[发明专利]片状结构体、半导体器件及碳结构体的生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有由碳元素构成的线状结构体的片(sheet)状结构体、半导体器件以及碳结构体的生长方法。

背景技术

在服务器或个人计算机的中央处理装置(CPU：Central Processing Unit)等上使用的电子零件，具有以下结构以对半导体元件发出的热高效地散热，即，隔着设置于半导体元件的正上方的铟片(indium sheet)等的导热片，配置有由铜等具有高导热率的材料构成的热扩散器(heat spreader)。

但是，由于近年来对稀有金属(rare metal)的需求大幅增加，铟价格急剧上涨，因而期待比铟廉价的替代材料。另外，从物性上来看，铟的导热率(50W/m·K)并不能说高，为了更有效地对半导体元件产生的热进行散热，期望具有更高导热率的材料。

根据此种背景，作为具有比铟更高的导热率的材料，以碳纳米管(carbonnano tube)为代表的由碳元素构成的线状结构体引人关注。碳纳米管不仅具有非常高的导热率(1500W/m·K)，还是柔性、耐热性优良的材料，作为散热材料具有高潜力(potential)。

作为利用了碳纳米管的导热片，例如专利文献1中公开了一种在树脂中分散有碳纳米管的导热片。另外，例如专利文献2中公开了一种通过树脂等埋入有在衬底上取向生长的碳纳米管束的导热片。

另外，碳纳米管作为在半导体器件等上使用的配线材料也引人关注。随着元件的微细化，当前在集成电路装置中主要使用的铜配线显然存在由电迁移(electromigration)引起的可靠性恶化等诸多问题。因此，期待具有优良的导电性、比铜高1000倍左右的允许电流密度、弹道电子传输特性等优良的特性的碳纳米管作为下一代配线材料。

作为利用了碳纳米管的配线，提出涉及利用通孔(via)的纵向纳米管配线的防范(例如，参照非专利文献1)。

专利文献1：日本特开2005-150362号公报

专利文献2：日本特开2006-147801号公报

专利文献3：日本特开2006-303240号公报

专利文献4：日本特开平09-031757号公报

专利文献5：日本特开2004-262666号公报

专利文献6：日本特开2005-285821号公报

专利文献7：日本特开2006-297549号公报

专利文献8：日本特开2006-339552号公报

专利文献9：日本特开2003-238123号公报

非专利文献1：M.Nihei et al，“Electrical properties of carbon nanotubebundles for future via interconnects”，Japanese Journal of Applied Physics，Vol.44，No.4A，2005，PP.1626-1628

发明内容

发明所要解决的问题

专利文献1记载的导热片是在树脂中单纯地分散有碳纳米管而成的导热片，在所分散的碳纳米管彼此之间的接点产生热电阻。另外，碳纳米管具有沿着取向方向(orientation direction)的方向的导热率最小的特性，结果，在专利文献1记载的导热片中，碳纳米管的取向方向不一致，不能充分地发挥碳纳米管的高导热率。关于这一点，由于专利文献2记载的导热片利用在衬底上取向生长的碳纳米管束，因此能够实现比专利文献1所记载的导热片高的导热率。

但是，本申请的发明者对专利文献2记载的导热片进行研究的结果，判明：当在碳纳米管间填充树脂时，碳纳米管束发生凝聚或偏置，其结果，损害取向性和碳纳米管的均匀性，不能实现所期待那样的导热率。另外，在此结构中，虽然在某种程度上能够确保纵向(垂直片材表面的方向)的散热性，但是难以确保向横向(平行于片材表面的方向)的散热性。即，由于树脂本身的导热率为1(W/m·K)左右，所以在与由碳纳米管带来的纵向的高导热率相比较的情况下，低三个数量级，横向的散热效果非常低。

另外，作为配线材料，不仅期望能形成非专利文献1记载那样的纵向连 接的配线结构体，还期望能够形成横向连接的配线结构体。但是，纳米管的在横向上的生长控制的难点多，并且在工艺上难以做成连接成为横向配线的起点的通孔配线和横配线的电极区(block)，所以尚未实现利用碳纳米管的横向配线。