JP2007189171A - ダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法，及び半導体デバイスの放熱部 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体デバイス及び金属製熱伝導体と，ダイヤモンドヒートスプレッダとの接合面を，常温で，接着剤等を使用することなく活性化により化学的に結合させる。
【解決手段】半導体デバイスにダイヤモンドヒートスプレッダを介して銅やアルミニウム製のヒートシンク，ヒートスプレッダ（金属製熱伝導体）を取り付ける。天然ダイヤモンド等により切り出し，又は気相合成法によって成膜されたダイヤモンド膜として得たダイヤモンドヒートスプレッダは，半導体デバイスとの接合面及び前記金属製熱伝導体との接合面を，直接研磨，又は表面に形成された金属膜の研磨により表面平均粗さ（Ｒａ）３０nm以下に平坦化し，真空又は不活性ガス雰囲気下に置かれた常温の前記ダイヤモンドヒートスプレッダと前記半導体デバイスとの接合面，及び前記ダイヤモンドスプレッダと金属製熱伝導体との接合面に，アルゴン（Ａｒ）等の希ビームを照射して活性化させて接合する。
【選択図】図２

Description

本発明は，ダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法，及びダイヤモンドヒートスプレッダを備えた半導体デバイスの放熱部に関し，より詳細には，ロジック・プロセッサやデジタル・シグナル・プロセッサ等の高密度集積回路，レーザ・ダイオードやガン・ダイオードなどの個別素子，電車用サイリスタ等のパワーデバイス等を含む各種の半導体デバイスに，銅やアルミニウム等の熱伝導性の優れた金属によって製造されたヒートシンクやヒートスプレッダ（本発明において，これらを総称して「金属製熱伝導体」という。）を，ダイヤモンドヒートスプレッダを介して常温において接着剤なしで接合する方法，及び前記接合方法により組み立てられた半導体デバイスの放熱部に関する。

近年の急速な半導体集積回路の超高密度化と高速化は，著しい消費電力の増大をもたらし，マイクロプロセッサでは１９８０年代初頭のインテル社の「２０２８６」において０．１Ｗ程度であったものが，近年の「Ｐｅｎｔｉｕｍ４」（登録商標）では５０Ｗ程度まで増加している。

このような傾向は画像処理のためのデジタル・シグナル・プロセッサでも同様であり，発熱によるデバイス動作だけでなくデバイス構造の劣化を抑制するため，動作電圧の低減と放熱の効率化が不可欠とされている（非特許文献１）。

このような半導体集積回路の発熱は，チップ内での回路の配置に対応して消費電力分布が不均一なため，ホット・スポットと呼ばれる局所的な高熱密度の分布をともなう（非特許文献２）。そのため，ＩＣチップからの放熱と共に，ＩＣチップ内での温度の均一化が求められている。

このようなＩＣチップ，例えばＬＳＩチップの放熱のために用いられる部品はヒートシンクと呼ばれ，また，温度均一化のために用いられる部品はヒートスプレッダと呼ばれ，最近ではメモリでも発熱が問題となり，一部の高速のチップではヒートスプレッダが必要とされている。

また，ＣＤ・ＤＶＤ書込み用のレーザ・ダイオードやマイクロ波発振用のガン・ダイオードでも発熱が深刻な問題となっており，ヒートシンクの高効率化が不可欠とされている。

さらに，電車用のサイリスタなどのパワー・デバイスも放熱問題は避けて通れず，効率的なヒートシンクを必要としている。

このように，あらゆる種類の半導体デバイスにおいて，高密度集積化，高速化，大電力化，多機能化は総発熱量の増大だけでなく，不均一なホット・スポット，すなわち熱密度の著しい増加をもたらしている。

半導体デバイスのヒートシンクとして，熱伝導率に優れる銅，そして，銅に比べて熱伝導率は半分程度であるが，密度が１／３と小さく軽いアルミニウムが，現在，主に使用されている。

また，ヒートスプレッダとしては銅とアルミニウムに加え，銅と同程度の熱伝導率をもつ窒化アルミニウム（ＡｌＮ），酸化ベリリウム（ＢｅＯ），炭化シリコン（ＳｉＣ），そして，地上に存在する物質中で最大の熱伝導率をもつダイヤモンドが使用され，最近ではカーボン・ナノチューブが候補の一つとして検討されている。

このうち，熱伝導性の良いダイヤモンド結晶を放熱部に用いる例として，半導体デバイスとダイヤモンド結晶，ダイヤモンド結晶と銅製のヒートシンクとをそれぞれ接着剤で接合する方法が提案されている（非特許文献３）。

この発明の先行技術文献情報としては次のものがある。
石原直，精密工学会誌６６巻１号（２０００年）４９−５３頁）。 ＮＩＫＫＥＩ ＭＩＣＲＯＤＥＶＩＣＥＳ ２００２年１１月号 ４３−４５頁。 小松啓，精密機械５１巻（１９８５年）１４９０頁。

以上のように，各種の半導体デバイスにおいて高い放熱性や温度の均一化が求められるものとなっているが，現在行われているヒートシンク，ヒートスプレッダの組み立て方法にあっては，半導体デバイスとヒートシンクもしくはヒートスプレッダとの間に熱伝導グリスを充填したり，熱伝導シリコンゴムを挟み込むことで簡易的に組み立てたり，熱伝導性接着剤やはんだにより固着することが行われている。

そのため，前記いずれの方法による組み立てを行った場合であっても，接着面間にグリス，シリコンゴム，接着剤，はんだ等の層が介在することとなるために，この接着のために介在する層の厚さの分だけ熱抵抗が増加し，放熱効率が低下する。

また，熱伝導グリスの充填，熱伝導シリコンゴムの挟持，熱伝導性接着剤による接着による場合には，室温での組み立てが可能であるが，はんだによる固着では１００〜２００℃程度まで温度を上昇させる必要があるために，半導体デバイスを熱劣化させてしまう恐れがある。そのため，はんだによる接合時の温度や時間等の厳密な管理が必要となり作業が繁雑となる。

熱伝導性の高いダイヤモンド結晶を放熱部に用いることにより，熱伝導性の向上を図ることも検討されているが，このようなダイヤモンド結晶を使用して放熱部を組み立てる際に現在検討されている方法（非特許文献３）では，前述のように接着剤を使用して接合を行うものであるために，半導体デバイスとダイヤモンド層，ダイヤモンド層と銅製のヒートシンクとの間の二カ所に接着剤層が介在することとなるため，この接着剤層の熱抵抗によって放熱効率の低下が生じる。

そのため，ダイヤモンド層に優れた熱伝導率を発揮させるためには，これらの接着剤層に高い熱伝導率をもつ材料を用いるだけでなく，その厚さをできるだけ薄くする必要があり，より好ましくは，この接着層を無くすことが好ましい。その一方で，このような要求を満たしつつ，接合面における強固な接着力も発揮される必要がある。

本発明では，このような接着剤層等の介在なしに接合を行うために，接合面を活性化させて化学的に結合させる方法を採用する。そして，このような化学的な結合を得るために，接合面を高精度に平坦化処理する。

しかし，本発明における上記方法の採用は，前述した従来技術にはない，更に新たな解決すべき課題を生じさせるものとなっている。

すなわち，平坦化のために化学的機械研磨（ＣＭＰ）が施されたダイヤモンドの表面は，水素（表面水素）で終端された結合構造を有し，水素終端ダイヤモンド表面は約８００℃まで熱的に安定であり，化学的に不活性なのでこのままでは化学的な結合を生じさせることはできない。

そこで，このような不活性な状態にある接合面を活性化させるために，８００℃以上の温度に加熱して終端の水素を除去すると，表面水素は熱脱離して除去できたとしても，化学的機械研磨（ＣＭＰ）後のダイヤモンドのサブサーフェスに入り込んでいる大量の水素（バルク水素）が表面に析出するため，ダイヤモンド表面を終端している水素の１００％の除去は，加熱のみによって行うことは困難である。

仮に，３０％であっても水素終端領域が表面に残っていると，例えば，銅ヒートシンクと直接接合したとき，接合界面の３０％は化学結合が形成されず，接合が弱くなるだけでなく，熱抵抗の増加要因となる。

そのために，このような問題を生じさせることなく，接合面の活性化を可能とする方法が必要となる。

また，ダイヤモンドは極めて高硬度であるために，これを研磨等して高精度に平坦化すること自体，困難な作業を伴う。

現在のところ，ヒートシンクやヒートスプレッダとして商用的に利用できるダイヤモンドは，比較的低価格で入手できる低品位の天然ダイヤモンド，高品位の天然ダイヤモンドから宝石を切り出したときに出るクズ・ダイヤモンド，そして，小粒の高圧合成ダイヤモンドであるため，これを研磨して平坦化処理することも可能であるが，これらのダイヤモンドからは，ＩＣチップ等で要求される数cm²のダイヤモンドヒートスプレッダを得ることができず，その用途は，ヒートシンクもしくはヒートスプレッダの大きさが数mm²で十分なＣＤ・ＤＶＤ書込み用レーザ・ダイオードやマイクロ波発振用ガン・ダイオードなどの個別素子に限られる。

ＩＣチップのヒートスプレッダとして必要とされる数cm²のダイヤモンド膜を得ようとすれば，これを気相合成法で作製することになるが，この方法で製造されたダイヤモンド膜はそれ自体が高価であるだけでなく，これを平坦化するためには多大なコストがかかる。

すなわち，前述のように極めて高い硬度を有するダイヤモンドの研磨を行うためには，ダイヤモンド微粒子を砥粒として用いなければならず，かつ，数cm^２という比較的広い面積の全面にわたって数μmの凹凸を平坦化することは困難な作業であり，この研磨にはダイヤモンド気相合成と同程度の費用が必要となる。

そのため，気相合成ダイヤモンド膜をＩＣチップのヒートシンクとして用いることは，技術的に可能であるが，コスト面の問題から未だ商業的には採用されていないのが現状である。

このように，ダイヤモンドを放熱部，特に放熱部が比較的大きな面積となるＩＣチップの放熱部に使用するためには，より簡易，かつ安価に平坦化を実現する技術が必要となる。

本発明は如上の問題を解決するために成されたものであり，その第１の目的は，半導体デバイス及び金属製熱伝導体と，ダイヤモンドヒートスプレッダとの接合面を，常温で，接着剤等を使用することなく活性化により化学的に結合させることのできるダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法を提供することにある。

また，本発明の別の目的は，前記接合方法において，ダイヤモンドヒートスプレッダ表面の平坦化を，比較的簡単に高精度で行うことを可能とすることにより，ダイヤモンドヒートスプレッダ，特に気相合成ダイヤモンド膜を使用する場合におけるコストの低減と，放熱性能の向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法，及び前記方法によって製造された半導体デバイスの放熱部は，半導体デバイスに接合されるダイヤモンドヒートスプレッダと，前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記半導体デバイスの接合面とは反対側の面に接合される金属製熱伝導体により構成される，半導体デバイスの放熱部において，
前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記半導体デバイスとの接合面及び前記金属製熱伝導体との接合面を，それぞれ表面平均粗さ（Ｒａ）３０nm以下に平坦化すると共に，
真空又は不活性ガス雰囲気中に置かれた常温の前記ダイヤモンドヒートスプレッダと前記半導体デバイスとの接合面，及び前記ダイヤモンドスプレッダと金属製熱伝導体との接合面に，アルゴン（Ａｒ）等の希ガスビームを照射して活性化させて接合することで，化学的に結合されていることを特徴とする（請求項１，１２）。

このダイヤモンドヒートスプレッダとしては，天然ダイヤモンド，高圧合成ダイヤモンド，又は気相合成ダイヤモンドのいずれであっても良く（請求項１３），また，前記半導体デバイスには，ロジック・プロセッサやデジタル・シグナル・プロセッサ等の超高密度集積回路を含む集積回路，レーザ・ダイオードやガン・ダイオード等の個別の半導体素子，電車用サイリスタ等のパワーデバイスのいずれも含む（請求項１４）。

更に，前記金属製熱伝導体は，銅又はアルミニウム製のヒートシンク又はヒートスプレッダとすることができ（請求項１５），また，金属製熱伝導体がヒートシンクである場合，ヒートパイプと空冷ファン，又は水冷ラジエータを備えるものとしても良い（請求項１６）。

前記方法において，前記ダイヤモンドヒートスプレッダを機械研磨とこれに続く化学的機械研磨（ＣＭＰ）により表面を研磨して前記金属製熱伝導体との接合面の前記平坦化を行うことができる（請求項２，１７）。

また，前記ダイヤモンドヒートスプレッダの表面粗さの最大値の３倍以上の厚さに金属膜を堆積し，該堆積された金属膜を化学的機械研磨（ＣＭＰ）又は電解複合研磨により研磨して前記金属製熱伝導体との接合面の前記平坦化を行うものとしても良い（請求項３，１８）。

このダイヤモンドヒートスプレッダの，半導体デバイスとの接合面側の平坦化についても，同様に，機械研磨とこれに続く化学的機械研磨（ＣＭＰ）により前記ダイヤモンドヒートスプレッダの表面を研磨して行っても良く（請求項４，１９），又は，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面粗さの最大値の３倍以上の厚さに金属膜を堆積し，該堆積された金属膜を化学的機械研磨（ＣＭＰ）又は電解複合研磨により研磨して行っても良く（請求項５，２０），半導体デバイスとの接合面側と，金属製熱伝導体との接合面側とで，異なる平坦化方法を採用しても良い。

前述の金属膜は，蒸着等を行うことにより，又は，無電解メッキにより堆積させることによりダイヤモンドヒートスプレッダの表面に直接形成することができるが，先ず，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面に蒸着等の方法により導電性金属膜を形成し，該導電性金属膜上に電気メッキ法により形成しても良く（請求項６），また，ダイヤモンドヒートスプレッダが気相合成法により製造されるものである場合には，気相合成の際にホウ素等の不純物をドーピングして，形成するダイヤモンド膜自体に導電性を持たせ，このダイヤモンドヒートスプレッダの表面に電気メッキ法により前記金属膜を形成しても良い（請求項７）。

なお，気相合成法により形成されたダイヤモンド膜をダイヤモンドヒートスプレッダとする場合，このダイヤモンド膜を，シリコン基板上に成膜すると共に，前記シリコン基板を化学的機械研磨と化学エッチングにより研磨して前記半導体デバイスとの接合面の前記平坦化を行っても良い（請求項８，２１）。

この場合，シリコン基板のシリコン結晶と，ダイヤモンド膜のダイヤモンド結晶の格子定数の相違によるシリコン基板のそり，凹凸などの変形，その他の原因により，金属膜に歪み等の変形が生じている場合には，前記平坦化の際の研磨により，併せてこの金属膜の反り，凹凸等の変形を除去しても良く（請求項９），また，同様に，シリコン基板のそり及び変形を，前記シリコン基板の前記研磨の際に除去しても良い（請求項１０）。

なお，前記接合方法において，前記半導体デバイス，ダイヤモンドヒートスプレッダ及び金属製熱伝導体間の接合は，先ず，金属製熱伝導体と前記ダイヤモンド熱伝導層間において行い，次いで，前記ダイヤモンドヒートスプレッダと前記半導体デバイス間において行うことが好ましい（請求項１１）。

なお，前記金属製熱伝導体は，前記半導体デバイスが半導体素子である場合にはその固定用治具を，ＩＣチップである場合にはそのダイパッドを兼ねるものとして構成することができる（請求項２２）。

また，前記ダイヤモンドヒートスプレッダの側面を含む全面に導電性金属を積層し，導電性を持たせることもできる（請求項２３）。

以上説明した本発明の構成により，本発明のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法，及び半導体デバイスの放熱部によれば，半導体デバイスとダイヤモンドヒートスプレッダ間，及びダイヤモンドヒートスプレッダと金属製熱伝導体間の接合を，アルゴン，キセノン，クリプトン等の希ガスビームの照射による活性化による接合（表面活性化接合）により，常温で行うことができ，希ガスビームの照射により接合表面の汚染やゴミが取り除かれ，活性な化学結合手が結合して，接着剤を用いることなく金属，半導体，セラミックスなどの同種，もしくは異種間での常温接合が可能となった。

その結果，半導体デバイスを加熱することなく接合を行うことができ，半導体デバイスの熱による劣化の発生等を回避することができると共に，接着剤層の介在に伴う熱抵抗を無くし，放熱抵抗を飛躍的に向上させることができた。

また，この接合法では，それぞれの表面の原子間で直接に化学結合が形成される。そのため，温度上昇による熱膨張係数が異なっていても，安定な化学結合のために接合が破壊されることはなく，強固な接合を維持することが可能である。

しかも，ダイヤモンドヒートスプレッダ，半導体デバイス，金属製熱伝導体のいずれの表面の活性化も，共通の希ガスビームの照射によって行うことができることから，各部の接合をいずれも同じ真空装置等内の真空雰囲気中，あるいは，不活性ガス雰囲気中で行うことが可能であり，作業が容易である。

半導体デバイスとダイヤモンドヒートスプレッダ間，及びダイヤモンドヒートスプレッダと金属製熱伝導体間の接合面を，いずれも３０nm以下の平均荒さまで平坦化することにより，前述の表面活性化接合を有効に行うことができ，これにより，前述のように接着剤なしの直接接合を可能とするだけでなく，接合面は，ほぼ全面にわたって接触しているので，その熱抵抗もほぼゼロまで減少できた。

ダイヤモンドヒートスプレッダの表面を直接研磨して，半導体デバイス及び／又は金属製熱伝導体との接合面を平坦化する構成にあっては，希ガスビームの照射により，化学的に不活性な化学的機械研磨（ＣＭＰ）後のダイヤモンド表面を常温において活性化することが可能であり，その結果，サブサーフェスからのバルク水素の表面析出を抑制した状態で表面水素を完全に除去できた。

これにより表面炭素原子の未結合手が出現し，接合面の全面にわたって安定な化学結合を形成することが可能となり，この方法による接合によれば，半導体デバイス，ダイヤモンドヒートスプレッダ，金属製熱伝導体の接合面に接着層は全くなく，熱伝導効率が最大限発揮される。

また，半導体デバイス及び／又は金属製熱伝導体との接合面におけるダイヤモンドヒートスプレッダの表面に金属膜を形成し，この金属膜を研磨して半導体デバイス及び／又は金属製熱伝導体との接合面の平坦化を行うことにより，ダイヤモンドヒートスプレッダを直接研磨する場合に比較して平坦化が容易となった。

しかも，形成した金属膜はダイヤモンドに比較して軟質であるために，化学的機械研磨（ＣＭＰ）又は電解複合研磨のみで平坦化を行うことができ，ダイヤモンド砥粒を使用するために高コストである機械的研磨を省略して比較的低コストで平坦化を行うことが可能となった。

なお，この方法により平坦化を行う場合，ダイヤモンドヒートスプレッダと半導体デバイス間，ダイヤモンドヒートスプレッダと金属製熱伝導体間には，金属膜が存在することとなるが，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面粗さの最大値の３倍程度に堆積させた金属膜を，最大粗さの２倍程度の厚み迄研磨することにより，この金属膜の厚みを数十〜数百nm程度の薄さとすることができ，これにより熱抵抗を十分に小さく抑えることができた。

ダイヤモンドヒートスプレッダを気相合成法で作成したダイヤモンド膜として得る場合，このダイヤモンド膜をシリコン基板上に合成することにより，該シリコン基板を化学的機械研磨（ＣＭＰ）と化学エッチングによって研磨することで，ダイヤモンド膜の表面を直接研磨する場合とは異なり，ダイヤモンド砥粒を使用した機械的研磨を省略し，化学的機械研磨（ＣＭＰ）と化学的エッチングにより，半導体デバイスとの接合面を容易に平坦化することができた。

この場合，半導体デバイスとダイヤモンドヒートスプレッダ間には，シリコン基板を研磨して得たシリコン膜が介在することとなるが，このシリコン膜は半導体デバイスと同種の材質から成ることから，表面活性化接合により強固な接合性を発揮すると共に，熱抵抗を低く抑えることができた。

この金属膜の研磨及び／又はシリコン基板の研磨に際し，シリコン基板のシリコン結晶と気相合成ダイヤモンドの格子定数の相違から生じるそり及び変形に伴う前記金属膜表面の又はシリコン基板の反り，凹凸等の変形を併せて除去することができた。これにより，接合面の全体に亘る接合を容易に実現することができた。

なお，前記接合を，先ず，金属製熱伝導体と前記ダイヤモンド熱伝導層間において行い，次いで，前記ダイヤモンド熱伝導層と前記半導体デバイスにおいて行うことで，半導体デバイスに対する負担を低減することができ好ましい。

さらに，前記ダイヤモンド熱伝導層を構成するダイヤモンド膜の側面を含む全面にわたって導電性金属を積層したことにより，ダイヤモンド熱伝導層に導電性を持たせることができ，例えば別途配線等を行うことなく半導体デバイスを接地（ＧＮＤ）等させることが可能となった。

次に，本発明の実施形態を以下説明する。

本発明の半導体デバイスの放熱部は，図１に示すように，半導体デバイスに接合されるダイヤモンドヒートシンクと，このダイヤモンドヒートシンクの前記半導体デバイスとの接合面とは反対側の面に接合される，銅やアルミニウム等の熱伝導性の良い金属によって成形された，ヒートシンク，ヒートスプレッダ等の金属製熱伝導体により構成されている。

前述の半導体デバイスとしては，レーザ・ダイオードやガン・ダイオード等の個別の半導体素子の他，ロジックプロセッサ，デジタル・シグナルプロセッサ等の集積回路，超高密度集積回路，電車用のサイリスタ等のパワーデバイスを含む。

また，ダイヤモンドヒートスプレッダとしては，天然ダイヤモンド，高圧合成ダイヤモンド，気相合成ダイヤモンドのいずれのものであっても良い。

なお，図示の例では，金属製熱伝導体を模式的に単純な形状のものとして示しているが，図示は省略するが，必要に応じて前記金属製熱伝導体には，ヒートパイプ等の突起を多数形成して表面積を増大させる等，放熱に適した形状に形成しても良く，また，特に発熱量の大きいＩＣ等に適用する場合には，例えば空冷ファンや水冷ラジエータ等を金属製熱伝導体（ヒートシンク）に取り付けて強制的に冷却する等，冷却効率を向上し得る各種の構造を採用可能である。

さらに，半導体デバイスが半導体素子である場合には，その固定治具，ＩＣチップ等である場合には，ダイパッドを兼ねる形状等に，前記金属製熱伝導体を構成しても良く，各種の変形が可能である。

この半導体デバイスとダイヤモンドヒートスプレッダとの接合面，及びダイヤモンドヒートスプレッダと金属製熱伝導体との接合面は，それぞれ表面平均粗さ（Ｒａ）を３０nm以下，好ましくは１nm以下とし，常温の真空装置中でアルゴン，キセノン，クリプトン等の希ガスビームの照射によって活性化され，接合される。

ここで，真空雰囲気としたのは，活性化した表面が汚染されないために「真空」が適するが，アルゴンや窒素などの不活性ガスであれば，作業環境中にあっても何ら問題とはならない。従って，本発明は，「真空」雰囲気に限定されず，アルゴンや窒素などの不活性ガス雰囲気中においても材料を接合することができる。

〔平坦化処理〕
前述の接合に際し，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面は，前述した表面平均粗さに平坦化され，これにより半導体デバイスや金属製熱伝導体との接合面との間に隙間が生じることがなく，接合面の全面に亘り完全な接合が実現される。

なお，活性化による接合に際しては，半導体デバイス及び金属製熱伝導体の接合面についても同程度の平坦面を備えている必要があるが，半導体デバイスについてはその製造過程で行われる研磨により前記表面粗さが実現されており，また，金属製熱伝導体については，例えば後述する金属膜の平坦化と同様の方法により平坦化が可能であり，説明を省略する。

天然ダイヤモンドや高圧合成ダイヤモンドを酸素雰囲気中でのレーザー照射で切り出してダイヤモンドヒートスプレッダとする場合は，レーザーによる切断面には数十〜数百nmの凹凸が形成されており，また，気相合成法によって形成されたダイヤモンド膜をダイヤモンドヒートスプレッダとする場合には，形成する膜厚にもよるが，数μm〜数十μmの凹凸が形成されており，前述のように接合面を活性化して接合するためには，この接合面の表面平均粗さ（Ｒａ）を３０nm以下，好ましくは１nm以下に平坦化する必要がある。

本発明にあっては，この平坦課処理を以下のいずれかの方法により行っている。

（１）ダイヤモンドヒートスプレッダの直接研磨
ダイヤモンドヒートスプレッダの表面を，ダイヤモンド砥粒を使用した機械的研磨を行った後，化学的機械研磨（ＣＭＰ）を行い，前述した表面粗さに迄平坦化する方法である。

この方法は，ダイヤモンドヒートスプレッダを天然ダイヤモンドや高圧合成ダイヤモンドより切り出して得た場合の他，気相合成によって製造したダイヤモンド膜をダイヤモンドヒートスプレッドとする場合のいずれの場合に対しても適用可能であるが，前述のように，気相合成法によって製造したダイヤモンド膜は，天然ダイヤモンドや高圧合成ダイヤモンドの切り出しによって得たダイヤモンドヒートスプレッダに比較して表面が粗く，また，比較的面積の広いダイヤモンドヒートスプレッダの製造に使用されるために研磨が困難であることから，本平坦化方法は，気相合成ダイヤモンド膜に比較して凹凸が少ない，天然ダイヤモンド，高圧合成ダイヤモンドより切り出して得たダイヤモンドヒートスプレッダの平坦化に適している。

（２）金属膜の堆積後の研磨
この方法では，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面に，例えば蒸着等の方法でチタン，金，クロム，ニッケル等の金属膜をダイヤモンドヒートスプレッダの表面荒れの最大値の３倍以上の厚さで堆積させ，これを化学的機械研磨（ＣＭＰ），又は電解複合研磨により前述した表面粗さに研磨する。

この金属膜の堆積により，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面凹凸が堆積した金属によって埋められると共に，堆積した金属膜はダイヤモンドに比較して軟質であることから，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面を直接研磨する際に必要であった，ダイヤモンド砥粒を使用した機械研磨を省略して，化学的機械研磨（ＣＭＰ）又は電解複合研磨で研磨を行うことが可能である。

なお，金属膜の堆積に先立ち，アルゴン（Ａｒ）ビーム等の希ガスビームを用いてダイヤモンドヒートスプレッダの表面の清浄化と活性化を行ってから金属膜を堆積させても良く，これにより両者の密着性を飛躍的に向上させることができる。

本方法は，ダイヤモンドヒートスプレッダを天然ダイヤモンドや高圧合成ダイヤモンドより切り出して得る場合，気相合成法で得た場合のいずれの場合に対しても適用可能であるが，比較的表面が粗い気相合成法によって得たダイヤモンド膜をダイヤモンドヒートスプレッダとする場合には，表面凹凸が大きい分，比較的厚い金属膜を形成する必要があり，この金属膜の堆積を全工程に亘って蒸着等の方法で行う場合にはコスト高となることから，本方法による平坦化処理は天然ダイヤモンド，高圧合成ダイヤモンドより切り出して得たダイヤモンドヒートスプレッダの平坦化に適し，気相合成法によって得られたダイヤモンド膜に対して金属膜を堆積させる場合には，後述するメッキ法の使用が好ましい。

なお，この方法によりダイヤモンドヒートスプレッダの表面の平坦化を行った場合には，ダイヤモンドヒートスプレッダと半導体デバイス間，ダイヤモンドヒートスプレッダと金属製熱伝導体間には，研磨された金属膜が介在することとなるが，研磨後の金属膜の厚みを，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面荒れの最大値の２倍程度迄研磨することにより，天然ダイヤモンド，高圧合成ダイヤモンドから切り出されたダイヤモンドヒートシンクにあっては金属膜の厚みを数十〜数百nm程度の比較的薄いものとすることができ，熱抵抗を低減させることができる。

（３）金属膜のメッキ後の研磨
この方法では，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面に金属膜，好ましくは接合する金属製熱伝導体と同材質の金属膜を，メッキによってダイヤモンドヒートスプレッダの表面荒れの最大値の３倍以上の厚さで形成し，これを化学的機械研磨（ＣＭＰ），又は電解複合研磨により前述した表面粗さに研磨する。

このメッキによる金属膜の形成により，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面凹凸が埋まると共に，形成された金属膜はダイヤモンドに比較して軟質であることから，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面を直接研磨する際に必要であった，ダイヤモンド砥粒を使用した機械研磨を省略して研磨を行うことが可能である。

なお，この方法はダイヤモンドヒートスプレッダを天然ダイヤモンドや高圧合成ダイヤモンドより切り出して得る場合，気相合成法で得た場合のいずれの場合に対しても適用可能であるが，前述したように表面凹凸が大きい分，比較的厚い金属膜を形成する必要があり，スパッタリング等の蒸着によってこれを形成する場合にはコスト高となる気相合成法で得たダイヤモンドヒートスプレッダの平坦化に特に有利である。

なお，このように形成する金属膜が厚くなる場合には，組み立てた後に金属膜が熱抵抗となるため，好ましくは，この金属膜を，前述したように金属製熱伝導体と同材質の金属によって形成する。これにより，接合面は同種金属の直接接合となり，接合部における熱抵抗を減少させることができる。

なお，気相合成によるダイヤモンド膜を，後述するようにシリコン基板上に形成する場合，シリコン基板のシリコン結晶と，ダイヤモンド膜のダイヤモンド結晶との格子定数の相違によるシリコン基板のそりや変形に基づいて，形成された金属膜にこれらの変形が生じている場合，これら変形を前記金属膜の研磨に際して除去することができる。これにより，接合面の全面に亘る完全な接合を実現することができる。

前述の金属膜をメッキする方法としては，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面に蒸着等によってチタン，金，クロム等の導電性金属膜を数nm〜数十nm程度の厚みで形成し，この導電性金属膜を電極として電気メッキ法によって，例えば銅等の金属膜を形成する。

また，無電解メッキ法によりチタン，ニッケル等の金属膜を直接ダイヤモンドヒートスプレッダ上に形成しても良く，さらに，ダイヤモンド膜を気相合成する際に，ホウ素等の不純物をドーピングして，ダイヤモンド膜自体にｐ型の電気伝導性を持たせ，これにより電気メッキ法により直接ダイヤモンド膜上に銅等の金属膜を形成しても良い。

導電性金属膜の蒸着等に際しては，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面に予めアルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスビームを照射して表面を清浄化すると共に活性化し，その後に蒸着等を行うものとしても良く，これにより導電性金属膜とダイヤモンドヒートスプレッダ間の結合を強固なものとすることができる。

予め導電性金属層を，ダイヤモンドヒートスプレッダ上に形成する場合には，ダイヤモンドヒートスプレッダと金属膜間にこの導電性金属膜が介在することとなるが，この導電性金属膜は電気メッキ法を行う際の電極と成り得る導電性を得られる程度に形成すれば良く，比較的薄いものであるために（数nm〜数十nmである），この導電性金属膜の存在による熱抵抗は十分に低い。

なお，無電解メッキ法による場合，及び不純物のドーピングによりダイヤモンドヒートスプレッダ自体に導電性を付与して電気メッキ法により金属膜を形成する場合，いずれも金属膜は，直接ダイヤモンドヒートスプレッダの表面に形成されることとなり，良好な熱伝導性が発揮される。

もっとも，不純物をドーピングする場合には，ダイヤモンド膜の熱伝導率は，不純物の濃度に応じて低下することとなるが，導電性金属膜を形成する場合における熱抵抗の増加と，不純物のドーピングによる熱伝導率の低下との比較衡量により，不純物濃度の決定等を行うものとしても良い。

（４）Ｓｉ基板上での気相合成とＳｉ基板の研磨（半導体デバイスとの接合面）
この方法では，シリコン（Ｓｉ）基板上にダイヤモンド膜を気相合成し，その後，このシリコン基板を，化学的機械研磨（ＣＭＰ）と化学的エッチングにより，例えば化学的エッチングによりシリコン基板を所定の厚みに減じた後，化学的機械研磨（ＣＭＰ）により研磨して，前述した表面粗さに平坦化したシリコン膜とし，半導体デバイスとの接合面と成す。

気相合成において，シリコン基板とダイヤモンド膜の界面はほぼ全面にわたって密着しているので，前述のようにシリコン基板を数十〜数百nmの厚みに迄研磨してシリコンの膜としても，ダイヤモンド膜との界面の密着性は保たれている。そのため，シリコン膜の表面と半導体デバイスを，アルゴン（Ａｒ）ビームを用いて活性化させて両者を直接接合することが可能である。

この場合，両者の接合面では，シリコン（Ｓｉ）とシリコン（Ｓｉ），シリコン（Ｓｉ）と化合物半導体，又は，シリコン（Ｓｉ）と酸化膜（ＳｉＯ_２）という，同種の材質間での接合となり，いずれの場合でも良好な直接接合を実現することができる。

なお，この研磨の際，シリコン基板のシリコン結晶と，ダイヤモンド膜のダイヤモンド結晶との格子定数の相違，その他の原因によりシリコン基板にそり，変形等が生じている場合には，このそり，変形が除去し得るように前記シリコン基板を研磨して，平坦化することで，接合面の全面に亘る完全な接合を実現することができる。

〔表面活性化接合法〕
ダイヤモンドヒートスプレッダと金属製熱伝導体，及び半導体デバイスとの接合は，本発明にあっては，接合面を化学的に活性化し，この活性化した面相互を接合することにより化学的に結合させている（本明細書において，この接合方法を「表面活性化接合法」という。）。

このような接合方法は既存技術であり，これにより金属，半導体，セラミックスなどの同種，もしくは異種間での常温接合が接着剤なしで可能である。

このように，活性化による接合によれば，接合面において原子間で直接に化学結合が形成されるため，温度上昇による熱膨張係数が異なっていても，安定な化学結合のために接合が破壊されることはない。この特徴は，半導体デバイスにヒートシンクやヒートスプレッダ等の放熱構造体を接合するとき大変に有利となり，とりわけ，接着剤層が介在しないために熱抵抗がなく，ヒートシンクやヒートスプレッダのもつ熱伝導率を最大限に発揮させることが可能となる。

このような表面活性化接合法が有効であるためには，前述のように３０nm，好ましくは1nm以下の平均荒さまで平坦化された接合表面の汚染やゴミを取り除いて清浄化し，かつ，接合部の表面に活性な化学結合手を発生させる。

このような接合表面の清浄化と，活性な化学結合手を発生させるために，本発明では，真空装置中において常温で希ガスビームを接合部の表面に照射している。

ここで使用する希ガスビームとして，本実施形態にあっては一例としてアルゴン（Ａｒ）ガスビームを使用しているが，接合部表面の清浄化と活性化が可能であれば，他の希ガスビームを使用しても良く，アルゴンガスの他に，キセノンガス，クリプトンガス，又はこれらの混合ガス（これらを総称して希ガスという）を使用したガスビームを照射しても良い。

一例として，機械的研磨と，化学的機械研磨（ＣＭＰ）により直接研磨されたダイヤモンドヒートスプレッダを例として説明すると，化学的機械研磨（ＣＭＰ）が行われた後のダイヤモンド表面は，前述したように水素（表面水素）で終端されており，かつ，水素終端ダイヤモンド表面は約８００℃まで熱的に安定で，化学的に不活性なのでそのままでは接合を行うことはできない。

そこで，これを真空装置中に収容し，常温下でダイヤモンドヒートスプレッダの表面にアルゴン（Ａｒ）ガスビームを照射すると，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面が清浄化されると共に，水素終端されているダイヤモンドヒートスプレッダの表面水素を完全に除去でき，これにより表面炭素原子の未結合手が出現し，活性化接合が可能となる。

しかも，このような表面水素の除去は常温において行われるために，例えば８００℃以上の温度に加熱して表面水素を除去する場合のように，ダイヤモンドヒートスプレッダのサブサーフェスからのバルク水素の表面析出を抑制することができるため，接合したとき全面にわたって安定な化学結合を形成することが可能となる。

このようにして，接合部の表面が活性化されたダイヤモンドヒートスプレッダは，同様に常温の真空装置内でアルゴン（Ａｒ）ガスビームを接合面に照射した金属製熱伝導体の接合面，半導体デバイスの接合面に重ね合わされて，接合される。

なお，金属製熱伝導体及び半導体デバイスの接合面を活性化するために照射するアルゴン（Ａｒ）ガスビームは，ダイヤモンドヒートスプレッダに使用するものと同じものを使用できるため，同じ真空装置内で一緒に表面活性化して，接合することが可能である。

これにより，ダイヤモンドヒートスプレッダの平坦化方法が，前述のようにダイヤモンドヒートスプレッダの表面を直接研磨したものである場合には，ダイヤモンドヒートスプレッダと金属製熱伝導体，半導体デバイスとが，一切の接着剤層を介在させることなく直接接合することが可能となる。

また，ダイヤモンドヒートスプレッダの接合面の平坦化を，前述したその他の方法によって行った場合であっても同様のアルゴン（Ａｒ）ビームの照射によって活性化して接合することが可能である。

次に，本発明の実施例について説明する。

〔実施例１〕
１．対象
（１）半導体デバイス：マイクロ波出力用ガン・ダイオード
（２）ダイヤモンドヒートスプレッダ：高圧合成ダイヤモンド結晶
（３）金属製熱伝導体：銅製ヒートシンク
２．組み立て方法
図２に示す方法により，化合物半導体（ＧａＡｓ）マイクロ波発振素子（ガン・ダイオード）である半導体デバイスに，ダイヤモンドヒートスプレッダと銅製のヒートシンクを接合して，放熱部を形成した。

ダイヤモンドヒートスプレッダとして，高圧合成ダイヤモンドから切り出した大きさ３mm×３mm×３mmのダイヤモンドを使用し，このダイヤモンドヒートスプレッダに機械研磨と化学的機械研磨（ＣＭＰ）を行って，その表面の平均荒さを３０nm以下とする平坦化処理を行った。

平坦化されたダイヤモンドヒートスプレッダを，銅製のヒートシンクと共に真空装置内に収容して，該装置内を真空とした後に，両者の接合面となる部分にそれぞれアルゴン（Ａｒ）ビームを照射して活性化させると共に，真空中で両者を室温で直接接合した。

以上のようにして銅製のヒートシンクが接合されたダイヤモンドヒートスプレッダを，ガン・ダイオードと共に真空装置内に収容し，装置内を真空とした後に，アルゴン（Ａｒ）ビームを両者の接合面となる部分にそれぞれ照射して活性化させ，真空中で両者を室温で直接接合した。

これにより，化合物半導体（ＧａＡｓ）マイクロ波発振素子（ガン・ダイオード）とダイヤモンドヒートスプレッダ，ダイヤモンドヒートスプレッダと銅製ヒートシンクの接合界面で十分な接着強度が得られただけでなく，効果的な放熱を達成できた。

〔実施例２〕
１．対象
（１）半導体デバイス：ＣＤ・ＤＶＤ書込み用レーザ・ダイオード
（２）ダイヤモンドヒートスプレッダ：天然ダイヤモンド
（３）金属製熱伝導体：銅製ヒートシンク
２．組み立て方法
図３に示す方法により，化合物半導体（ＧａＡｓ）発光素子（レーザ・ダイオード）である半導体デバイスに，ダイヤモンドヒートスプレッダと銅製のヒートシンクを接合して，放熱部を形成した。

ダイヤモンドヒートスプレッダとして，天然ダイヤモンドから切り出した大きさ１mm×１mm×０．５mmのダイヤモンドを使用した。

このダイヤモンドヒートスプレッダを真空装置内に収容し，装置内を真空とした後にダイヤモンドヒートスプレッダの両面にアルゴン（Ａｒ）ビームを照射して清浄化した後，ダイヤモンドヒートスプレッダの両面に蒸着により金属膜を堆積させた。その後，真空装置からダイヤモンドヒートスプレッダを取り出し，その両面に堆積した金属膜をいずれも化学的機械研磨（ＣＭＰ）によって研磨し，その表面を平均荒さ３０nm以下とする平坦化処理を行った。

平坦化処理後のダイヤモンドヒートスプレッダを銅製のヒートシンクと共に真空装置内に収容し，真空装置内を真空とした後，両者の接合面のいずれ共にアルゴン（Ａｒ）ガスビームを照射して活性化させ，真空中で両者を室温で直接接合した。

以上のようにして銅製のヒートシンクが接合されたダイヤモンドヒートスプレッダを，レーザ・ダイオードと共に真空装置内に収容し，装置内を真空とした後，両者の接合面のいずれ共にアルゴン（Ａｒ）ガスビームを照射して活性化させ，真空中で両者を室温で直接接合した。

これにより，化合物半導体（ＧａＡｓ）系発光素子（レーザ・ダイオード）とダイヤモンドヒートスプレッダ，ダイヤモンドヒートスプレッダと銅製のヒートシンクのいずれの接合界面においても十分な接着強度が得られただけでなく，効果的な放熱を達成できた。

〔実施例３〕
１．対象
（１）半導体デバイス：ＬＳＩチップ
（２）ダイヤモンドヒートスプレッダ：気相合成ダイヤモンド
（３）金属製熱伝導体：銅製ヒートスプレッダ
２．組み立て方法
図４に示す方法により，ＩＣチップ（ＬＳＩ）である半導体デバイスに，ダイヤモンドヒートスプレッダと銅製のヒートスプレッダを接合して，放熱部を形成した。

気相合成法でシリコン（Ｓｉ）基板上にダイヤモンド膜（厚さは０．５mm）を成膜し，このダイヤモンド膜が成膜されたシリコン基板を１５mm×１５mmの大きさに切り出し，切り出し後の前記ダイヤモンド膜をダイヤモンドヒートスプレッダ（シリコン基板付きダイヤモンドヒートスプレッダ）とした。

このシリコン基板付きのダイヤモンドヒートスプレッダを真空装置に収容し，装置内を真空とした後，ダイヤモンドヒートスプレッダの表面（ダイヤモンド膜の表面）にアルゴン（Ａｒ）ビームを照射して，清浄化し，その上に蒸着によって導電性金属の膜を数nm〜数十nm程度の厚さに堆積させた。

導電性金属膜が堆積されたシリコン基板付きのダイヤモンドヒートスプレッダを真空装置より取り出し，形成された導電性金属膜を電極として，電気メッキ法により銅膜（厚さは１．４mm）を形成した。

この銅膜を化学的機械研磨（ＣＭＰ）によって，その表面の平均荒さを３０nm以下にして，銅製ヒートスプレッダとの接合面側の平坦化処理を行った。

その後，このシリコン基板付きのダイヤモンドヒートスプレッダを，銅製のヒートスプレッダと共に真空装置内に収容し，装置内を真空とした後に，シリコン基板付きのダイヤモンドヒートスプレッダの前記銅膜表面と，銅製ヒートスプレッダの表面に共にアルゴン（Ａｒ）ビームを照射して活性化させ，真空中で両者を室温で直接接合した。

このようにして銅製のヒートスプレッダが付着されたダイヤモンドヒートスプレッダを真空装置より取り出し，このダイヤモンドヒートスプレッダの片面に付着しているシリコン基板を化学的機械研磨（ＣＭＰ）と化学エッチングによって研磨して，厚さ１５０nm程度のシリコン膜とすると共に，その表面の平均荒さを３０nm以下として，ＩＣチップとの接合面側の平坦化処理を行った。

ＩＣチップとの接合面側の平坦化処理が終了したダイヤモンドヒートスプレッダを，ＩＣチップと共に真空装置内に収容し，装置内を真空とした後に，ダイヤモンドヒートスプレッダの片面に形成されたシリコン膜の表面と，ＩＣチップの裏面に共にアルゴン（Ａｒ）ガスビームを照射して活性化させ，真空中で両者を室温で直接接合した。

これにより，ＩＣチップとダイヤモンドヒートスプレッダ，ダイヤモンドヒートスプレッダと銅製のヒートスプレッダとのいずれの接合界面においても十分な接合強度が得られただけでなく，効果的な放熱を達成できた。

本発明の半導体デバイスの放熱部の構造を示す模式図。 本発明のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法（実施例１）を示す工程図。 本発明のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法（実施例２）を示す工程図。 本発明のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法（実施例３）を示す工程図。

Claims (23)

1. 半導体デバイスに接合されるダイヤモンドヒートスプレッダと，前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記半導体デバイスの接合面とは反対側の面に接合される金属製熱伝導体により構成される，半導体デバイスの放熱部において，
   前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記半導体デバイスとの接合面及び前記金属製熱伝導体との接合面を，それぞれ表面平均粗さ（Ｒａ）３０nm以下に平坦化すると共に，
   真空又は不活性ガス雰囲気中に置かれた常温の前記ダイヤモンドヒートスプレッダと前記半導体デバイスとの接合面，及び前記ダイヤモンドスプレッダと金属製熱伝導体との接合面に，希ガスビームを照射して活性化させて接合することを特徴とするダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法。
2. 機械研磨とこれに続く化学的機械研磨により前記ダイヤモンドヒートスプレッダ表面を研磨して前記金属製熱伝導体との接合面の前記平坦化を行うことを特徴とする請求項１記載のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法。
3. 前記ダイヤモンドヒートスプレッダの表面粗さの最大値の３倍以上の厚さに金属膜を堆積し，該堆積された金属膜を化学的機械研磨又は電解複合研磨により研磨して前記金属製熱伝導体との接合面の前記平坦化を行うことを特徴とする請求項１記載のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法。
4. 機械研磨とこれに続く化学的機械研磨により前記ダイヤモンドヒートスプレッダの表面を研磨して，前記半導体デバイスとの接合面の前記平坦化を行うことを特徴とする請求項２又は３記載のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法。
5. 前記ダイヤモンドヒートスプレッダの表面粗さの最大値の３倍以上の厚さに金属膜を堆積し，該堆積された金属膜を化学的機械研磨又は電解複合研磨により研磨して前記半導体デバイスとの接合面の前記平坦化を行うことを特徴とする請求項２又は３記載のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法。
6. 前記ダイヤモンドヒートスプレッダの表面に導電性金属膜を形成し，該導電性金属膜上に電気メッキ法により前記金属膜を形成したことを特徴とする請求項３又は５記載のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法。
7. 前記ダイヤモンドヒートスプレッダを，不純物のドーピングを伴う気相合成法で形成した導電性ダイヤモンド膜として得ると共に，該ダイヤモンドヒートスプレッダの表面に電気メッキ法により前記金属膜を形成したことを特徴とする請求項３又は５記載のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法。
8. 前記ダイヤモンドヒートスプレッダを，気相合成法によりシリコン基板上に成膜されたダイヤモンド膜として得ると共に，前記シリコン基板を化学的機械研磨と化学エッチングにより研磨して前記半導体デバイスとの接合面の前記平坦化を行うことを特徴とする請求項３記載のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法。
9. 前記金属膜表面の反り，凹凸等の変形を，該金属膜の前記研磨により除去することを特徴とする請求項８記載のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法。
10. 前記シリコン基板のそり及び変形を，前記シリコン基板の前記研磨により除去することを特徴とする請求項８又は９記載のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法。
11. 前記半導体デバイス，ダイヤモンドヒートスプレッダ及び金属製熱伝導体間の接合を，先ず，金属製熱伝導体と前記ダイヤモンド熱伝導層間において行い，次いで，前記ダイヤモンドヒートスプレッダと前記半導体デバイス間において行うことを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項記載のダイヤモンドヒートスプレッダの常温接合方法。
12. 半導体デバイスに接合されるダイヤモンドヒートスプレッダと，前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記半導体デバイスの接合面とは反対側の面に接合される金属製熱伝導体により構成され，
    前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記半導体デバイスとの接合面及び前記金属製熱伝導体との接合面を，それぞれ表面平均粗さ（Ｒａ）３０nm以下に平坦化すると共に，真空又は不活性ガス雰囲気中に置かれた常温の前記ダイヤモンドヒートスプレッダと前記半導体デバイスとの接合面，及び前記ダイヤモンドスプレッダと金属製熱伝導体との接合面に，希ガスビームを照射して活性化させて接合することにより，前記各接合面を化学的に結合させたことを特徴とする半導体デバイスの放熱部。
13. 前記ダイヤモンドヒートスプレッダが，天然ダイヤモンド，高圧合成ダイヤモンド，又は気相合成ダイヤモンドであることを特徴とする請求項１２記載の半導体デバイスの放熱部。
14. 前記半導体デバイスが，集積回路，半導体素子，又はパワーデバイスであることを特徴とする請求項１２又は１３記載の半導体デバイスの放熱部。
15. 前記金属製熱伝導体が，銅又はアルミニウム製のヒートシンク又はヒートスプレッダである請求項１２〜１４いずれか１項記載の半導体デバイスの放熱部。
16. 前記金属製熱伝導体がヒートシンクであり，ヒートパイプと空冷ファン，又は水冷ラジエータを備えることを特徴とする請求項１２〜１５いずれか１項記載の半導体デバイスの放熱部。
17. 前記ダイヤモンドヒートスプレッダが，研磨により前記表面平均粗さに平坦化された，前記金属製熱伝導体との接合面を有することを特徴とする請求項１２〜１６いずれか１項記載の半導体デバイスの放熱部。
18. 前記ダイヤモンドヒートスプレッダが，前記金属製熱伝導体との接合面に前記表面平均粗さに平坦化された金属膜を有することを特徴とする請求項１２〜１６いずれか１項記載の半導体デバイスの放熱部。
19. 前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記半導体デバイスとの接合面が，研磨により前記表面平均粗さに平坦化されていることを特徴とする請求項１７又は１８記載の半導体デバイスの放熱部。
20. 前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記半導体デバイスとの接合面に，前記表面平均粗さに平坦化された金属膜を有することを特徴とする請求項１７又は１８記載の半導体デバイスの放熱部。
21. 前記ダイヤモンドヒートスプレッダが，気相合成されたダイヤモンド膜であり，前記半導体デバイスとの接合面に前記表面平均粗さに平坦化されたシリコン膜を有することを特徴とする請求項１２記載の半導体デバイスの放熱部。
22. 前記金属製熱伝導体が，前記半導体デバイスが半導体素子である場合にはその固定用治具を，ＩＣチップである場合にはそのダイパッドを兼ねることを特徴とする請求項１２〜２１いずれか１項記載の半導体デバイスの放熱部。
23. 前記ダイヤモンドヒートスプレッダの側面を含む全面に導電性金属を積層したことを特徴とする請求項１２〜２２いずれか１項記載の半導体デバイスの放熱部。

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