JPH11135692A - Integrated circuit - Google Patents

Integrated circuit

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JPH11135692A
JPH11135692A JP30087097A JP30087097A JPH11135692A JP H11135692 A JPH11135692 A JP H11135692A JP 30087097 A JP30087097 A JP 30087097A JP 30087097 A JP30087097 A JP 30087097A JP H11135692 A JPH11135692 A JP H11135692A
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JP
Japan
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integrated circuit
peltier element
insulator
package
heat
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JP30087097A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Suzuki
毅 鈴木
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Sony Corp
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Sony Corp
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Publication date
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an integrated circuit in which a Peltier element is arranged, so as to effectively radiate Joule heat generated from a semiconductor chip with the Peltier element built-in in a package. SOLUTION: MOS transistors 12a, 12b and wiring metal 16a are formed on a semiconductor substrate 11 and covered with insulating films 14a, 14b. A Peltier element 15 is arranged on the insulating films 14a, 14b or in an etched part on the lower surface of the semiconductor substrate 11, and packaged with resin or ceramic, thereby forming an integrated circuit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路に関し、
特にパッケージ内にペルチェ素子を有し効率的に半導体
装置の冷却を行うことができる集積回路に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to integrated circuits,
In particular, the present invention relates to an integrated circuit having a Peltier element in a package and capable of efficiently cooling a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の集積回路は、外部の静電気等から
保護するため、複数の電子素子を埋め込んだ半導体回路
のチップを、絶縁体であるプラスチックやセラミックか
らなるパッケージに封入して使用されてきた。
2. Description of the Related Art A conventional integrated circuit has been used by encapsulating a semiconductor circuit chip in which a plurality of electronic elements are embedded in a package made of plastic or ceramic, which is an insulator, in order to protect it from external static electricity and the like. Was.

【0003】集積回路で消費される電力のほとんどは、
ジュール熱として外部に放出される。従来、半導体チッ
プの冷却は自然放熱で行う他、絶縁体のパッケージ上に
熱伝導性の高い材質からなるヒートシンクを付加した
り、冷却用ファンを取り付けたり、ペルチェ素子を付加
することにより行われてきた。
Most of the power consumed by integrated circuits is
Released to the outside as Joule heat. Conventionally, semiconductor chips have been cooled by natural heat dissipation, or by adding a heat sink made of a material having high thermal conductivity on an insulating package, attaching a cooling fan, or adding a Peltier element. Was.

【0004】近年、集積回路の高集積化につれて、集積
回路の消費電力は低電力化されてきたが、単位チップ面
積当たりの消費電力は大きく変化していない。特に、コ
ンピュータ等に用いられる中央演算回路では、高速で動
作させる為の高クロック化による抵抗の増大、トランジ
スタ数増加に伴う発熱量の増大、多層配線化による配線
からの発熱の増大、チップ面積の減少に伴う放熱面積の
減少等により放熱性の悪化がみられる。
[0004] In recent years, the power consumption of integrated circuits has been reduced as the degree of integration of integrated circuits has increased, but the power consumption per unit chip area has not changed significantly. In particular, in a central processing circuit used in a computer or the like, an increase in resistance due to a high clock speed for high-speed operation, an increase in heat generation due to an increase in the number of transistors, an increase in heat generation from wiring due to multi-layer wiring, an increase in chip area. The heat dissipation is deteriorated due to the decrease of the heat dissipation area accompanying the decrease.

【0005】したがって、チップの冷却を行わないと、
チップ温度が上昇し、回路の熱暴走を招く等の問題が起
こる。このような熱暴走の傾向は、高クロック数のパー
ソナルコンピュータやワークステーション等で用いられ
る中央演算回路で顕著である。
Therefore, if the chip is not cooled,
The chip temperature rises, causing problems such as thermal runaway of the circuit. Such a tendency of thermal runaway is remarkable in a central processing circuit used in a personal computer or a work station with a high clock number.

【0006】集積回路の冷却効率を向上させるため、冷
却機能がパッケージに内蔵された集積回路が提案されて
いる。例えば、ペルチェ素子及びペルチェ素子を制御す
るための測温素子を含む温度調節回路が全てパッケージ
に内蔵された集積回路(特開平1−258449)や、
半導体基板の裏面にペルチェ素子をモノリシックに形成
した集積回路(特開平9−64255)等がある。
In order to improve the cooling efficiency of an integrated circuit, an integrated circuit having a cooling function built in a package has been proposed. For example, an integrated circuit in which a temperature control circuit including a Peltier element and a temperature measuring element for controlling the Peltier element are all incorporated in a package (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-258449),
There is an integrated circuit in which a Peltier element is monolithically formed on the back surface of a semiconductor substrate (Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-64255).

【0007】上記の構造の従来の集積回路において、ペ
ルチェ素子及び温度調節回路が全てパッケージに内蔵さ
れた集積回路(特開平1−258449)の場合、パッ
ケージを介さずにチップ自体の温度が測定され、さら
に、熱伝導による受動的な方法によらず、ペルチェ素子
により能動的に冷却が行われるという特徴をもつ。
In a conventional integrated circuit having the above structure, in the case of an integrated circuit in which a Peltier element and a temperature control circuit are all incorporated in a package (Japanese Patent Laid-Open No. 1-258449), the temperature of the chip itself is measured without passing through the package. Further, it is characterized in that the cooling is actively performed by the Peltier element without using a passive method by heat conduction.

【0008】また、半導体基板の裏面にペルチェ素子を
モノリシックに形成した集積回路(特開平9−6425
5)では、ペルチェ素子を発熱の大きな部分に選択的に
設けることによりペルチェ素子における消費電力を抑え
ることができる。
An integrated circuit in which a Peltier element is monolithically formed on the back surface of a semiconductor substrate (Japanese Patent Laid-Open No. 9-6425)
In 5), the power consumption of the Peltier device can be suppressed by selectively providing the Peltier device in a portion generating a large amount of heat.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の集積回路のうち、パッケージの外部にチップの冷
却手段(ヒートシンク、冷却用ファンやペルチェ素子)
をもつものは、絶縁体であるパッケージの熱伝導性が低
いため、十分な冷却効率が得られないという問題をも
つ。
However, among the above-mentioned conventional integrated circuits, chip cooling means (heat sinks, cooling fans and Peltier elements) are provided outside the package.
However, there is a problem that sufficient cooling efficiency cannot be obtained because the package, which is an insulator, has low thermal conductivity.

【0010】パッケージの外部にペルチェ素子を取り付
けた場合、パッケージの熱伝導性が放熱させる上での律
速となり、それを補う冷却効率を得るためには、ペルチ
ェ素子の消費電力を大きくしなければならないという問
題もある。
When a Peltier element is mounted outside the package, the thermal conductivity of the package becomes a rate-determining factor for heat dissipation, and the power consumption of the Peltier element must be increased in order to obtain a cooling efficiency that compensates for this. There is also a problem.

【0011】ペルチェ素子をパッケージに内蔵させた集
積回路であっても、特開平1−258449に示される
ような、ペルチェ素子の吸熱板上に被冷却チップが装着
された構成の場合、ペルチェ素子自体の消費電力が大き
いために、被冷却チップサイズに応じて大型のペルチェ
素子を用いると消費電力が大きくなるという問題があ
る。
Even in the case of an integrated circuit in which a Peltier element is incorporated in a package, in the case of a configuration in which a chip to be cooled is mounted on a heat absorbing plate of the Peltier element, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-258449, Since the power consumption is large, there is a problem that the power consumption increases when a large Peltier element is used according to the size of the chip to be cooled.

【0012】また、ペルチェ素子と集積回路とを同一パ
ッケージに封入した場合にも、通常、ペルチェ素子の冷
却面の一部がパッケージから露出し、これに起因する結
露が集積回路周辺で生じ、回路の破壊等を招くことがあ
る。
Also, when the Peltier element and the integrated circuit are sealed in the same package, a part of the cooling surface of the Peltier element is usually exposed from the package, resulting in dew condensation around the integrated circuit. May be destroyed.

【0013】近年、集積回路の多層化と同時に、配線金
属の多層化が進むにつれ、配線からの発熱も無視できな
いものとなっている。特開平9−64255に示すよう
に半導体基板の裏面にペルチェ素子をモノリシックに構
成した場合、集積回路を積層化しようとすると、ペルチ
ェ素子に取り付けられた放熱板が配線金属と接すること
になり、集積回路の多層化に適用することは困難であ
る。
[0013] In recent years, as the number of wiring metal layers increases with the increase in the number of layers of integrated circuits, the heat generated from wiring lines cannot be ignored. When a Peltier device is monolithically formed on the back surface of a semiconductor substrate as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-64255, when an integrated circuit is to be laminated, a heat sink attached to the Peltier device comes into contact with a wiring metal, and It is difficult to apply it to multilayer circuits.

【0014】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、従って、本発明は、パッケージ内にペルチェ
素子を有し、効率的に半導体装置の冷却を行うことがで
きる集積回路を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and accordingly, the present invention provides an integrated circuit having a Peltier element in a package and capable of efficiently cooling a semiconductor device. The purpose is to do.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の集積回路は、絶縁体で形成されたパッケー
ジを有する集積回路であって、前記集積回路は上部を絶
縁体により被覆され、前記絶縁体上にペルチェ素子が一
体形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an integrated circuit according to the present invention is an integrated circuit having a package formed of an insulator, wherein the integrated circuit has an upper part covered with the insulator. A Peltier element is integrally formed on the insulator.

【0016】これにより、ペルチェ効果(電流が流れる
とペルチェ素子の片面で冷却が起こる現象)を利用し
て、熱伝導のような受動的な方法によらず、能動的に集
積回路を冷却することができる。絶縁体上にペルチェ素
子を配置するため、集積回路の発熱の多い部分の上面
に、選択的にペルチェ素子を設置することにより、消費
電力を抑えて、高い冷却効率を得ることができる。
Thus, the integrated circuit is actively cooled by utilizing the Peltier effect (a phenomenon in which cooling occurs on one side of the Peltier element when a current flows) without using a passive method such as heat conduction. Can be. Since the Peltier element is arranged on the insulator, the Peltier element is selectively provided on the upper surface of the heat generating portion of the integrated circuit, whereby power consumption can be suppressed and high cooling efficiency can be obtained.

【0017】本発明の集積回路は、好適には、前記集積
回路のパッケージに放熱手段が設けられていることを特
徴とする。これにより、パッケージ内に設けられたペル
チェ素子による冷却効果に、パッケージ外部の放熱効果
が加わり、集積回路の冷却効率は向上する。
The integrated circuit according to the present invention is preferably characterized in that a heat radiating means is provided in a package of the integrated circuit. Thereby, the heat radiation effect outside the package is added to the cooling effect of the Peltier element provided in the package, and the cooling efficiency of the integrated circuit is improved.

【0018】また、本発明の集積回路は、絶縁体で形成
されたパッケージを有する集積回路であって、前記集積
回路の半導体基板下側にペルチェ素子が一体形成されて
いることを特徴とする。
An integrated circuit according to the present invention is an integrated circuit having a package formed of an insulator, wherein a Peltier element is integrally formed below the semiconductor substrate of the integrated circuit.

【0019】これにより、ペルチェ素子が半導体基板中
に埋め込まれることになり、ペルチェ素子の冷却面の露
出がなくなる。したがって、ペルチェ素子の冷却面が露
出するために起こる結露がなくなり、結露による周辺回
路の破壊を回避することができる。
As a result, the Peltier element is embedded in the semiconductor substrate, and the cooling surface of the Peltier element is not exposed. Therefore, the dew condensation caused by exposing the cooling surface of the Peltier element is eliminated, and the destruction of the peripheral circuit due to the dew condensation can be avoided.

【0020】本発明の集積回路は、好適には、前記集積
回路のパッケージに放熱手段が設けられていることを特
徴とする。ペルチェ素子を半導体基板下面に埋め込んだ
場合にも、パッケージ外部にヒートシンクや放熱ファン
といった放熱手段を設けることにより、集積回路の冷却
効率は向上する。
The integrated circuit according to the present invention is preferably characterized in that a heat radiating means is provided in a package of the integrated circuit. Even when the Peltier element is embedded in the lower surface of the semiconductor substrate, the cooling efficiency of the integrated circuit is improved by providing a heat radiating means such as a heat sink or a heat radiating fan outside the package.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の集積回路の実施
形態について、図面を参照して下記に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the integrated circuit of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0022】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
を表す集積回路の断面図である。半導体基板11中に、
MOSトランジスタ12a、12bが形成され、MOS
トランジスタ12a、12bの間に素子分離用絶縁体部
13aが、その他にも必要に応じて素子分離用絶縁体部
13bが設けられている。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of an integrated circuit according to an embodiment of the present invention. In the semiconductor substrate 11,
MOS transistors 12a and 12b are formed,
An element isolation insulator 13a is provided between the transistors 12a and 12b, and an element isolation insulator 13b is provided as necessary.

【0023】半導体基板11及びMOSトランジスタ1
2a、12bの上面に、絶縁体14aと14bが堆積さ
れ、それらの絶縁体の間に金属配線層16aが形成され
ている。絶縁体14b上に、ペルチェ素子15と金属配
線層16bが形成されている。
Semiconductor substrate 11 and MOS transistor 1
On the upper surfaces of 2a and 12b, insulators 14a and 14b are deposited, and a metal wiring layer 16a is formed between the insulators. The Peltier element 15 and the metal wiring layer 16b are formed on the insulator 14b.

【0024】図2(a)〜(c)及び図3(a)、
(b)は、図1に示す実施形態1の集積回路の製造工程
を表す断面図である。まず、図2(a)に示すように、
半導体基板11上に素子分離用絶縁体部13a、13b
を、例えば選択酸化法(Locos法;local o
xidation of silicon)により形成
する。
2 (a) to 2 (c) and 3 (a),
FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating a manufacturing step of the integrated circuit according to the first embodiment illustrated in FIG. 1. First, as shown in FIG.
Element isolation insulators 13a and 13b are provided on a semiconductor substrate 11.
For example, a selective oxidation method (Locos method; local o method).
xidation of silicon.

【0025】選択酸化法により、SiO2 層が素子分離
用絶縁体部として形成される。素子分離用絶縁体部13
a、13b相互の間隔は数μm程度とすることができ、
その部分にトランジスタを形成する。
By the selective oxidation method, an SiO 2 layer is formed as an insulator for element isolation. Element isolation insulator 13
The distance between a and 13b can be about several μm,
A transistor is formed in that part.

【0026】選択酸化法で素子分離用絶縁体部を形成す
るには、まず、Si半導体基板を酸素や水蒸気中で加熱
し、表面に0.1〜0.5μm程度の厚さのSiO2
を形成する。
In order to form the insulator for element isolation by the selective oxidation method, first, a Si semiconductor substrate is heated in oxygen or water vapor, and a SiO 2 film having a thickness of about 0.1 to 0.5 μm is formed on the surface. To form

【0027】そのSiO2 膜上にSi3 4 膜を形成し
て、リソグラフィ技術によりSiO2 膜及びSi3 4
膜の特定の領域に開口部を設けてから、酸素雰囲気で加
熱処理を行うと、開口部のみ深く(約1μm)酸化され
る。その後、Si3 4 膜のみ除去すると、素子分離用
絶縁体部13a、13bが形成される。
[0027] In an Si 3 N 4 film on the SiO 2 film, a SiO 2 film and Si 3 N 4 by lithography
When an opening is provided in a specific region of the film and heat treatment is performed in an oxygen atmosphere, only the opening is oxidized deeply (about 1 μm). After that, when only the Si 3 N 4 film is removed, the insulating portions 13a and 13b for element isolation are formed.

【0028】次に、図2(b)に示すように、半導体基
板11上の素子分離用絶縁体部13a、13bで分離さ
れた領域に、MOSトランジスタ12a、12bを形成
する。半導体基板11に、イオン注入法や気相拡散成長
法等により不純物を導入して、MOSトランジスタ12
a、12bのソース領域17、ドレイン領域18をそれ
ぞれ形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, MOS transistors 12a and 12b are formed on the semiconductor substrate 11 in regions separated by the element isolation insulators 13a and 13b. Impurities are introduced into the semiconductor substrate 11 by an ion implantation method, a vapor diffusion
The source region 17 and the drain region 18 of a and 12b are respectively formed.

【0029】例えば、Si半導体基板の表面を酸化させ
て、厚さ100nm程度のSiO2膜としてから、ソー
ス領域17及びドレイン領域18を形成する位置のSi
2膜に対し、エッチングを施して開口部を設ける。そ
の開口部からドナーを拡散してn+ 領域とし、ソース領
域17及びドレイン領域18を形成する。
For example, the surface of the Si semiconductor substrate is oxidized to form an SiO 2 film having a thickness of about 100 nm, and then the Si region at the position where the source region 17 and the drain region 18 are formed is formed.
An opening is formed by etching the O 2 film. A source region 17 and a drain region 18 are formed by diffusing a donor from the opening to form an n + region.

【0030】また、チャネル部のSiO2 膜上には金属
を蒸着し、これをゲート電極19とすることにより、半
導体基板表面にMOSトランジスタ12a、12bを形
成することができる。蒸着させる金属としては、アルミ
ニウム系の合金の他、モリブデンやタンタル等のケイ素
化物(MoSi2 ,TaSi2 )を用いることもでき
る。
By depositing a metal on the SiO 2 film in the channel portion and using the metal as the gate electrode 19, MOS transistors 12a and 12b can be formed on the surface of the semiconductor substrate. As the metal to be deposited, a silicide (MoSi 2 , TaSi 2 ) such as molybdenum or tantalum can be used in addition to an aluminum-based alloy.

【0031】MOSトランジスタでは、ゲート電極19
がソース領域17及びドレイン領域18から、絶縁体に
よって絶縁されているため、入力抵抗がほとんど無限大
であり、また、トランジスタが基板から絶縁されている
ため、二次元平面上に微小なトランジスタ素子を形成す
るのが容易である。
In a MOS transistor, the gate electrode 19
Is insulated from the source region 17 and the drain region 18 by an insulator, so that the input resistance is almost infinite. Further, since the transistor is insulated from the substrate, a small transistor element is formed on a two-dimensional plane. Easy to form.

【0032】続いて、図2(c)に示すように、MOS
トランジスタ12a、12bに取り付けられた電極から
の配線を被覆する絶縁体14aを形成する。絶縁体14
aに金属配線16aを埋め込むようにして形成する。
Subsequently, as shown in FIG.
An insulator 14a is formed to cover the wiring from the electrodes attached to the transistors 12a and 12b. Insulator 14
The metal wiring 16a is formed so as to be embedded in a.

【0033】図3(a)に示すように、絶縁体14a及
び金属配線16aの上層に、さらに絶縁体14bを形成
する。絶縁体14bは、通常、絶縁体14aと同一の素
材で形成される。
As shown in FIG. 3A, an insulator 14b is further formed on the insulator 14a and the metal wiring 16a. The insulator 14b is usually formed of the same material as the insulator 14a.

【0034】絶縁体14a、14bにより、半導体チッ
プ上に形成された電気回路と、上層に形成されるペルチ
ェ素子15とが電気的に絶縁される。絶縁体は熱伝導率
が低いため、半導体チップからの放熱を妨げないよう、
ナノメートルオーダー、もしくはマイクロメートルオー
ダーで薄く形成する。
The electric circuits formed on the semiconductor chip and the Peltier element 15 formed on the upper layer are electrically insulated by the insulators 14a and 14b. Insulators have low thermal conductivity, so they do not interfere with heat dissipation from the semiconductor chip.
It is formed thinly on the order of nanometers or micrometer.

【0035】図3(b)に示すように、絶縁体14bの
上層に、ペルチェ素子15が配置される。絶縁体14
a、14bを介したMOSトランジスタ12a、12b
の側がペルチェ素子15の冷却側になるようにする。さ
らに、上層に金属配線16bを施すことにより、図1に
示すような本実施形態の集積回路の構成となる。
As shown in FIG. 3B, a Peltier element 15 is arranged above the insulator 14b. Insulator 14
MOS transistors 12a and 12b via a and 14b
Is the cooling side of the Peltier element 15. Further, by providing the metal wiring 16b on the upper layer, the configuration of the integrated circuit of this embodiment as shown in FIG. 1 is obtained.

【0036】ペルチェ素子15の放熱側の上層に金属配
線層16bが形成されるため、金属配線層16bの発熱
の大きい部分は、ペルチェ素子15に対し、なるべく近
接しないようにする。最後に、ペルチェ素子が一体形成
された集積回路を、プラスチック等の樹脂やセラミック
を用いてパッケージングする。
Since the metal wiring layer 16b is formed on the heat radiation side of the Peltier element 15, the portion of the metal wiring layer 16b that generates a large amount of heat should be kept away from the Peltier element 15 as much as possible. Finally, the integrated circuit in which the Peltier element is integrally formed is packaged using a resin such as plastic or ceramic.

【0037】本実施形態の集積回路によれば、トランジ
スタ素子の発熱部分に対し、薄い絶縁体のみを介してペ
ルチェ素子の冷却側が接することにより、効率的に集積
回路の発熱を抑えることができる。
According to the integrated circuit of this embodiment, since the cooling side of the Peltier element is in contact with the heat-generating portion of the transistor element only through the thin insulator, the heat generation of the integrated circuit can be efficiently suppressed.

【0038】(実施形態2)図4に、図1の実施形態1
の集積回路に、さらにヒートシンク23を付加した実施
形態2の上面図(a)及び側面図(b)を示す。
(Embodiment 2) FIG. 4 shows Embodiment 1 of FIG.
A top view (a) and a side view (b) of Embodiment 2 in which a heat sink 23 is further added to the integrated circuit of FIG.

【0039】集積回路21の放熱性を、熱伝導による受
動的な方法でさらに向上させるため、パッケージ22外
部にヒートシンク23が設けられている。ヒートシンク
23は、パッケージにペルチェ素子が内蔵されている部
分に配置されている。集積回路21に対する配線金属
は、ワイヤーフレーム24に格納されている。
In order to further improve the heat dissipation of the integrated circuit 21 by a passive method based on heat conduction, a heat sink 23 is provided outside the package 22. The heat sink 23 is arranged in a portion where the Peltier element is built in the package. The wiring metal for the integrated circuit 21 is stored in the wire frame 24.

【0040】ヒートシンク23は、電極間の絶縁性を保
持しながら、ペルチェ素子からの放熱を速やかに行う必
要があるため、例えば、アルミナ等の熱伝導性の高い絶
縁物を用いて形成する。
Since the heat sink 23 needs to quickly radiate heat from the Peltier element while maintaining insulation between the electrodes, the heat sink 23 is formed using, for example, an insulator having high thermal conductivity such as alumina.

【0041】ヒートシンク23は、集積回路21と別個
に形成したものを取り付ける他に、ヒートシンク用のメ
ッキ層をパッケージ22表面に施すことによっても形成
できる。この場合、メッキ層から放熱が行われる。
The heat sink 23 can be formed by applying a heat sink plating layer to the surface of the package 22 in addition to attaching a component formed separately from the integrated circuit 21. In this case, heat is radiated from the plating layer.

【0042】(実施形態3)図5に、図1の実施形態1
の集積回路に、さらに放熱用ファン33を付加した実施
形態3の上面図(a)及び側面図(b)を示す。
(Embodiment 3) FIG. 5 shows Embodiment 1 of FIG.
A top view (a) and a side view (b) of a third embodiment in which a heat dissipation fan 33 is further added to the integrated circuit of FIG.

【0043】集積回路31の放熱性を、自然放熱させる
場合に較べて、さらに向上させるため、パッケージ32
外部に放熱用ファン33が設けられている。放熱用ファ
ン33は、パッケージにペルチェ素子が内蔵されている
部分に配置されている。集積回路31に対する配線金属
は、ワイヤーフレーム34に格納されている。
In order to further improve the heat radiation of the integrated circuit 31 as compared with the case where the heat is naturally radiated, the package 32 is used.
A heat dissipation fan 33 is provided outside. The heat-dissipating fan 33 is disposed in a portion where the Peltier element is built in the package. The wiring metal for the integrated circuit 31 is stored in the wire frame 34.

【0044】(実施形態4)図6は、本発明の実施形態
を表す集積回路の断面図である。半導体基板11中に、
MOSトランジスタ12a、12bが形成され、MOS
トランジスタ12a、12bの間に素子分離用絶縁体部
13aが、その他にも必要に応じて素子分離用絶縁体部
13bが設けられている。
(Embodiment 4) FIG. 6 is a sectional view of an integrated circuit representing an embodiment of the present invention. In the semiconductor substrate 11,
MOS transistors 12a and 12b are formed,
An element isolation insulator 13a is provided between the transistors 12a and 12b, and an element isolation insulator 13b is provided as necessary.

【0045】半導体基板11及びMOSトランジスタ1
2a、12bの上面に、絶縁体14aと14bが堆積さ
れ、それらの間に金属配線層16aが形成されている。
絶縁体14b上に、金属配線層16bが形成されてい
る。集積回路の下面には、半導体基板11中にペルチェ
素子15が埋め込まれて一体形成されている。
Semiconductor substrate 11 and MOS transistor 1
On the upper surfaces of 2a and 12b, insulators 14a and 14b are deposited, and a metal wiring layer 16a is formed therebetween.
The metal wiring layer 16b is formed on the insulator 14b. On the lower surface of the integrated circuit, a Peltier element 15 is embedded in a semiconductor substrate 11 to be integrally formed.

【0046】実施形態4の集積回路の製造工程は、ま
ず、実施形態1と同様にして、半導体基板11上に素子
分離用絶縁体部13a、13bを形成する(図2
(a))。次に、MOSトランジスタ12a、12bを
形成する(図2(b))。続いて、その上層に絶縁体1
4a、配線金属16aを形成する(図2(c))。さら
に、絶縁体14bを形成する(図3(a))。
In the manufacturing process of the integrated circuit according to the fourth embodiment, first, device isolation insulators 13a and 13b are formed on a semiconductor substrate 11 in the same manner as in the first embodiment (FIG. 2).
(A)). Next, MOS transistors 12a and 12b are formed (FIG. 2B). Then, the insulator 1
4a, a wiring metal 16a is formed (FIG. 2C). Further, an insulator 14b is formed (FIG. 3A).

【0047】半導体基板11の上面に集積回路を形成し
た後、トランジスタの発熱の大きい部分にあたる半導体
基板11の下面に、微細加工技術を用いてエッチングを
施し、ここに絶縁体14cを堆積させる。
After an integrated circuit is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 11, the lower surface of the semiconductor substrate 11, which is a portion of the transistor generating a large amount of heat, is etched using a fine processing technique, and an insulator 14c is deposited thereon.

【0048】絶縁体14cの下面にペルチェ素子15を
形成した後、さらに絶縁体14dを封入してペルチェ素
子15を埋め込ませる。最後に、ペルチェ素子15が一
体形成された集積回路を、プラスチック等の樹脂やセラ
ミックを用いてパッケージングする。
After the Peltier device 15 is formed on the lower surface of the insulator 14c, the insulator 14d is further sealed and the Peltier device 15 is embedded. Finally, the integrated circuit in which the Peltier element 15 is integrally formed is packaged using a resin such as plastic or ceramic.

【0049】絶縁体14cにより、半導体基板11と、
下層に形成されるペルチェ素子15とが電気的に絶縁さ
れる。通常、ペルチェ素子には大きな電圧が印加され、
電流も大きいため、電気伝導度が極めて低い半導体基板
であっても、半導体基板に直接、ペルチェ素子が接触す
ると、トランジスタの電気特性に影響が現れる。そこ
で、絶縁体14cが設けられる。
With the insulator 14c, the semiconductor substrate 11
The Peltier element 15 formed in the lower layer is electrically insulated. Usually, a large voltage is applied to the Peltier element,
Since the current is large, even if the semiconductor substrate has extremely low electric conductivity, the direct contact of the Peltier element with the semiconductor substrate affects the electrical characteristics of the transistor. Therefore, the insulator 14c is provided.

【0050】発熱の大きい部分に選択的にペルチェ素子
を設けることにより、低い電力で効率的にトランジスタ
の冷却を行うことができる。集積回路上層部の多層配線
があまり多くない場合には、実施形態1のようなトラン
ジスタ素子上面から絶縁体を介して冷却するよりも、本
実施形態のような半導体基板下面から冷却した方が、材
質の熱伝導率からみて有利である。
By selectively providing a Peltier element in a portion generating a large amount of heat, the transistor can be efficiently cooled with low power. When the number of multilayer wirings in the upper layer portion of the integrated circuit is not so large, cooling from the lower surface of the semiconductor substrate as in the present embodiment is more effective than cooling from the upper surface of the transistor element through the insulator as in the first embodiment. This is advantageous in view of the thermal conductivity of the material.

【0051】また、本実施形態では、ペルチェ素子が半
導体基板中に埋め込まれ、ペルチェ素子の冷却面の露出
がなくなる。したがって、ペルチェ素子の冷却面が露出
するために起こる結露がなくなり、結露による周辺回路
の破壊を回避することができる。
In the present embodiment, the Peltier device is embedded in the semiconductor substrate, and the cooling surface of the Peltier device is not exposed. Therefore, the dew condensation caused by exposing the cooling surface of the Peltier element is eliminated, and the destruction of the peripheral circuit due to the dew condensation can be avoided.

【0052】(実施形態5)図4に、図6の実施形態4
の集積回路に、さらにヒートシンク23を付加した場合
の実施形態5の上面図(a)及び側面図(b)を示す。
集積回路21の放熱性を、熱伝導による受動的な方法で
さらに向上させるため、パッケージ22外部にヒートシ
ンク23が設けられている。ヒートシンク23は、パッ
ケージにペルチェ素子が内蔵されている部分に配置され
ている。集積回路21に対する配線金属は、ワイヤーフ
レーム24に格納されている。
(Embodiment 5) FIG. 4 shows Embodiment 4 of FIG.
A top view (a) and a side view (b) of the fifth embodiment in which a heat sink 23 is further added to the integrated circuit of FIG.
In order to further improve the heat dissipation of the integrated circuit 21 by a passive method using heat conduction, a heat sink 23 is provided outside the package 22. The heat sink 23 is arranged in a portion where the Peltier element is built in the package. The wiring metal for the integrated circuit 21 is stored in the wire frame 24.

【0053】ヒートシンク23は、実施形態2と同様に
して形成する。実施形態1の集積回路に対してヒートシ
ンクを付加すると(実施形態2)、冷却効果は向上す
る。同様に、実施形態4の集積回路にヒートシンクを付
加した実施形態5では、冷却効果が向上する。
The heat sink 23 is formed in the same manner as in the second embodiment. When a heat sink is added to the integrated circuit of Embodiment 1 (Embodiment 2), the cooling effect is improved. Similarly, in the fifth embodiment in which a heat sink is added to the integrated circuit in the fourth embodiment, the cooling effect is improved.

【0054】(実施形態6)図5に、図6の実施形態4
の集積回路に、さらに放熱用ファン33を付加した場合
の実施形態6の上面図(a)及び側面図(b)を示す。
(Embodiment 6) FIG. 5 shows Embodiment 4 of FIG.
A top view (a) and a side view (b) of the sixth embodiment in which a heat dissipation fan 33 is further added to the integrated circuit of FIG.

【0055】集積回路31の放熱性を、自然放熱させる
場合に較べて、さらに向上させるため、パッケージ32
外部に放熱用ファン33が設けられている。放熱用ファ
ン33は、パッケージにペルチェ素子が内蔵されている
部分に配置されている。集積回路31に対する配線金属
は、ワイヤーフレーム34に格納されている。
In order to further improve the heat radiation of the integrated circuit 31 as compared with the case where the heat is naturally radiated, the package 32 is used.
A heat dissipation fan 33 is provided outside. The heat-dissipating fan 33 is disposed in a portion where the Peltier element is built in the package. The wiring metal for the integrated circuit 31 is stored in the wire frame 34.

【0056】実施形態1の集積回路に対して放熱用ファ
ンを付加すると(実施形態3)、冷却効果は向上する。
同様に、実施形態4の集積回路に放熱用ファンを付加し
た実施形態6では、冷却効果が向上する。
When a cooling fan is added to the integrated circuit of the first embodiment (third embodiment), the cooling effect is improved.
Similarly, in the sixth embodiment in which a heat dissipation fan is added to the integrated circuit of the fourth embodiment, the cooling effect is improved.

【0057】本発明の集積回路は、上記の実施の形態に
限定されない。例えば、MOSトランジスタを他の種類
のトランジスタに変更できる。その場合、半導体基板を
Si基板から、例えばGaAs基板等の他の半導体基板
に変更することもできる。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々の変更が可能である。
The integrated circuit of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, a MOS transistor can be changed to another type of transistor. In this case, the semiconductor substrate can be changed from a Si substrate to another semiconductor substrate such as a GaAs substrate. In addition, various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

【0058】[0058]

【発明の効果】本発明の集積回路によれば、トランジス
タ素子上部または半導体基板下面に、ペルチェ素子を集
積回路と一体形成して、ペルチェ素子をパッケージ内に
封入することにより、効率的に半導体装置を冷却できる
集積回路が得られる。
According to the integrated circuit of the present invention, a Peltier element is formed integrally with the integrated circuit on the upper part of the transistor element or the lower surface of the semiconductor substrate, and the Peltier element is sealed in the package, so that the semiconductor device can be efficiently manufactured. Thus, an integrated circuit that can be cooled is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、実施形態1の集積回路の断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an integrated circuit according to a first embodiment.

【図2】図2(a)〜(c)は、実施形態1の集積回路
の製造工程を表す断面図である。
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the integrated circuit according to the first embodiment.

【図3】図3(a)、(b)は、実施形態1の集積回路
の製造工程を表す断面図である。
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the integrated circuit according to the first embodiment.

【図4】図4(a)は、実施形態2または実施形態5の
上面図を示す。図4(b)は、実施形態2または実施形
態5の側面図を示す。
FIG. 4A is a top view of the second embodiment or the fifth embodiment. FIG. 4B is a side view of the second embodiment or the fifth embodiment.

【図5】図5(a)は、実施形態3または実施形態6の
上面図を示す。図5(b)は、実施形態3または実施形
態6の側面図を示す。
FIG. 5A shows a top view of the third embodiment or the sixth embodiment. FIG. 5B shows a side view of the third embodiment or the sixth embodiment.

【図6】図6は、実施形態4の集積回路の断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an integrated circuit according to a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…半導体基板、12a、12b…MOSトランジス
タ、13a、13b…素子分離用絶縁体、14a、14
b、14c、14d…絶縁体、15…ペルチェ素子、1
5’…ペルチェ素子の配線、16a、16b…配線金
属、17…ソース領域、18…ドレイン領域、19…ゲ
ート電極、21…集積回路、22…パッケージ、23…
ヒートシンク、24…ワイヤーフレーム、31…集積回
路、32…パッケージ、33…放熱用ファン、34…ワ
イヤーフレーム。
11: semiconductor substrate, 12a, 12b: MOS transistor, 13a, 13b: element isolation insulator, 14a, 14
b, 14c, 14d: insulator, 15: Peltier element, 1
5 ': Peltier element wiring, 16a, 16b: wiring metal, 17: source region, 18: drain region, 19: gate electrode, 21: integrated circuit, 22: package, 23 ...
Heat sink, 24: wire frame, 31: integrated circuit, 32: package, 33: heat dissipation fan, 34: wire frame.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁体で形成されたパッケージを有する集
積回路であって、 前記集積回路は上部を絶縁体により被覆され、 前記絶縁体上にペルチェ素子が設けられている集積回
路。
1. An integrated circuit having a package formed of an insulator, wherein the integrated circuit has an upper portion covered with an insulator, and a Peltier element is provided on the insulator.
【請求項2】前記パッケージに放熱手段が設けられてい
る請求項1記載の集積回路。
2. The integrated circuit according to claim 1, wherein said package is provided with heat radiating means.
【請求項3】前記放熱手段が、ヒートシンクである請求
項2記載の集積回路。
3. The integrated circuit according to claim 2, wherein said heat radiating means is a heat sink.
【請求項4】前記放熱手段が、放熱ファンである請求項
2記載の集積回路。
4. The integrated circuit according to claim 2, wherein said heat radiating means is a heat radiating fan.
【請求項5】絶縁体で形成されたパッケージを有する集
積回路であって、 前記集積回路の半導体基板下側に、ペルチェ素子が一体
形成された集積回路。
5. An integrated circuit having a package formed of an insulator, wherein a Peltier element is integrally formed below a semiconductor substrate of the integrated circuit.
【請求項6】前記パッケージに放熱手段が設けられてい
る請求項5記載の集積回路。
6. The integrated circuit according to claim 5, wherein said package is provided with heat radiating means.
【請求項7】前記放熱手段が、ヒートシンクである請求
項6記載の集積回路。
7. The integrated circuit according to claim 6, wherein said heat radiating means is a heat sink.
【請求項8】前記放熱手段が、放熱ファンである請求項
6記載の集積回路。
8. The integrated circuit according to claim 6, wherein said heat radiating means is a heat radiating fan.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030026835A (en) * 2001-09-27 2003-04-03 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 Semiconductor device
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JP2007234913A (en) * 2006-03-01 2007-09-13 Nec Computertechno Ltd ELECTRONIC CIRCUIT STRUCTURE, ELECTRONIC DEVICE EQUIPPED WITH THE STRUCTURE, THERMAL ELECTRIC POWER GENERATION METHOD, SUPPORT POWER GENERATION METHOD, AND SEMICONDUCTOR BARE CHIP
JPWO2009119175A1 (en) * 2008-03-26 2011-07-21 日本電気株式会社 Semiconductor device

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