(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板及び前記第１の基板の上方に形成される第１のデバイス特徴を備えている第１のチップと、
前記第１のチップの上方に位置させられ、第２の基板及び前記第２の基板の上方に形成される第２のデバイス特徴を備えており、前記第２のデバイス特徴の少なくとも幾つかは電流駆動熱伝達システムを形成しており、前記第２のデバイス特徴の少なくとも幾つかはグラフィック処理ユニットを形成している第２のチップと、
前記第２のチップの上方に位置させられると共に前記電流駆動熱伝達システムに熱的に結合されるヒートシンクとを備え、
前記電流駆動熱伝達システムは前記第１のチップの速度臨界デバイス領域に対して位置合わせされるように位置させられており、前記速度臨界デバイス領域はＣＰＵコアの一部分を備えている積層チップ構造。
【請求項２】
前記デバイス特徴の前記少なくとも幾つかは少なくとも２つの異なる半導体材質に基き前記第１のチップのデバイスレベル内に形成される半導体要素を備えている請求項１の積層チップ構造。
【請求項３】
前記デバイス特徴の前記少なくとも幾つかは少なくとも２つの異なる金属材質に基き前記第１のチップのメタライゼーションシステム内に形成されている請求項１の積層チップ構造。
【請求項４】
前記第２のチップの上方に位置させられる少なくとも１つの更なるチップを更に備え、
前記少なくとも１つの更なるチップは前記少なくとも１つの更なるチップのデバイス特徴によって形成される更なる電流駆動熱伝達システムを備えている請求項１の積層チップ構造。
【請求項５】
前記更なる電流駆動熱伝達システムは前記第２のチップ内に形成される前記電流駆動熱伝達システムに対して位置合わせされている請求項４の積層チップ構造。
【請求項６】
前記第１及び第２のチップの間に位置させられる熱拡散材質を更に備え、
前記熱拡散材質は前記第１及び第２のチップを接続するための垂直電気的接続を備えている請求項１の積層チップ構造。
【請求項７】
前記熱拡散材質は他の電流駆動熱伝達システムを形成するデバイス特徴を備えている請求項１の積層チップ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して集積回路の製造の分野に関し、更に特定的には３Ｄデバイスにおける温度管理に関する。
【背景技術】
【０００２】
最新の集積回路においては、極めて多数の個別の回路要素、例えばＣＭＯＳ、ＮＭＯＳ、ＰＭＯＳ要素の形態にある電界効果トランジスタ、抵抗、キャパシタ等が単一のチップ区域上に形成される。典型的には、これらの回路要素の特徴サイズ(feature size)は、新しい回路世代の導入毎に継続的に小さくなってきており、それにより、５０ｎｍ以下の臨界的寸法で大量生産技術により形成されまた速度及び／又は電力消費に関して改良された一定の性能を有する現時点で入手可能な集積回路をもたらしている。従って、トランジスタのサイズの減少は、ＣＰＵのような複雑な集積回路のデバイス性能を確実に向上させる上で重要な側面である。サイズの減少は一般的にはスイッチング速度の増大を伴い、それによりトランジスタレベルでの信号処理性能が高まる。
【０００３】
多数のトランジスタ要素に加えて、キャパシタ、抵抗、相互接続構造等の多数の受動的回路要素が基本的回路レイアウトによる要求に応じて集積回路内に典型的には形成される。能動的回路要素の寸法の減少に起因して、個々のトランジスタ要素の性能が向上し得るだけでなく、それらのパッキング密度もまた改善されるであろうから、多くの機能性を所与のチップ区域内に組み込むことに対する潜在力が提供され得る。この理由により、アナログ回路、デジタル回路等の異なる種類の複数の回路を含む高度に複雑な回路が開発されてきており、それにより全体のシステムが単一のチップ上に提供され得る（ＳｏＣ）。
【０００４】
高度に複雑な集積回路においては、トランジスタ要素が当該デバイスの全体的な性能を実質的に決定する主要な回路要素であるが、キャパシタ及び抵抗や特に複雑な相互接続システム即ちメタライゼーションシステムのような他の構成部分も必要であろうし、これらの受動回路要素のサイズもまた、貴重なチップ面積を過度に消費することのないように、トランジスタ要素の縮小化に対して調節される必要があろう。
【０００５】
典型的には、単位面積あたりのトランジスタ等の回路要素の数が、対応する半導体デバイスのデバイスレベルにおいて増えるのに従って、そのデバイスレベル内の回路要素に関連する電気的な接続の数もまた、典型的には超比例的に(in an over-proportional manner)増えるので、複数の積層されたメタライゼーション層を含むメタライゼーションシステムの形態で提供され得る複雑な相互接続構造が必要になろう。洗練された半導体デバイスにおいては、信号伝搬遅延は典型的にはデバイスレベル内のトランジスタ要素によってよりはむしろメタライゼーションシステムによって実質的に制限されるであろうから、これらのメタライゼーション層においては、層内レベルの電気的接続を提供する金属線及び層間レベルの接続を提供するビアは、寄生ＲＣ（抵抗性容量性）時定数を減少させるような適切な誘電体材質との組み合わせにおいて銅等の高伝導性金属に基いて形成されるであろう。しかし、相互接続構造の望ましい密度を提供するように高さ次元でメタライゼーションシステムを拡張することは、洗練された低ｋ誘電体の材質特性によって課せられる寄生ＲＣ時定数及び制約によって制限され得る。即ち、典型的には誘電定数の低減はこれらの誘電体材質の機械的な安定性の低下を伴うので、種々の製造ステップの間における歩留まり低下及び半導体デバイスの動作の間における信頼性の低下を考慮すると、互いの上面に積み重ねられるであろうメタライゼーション層の数もまた制限されるかもしれない。このように、メタライゼーション層の数は任意には増やすことができないので、単一の半導体チップ内に設けられる半導体デバイスの複雑さは、対応するメタライゼーションシステムの能力によって、また特に洗練された低ｋ誘電体材質の特性によって制限されるであろう。
【０００６】
この理由により、２つ以上の個々の半導体チップを積み重ねることによって、それぞれのチップパッケージの与えられたサイズ又は面積に対する回路要素の全体的な密度を更に高めることが提案されてきており、これら２つ以上の個々の半導体チップは、極めて複雑な半導体デバイスを単一のチップ上に製造するプロセスの間に直面する多くの問題を回避しつつ全体として複雑なシステムを提供するように、独立した様態によって、しかし相互に関連する設計で製造することができる。例えば、メモリ区域等のような適切に選択された機能ユニットが、対応するメタライゼーションシステムの製造を含む十分に確立された製造技術に従って単一のチップ上に形成され得る一方で、高速且つ高電力(powerful)な論理回路のような他の機能ユニットは、別個のチップとして独立に形成され得るが、全体的に１つの機能回路を形成するようにそれぞれの相互接続システムが個々のチップの後続の積み重ね及び付着を可能にすることができ、その機能回路は次いで単一のユニットとしてパッケージングすることができる。他の場合には、適度に高い電圧で動作させられると共に大きな電力消費を有する電力回路が敏感な制御回路と組み合わされることがあり、この場合、両機能ユニットは別々のチップ内に設けられるかもしれない。このように、個々の半導体チップを積み重ねることによって、パッケージ内の極めて大きな利用可能な体積を用いることができるので、対応する三次元（３Ｄ）構造は、１つのパッケージの与えられた面積に対して回路要素及びメタライゼーション形状の増大された体積密度を提供することができる。この技術は、所与の技術標準のための所与のパッケージサイズに対する体積パッキング密度及び機能性を高めるための有望な手法を代表する一方で、例えば高度に臨界的な多数のメタライゼーション層を積み重ねることを考慮するときに極めて臨界的な製造技術を回避することができるのであるが、これらの三次元チップ配置の温度管理は、特に大きな電力消費のチップが含まれている場合に困難になることがあり、図１を参照してこれを説明する。
【０００７】
図１は典型的な従来のアーキテクチャに従う三次元半導体構造１００の断面図を模式的に示している。図示される例では、三次元デバイス１００は第１の半導体チップ１１０を備えており、第１の半導体チップ１１０は、シリコン等のような半導体材質に基く回路要素を含むチップとして理解されるべきである。第１の半導体チップ１１０は基板１１１、例えばシリコン材質のような半導体材質あるいはガラス等の他の適切なキャリア材質を備えているであろう。また、基板１１１の上方にはデバイス層１１２が設けられているであろうし、デバイス層１１２は、チップ１１０の所望の電気的な機能的挙動を得るために必要な複数の半導体ベースの回路要素、例えばトランジスタ、キャパシタ、抵抗等を備えているであろう。便宜上、そのような回路要素はいずれも図１には示されていない。また、チップ１１０はメタライゼーションシステム１１３を備えているであろうし、メタライゼーションシステム１１３は、デバイス層１１２内の回路要素間での電気的な接続を確立するように１つ以上のメタライゼーション層を含むであろう。更に、メタライゼーションシステム１１３は、三次元チップ構造を形成するように第１のチップに取り付けられる第２のチップ１２０への電気的な接続を可能にする適切な相互接続構造をもたらすことができ、それにより、上述したように所与のパッケージ体積に対して回路要素の体積パッケージング密度を顕著に高めることができる。例えば、対応する相互接続構造はビア(vias)１１３ａの形態で設けることができ、ビア１１３ａは、メタライゼーションシステム１１３を通って延びているであろうし、そして必要に応じてデバイスレベル１１２に直接接続することができる。同様に、第２のチップ１２０は、デバイスレベル１２２を画定するために例えばシリコンの形態にある適切な半導体材質をその上に形成するためのシリコン材質又は任意の他の適切なキャリア材質のような基板１２１を備えているであろうし、デバイスレベル１２２の内部及び上方には対応する回路要素を設けることができる。更に、デバイスレベル１２２の「上方には」メタライゼーションシステム１２３が設けられているであろうし、メタライゼーションシステム１２３は、デバイスレベル１２２内の回路要素の必要な電気的な接続と第１のチップ１１０に接続するための適切なコンタクト構造とをもたらすために１つ以上のメタライゼーション層を備えているであろう。例えば、チップ１１０及び１２０は適切なバンプ構造を備えているであろうし、バンプ構造に基き電気的な接続を確立することができ、また機械的に信頼性の高い様態でチップ１２０をチップ１１０に取り付けることができる。この目的のために、メタライゼーションシステム１２３はまた、適切なバンプ又は他のコンタクト要素（図示せず）を、チップ対チップ接続を確立するための対応するビア１２３ａと共に備えていているであろう。チップ１１０及び１２０を対応するメタライゼーションシステム１１３，１２３によってそれぞれ取り付けることは、多くの可能性の１つであり得ることが理解されるべきである。例えば、チップ対チップ接続の数が適度に小さい場合には、チップ１２０は基板１２１によってチップ１１０に取り付けられてよく、この場合、対応するスルホールビア(through hole vias)がメタライゼーションシステム１１３からチップ１２０のデバイス層１２２への電気的な接続を確立することができる。一方、メタライゼーションシステム１２３は次いで、チップ１２０に取り付けられているであろうキャリア基板１３０と接続するために利用可能であり、それによりチップ１２０からキャリア基板１３０への適度に複雑な電気的な相互接続が可能になると同時に、周辺（図示せず）への電気的な接続をもたらすことができる。更に他の場合には、基板１１１及び１２１は、必要なチップ対チップ接続を確立するための対応するスルホールビアに基いて互いに取り付けることができる一方で、対応するメタライゼーションシステム１１３及び１２３は、高い複雑性の三次元構造が必要な場合に、更なるチップ、キャリア基板等と接続するために利用可能であろう。また、図１に示されるように、デバイス１００は、キャリア基板１３０に取り付けられると共に強制的な又は自然の空気の対流に対して増大された表面積をもたらし得るヒートシンク１４０を備えていることがある。他の場合には、ヒートシンクは、洗練された液体ベースの冷却システムを含んでいることがあり、あるいはペルチェ(Peltier)要素等の電気的能動冷却システムを備えていることがある。
【０００８】
典型的には、図１に示される半導体デバイス１００は、半導体デバイスの典型的な製造技術を用いることによるチップ１１０及び１２０の形成を含む十分に確立されたプロセス技術に基いて形成することができる。即ち、チップ１１０及び１２０は、対応するデバイスレベル１１２，１２２内に回路要素を製造するための多数の製造ステップを実行すること及び、それに続く対応するメタライゼーションシステム１１３及び１２３を製造するための製造技術によって、専用のウエハ上に形成することができ、ここには、後での製造段階におけるチップ対チップ接続を確立するためのビア１１３ａ，１２３ａを設けるような適切なプロセスステップも含まれる。基本的な伝導体チップが完成した後、対応するキャリアウエハは単一チップに分離されるであろうし、それにより複数のチップ１１０と複数のチップ１２０がもたらされ得る。その後、チップ１１０，１２０は、互いに位置合わせさせられるであろうし、そして例えば接着剤、例えば半田材質を含む対応するバンプ構造を用いることによって接続されるであろうし、半田材質は、電気的な接続及びチップ１１０のチップ１２０への機械的な接着を確立するようにリフローされ得る。同様に、結果として得られた積層チップ構造にキャリア基板１３０が取り付けられるであろうし、また最終的にヒートシンク１４０が実装されるであろう。プロセスは多くの追加的な十分に確立されたパッケージング技術、例えばキャリア基板１３０に取り付けた後にチップ１１０，１２０を密閉することを含み得ることが理解されるべきである。
【０００９】
デバイス１００の動作の間、積層構造においては、例えばトランジスタ、抵抗等の形態にある対応する回路要素の動作に起因して、実質的に例えば対応するデバイスレベル１１２及び１２２内で熱が発生する。具体的な構成に応じて、適度に大きな電力消費のチップがしばしばデバイス１００内に設けられているであろうし、この場合、デバイスレベル１１２及び１２２内での許容可能な動作温度を超過しないように、ヒートシンク１４０への熱的な接続の対応する強化が必要になるであろう。このように、従来的には、特に２つより多くの個別チップがデバイス１００内に設けられている場合に、任意の中間チップに対する効果的な熱消散をもたらすことが困難であり、体積パッキング密度の増大はしばしば、従来の積層チップ構造の利用可能な熱消散能力に適合させることができない。従って、構造１００内の個々のチップの熱消散能力の低下に起因して、全体的な複雑さ及びこれに伴い対応する個々のチップの電力消費に関するだけでなく三次元構造内におけるそれらの空間的配置に対しても大きな制約が課せられるであろうから、従来の三次元チップ構造の全体的な性能及び効率を低下させてしまうことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した事情に鑑み、本開示は、三次元チップ構造内での温度管理を強化する一方で上で特定した問題の１つ以上の影響を回避し又は少なくとも低減することができるデバイス及び方法に関連している。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
概して本開示は、チップ内だけでなく積層チップ構造内でも電流駆動熱伝達が確立され得るようにチップ内部能動的熱伝達能力を設けることによって、半導体チップ内及び特に三次元積層チップ構造内での熱消散能力が強化され得る半導体デバイス及び技術に関連している。従って、必要に応じて対応する能動的熱伝達システムが機能回路と共に１つ以上の半導体チップ上に組み込まれるので、三次元半導体デバイスの全体的な体積パッキング密度が所与のパッケージ体積に対して増大させられ得る。ここに開示される他の例示的な側面においては、チップ内部熱伝達は電流駆動熱伝達システムによって強化することができ、当該熱伝達システムは、「ホットスポット(hot spot)」区域の近傍に戦略的に位置させることができ、それにより温度臨界回路部分におけるパッキング密度及び／又は動作速度に関する制約を局所的に緩和することができるので、高い性能をももたらすことができる。また、能動的熱伝達システムを設けることによって、温度臨界区域に対して加熱及び冷却機能を容易にもたらすことができ、例えばシステムの電源投入に際して例えば強化された低温挙動を達成することができ、この場合、温度臨界回路部分の起動は適切な動作温度が達成されるまで遅延させられてよい。他の例示的な側面においては、電流駆動熱伝達システムは温度監視タスクのためにも用いることができ、温度管理タスクにおいては、電流駆動熱伝達システムによって発生する温度依存電圧が、熱伝達システムに熱的に接続されるそれぞれの温度溜(temperature reservoirs)の温度差を表示することができる。例えば、熱伝達システムに基いて効果的な温度監視が積層チップ構造内で達成され得る。
【００１２】
ここに開示される１つの例示的な積層チップ構造は、第１の基板と第１の基板の上方に形成される第１のデバイス特徴とを備えた第１のチップを備えている。また、第２のチップが第１のチップの上方に位置させられ、そして第２のチップは、第２の基板と第２の基板の上方に形成される第２のデバイス特徴とを備えており、第２のデバイス特徴の少なくとも幾つかは電流駆動熱伝達システムを形成している。更に、積層チップ構造は、第２のチップの上方に位置させられると共に電流駆動熱伝達システムに熱的に結合されるヒートシンクを備えている。
【００１３】
ここに開示される１つの例示的な半導体デバイスは、基板と、基板に基いて形成されるデバイス特徴とを備えている。デバイス特徴は、基板の特定の部分で加熱効果及び冷却効果の少なくとも一方をもたらすように構成される電流駆動熱伝達システムを代表する電気回路を形成している。
【００１４】
ここに開示される１つの例示的な方法は、半導体デバイスにおける温度を制御する方法に関連している。方法は、チップ内に位置させられる第１の温度溜及び第２の温度溜に熱的に接続される電流駆動熱伝達システムをチップ内に設けることを備えている。また、方法は、半導体デバイスが特定の動作段階にあるときに第１及び第２の温度溜の一方を冷却するように電流駆動熱伝達システムを動作させることを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本開示の更なる実施形態は、添付の特許請求の範囲において画定されており、また添付の図面を参照したときに以下の詳細な説明と共に更に明らかになろう。
【００１６】
【図１】図１は制限された熱消散能力を伴う従来の三次元チップ構造を模式的に示す断面図である。
【図２ａ】図２ａは例示的な実施形態に従い半導体デバイスの基板及び／又はデバイスレベル内にチップ内部能動的な、即ち電流駆動の熱伝達システムが設けられてよい半導体デバイスを模式的に示す断面図である。
【図２ｂ】図２ｂは更に他の例示的な実施形態に従い半導体デバイスのメタライゼーションシステム内に少なくとも部分的にチップ内部能動的熱伝達システムが設けられてよい半導体デバイスを模式的に示す断面図である。
【図２ｃ】図２ｃは複数の個々のチップを含む積層チップ構造を模式的に示す断面図であり、少なくとも幾つかのチップは、例示的な実施形態に従い三次元チップ構造内での全体的な垂直方向の熱伝達を高めるように能動的熱伝達システムを含む。
【図２ｄ】図２ｄは更に他の例示的な実施形態に従い温度監視を強化するための制御システム及び／又は熱的に誘起された電圧に基いて供給電圧源に供給電圧を供給するように構成される電圧変換器に追加的に接続されてよいチップ内部電流駆動熱伝達システムを含む積層チップ構造を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の詳細な説明と共に図面に示される実施形態を参照して本開示が説明されるが、以下の詳細な説明及び図面は本開示を特定の例示的に開示されている実施形態に限定することを意図するものではなく、むしろ説明されている例示的な実施形態は単に本開示の種々の側面を例証しているにすぎず、本開示の範囲は添付の特許請求の範囲によって画定されていることが理解されるべきである。
【００１８】
概して本開示は、複雑な半導体デバイスの熱消散能力を高めるようにチップ内部の能動的な即ち電流駆動の熱伝達システムが用いられてよい半導体デバイス及び技術に関連しており、幾つかの例示的な実施形態においては、積層チップ構造内に「能動的な」熱的に高い伝導性の経路を確立する可能性がもたらされ得る。例えば、対応する能動的熱伝達システムは、ホットスポット、即ち半導体デバイスの性能駆動回路部分、例えば電力回路部分、速度臨界論理回路部分等の近傍に容易に位置させることができ、幾つかの例示的な実施形態では、高められた熱消散能力が温度臨界回路部分の上方又は下方に位置させられ得るように、対応する熱伝達システムは別個のチップ内に位置させられてよい。また、幾つかの例示的な実施形態では、互いに位置合わせさせられる複数の熱伝達システムの「シーケンス」が効果的な熱消散をもたらすことができ、考慮されている温度臨界回路部分と最終的なヒートシンクの間に１つ以上の別のチップが位置させられていることがあるとしても、全体的に高められた熱伝導性が温度臨界回路部分からヒートシンクに確立され得るように、熱伝達システムのシーケンスは従来のヒートシンク内で終端してよい。更に、能動的熱伝達システムによってもたらされる熱伝導性は、必要に応じて有効にすることができ、また熱フロー方向を反転させることをもたらすこともでき、それにより温度臨界的回路部分の効率的な冷却及び加熱が可能になり、この場合、対応する温度制御効果は半導体デバイスの全体的な動作状態に応じて生じさせることができるので、電流駆動熱伝達システムを設けることは、複雑な集積化半導体デバイスを動作させる場合における高い柔軟性をもたらすこともできる。例えば多くの応用において、動作の間の大きな熱発生がデバイスの適切な動作に対して臨界的であり得るだけでなく、低温の状況もまた複雑な半導体デバイスの不正確な動作又は初期化をもたらすことがある。従って、この場合には、温度臨界的回路部分を実際に作動させるのに先立ち適切な動作温度を確立するように、能動的熱伝達システムがそれぞれの回路部分を能動的に加熱するために用いられてよい。例えば複雑なＣＰＵにおいては、電源投入イベントに際しての特定の回路部分の初期化は、適切な動作温度が達成されるまで遅延させられてよく、それにより、十分に確立された回路アーキテクチャの低温動作能力を考慮した複雑な再設計を回避することができ、他の動作段階においては、熱伝達システムは次いで、監視し且つ／又は温度敏感なデバイス部分から実際に熱を消散させるために用いられてよい。その結果、幾つかの例示的な実施形態では、メモリ区域、グラフィック制御器等のより臨界的な回路部分の回路アーキテクチャ内に能動的熱伝達システムを組み込むことによって、温度臨界的回路部分の下方及び／又は上方の「垂直方向」に近接近して効果的な制御可能な熱消散能力を配置することができるので、三次元チップ構造において能動的熱伝達システムを有利に用いることができ、幾つかの例示的な実施形態では、性能駆動回路部分、電力エレクトロニクス等のような温度臨界的回路部分は、熱消散能力を考慮した顕著な再設計なしに用いられ得るし、あるいは対応する回路部分は増大されたパッキング密度で提供され得る。他の場合には、デバイスレベル内で発生した熱のメタライゼーションシステム内へのより効果的な再配分が達成され得るので、電流駆動熱伝達システムを例えば対応するチップのメタライゼーションレベル内に適切に位置させることによって、チップ内部熱消散能力を強化させることができる一方で、デバイスレベルにおける顕著な再設計は実質的に不要であろうし、あるいは従来の半導体デバイスと比較してデバイスレベルにおける均等に増大されたパッキング密度を提供することができる。同様に、他の例示的な実施形態においては、適切であると考えられる場合には、電流駆動熱伝達システムは、追加的に又は代替的に、対応するチップの基板部分内に形成されてよい。
【００１９】
ここに開示される他の例示的な側面においては、熱伝達システムによって得られる温度依存電圧は、熱伝達システムに熱的に接続される温度溜とここでは称されることもある特定部分の温度を監視するために用いられてもよく、それにより、対応する温度依存情報は三次元デバイス内から得ることができるので、積層チップ構造のような複雑な半導体デバイスにおける全体的な温度管理の強化が可能になる。従って、適切な制御ユニットを設けることによって、熱伝達システムは効果的なセンサシステムとして用いることができ、そして必要であれば次いで、対応する温度溜のそれぞれを効率的に加熱し又は冷却するために用いることができる。更に他の例示的な実施形態においては、例えば半導体デバイスのおおよそ安定な動作段階において、温度依存電圧は、発生した熱の少なくとも一部を電気エネルギに変換するために用いられてよく、当該電気エネルギはデバイスの１つ以上の回路部分に供給するために用いることができる。例えば、電圧源として作用する熱伝達システムから得られる電圧レベルを必要な供給電圧に適合させるために、適切なＤＣ／ＤＣ変換器を用いることができる。例えば、概ね１００℃以上の対応する温度勾配に対して、対応する熱電気ジェネレータによって３〜４％の対応する効率が得られるであろうから、排熱の３又は４％を有用な電気エネルギに変換することができる一方で、環境条件の変化、対応する回路部分の電力消費の増大等により必要であれば、温度臨界回路部分を加熱し且つ冷却する可能性を維持することができる。
【００２０】
図２ａ〜２ｆを参照して更なる例示的な実施形態を以下により詳細に説明し、適切である場合には図１も参照する。
【００２１】
図２ａは電流駆動熱伝達システム２５０を設けることによって強化された温度管理が達成され得る半導体デバイス２００の断面図を模式的に示している。また、例示的な実施形態によると、半導体デバイス２００は１つ以上の回路部分２６０を備えていてよく、回路部分２６０は、機能回路と称されることもあり、そして考慮されている回路レイアウトに必要な電気的機能をもたらすことができる。例えば、回路部分２６０はデジタル回路、アナログ回路、電力回路等を代表してよい。幾つかの例示的な実施形態では、回路部分２６０は、電界効果トランジスタ等の複数の回路要素を備えていてよく、回路要素は、メモリ回路、グラフィック処理回路等を形成していてよく、例えばＣＰＵコア等の形態にある洗練された論理回路と組み合わせて用いられてよく、個々のチップ実体(chip entity)として設けられてよく、そして半導体デバイス２００と共に三次元チップ構造に複合化されてよい。他の例示的な実施形態においては、半導体デバイス２００は、所望の機能的挙動を得るために必要な全ての構成部分を備えていてよい「スタンドアローン(stand alone)」集積回路チップを代表してよい。半導体デバイス２００は基板２０１を備えていてよく、基板２０１は、その上方に電流駆動熱伝達システム２５０及び１つ以上の機能回路部分２６０を形成するための任意の適切なキャリア材質の形態で設けられてよい。例えば、基板２０１は半導体材質、絶縁キャリア材質等を代表してよい。また、基板２０１の上方には半導体層２０２が形成されてよく、そして半導体層２０２は、その内部及び上方にシステム２５０及び回路部分２６０を形成するために必要であろうような適切な組成及び結晶学的構造を有していてよい。例えば、半導体層２０２は、ＣＭＯＳ技術又は任意の他の伝導体製造技術に基く複雑な集積回路の製造のための基本的材質として典型的に用いられるであろうようなシリコンベースの層を代表してよい。他の場合には、任意の他の適切な半導体材質、例えばゲルマニウム、対応する半導体化合物等が用いられてよい。また、シリコンのような十分に確立された半導体材質に加えて他の成分が用いられてよく、例えば、実質的にシリコンからなる場合における半導体層２０２は、デバイス２００の全体的な構造に対する必要に応じて、かなりの量のゲルマニウム、炭素等を含んでいてもよいことが理解されるべきである。幾つかの例示的な実施形態では、対応する埋め込み絶縁層（図示せず）が半導体層２０２を基板２０１から垂直方向に電気的に絶縁するように位置させられ得る場合には、基板２０１及び半導体層２０２は、デバイス２００の少なくとも特定のデバイス区域内にＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）を形成してよい。尚、この点において、「垂直の」、「水平の」、「横方向の」、「下方の」等の任意の位置的情報は、半導体層２０２と基板２０１又は対応する埋め込み絶縁層が設けられている場合にはそれとの界面２０１ｓのような基準面を参照するものとして理解されるべきである。この意味において、半導体層２０２は基板２０１の上方に位置させられている。
【００２２】
また、半導体デバイス２００はデバイスレベルを代表してよいコンタクトレベル２１０を備えていてよく、コンタクトレベル２１０内には、トランジスタ、キャパシタ等の回路部分２６０の回路要素を不動態化(passivate)するように誘電体材質が設けられてよい一方で、コンタクトレベル２１０はまた、メタライゼーションシステム２２０への電気的な接続をもたらしてよい。この目的のために、それぞれのコンタクト要素２１１がコンタクトレベル２１０内に設けられていてよく、コンタクト要素２１１は、回路部分２６０の回路要素のそれぞれのコンタクト区域に及び熱伝達システム２５０の対応するデバイス特徴(device features)２５１のコンタクト区域に接続してよい。メタライゼーションシステム２２０は、全体的な回路レイアウトに従ってそれぞれの誘電体材質並びに金属の線及びビアを含む１つ以上のメタライゼーション層を備えていてよい。便宜上、単一のメタライゼーション層が図示されているが、システム２５０及び回路部分２６０の構成部分を適切に接続するために追加的なメタライゼーション層が典型的には必要であろうし、そして追加的なメタライゼーション層はまた、ワイヤボンディングパッド、半田バンプ等の形態にある周辺構成部品との電気的な接続を提供することができ、この場合において、図１を参照して説明したのと同様に半導体デバイス２００が三次元半導体構造内で用いられることになるときには、他のチップへの対応する接続もまた設けられてよいことが理解されるべきである。
【００２３】
電流駆動熱伝達システム２５０を備えた半導体デバイス２００は、以下のプロセスに基いて形成することができる。基板２０１及び半導体層２０２を設けた後、半導体層２０２内にそれぞれの能動領域を画定すると共に、伝達システム２５０及び回路部分２６０を形成するための対応する領域を画定するように、適切な分離構造（図示せず）が形成されてよい。幾つかの例示的な実施形態では、熱伝達システム２５０を形成するために必要な製造プロセスは、回路部分２６０の回路要素を形成するためのそれぞれの製造プロセスに先立ち実行されてよい一方で、他の場合には、システム２５０の構成部分２５１は、回路部分２６０の回路要素を製造することの間に及び／又は後で形成されてよい。例えば、デバイス特徴２５１は、ペルチェ要素と同様の熱電気効果を得るように、バンドギャップエネルギ等が異なっていてよい異なる半導体要素２５１ａ，２５１ｂの形態で設けられてよい。例えば、構成部分２５１ａ，２５１ｂはそれぞれシリコン及びゲルマニウムから構成されてよく、それにより、対応する伝導性コネクタ２５１ｃとの組み合わせにおいて熱電セルを形成することができる。構成部分２５１ｃは、全体的なプロセス戦略に応じて、ドープされた半導体材質、金属シリサイド等のような金属含有材質の形態で設けられてよい。例えば、回路部分２６０の回路要素を形成するために必要な任意の高温プロセスに先立ちデバイス特徴２５１が形成される場合には、高温安定性を有する対応する材質が、例えばドープされた半導体材質、炭素材質等の形態で用いられてよい。他の場合には、全体的なプロセス戦略に応じて、ビスマス及びテルル化物のような他の材質組成が用いられてよい。デバイス特徴２５１は、例えば注入によりコネクタ要素２５１ｃを形成した後に半導体層２０２内にそれぞれの溝をエッチングすることによって、適切な注入、エッチング、堆積の技術に基いて形成することができ、次いで溝はその側壁部分上を絶縁材質で被覆されてよく、所望の充填材質の堆積がそれに続いてよい。堆積プロセスの間、異なる充填材質を必要とする他の溝はマスキングされてよく、そして先行する充填プロセスの間に堆積させられた任意の過剰な材質の除去の後に当該他の溝は充填されてよい。他の場合には、最初に１つの種類の充填材質に対するそれぞれの溝が形成されそして充填されてよく、他の種類の充填材質に対する更なるエッチング及び堆積サイクルがそれに続いてよい。回路部分２６０がＳＯＩアーキテクチャに基いて形成されることになる場合であるとしても、デバイス特徴２５１は基板２０１内に延びるように形成されてもよいことが理解されるべきである。このように、垂直熱伝導経路の効率を典型的には低下させるであろう埋め込み絶縁層に基いて半導体デバイス２００の他の区域が形成される場合であっても、熱伝達システム２５０に対して高い垂直熱伝導性を達成することができる。製造プロセスの対応する影響が不適切であると考えられる場合には、対応する製造シーケンスの間、必要であれば、回路部分２６０に対応するデバイス領域はマスキングされてよい。他の場合には、回路２６０の回路要素を形成するために用いられるそれぞれの製造プロセスをその時点で伴う少なくとも幾つかの製造ステップが実行されてよい。その後、必要であればシステム２５０に対応するデバイス領域をマスキングしながら、回路部分２６０に対するトランジスタ、キャパシタ、抵抗等の回路要素を設けるように、対応する製造プロセスが実行されてよい。回路２６０の回路要素は、対応する回路要素のアーキテクチャに応じて、ＣＭＯＳ技術等の任意の適切なプロセス戦略に基いて形成されてよい。回路要素の基本的な構造を完成させた後、十分に確立された技術に従って、即ち任意の適切な誘電体材質を堆積させそしてその内部にコンタクト要素２１１を形成することによってコンタクトレベル２１０が形成されてよく、それにより、システム２５０の全体的な動作的挙動に対して必要なようにデバイス特徴２５１についてもこれを接続することができる。次いで、十分に確立されたプロセス技術によってメタライゼーションシステム２２０が形成されてよく、ここでは、メタライゼーションシステム２２０においても、部分２６０の回路要素と熱伝達２５０のデバイス特徴２５１を適切に接続するために必要な配線レイアウトを確立するように、それぞれの相互接続構造が設けられてよい。例えば、図２ａに示されるように、それぞれの金属線２２１が個々の熱電セルの直列接続を確立してよく、各セルは構成部分２５１ａ，２５１ｃ，２５１ｂから構成されるので、複数のこれらの基本的な熱電セルは電気的に直列に接続され得る一方で、「熱的に並列な」接続を確立することができ、その接続内では、２つの異なる温度のレベル又は溜(reservoirs)が画定され得る。即ち、第１の温度の溜又はレベル２５２が基板２０１と半導体層２０２の組み合わせによって画定されてよく、何故ならば、この区域における対応する実質的に均一な横方向の熱分配能力が、接続要素２５１ｃ及び対応する構成部分２５１ａ，２５１ｂの間の界面で実質的に同一の温度をもたらし得るからである。垂直方向反対側に配置される温度溜２５３は、場合によってはコンタクトレベル２１０と組み合わされるメタライゼーションシステム２２０の対応する部分によって画定されてよく、何故ならばこの場合にも、溜２５３の材質特性に起因して横方向において実質的に高い程度の温度均一性が得られるからである。その結果、例えば矢印２５４で示されるような電流フローをシステム２５０内で確立する場合、システム２５０の全体的な構造に応じて、温度溜２５２及び２５３の間で温度勾配が確立され得る。即ち、１つの電流フロー方向においては、熱は溜２５２から溜２５３へ伝達され得る一方で、反対の電流フロー方向に対しては、溜２５３から溜２５２へ熱が伝達され得る。従って、溜２５２で冷却効果が必要な場合には、半導体層２０２及び／又は基板２０１からメタライゼーションシステム２２０へ熱を消散させるように、対応する電流フローが確立されてよい。このことは、例えば必要とされる熱消散能力を提供し得ない洗練された低ｋ誘電体材質が用いられている場合において、例えばメタライゼーションシステム２２０内へ効果的に伝導されないであろう大量の熱が回路２６０によって生じるときに有利であり得る。他の場合には、メタライゼーションレベル２２０及びコンタクトレベル２１０から半導体層２０２及び基板２０１内へ熱を効果的に伝達することができ、このことは、回路部分２６０が埋め込み絶縁層の上方に形成されている一方でデバイス特徴２５１が当該埋め込み絶縁層を超えて且つ半導体層２０２及び／又は基板２０１の深い区域内まで延びていてよい場合に有利であり得る。従ってこの場合にもまた、回路２６０の強化された温度制御を達成することができる。
【００２４】
更に他の例示的な実施形態では、熱伝達システム２５０は三次元チップ構造内における効果的な垂直方向の熱伝導経路を確立するために用いられてよく、ここでは、システム２５０は、別個のチップ又は層内に設けられるであろう温度臨界回路部分に横方向に対応するように位置させられてよく、これについては後で更に詳細に説明する。
【００２５】
図２ｂは更なる例示的な実施形態に従う半導体デバイス２００を模式的に示しており、その実施形態においては、図２ａに示される熱伝達システム２５０に加えて又はその代替として、全体的なプロセス及びデバイスの要求に応じて、熱伝達システム２７０がメタライゼーションシステム２２０内に及び場合によってはコンタクトレベル２１０内に形成されていてよい。図示される実施形態においては、システム２７０は１つ以上の熱電要素２７５を備えていてよく、図２ｂには便宜上１つだけが図示されている。基本的熱電セル２７５は対応するデバイス特徴２７１ａ，２７１ｂを備えていてよく、デバイス特徴２７１ａ，２７１ｂは、異なる熱電挙動の材質、例えば銅とコンスタンタンの組み合わせのような異なる金属を代表してよく、あるいは異なる半導体材質等を代表してよい。また、構成部分２７１ａ，２７１ｂを電気的に接続するように接続要素２７１ｃが設けられていてよく、ここでは、接続要素２７１ｃは、構成部分２７１ａ，２７１ｂの一方と同一の材質から構成されていてよく、あるいは構成部分２７１ａ，２７１ｂ内でも用いられるような２つの異なる材質の間の対応する界面がその内部に形成されたものであってよく、あるいは接続要素２７１ｃは必要な電気的接続を確立するための任意の他の材質から構成されていてよい。このように、幾つかの場合には、熱電セル２７５は適切な異なる金属材質を備えた熱電対として考えられてよい一方で、他の場合には、ペルチェ要素のために用いられ得る典型的な材質が、基本的熱電セル２７５を形成するように設けられてよい。デバイスレベル内の熱伝達システム２５０を参照して前述したように、複数のセル２７５を電気的に接続するために、メタライゼーションシステム２２０は適切な追加的な金属特徴２２１を更に備えていてよいことが理解されるべきである。
【００２６】
メタライゼーションシステム２２０内に位置させられる熱伝達システム２７０は、メタライゼーションシステム２２０内の他のデバイス特徴に対しても用いられ得るプロセス技術に基いて形成することができる。例えば、対応する溝がそれぞれのメタライゼーション層の対応する誘電体材質内にまでエッチングされてよく、そして場合によってはバリア材質と組み合わされまたコンスタンタン、銅錫合金と組み合わされる銅のような適切な材質で溝が充填されてよく、ここでは、スパッタ堆積等と組み合わされる電気化学的堆積のような十分に確立されたプロセス技術を用いることができる。他の場合には、前述したように、異なる半導体材質等の適切な材質で充填するために、別個の堆積プロセスが実行されてよい一方で、メタライゼーションシステム２２０の他のデバイス区域は適切なマスキングレジームに基いて保護されてよい。熱伝達システム２７０はまた、回路２６０に関して、あるいは別個の半導体チップ内に設けられていてよくそして三次元積層チップ構造内で用いられることになる外部回路部分に関して、強化された熱伝達能力をもたらすように位置させられてよいことが理解されるべきであり、これについては後述する。このように、システム２５０を参照して説明したのと同様に、セル２７５とこれに直列又は並列で電気的に接続される他のセルとを通って電流フローを確立する場合に、電流フロー方向に応じて、第１の温度ゾーン又は溜２７２と第２の温度ゾーン又は溜２７３の間に温度勾配を確立することができる。
【００２７】
図２ｃは複数のチップ又は半導体デバイス２００，２００ａ，２００ｂを備えていてよい積層チップ構造２８０を模式的に示しており、積層チップ構造２８０はパッケージ基板２３２に取り付けられてよく、パッケージ基板２３２は、複数の半導体チップを収容しまたプリント配線版等の周辺構成部品に接続するようにそれぞれのコンタクトピン等を提供する任意の適切なキャリア材質を代表してよい。例えば、半導体デバイス又はチップ２００ｂは、積層構造２８０の第１のチップを代表してよく、そして全体的なデバイス要求に応じて任意の適切な接着剤、バンプ構造等の任意の適切なコンタクトレジームに基いてキャリア材質２３２に取り付けられてよい。図示される実施形態では、半導体デバイス２００ｂは、例えばＣＰＵコアの一部分等の複雑な速度臨界論理回路の形態で設けられ得る温度臨界回路部分２６０ｂを備えていてよい。従って、回路部分２６０ｂは、適度に高いパッキング密度で設けられてよく且つ動作の間に大量の熱を生じ得る洗練されたトランジスタ要素を含むデバイス領域を代表してよい。洗練された回路設計においてよく知られるように、温度臨界デバイス領域を代表し得る所謂ホットスポット(hot spots)が生じることがあり、温度臨界デバイス領域内では、全体的な電力消費が顕著な加熱をもたらし、それにより周辺のデバイス領域が直面する温度レベルを超えて局所的に温度を上げてしまうことがある。その結果、任意の温度関連の制約を幾分か緩和させるように対応する温度臨界デバイス区域が再設計される必要があり且つ／又は、全体的な電力消費を低減するように対応する回路部分は減少したクロック周波数等で動作させられるかもしれないが、この場合には全体的な性能の低下がもたらされるであろう。従って、幾つかの例示的な実施形態では、温度臨界回路部分２６０ｂとヒートシンク２４０の間で熱伝導経路を確立するために、デバイス２００のシステム２５０及び／又は２７０のような対応する熱伝達システムは、垂直方向で温度臨界回路２６０ｂの上方に適切に位置させられてよく、ヒートシンク２４０は対応するパッケージのカバー２３０上に設けられてよく、ここでは、カバー２３０は任意の適切な中間熱伝達材質２３１によって積層物の最後のチップ２００ａに熱的に接続されてよい。１つの例示的な実施形態では、第１のチップ２００ｂの上方に位置する複数のチップ２００，２００ａの各々は、システム２５０ａ，２７０ａのような適切に位置させられた熱伝達システムをその内部に形成されたものであってよく、当該熱伝達システムは、チップ２００ｂとヒートシンク２４０の間での熱伝導経路を能動的に確立するように、例えばデバイス２００を参照して前述したような任意の適切な構造を有していてよい。他の例示的な実施形態においては、チップ２００，２００ａの１つにおける対応する横方向の熱拡散能力が、下層の熱伝達システムに対して横方向にオフセットされていることのある上層の熱伝達システムと接続するのに十分であると考えられてよい場合には、対応する熱伝達システム２５０，２７０，２５０ａ，２７０ａの垂直方向の位置合わせは、チップ２００，２００ａの各々に対して必要ないであろう。従って、チップ２００，２００ａの全体的な複���さに応じて、対応するチップ２００，２００ａ内に設けられていてよい対応する機能回路部分に実質的に干渉しないように、対応する熱伝達システムを位置させることができる。他の場合には、対応する熱伝達システム２５０及び／又は２７０を温度臨界部分２６０ｂに対して適切に位置合わせするために、回路部分２６０（図２ａ及び２ｂ参照）のような対応する機能回路部分が適切に再設計又は再配置されてよい。他の例示的な実施形態においては、チップ２００ｂもまた電流駆動熱伝達システムを必要に応じて備えていてよいことが理解されるべきである。同様に、温度臨界回路部分２６０ｂを備えているチップ２００ｂは、全体的なデバイス要求に応じて、積層物２８０内の任意の他の臨界的位置に位置させられてよい。他の場合には、温度臨界回路部分はまた、デバイス２８０の複雑さに応じて、更なる半導体チップ２００，２００ａの１つ以上の内部に設けられていてもよい。例えば、速度臨界回路２６０ｂは複雑な論理回路に対応していてよい一方で、半導体チップ２００は回路２６０ｂの機能性を拡張し得る更なる機能構成部分を備えていてよく、例えば回路２６０は、デバイス１００を参照して前述したように、適切な電気的相互接続構造を介して回路２６０ｂと接続され得るグラフィック処理回路部分及び／又はメモリ回路を代表してよい。また、積層チップ構造２８０は、従来の三次元半導体デバイス１００について前述したのと同様なプロセス技術に基いて形成することができるが、追加的な能動的熱伝達システム２５０，２７０，２５０ａ，２７０ａに起因して概して増大された熱消散能力が提供され得るので、構造２８０を設計しそして配置することに関して高い柔軟性を得ることができる。例えば、デバイス２８０が寒い環境で保管されているかもしれずそして動作させられる必要がある場合、対応する回路は典型的には指定された温度範囲に対して設計されているであろうから、従来的に設計される複雑な回路部分の多くは適切に機能しないことがある。従って、デバイス２８０を低温環境で電源投入する際に、少なくとも温度臨界デバイス領域が適切に機能することができず、それにより全体的なデバイス２８０の対応する障害が引き起こされる可能性がある。この場合、対応する熱伝達システムの非臨界的特徴は、温度臨界デバイス領域の近傍で、これらの回路部分を実際に作動させるのに先立ち熱を生じさせるように作動させられてよい。例えば、初期化段階の間、温度臨界回路部分の初期化の対応する遅延が実施されてよく、それによりその間、これらの臨界的デバイス部分を実際に作動させるのに先立ち、適切な動作温度が達成される。他の場合には、既存の回路設計の高度な再設計を必要とせずに、温度臨界回路部分が指定の温度範囲内であり続け得ることを確実にするように、より洗練された制御レジームが導入されてよい。
【００２８】
図２ｄを参照して、熱伝達システムの少なくとも幾つかによって生成される温度依存電圧を用いることによって、電流駆動熱伝達システムに基づき強化された温度管理機能が得られる更なる例示的な実施形態を以下に説明する。
【００２９】
図２ｄは例示的な実施形態に従うデバイス２８０を模式的に示しており、その実施形態においては、少なくとも１つの熱伝達システム、例えば前述したようなシステム２５０が、温度依存電圧を生成し得る「熱電ジェネレータ(thermoelectric generator)」として用いられてよい。よく知られているように、ＬＴ要素又は熱電対は、２つの異なる温度の溜又はゾーン、例えば温度溜２５２，２５３（図２ａ参照）の間の熱勾配に応じた電圧を生成することができる。熱伝達システム２５０は制御ユニット２９０に接続され、制御ユニット２９０は、全体的な回路レイアウト内に対応する制御ユニットを実装することに関する要求に応じて、チップ２００内又は積層チップ２８０内の任意の他のチップ内のそれぞれの回路部分の形態で設けられてよい。制御ユニット２９０は更に、冷却又は加熱が必要であろう場合にシステム２５０を通して電流を流すように、熱伝達システム２５０を対応する電流源に電気的に接続するように構成されてよい。例えば、チップ２００ｂが増大された排熱を生成するであろう場合、それぞれの温度勾配が熱伝達システム２５０を横切って確立されるであろうから、制御ユニット２９０によって検出され得る対応する電圧が結果としてもたらされてよい。この検出された電圧に基いて、電圧制御ユニット２９０は、チップ２００ｂに隣接するシステム２５０の「コード側(code side)」を確立するように、システム２５０を通って電流が流れてよいか否かを例えば予め定められたスレッショルドに基いて決定してよい。その後、電流フローは解除されてよく、そしてその時点でシステム２５０を横切って存在する温度勾配を決定するように、対応する測定が繰り返されてよい。従って、このようにして積層物２８０の全体にわたって温度制御を強化することができ、ここでは例えば、個々のチップ内の対応する熱伝達システムは、別々の温度センサとして用いられてよく、また積層物２８０内の対応する熱フローを得るように個別に作動させられてよい。例えば幾つかの動作状況においては、例えば１つの中間チップの熱拡散能力が下層の温度臨界チップを特定の動作温度で維持するために十分であり、この特定の半導体チップの上方の任意の更なる熱伝達システムが作動させられなくてよい場合には、対応する積層熱伝達システムの各々を動作させる必要はないかもしれない。更に他の例示的な実施形態では、熱伝達システム２５０によって生成される熱電電圧は、１つ以上の他の回路部分に供給されてよく、それにより、熱伝達システム２５０を通る排熱「フロー(flowing)」から得られるであろう追加的なエネルギを提供することができる。例えば、システム２５０内の電流を能動的に駆動することなしに、実質的に安定な動作温度が確立され得る場合には、それぞれの温度勾配は従って、電気エネルギにおける少なくとも熱エネルギ分を変換するために用いることができる。この目的のために、１つ以上の対応する回路部分を動作させるために必要な電圧レベルを供給するための熱電ジェネレータとして作用する熱伝達システム２５０の出力電圧を適切に適合させるように、対応するＤＣ／ＤＣ変換器２９１が設けられてよい。例えば、熱伝達システム２５０の出力電圧が、必要な供給電圧より低い場合には、アッ��コンバートされた電圧を提供するように、電荷ポンプ(charge pump)が用いられてよい。他の場合には、対応する供給電圧よりも出力電圧が高い場合には、ダウン変換器が用いられてよい。熱伝達システム２５０が温度検出デバイス、電圧ジェネレータ及び／又は冷却器として用いられることになるか否かを決定するために、制御ユニット２９０は監視制御実体(supervising control entity)として用いられてよいことが理解されるべきである。例えば幾つかの場合には、概ね１００℃以上の温度勾配が熱伝達システム２５０を横切って生じているであろうにもかかわらず、温度臨界回路の動作温度が規格の範囲内であることがある。この場合、能動的な冷却は不要であろうし、またシステム２５０は熱電ジェネレータとして動作することができるので、排熱の３又は４％に至る電気エネルギへの変換が可能になる。
【００３０】
結果として、本開示は、電流駆動熱伝達システムを設けることによって、半導体デバイス内での及び幾つかの例示的な実施形態では積層チップ構造内での熱伝達能力を高めるための半導体デバイス及び方法を提供し、電流駆動熱伝達システムは、１つ以上の半導体チップのデバイスレベル及び／又はメタライゼーションシステム内に設けられてよい。この目的のために、洗練された半導体デバイスのための典型的な従来の製造技術にも適合し得る十分に確立された材質が、それぞれの熱電ユニットを形成するように用いられてよく、熱電ユニットは結果として、所望の加熱及び／又は冷却効果をもたらすように適切に動作させられ得る。更に、能動的な冷却／加熱システムの提供はまた、対応する熱伝達システムを一時的に温度検出デバイスとして用いることによって、強化された温度監視及び温度管理を可能にし得る。更に他の例示的な実施形態においては、熱エネルギの一部を、対応する回路部分へ供給するために用いられ得る電気エネルギに変換するために、熱電効果を用いることができる。
【００３１】
本開示の更なる修正及び変更は、この明細書を考慮することによって当業者には明白になろう。従って、明細書は、例示的なものとしてのみ解釈されるべきであり、また本開示を実施する一般的な手法を当業者に教示することを目的としている。ここに示されまた説明される形態は目下のところ望ましい実施形態として解釈されるべきことが理解されるべきである。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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