CN109937477A - 互连区中的集成电路纳米颗粒热路由结构 - Google Patents

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Abstract

在所描述实例中，一种集成电路(100)具有衬底(102)及安置在所述衬底(102)上的互连区(106)。所述互连区(106)具有互连级。所述集成电路(100)包含所述互连区(106)中的热路由结构(130)。所述热路由结构(130)在所述互连区(106)中的所述集成电路(100)的一部分但不是全部上方延伸。所述热路由结构(130)包含粘结纳米颗粒膜，其中邻近纳米颗粒彼此粘结。所述热路由结构(130)的导热率高于触碰所述热路由结构(130)的电介质材料。通过包含加成工艺的方法形成所述粘结纳米颗粒膜。

Description

互连区中的集成电路纳米颗粒热路由结构
技术领域
此涉及集成电路，且更特定来说，涉及集成电路中的热管理。
背景技术
集成电路经常在一些有源组件中产生非所需热量。有时希望通过散热器或其它无源结构去除热量。有时希望将热量从集成电路中的热敏组件转移。管理集成电路中的过多热量已变得越来越成问题。
发明内容
在所描述实例中，一种集成电路具有衬底及安置在所述衬底上的互连区。所述互连区具有多个互连级。所述集成电路包含所述互连区中的热路由结构。所述热路由结构在所述互连区中的所述集成电路的一部分但不是全部上方延伸。所述热路由结构包含粘结纳米颗粒膜，其中邻近纳米颗粒彼此粘结。所述热路由结构的导热率高于触碰所述热路由结构的电介质材料。通过包含加成工艺的方法形成所述粘结纳米颗粒膜。
附图说明
图1A及图1B是根据实施例的含有热路由结构的实例集成电路的横截面。
图2A到图2F描绘根据实施例的形成具有热路由结构的集成电路的实例方法。
图3A到图3C描绘根据实施例的形成具有热路由结构的集成电路的另一实例方法。
图4A及图4B是根据实施例的含有另一热路由结构的另一实例集成电路的横截面。
图5A到图5D描绘根据实施例的形成具有参考图4A及图4B描述的类型的热路由结构的集成电路的实例方法。
图6是根据实施例的包含组合的热路由结构的实例集成电路的横截面。
具体实施方式
图式未按比例绘制。实例实施例不受所说明动作或事件的排序的限制，因为一些动作可以不同顺序发生及/或与其它动作或事件同时发生。此外，一些所说明动作或事件是任选的。
以下共同待决的专利申请案特此通过引用的方式并入：第US 15/361,390号专利申请案、第US 15/361,397号专利申请案、第US 15/361,399号专利申请案、第US 15/361,401号专利申请案及第US 15/361,403号专利申请案。
此描述可使用例如“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“上方”、“之上”、“下方”、“之下”等等的术语。这些术语不应被解释为限制结构或元件的位置或定向，而是提供结构或元件之间的空间关系。
在此描述中，术语集成电路的“瞬时顶表面”是指集成电路的顶表面，其存在于所描述特定步骤处。在集成电路的形成中，瞬时顶表面可因步骤而改变。
在此描述中，术语“横向”是指平行于集成电路的瞬时顶表面的平面的方向，且术语“垂直”是指垂直于集成电路的瞬时顶表面的平面的方向。
图1A及图1B是根据实施例的含有热路由结构的实例集成电路的横截面。参考图1，集成电路100包含衬底102，其包含例如硅、硅锗或碳化硅的半导体材料104。替代地，半导体材料104可为III-V型半导体，例如氮化镓或砷化镓。其它半导体材料在此实例范围内。集成电路100进一步包含安置在衬底102之上的互连区106。在图1A中描绘为金属氧化物半导体(MOS)晶体管的集成电路100的发热组件108安置在衬底102中，可能延伸到互连区106中，靠近衬底102与互连区106之间的边界110。发热组件108的其它表现形式，例如双极结型晶体管、结型场效应晶体管(JFET)、电阻器及可控硅整流器(SCR)都在此实例的范围内。在此实例中，集成电路100还可包含热敏组件112，在图1A中描绘为MOS晶体管。热敏组件112的其它表现形式在此实例的范围内。组件108及112可在衬底102与互连区106之间的边界110处由场氧化物114横向分离。举例来说，场氧化物114可具有如图1A中所描绘的浅沟槽隔离(STI)结构，或者可具有硅的局部氧化(LOCOS)结构。
互连区106可包括安置在电介质层堆叠122中的触点116、互连件118及通孔120。触点116与发热组件108及热敏组件112形成电连接。互连件118安置在多个互连级中。第一互连级中的互连件118形成到触点116的电连接。通孔120安置在连续互连级之间并与互连件进行电连接。互连区106的顶表面124定位在互连区106的与衬底102及互连区106之间的边界110相对的表面处。互连件118可包含铝互连件、镶嵌铜互连件及/或电镀铜互连。铝互连件可包含具有百分之几的硅、钛及/或铜的铝层，可能在包含钛的粘附层上，并且可能在铝层上具有氮化钛的抗反射层。镶嵌铜互连件可包含安置在电介质层堆叠122中的沟槽中的钽及/或氮化钽的势垒层上的铜。电镀铜互连件可包含在互连件的底部处的粘附层，并且可具有安置在互连件的侧上的势垒层。结合垫结构126可安置在互连区106的顶表面124上方，并且可电耦合到互连件118。保护性外涂层128可安置在互连区106的顶表面124上方。保护性外涂层128可包含一或多层电介质材料，例如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅及/或聚酰亚胺。
热路由结构130安置在互连区106中，在互连区106中的集成电路100的一部分但不是全部的上方延伸。热路由结构130具有比触碰热路由结构130的互连区106中的电介质材料更高的导热率。导热率是材料的特性，并且可以瓦特/米℃为单位表示。热路由结构130包含主要包含纳米颗粒133的粘结纳米颗粒膜132，在图1B中更详细地展示。邻近纳米颗粒133彼此粘结。在纳米颗粒133的表面上可存在无机功能性分子，例如包含硅及氧的硅烷基分子。热路由结构130大体上不含有机粘合剂材料，例如粘附剂或聚合物。热路由结构130可从发热组件108上方的区域延伸到集成电路100的排热区134，如图1A中所展示。热路由结构130可定位在热敏组件112上方的区域外部，如图1A中所展示，因此经配置以在集成电路100的操作期间有利地将来自发热组件108的热量从热敏组件112转移走。
在如图1A及图1B中所描绘的此实例的版本中，热路由结构130可为非导电的，并且纳米颗粒133的实例可包含氧化铝、金刚石，六方氮化硼、立方氮化硼及/或氮化铝的纳米颗粒。热路由结构130可触碰触点116、互连件118及/或通孔120而不会有不期望的电分流的风险，使得能够更完全地覆盖在发热组件108上方及在散热区134中的区域，以有利地从发热组件108收集更多热量，并且更有效地将热量传递到排热区134。
在此实例的另一版本中，热路由结构130可为导电的。在此版本中，纳米颗粒133的实例可包含金属、石墨烯、嵌入金属中的石墨烯、石墨、石墨碳及/或碳纳米管的纳米颗粒。热路由结构130的导电版本可与触点116、互连件118及通孔120分离。
在此实例的另一版本中，纳米颗粒133可包含含有金属的纳米颗粒，并且热路由结构130可包含在粘结纳米颗粒膜132上的石墨材料层。在此版本中，纳米颗粒133的实例可包含铜、镍、钯、铂、铱、铑、铈、锇、钼及/或金的纳米颗粒。在此版本中，热路由结构130是导电的，且因此可与触点116、互连件118及通孔120分离。
任选平坦化层136可邻近热路由结构130横向安置，以为电介质层堆叠122的后续层及随后互连级提供大体上平整表面。平坦化层136可具有与热路由结构130的厚度相当的厚度。平坦化层136可具有与电介质层堆叠122的导热率相当的导热率，其显著小于热路由结构130的导热率。平坦化层136可包含例如二氧化硅的电介质材料，并且可具有粒状结构。
图2A到图2F描绘根据实施例的形成具有热路由结构的集成电路的实例方法。参考图2A，集成电路200形成在包含半导体材料204的衬底202上。举例来说，衬底202可为半导体晶片。半导体材料204可为IV型半导体，例如硅、硅锗或碳化硅。替代地，半导体材料204可为III-V型半导体，例如氮化镓或砷化镓。其它半导体材料在此实例的范围内。
在半导体材料204中形成组件，例如发热组件208及热敏组件212。组件可包含MOS晶体管、双极结型晶体管、JFET、电阻器、SCR、二极管及/或其它组件。场氧化物214可形成在衬底202中以横向分离所述组件。场氧化物214可通过STI工艺形成，或者替代地通过LOCOS工艺形成。
在衬底202上方形成互连区206。图2A展示在完成中途的阶段的互连区206。互连区206可形成为一系列电介质层以形成电介质层堆叠222，其中互连元件形成在电介质层中的每一者中。电介质层堆叠222的预金属电介质(PMD)层可直接形成在衬底202上方，并且随后可穿过PMD层形成触点216以形成与包含发热组件208及热敏组件212的组件的电连接。第一金属内部电介质(IMD)层形成为电介质层堆叠222的部分。在PMD层及触点216上方形成第一IMD层中的第一互连级中的互连件218。第一互连级中的互连件218与触点216形成电连接。第一级间电介质(ILD)层的一部分可形成在第一IMD层及第一互连级上方，作为电介质层堆叠222的部分。
形成此实例的热路由结构开始于通过加成工艺242在互连区206的瞬时顶表面上方形成纳米颗粒墨水240的纳米颗粒墨水膜238。在此描述中，加成工艺在所需区域中安置纳米颗粒并且不在所需区域外部安置纳米颗粒，因此产生最终所需形状的纳米颗粒而无需去除施配纳米颗粒的一部分。加成工艺可使得能够在所需区域中形成膜而无需光刻工艺及随后蚀刻工艺，因此有利地降低制造成本及复杂性。纳米颗粒墨水240包含纳米颗粒及载液。举例来说，纳米颗粒墨水240可为墨水、浆料或溶胶凝胶。纳米颗粒可包含参考图1A及图1B针对纳米颗粒133描述的材料。在纳米颗粒的表面上可存在无机功能性分子，例如包含硅及氧的分子。可选择纳米颗粒墨水240的组合物以提供与集成电路200的所需粘附。纳米颗粒墨水240在用于随后形成的热路由结构的区域中被施配到集成电路200上，并且不在互连区206的整个瞬时顶部表面上方施配。在形成纳米颗粒墨水膜238之前，可任选地在瞬时顶表面上形成一或多层电介质隔离层。举例来说，加成工艺242可包含离散液滴工艺，有时称为喷墨工艺，其使用离散液滴施配设备243。离散液滴施配设备243可经配置使得集成电路200及离散液滴施配设备243可相对于彼此横向移动以提供用于纳米颗粒墨水膜238的所需施配图案。离散液滴施配设备243可具有多个施配端口，其可被并行独立激活以提供加成工艺242的所需处理量。在此实例的替代版本中，加成工艺242可包含连续挤出工艺、直接激光转移工艺、静电沉积工艺或电化学沉积工艺。
在其中热路由结构形成在互连区206中的较高位置处的此实例的版本中，可在第一ILD中形成通孔，从而形成与第一互连级中的互连件218的电连接。在形成热路由结构之前，可在互连区206中形成具有循序互连级中的互连件的额外IMD层以及具有通孔的额外ILD层。
参见图2B，通过烘烤工艺244加热图2A的纳米颗粒墨水膜238，以从纳米颗粒墨水膜238去除挥发性材料的至少一部分，以形成主要包含纳米颗粒的纳米颗粒膜246。第一烘烤工艺244可为辐射热工艺，例如使用如图2B中示意性指示的白炽光源245，或红外发光二极管(IR LED)。替代地，烘烤工艺244可为热板工艺，其通过衬底202加热纳米颗粒墨水膜238。烘烤工艺244可在部分真空中执行，或者在具有低压连续气流的环境中执行，以增强挥发性材料的去除。
参见图2C，通过粘结诱导工艺248加热图2B的纳米颗粒膜246，使得邻近纳米颗粒彼此粘结，以形成粘结纳米颗粒膜250。纳米颗粒彼此粘结所需的温度依据纳米颗粒大小而变化。较小纳米颗粒可在比较大纳米颗粒更低的温度下加热，以获得所需的纳米颗粒粘结。可选择纳米颗粒以在与集成电路组件及结构兼容的温度下实现粘结。粘结可通过包括涉及邻近纳米颗粒之间的原子扩散的物理机制的工艺来发生。粘结也可通过包含涉及邻近纳米颗粒之间的原子反应的化学机制的工艺来发生。粘结诱导工艺248可包含通过扫描如图2C中示意性描绘的激光设备249的加热。扫描激光设备249可经配置以大体上仅向纳米颗粒膜246提供热量并且不向与纳米颗粒膜246横向邻近的集成电路200的部分提供热量，从而有利地减少组件208及212上的总热负荷。
在此实例的一个变型中，粘结诱导工艺248可包含闪光加热工艺，其在1微秒至10微秒内施加辐射能量。在另一变型中，粘结诱导工艺248可包含尖峰加热工艺，其在100毫秒到5秒内施加辐射能量。在此实例的替代版本中，参考图2B描述的烘烤工艺244可与粘结诱导工艺248组合，其中施加到图2B的纳米颗粒膜246的热功率经斜升以首先去除挥发性材料，随后诱导纳米颗粒的粘结。诱导纳米颗粒之间的粘结的其它方法在此实施例的范围内。
粘结纳米颗粒膜250可提供热路由结构230。替代地，可重复参考图2A到图2C所描述的步骤以形成第二粘结纳米颗粒膜，其与粘结纳米颗粒膜250组合，为热路由结构230提供所需厚度。可调整例如烘烤时间及温度的工艺步骤的一些参数以在热路由结构230中容纳多一个以上粘结纳米颗粒膜。
参考图2D，类似于参考图1A描述的平坦化层136的平坦化层可任选地横向邻近于热路由结构230形成，以提供促进互连区206的后续层形成的大体上平整表面。可通过各种方法中的任何者形成平坦化层；此实例揭示使用加成工艺形成平坦化层。平坦化层的形成开始于通过加成工艺252在互连区206的横向邻近于热路由结构230的瞬时顶表面上形成浆料层251。浆料层251可包含分散在水性流体或可能是有机粘合剂前体流体中的电介质颗粒。加成工艺252可使用如图2D中示意性描绘的连续施配设备253，或者可使用其它添加设备，例如离散液滴施配器。浆料层251可施配到互连区206的未由热路由结构230覆盖的大体上所有瞬时顶表面上。
参考图2E，浆料层251通过浆料烘烤工艺254加热，以从浆料层251去除挥发性材料的至少一部分。浆料烘烤工艺254可为使用白炽光源255的辐射热工艺，如图2E所指示，或者可为热板烘烤工艺、强制空气烘烤工艺或其组合。
参考图2F，图2E的浆料层251经固化以形成平坦化层236。浆料层251可使用加热灯258通过加热工艺256来固化，如图2F中所指示，或者通过暴露于紫外线辐射以聚合浆料层251中的有机前体来固化。
互连区206的形成以形成电介质层堆叠222的电介质层及形成通孔继续。通孔可穿过热路由结构230形成，并且穿过平坦化层236(如果存在)形成，并适当调整蚀刻工艺用于形成通孔洞。
图3A到图3C描绘根据实施例的形成具有热路由结构的集成电路的另一实例方法。参考图3A，集成电路300形成在包含半导体材料304的衬底302上。组件形成在半导体材料304中，靠近衬底302的顶表面310。此实例的组件可包含第一组组件308及第二组组件360，其中第一组组件308在空间上与第二组组件360分离，且其中第一组组件308及第二组组件360受益于共享相同热环境。第一组组件308及第二组组件360可为模拟电路的匹配组件。匹配组件经设计以具有大体上相等性能参数，例如驱动电流及阈值。因为这些性能参数受温度影响，所以减小匹配组件之间的温度差异可有利地减少性能参数的差异。组件308及360可包含MOS晶体管、双极结型晶体管、JFET、电阻器、SCR、二极管及/或其它组件。场氧化物314可形成在衬底302中以横向分离组件。场氧化物314可通过STI工艺形成，或替代地通过LOCOS工艺形成。
互连区306形成在衬底302上方。图3A展示在完成中途的阶段的互连区306。互连区306可形成为一系列电介质层，例如PMD层，以及交替IMD层及ILD层，以形成电介质层堆叠322，其中例如触点316、互连件318及通孔320的互连元件形成在电介质层中。
形成此实例的热路由结构可开始于在互连区306的瞬时顶表面上方任选地形成电介质隔离层362。电介质隔离层362可将互连件318与随后形成的热路由结构电隔离。举例来说，电介质隔离层362可包括基于二氧化硅的电介质材料。电介质隔离层362可通过使用原硅酸四乙酯(TEOS)的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺形成，或者用氢倍半硅氧烷(HSQ)或甲基倍半硅氧烷(MSQ)旋涂集成电路300然后烘烤及退火来形成。电介质隔离层362可经配置为毯覆层或者可经图案化。在此实例的一个版本中，电介质隔离层362的图案化表现形式可由具有高导热率的非导电纳米颗粒形成，这可有利地增加热路由结构的总导热率。在其中没有互连件318暴露在互连区的瞬时顶表面处的此实例的替代版本中，可省略形成电介质隔离层。
纳米颗粒墨水340的纳米颗粒墨水膜338形成在互连区306的瞬时顶表面上。纳米颗粒墨水膜338通过加成工艺342形成。在此实例中，纳米颗粒墨水340可包含导电纳米颗粒及载液。纳米颗粒墨水340在用于随后形成的热路由结构的区域中被施配到集成电路300上，并且不被施配在互连区306的整个瞬时顶表面上方。纳米颗粒墨水340可在用于随后形成的通孔的区域之外被省略，以便于在纳米颗粒墨水膜338中留下通孔开口364，以避免导电纳米颗粒触碰随后形成的通孔。加成工艺342可使用连续微挤压施配设备343，如图3A中示意性地指示。连续微挤压施配设备343可经配置使得集成电路300及连续微挤压施配设备343可相对于彼此横向移动，以为纳米颗粒墨水膜338提供所需施配图案。
参见图3B，通过烘烤工艺344加热图3A的纳米颗粒墨水膜338，以从纳米颗粒墨水膜338去除挥发性材料的至少一部分，以形成主要包含纳米颗粒的纳米颗粒膜346。烘烤工艺344可为使用安置在衬底302下方的热板345的热板工艺，如图3B中所描绘。替代地，烘烤工艺344可为辐射热工艺，如参考图2B所描述。烘烤工艺344可在部分真空中执行，或者在具有低压连续气流的环境中执行，以增强挥发性材料的去除。
参考图3C，通过粘结诱导工艺348加热图3B纳米颗粒膜346，使得邻近纳米颗粒彼此粘结，以形成粘结纳米颗粒膜350。粘结诱导工艺348可包含使用闪光灯366的闪光加热工艺，如图3C中示意性描绘。诱导纳米颗粒之间的粘结的其它方法在此实例的范围内。粘结纳米颗粒膜350可提供大体上所有的热路由结构330。替代地，可形成额外粘结纳米颗粒膜以与粘结纳米颗粒膜350组合以提供热路由结构330。
图4A及图4B是根据实施例的含有热路由结构的另一实例集成电路的横截面。参考图4A，集成电路400包含含有半导体材料404的衬底402。集成电路400进一步包含安置在衬底402之上的互连区406。在此实例中，第一组组件408及第二组组件460安置在衬底402及互连区406中，靠近衬底402与互连区406之间的边界410。在此实例中，第一组组件408及第二组组件460可为匹配组件，其性能受益于具有类似热环境。集成电路400可进一步包含热敏组件412，其性能随着温度降低而改进。组件408、460及412在图4A中描绘为MOS晶体管，但其它表现形式(例如双极结型晶体管、JFET、电阻器及SCR)在此实例的范围内。组件408、460及412可在衬底402与互连区406之间的边界410处由场氧化物414横向分离。
互连区406可包含安置在电介质层堆叠422中的触点416、互连件418及通孔420。互连区406的顶表面424定位在互连区406的与衬底402与互连区406之间的边界410相对的表面处。结合垫结构426可安置在互连区406的顶表面424上方，并且电耦合到互连件418。保护性外涂层428可安置在互连区406的顶表面424上方。接合垫结构426可延伸通过保护性外涂层428。
热路由结构430安置在互连区406中，在互连区406中的集成电路400的一部分但不是全部的上方延伸。在此实例中，热路由结构430包含：粘结纳米颗粒膜432，其包含含有金属的纳米颗粒433；以及石墨材料层468，其安置在粘结纳米颗粒膜432上，如图4B中详细展示。举例来说，纳米颗粒433可包含铜、镍、钯、铂、铱、铑、铈、锇、钼及/或金。石墨材料层468可包含石墨、石墨碳、石墨烯、碳纳米管或类似者。
电介质隔离层470可任选地安置在热路由结构430下方。电介质隔离层470可将粘结纳米颗粒膜层432与下伏互连件418电隔离。在此实例中，热路由结构430可在第一组组件408及第二组组件460上方延伸，并且可延伸远离热敏组件412，如图4A中所展示。因此，热路由结构430可为第一组组件408及第二组组件460提供更紧密匹配的热环境，且借此改进其性能，同时有利地将来自第一组组件408及第二组组件460的热量从热敏组件412转移走。
图5A到图5D描绘根据实施例的形成具有热路由结构的集成电路的另一实例方法。参考图5A，集成电路500形成在包含半导体材料504的衬底502上。组件(例如发热组件508、热敏组件512及匹配元件560)靠近衬底502的顶表面510形成在半导体材料504中。衬底502的顶表面510也是衬底502与互连区506之间的边界。场氧化物514可形成在衬底502中以横向分离组件508、512及560。互连区506形成在衬底502上方。互连区506可经形成以具有电介质层堆叠522，其中例如触点516、互连件518及通孔520的互连元件形成在电介质层堆叠522中。
图5A中未展示的电介质隔离层可任选地形成在用于热路由结构的区域中。电介质隔离层可通过各种方法中的任何者来形成，例如参考图3A的电介质隔离层362所描述。含有包含金属的纳米颗粒的纳米颗粒墨水膜538通过加成工艺572在互连区506的瞬时顶表面上方形成在电介质隔离层(如果存在)上。纳米颗粒可包含参考图4A及图4B描述的金属，或适合作为后续石墨材料生长的催化剂的其它金属。纳米颗粒墨水膜538形成在用于随后形成的热路由结构的区域中，并且不形成在互连区506的整个瞬时顶表面上方。加成工艺572可包含使用脉冲激光573的直接激光转移工艺以将含有纳米颗粒的源层576的小片纳米颗粒墨水574转移到集成电路500，如图5A中所描绘。源层576附接到背衬层578。组合源层576及背衬层578有时被称为带。脉冲激光器573、源层576及背衬层578以及集成电路500可相对于彼此移动，以在所需区中形成纳米颗粒墨水膜538。形成纳米颗粒墨水膜538的其它方法在此实例的范围内。
参考图5B，可通过烘烤工艺544来加热图5A的纳米颗粒墨水膜538来从纳米颗粒墨水膜538去除挥发性材料的至少一部分，以形成主要包含纳米颗粒的纳米颗粒膜546。烘烤工艺544可为使用IR LED 545的辐射热工艺，如图5B中示意性描绘。使用IR LED545可使辐射热大体上仅施加到含有纳米颗粒墨水膜538的区域，同时不将辐射热施加到纳米颗粒墨水膜538外部的集成电路500的区域，从而有利地减少组件508、512及568上的热负荷。替代地，烘烤工艺544可包含使用白炽光源的辐射热工艺，或者可包含热板工艺。
参考图5C，通过粘结诱导工艺548加热图5B纳米颗粒膜546，使得邻近纳米颗粒彼此粘结，以形成粘结纳米颗粒膜532。粘结诱导工艺548可包含使用白炽灯566的尖峰加热工艺，如图5C中示意性地描绘。尖峰加热工艺加热纳米颗粒膜546持续一段时间，例如1毫秒到10毫秒，以有利地限制组件508、512及568的加热。诱导纳米颗粒之间的粘结的其它方法在此实例范围内。
参考图5D，通过石墨材料PECVD工艺在粘结纳米颗粒膜532上选择性地形成石墨材料层568。在石墨材料PECVD工艺中，衬底502安置在晶片卡盘580上且并由晶片卡盘580加热，例如加热到200℃到400℃的温度。在图5D中表示为“碳反应气体”的含碳反应气体在集成电路500上方流动，且在图5D中表示为“射频(RF)功率”的射频功率施加到含碳反应气体以在集成电路500之上产生碳自由基。含碳反应气体可包含甲烷，例如乙烷、丙烷及/或丁烷的直链烷烃，例如乙醇的醇及/或例如环丁烷或苯的环烃。例如氢、氩及/或氧的额外气体可在集成电路500上方流过。粘结纳米颗粒膜532中的纳米颗粒催化碳自由基反应以形成石墨材料568，使得石墨材料层568的第一层选择性地形成在粘结纳米颗粒膜532上。后续石墨材料层568选择性地形成在先前形成的石墨材料层568上，使得石墨材料层568选择性地形成在粘结纳米颗粒膜532上，且石墨材料568未形成在粘结纳米颗粒膜532外部的集成电路500上。组合的粘结纳米颗粒膜532及石墨材料层568提供热路由结构530。
图6是根据实施例的包含组合的热路由结构的实例集成电路的横截面。集成电路600包含含有半导体材料604的衬底602。集成电路600进一步包含安置在衬底602上方的互连区606。发热组件608安置在衬底602及互连区606中，靠近衬底602与互连区606之间的边界610。举例来说，组件608可为MOS晶体管、双极结型晶体管、JFET、电阻器及/或SCR。组件608可在衬底602与互连区606之间的边界610处由场氧化物614横向分离。互连区606可包含安置在电介质层堆叠622中的触点616、互连件618及通孔620。互连件618中的部分安置在顶部互连级682中，顶部互连级682靠近互连区606的顶表面624定位。互连区606的顶表面624与衬底602与互连区606之间的边界610相对而定位。结合垫结构626安置在互连区606的顶表面624上方，并且电耦合到顶部互连级682中的互连件618。保护性外涂层628安置在互连区606的顶表面624上方。
在此实例中，使用结合垫结构626中的部分上的引线结合684来组装集成电路600。通过囊封在囊封材料686中来封装集成电路600。例如环氧树脂的囊封材料686安置在保护性外涂层628及接合垫结构626上方。
此实例的集成电路600包含组合的热路由结构688，其从衬底602内部延伸通过互连区606，并通过有机聚合物囊封材料686。组合的热路由结构688包含安置在根据本文的实例中的任何者的互连区606中的热路由结构630。组合的热路由结构688可将由组件608产生的热量传导到定位在含有集成电路600的封装外部的排热设备，例如散热器，这可有利地降低组件608的操作温度。
组合的热路由结构688可包含深沟槽热路由结构690，其安置在衬底602中并且延伸到衬底602与互连区606之间的边界610。深沟槽热路由结构690可环绕组件608的一部分并且可在图6的平面之外的位置处彼此连接。深沟槽热路由结构690可具有结构并且可经形成，例如在第US 15/361,397号专利申请案中所描述。
组合的热路由结构688可包含安置在互连区606中的高导热率通孔692。高导热率通孔692可环绕组件608的一部分并且可在图6的平面外的位置处彼此连接。高导热率通孔692可具有结构并且可经形成，例如在第US 15/361,399号专利申请案中所描述。
组合的热路由结构688可包含安置在顶部互连级682之上的顶级导热率结构694。顶级导热率结构694可具有结构并且可经形成，例如在第US 15/361,390号专利申请案中所描述。
组合的热路由结构688可包含通过囊封材料686安置到集成电路600的高导热率贯穿封装导管696。高导热率贯穿封装导管696可具有结构并且可经形成，例如在第US15/361,403号专利申请案中所描述。
集成电路600可进一步包含石墨材料通孔698，其电耦合到组件608。石墨材料通孔698可将由组件608产生的热量传导远离衬底，可能传导到组合的热路由结构688，这可有利地降低组件608的工作温度。石墨材料通孔698可具有结构并且可经形成，例如在第US 15/361,401号专利申请案中所描述。
在所描述实施例中修改是可能的，并且在权利要求书的范围内其它实施例是可能的。

Claims (20)

1.一种集成电路，其包括：
衬底，其包括半导体材料；
互连区，其安置在所述衬底之上，所述互连区包括：
电介质层堆叠，其包括电介质材料；
触点，其安置在所述电介质层堆叠中；
互连件，其安置在所述电介质层堆叠中；及
通孔，其安置在所述电介质层堆叠中；
发热组件，其安置在所述衬底及所述互连区中，靠近所述衬底与所述互连区之间的边界；及
热路由结构，其安置在所述互连区中，其中所述热路由结构在所述发热组件上方延伸，所述热路由结构包含包括纳米颗粒的粘结纳米颗粒膜，其中邻近纳米颗粒彼此粘结，其中所述粘结纳米颗粒膜大体上不含有机粘合剂材料，且其中所述热路由结构的导热率高于触碰所述热路由结构的电介质材料的导热率。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述粘结纳米颗粒膜包括选自由氧化铝、金刚石、六方氮化硼、立方氮化硼及氮化铝组成的群组的材料的非导电纳米颗粒。
3.根据权利要求2所述的集成电路，其中所述通孔中的至少一者触碰所述热路由结构。
4.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述粘结纳米颗粒膜包括选自由金属、石墨烯、嵌入金属中的石墨烯、石墨、石墨碳及/或碳纳米管组成的群组的材料的导电纳米颗粒。
5.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述粘结纳米颗粒膜包括选自由铜、镍、钯、铂、铱、铑、铈、锇、钼及金组成的群组的金属纳米颗粒，且其中所述热路由结构包括安置在所述粘结纳米颗粒膜上的石墨材料层。
6.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述热路由结构延伸到所述集成电路的排热区。
7.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述热路由结构远离所述集成电路的热敏组件延伸。
8.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述热路由结构在所述集成电路的匹配组件上方延伸。
9.根据权利要求1所述的集成电路，其进一步包括邻近所述热路由结构横向安置的电介质材料的平坦化层。
10.根据权利要求1所述的集成电路，其进一步包括选自由深沟槽热路由结构、高导热率通孔、顶级导热率结构、高导热率贯穿封装导管以及石墨通孔组成的群组的热路由组件；
其中：
所述深沟槽热路由结构包括粘结纳米颗粒膜，所述深沟槽热路由结构安置在所述衬底中并延伸到所述衬底与所述互连区之间的所述边界；
所述高导热率通孔包括粘结纳米颗粒膜，所述高导热率通孔安置在所述互连区之上；
所述顶级导热率结构包括粘结纳米颗粒膜，所述顶级导热率结构安置在所述互连区之上；
所述高导热率贯穿封装导管包括粘结纳米颗粒膜，所述高导热率贯穿封装导管穿过在所述集成电路上方的囊封材料而安置并延伸到所述集成电路；且
所述石墨通孔包括粘结纳米颗粒膜，所述石墨通孔电耦合到所述集成电路的多个组件中的一者。
11.一种形成集成电路的方法，所述方法包括：
提供包括半导体材料的衬底；
在所述衬底中形成发热组件；
在所述衬底之上形成互连区，其包括：
在所述衬底之上形成电介质层堆叠；
在所述电介质层堆叠中形成触点，所述触点与所述发热组件形成电连接；
在所述电介质层堆叠中形成互连件，其中所述互连件形成在多个互连级中；
在所述电介质层堆叠中形成通孔，其中所述通孔与所述互连件形成电连接；以及
在所述电介质层堆叠中形成热路由结构，其包括：
在所述互连区中通过加成工艺施配纳米颗粒墨水以形成纳米颗粒墨水膜，其中所述纳米颗粒墨水膜包含纳米颗粒及载液，且其中所述纳米颗粒墨水膜不含有机粘合剂材料；以及
诱导所述纳米颗粒的粘结，借此形成粘结纳米颗粒膜。
12.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述热路由结构进一步包括在诱导所述纳米颗粒的粘结之前，加热所述纳米颗粒墨水膜以去除挥发性材料，且借此形成纳米颗粒膜。
13.根据权利要求12所述的方法，其中加热所述纳米颗粒墨水膜使用红外发光二极管IRLED。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述纳米颗粒包括选自由氧化铝、金刚石、六方氮化硼、立方氮化硼及氮化铝组成的群组的材料的非导电纳米颗粒。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述纳米颗粒包括选自由金属、石墨烯、嵌入金属中的石墨烯、石墨、石墨碳及/或碳纳米管组成的群组的材料的导电纳米颗粒。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述纳米颗粒包括选自由铜、镍、钯、铂、铱、铑、铈、锇、钼及金组成的群组的金属，且其中形成所述热路由结构进一步包括：通过等离子体增强化学气相沉积PECVD工艺在所述粘结纳米颗粒膜上形成石墨材料层。
17.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述互连区进一步包括在形成所述纳米颗粒墨水膜之前形成电介质隔离层，其中所述纳米颗粒墨水膜形成在所述电介质隔离层上。
18.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述互连区进一步包括形成邻近所述热路由结构横向定位的电介质材料的平坦化层。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述加成工艺包括选自由离散液滴施配工艺，连续挤压工艺、直接激光转移工艺、静电沉积工艺及电化学沉积工艺组成的群组的方法。
20.根据权利要求11所述的方法，其中诱导所述纳米颗粒的粘结包括选自由扫描激光加热工艺、闪光加热工艺及尖峰加热工艺组成的群组的工艺。
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