示例组件并非意图详尽无遗，而是代表性的，以突出可用以实施本发明的组件。例如，可在所示硬件之外或替代该硬件使用其它装置/组件。所示例子并不意图暗含有关当前所述实施例的架构的或其它的限制。

现在请参照图2至7，其给出按时间顺序的ic的衬底的剖视图，以说明依据本发明的一个实施例在该ic中的热过孔结构的创建。首先参照图2，其显示示例ic200，其中，在标准单元(也就是主动装置)204之间自衬底202的前(主动)侧在衬底202中已创建(蚀刻)微沟槽(孔)206。例如，衬底202可为硅衬底。在各种实施例中，孔206的高宽比经选择以适合置于标准单元204之间并延伸进入衬底202中，从而使相应微填充过孔212(形成于孔206中)可与自衬底202的背侧形成的部分热过孔220耦接。

如图3中所示，接着，在ic200中所形成的孔206中沉积阻挡层208。例如，在至少一个实施例中，阻挡层208可为氮化钛(tin)层。图4显示在沉积阻挡层208之后，接着用金属(例如钨(w))填充孔206，以在孔206中创建微填充过孔212。可与经填充的孔206同时或不同时创建后端工艺(backendofline；beol)层210(依赖于用以填充孔206的材料)。在任何情况下，孔206经填充以创建微填充过孔212。beol层210为标准单元204中的装置提供电性互连。

请参照图5，在经选择而与微填充过孔212一致的位置自衬底202的背(非主动)侧在衬底202中创建沟槽216，从而继续示例ic200的制程。沟槽216可例如通过蚀刻形成。如图6中所示，接着在沟槽216中沉积晶种层218。例如，晶种层218可为钛(ti)/氮化钛(tin)层，当用铜(cu)填充沟槽216时，其还充当阻挡层，因为如果不使用阻挡层，铜(cu)将扩散进入衬底202中。如图7中所示，接着，用金属(例如铜(cu))填充沟槽216，以在沟槽216中创建部分热过孔220。

现在请参照图8，其显示示例ic800的剖视图，其中，部分热过孔220包括第一部分220a(与微填充过孔212a及212b耦接)以及第二部分220b(与微填充过孔212c耦接)。应当了解，与微填充过孔212a及212b相比，微填充过孔212c具有不同的高宽比，如此，第一部分220a的深度不同于第二部分220b的深度。微填充过孔212可例如替代伪填充单元(填充体)，传统上，该伪填充单元被设置于不包括标准单元的区域中，以改善可制造性(例如保持组件密度和/或功率总线连续性)。

请参照图9，其显示在ic设计中集成微填充过孔212的制程900。例如，当eda工具120被执行于数据处理系统100的处理器102上时，通过该eda工具可实施制程900。

图9的制程900开始于方块901并接着进至方块902，方块902显示处理器102访问902例如数据储存子系统104中或来自远程服务器124或126的路由网表。接着，在方块904中，通过处理器102自该网表移除填充单元(填充体)(如果存在于该网表中)。然后，在方块906中，处理器102在该网表中定位不包括标准单元204的可用的(空的)区域(也就是处理器102在该网表中定位所设置装置之间的可用区域)。接着，在方块908中，处理器102确定衬底202中的微填充过孔212的尺寸。也就是说，处理器102确定微填充过孔212的尺寸，以适合衬底202上的可用局部空间(也就是不包括标准单元204的区域)。接着，在方块910中，处理器102自衬底202的背侧确定该ic设计中的一个或多个部分热过孔220的位置。也就是说，处理器102确定部分热过孔220的尺寸及位置，以与自衬底202的前侧形成的一个或多个微填充过孔212连接。接着，在方块912中，处理器102自衬底202的前侧确定一个或多个微填充过孔212的位置。

然后，在决策方块914中，处理器102确定衬底过孔规则检查是否通过。响应方块914中的该衬底过孔规则检查通过，控制进至方块922，其中，制程900终止并保存该修改后的ic设计(路由网表)(例如保存至数据储存子系统104或远程服务器124、126)。响应方块914中的该衬底过孔规则检查未通过，控制进至方块916，其中，处理器102重新定位一个或多个微填充过孔212和/或热过孔220。接着，在决策方块918中，处理器102确定该衬底过孔规则检查是否通过。响应方块918中的该衬底过孔规则检查通过，控制进至方块922，其中，处理器102保存该修改后的路由网表。响应方块918中的该衬底过孔规则检查未通过，控制进至方块920，其中，处理器102移除一个或多个微填充过孔212。自方块920，控制进至方块908，其中，处理器102再次确定衬底202中的一个或多个微填充过孔212的尺寸。

因此，本文中所揭示的技术有利地在标准单元之间的集成电路中集成热过孔结构，同时利用该标准单元之间的可用空间。

本发明可为集成电路、系统和/或方法，且可以电子设计自动化(eda)工具和/或一个或多个eda文件的形式作为电脑程序产品存在。该电脑程序产品可包括一个或多个电脑可读储存媒体，其上具有电脑可读程序指令，以使处理器执行本发明的态样。

该电脑可读储存媒体可为有形装置，其可保持并储存供指令执行装置使用的指令。该电脑可读储存媒体可为例如但不限于电子储存装置、磁储存装置、光储存装置、电磁储存装置、半导体储存装置，或上述任意合适的组合。该电脑可读储存媒体的更具体例子的非穷举列表包括：便携式电脑磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦写可编程只读存储器(eprom或闪速存储器)、静态随机访问存储器(sram)、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)、存储棒、软盘、机械编码装置例如沟槽上记录有指令的打孔卡或突起结构，以及上述任意合适的组合。本文中所使用的电脑可读储存媒体将不被解释为本质上暂时的信号，例如无线电波或其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒体传播的电磁波(例如穿过光纤线缆的光脉冲)，或者通过线路传输的电信号。

本文中所述的电脑可读程序指令可自电脑可读储存媒体下载至相应计算/处理装置或者通过网络(例如因特网、局域网、广域网和/或无线网络)下载至外部电脑或外部储存装置。该网络可包括铜传输线缆、传输光纤、无线传输、路由器、防火墙、开关、网关电脑和/或边缘服务器。各计算/处理装置中的网络适配器卡或网络接口自该网络接收电脑可读程序指令并转发该电脑可读程序指令，以储存于相应计算/处理装置内的电脑可读储存媒体中。

用以执行本发明的操作的电脑可读程序指令可为汇编指令、指令集架构(instruction-set-architecture；isa)指令、机器指令、机器依赖指令、微代码、固件指令、状态设置数据，或以一种或多种编程语言(包括面向对象的编程语言例如smalltalk、c++等，以及传统的过程编程语言，例如“c”编程语言或类似编程语言)的任意组合写的源代码或目标代码之一。该电脑可读程序指令可全部执行于使用者的电脑上，部分执行于使用者的电脑上，作为独立软件包，部分执行于使用者的电脑上且部分执行于远程电脑上或全部执行于该远程电脑或服务器上。在后一种情形下，该远程电脑可通过包括局域网(lan)或广域网(wan)的任意类型网络与使用者的电脑连接，或者可与外部电脑建立连接(例如通过使用因特网服务提供商(internetserviceprovider；isp)的因特网)。在一些实施例中，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray；fpga)或可编程逻辑阵列(programmablelogicarray；pla)的电子电路可通过使用该电脑可读程序指令的状态信息专设该电子电路来执行该电脑可读程序指令，从而执行本发明的态样。

本文中参照依据本发明的实施例的方法、装置(系统)以及电脑程序产品的流程图和/或方块图来说明本发明的态样。应当理解，该流程图和/或方块图中的各方块以及该流程图和/或方块图中的方块的组合可通过电脑可读程序指令来实施。

可向通用电脑、专用电脑或其它可编程数据处理装置的处理器提供这些电脑可读程序指令以产生机器，从而使通过该电脑或其它可编程数据处理装置的该处理器执行的该些指令创建用以实施该流程图和/或方块图方块中所指定的功能/动作的方式。这些电脑可读程序指令也可储存于电脑可读储存媒体中，其可引导电脑、可编程数据处理装置或其它装置以特定方式作用，以使其中储存有指令的该电脑可读储存媒体包括制造物品，该制造物品包括实施该流程图和/或方块图方块中所指定的功能/动作的态样的指令。

该电脑可读程序指令也可被加载至电脑、其它可编程数据处理装置或其它装置上，以在该电脑、其它可编程装置或其它装置上执行一系列操作步骤，从而产生电脑实施过程，以使执行于该电脑、其它可编程装置或其它装置上的该指令实施该流程图和/或方块图方块中所指定的功能/动作。

附图中的流程图及方块图显示依据本发明的各种实施例的系统、方法及电脑程序产品的可能实施的架构、功能及操作。在此方面，该流程图或方块图中的各方块可代表模块、片断或指令的部分，其包括一个或多个可执行指令，以实施特定逻辑功能。在一些替代实施中，方块中所述的功能可在附图所示的顺序以外发生。例如，连续显示的两个方块实际上可基本同时执行，或者该些方块可有时以相反顺序执行，依赖于所涉及的功能。还应当注意，该方块图和/或流程图的各方块以及该方块图和/或流程图中的方块的组合可通过专用的基于硬件的系统实施，其执行该指定功能或动作或执行专用硬件与电脑指令的组合。

尽管参照示例实施例说明本发明，但本领域的技术人员应当理解，可作各种变更并可用等同来替代其元件，而不背离本发明的范围。另外，可作许多修改，以使特定系统、装置或其组件适于本发明的教导，而不背离本发明的基本范围。因此，本发明并不意图限于所揭示的用以执行本发明的特定实施例，相反，本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。而且，术语第一、第二等的使用不表示任意顺序或重要性，而是用以区别元件。

本文中所使用的术语仅是出于说明特定实施例的目的，并非意图限制本发明。除非上下文中另外明确指出，否则本文中所使用的单数形式“一个”以及“该”也意图包括复数形式。另外，应当理解，术语“包括”用于本说明书中时表明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。

权利要求中的所有手段或步骤加功能元素的相应结构、材料、动作及等同(如果有的话)意图包括结合具体请求保护的其它请求保护的元素执行该功能的任意结构、材料或动作。本发明的说明用于示例及说明目的，而非意图详尽无遗或限于所揭示形式的发明。许多修改及变更将对于本领域的普通技术人员显而易见，而不背离本发明的范围及精神。该些实施例经选择及说明以最佳解释本发明的原理以及实际应用，并使本领域的普通技术人员能够理解针对各种实施例具有适合所考虑的特定应用的各种变更的本发明。