[发明专利]基于纳米结构的互联线和散热器

说明书

技术领域

本发明涉及纳米结构及其生长方法。本发明特别涉及对纳米结构(例如碳纳米纤维)生长的控制方法，该方法可以生产利用这样的纳米结构作为互联线和散热媒介的半导体器件。 

背景技术

对于微型化的不懈追求使得传统的CMOS(互补金属氧化物半导体)器件面临由量子现象决定其特性的限制；在此情况下，难以达到理想的控制。上述问题引发了寻找替代的新材料以制造与现有CMOS器件性能相同甚至更好，而且更便于控制的器件的需求。 

迄今为止，CMOS器件的微型化由通常称为摩尔定律的趋势决定。在摩尔定律中每30个月电子元件就可以缩小一半的尺寸。国际半导体技术蓝图(ITRS)已根据上述模型建立起计划增长曲线。伴随该进步率而来的对速度、高集成度、高性能以及低生产成本的要求是很严苛的。所以与用来制造器件的传统材料的物理、电学特性相关的一些问题逐步突显。因此有必要寻找替代的解决方案，以解决将在近期阻碍硅科技发展的上述问题。这意味着发明新的材料及生产解决方案对于维持上述计划增长率非常重要。 

ITRS强调，对芯片的高速传输需求是高性能微处理器(MP)和动态随机存取存储器(DRAM)的进一步互联发展的驱动力。现有技术中的微处理器大多由硅基元件的二维层组成，该硅基元件采用多达九个金属互联线层彼此连接(参见，例如，Graham，A.P.；Duesberg，G.S.；Seidel，R.；Liebau，M.；Unger，E.；Kreupl，F.；Honlein，W.，Diamond and Related Materials，(2004)，13，(4-8)，1296)。因此，互连线技术在半导体技术中扮演着重要的角色，有特别重要的价值。 

然而新材料的选择由许多因素限制，比如和现有生产方式的相容性、大规 模生产的再现性和成本。总的来说，互连线技术的挑战来自材料要求和处理中的困难(.Tun，L.；Qi，Y；Cassell，A.；Hou Tee，N.；Stevens，R.；Jie，H.；Meyyappan，M.Applied Physics Letters，82，(15)，2491，(2003))。现有的材料被用于半导体技术所面临的问题如下所述。 

目前，通过栅氧化层(非常薄)的高泄漏电流导致器件性能退化。这又增加了断开状态时的泄漏电流，而且还增加了能耗，进而缩短了电池组寿命。 

铜制互连/互联线的不良性能：由于其低电阻率，一般采用铜来制作互连线，用于互相连接不同元件，以及将元件与外界器件和电路相连。由于元件尺寸惊人的减小，基于铜材料的互连线正在载流能力和电线寿命方面表现出不良性能，同时也更难制造，制造成本更高。特别地，被称为电迁移的现象威胁到纳米尺寸的铜互连线在高电流密度(10⁶A/cm²或者更高)时的可靠性。这是受到关注的问题，因为到2013年，将会要求互连线应对这样的电流密度(参见，Tun，L.，et al，Applied Physics Letters，82，(15)，2491，(2003)；ITRS，Semiconductor Roadmap，(2003))。电迁移引起内部和外部空洞，这会导致线材不良。此外，由于界面粗糙度和小增益尺寸，金属的电阻系数随着尺寸的减小而增加(Jun，L.，et al，Applied Physics Letters，82，(15)，2491，(2003))。这样的尺寸对金属互连线的影响是很难避免的。所有的这些因素反过来减少了处理器的寿命。目前互连线还没有解决方案，使其能够将电路中的器件与电路外的其间相连，以及时满足在接下来的几年中对电流密度的项目需求。 

对高纵横比结构的需求增加。目前DRAM(动态随机存取存储器)叠层电容器中用于互联的接触孔的纵横比已经达到12∶1，而预计到2016年将增长到23∶1(ITRS，Semiconductor Roadmap，(2003))。制造如此高纵横比的接触孔将会引起一定的技术难题，最大的问题在于对这样高纵横比的零件进行无气泡/无孔洞金属填充(亦即通孔)是非常困难的。