Skip to main content
Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 1/2017

23.08.2016

Reduced operating temperature of active layer Si covered by nanocrystalline diamond film

verfasst von: Sethavut Duangchan, Yusuke Koishikawa, Ryouya Shirahama, Koichiro Oishi, Akiyoshi Baba, Satoshi Matsumoto, Masataka Hasegawa

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 1/2017

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

This paper reports the heat dissipation ability of nanocrystalline diamond (NCD) film used as an insulator in interconnection layers. The thermal resistance is used as an evidence for evaluating particular ability. There are two points to measure, that is to say, the temperature in the active Si region and that of the nearest point at the top of the insulating film. We used a thin film Si resistor covered with NCD or silicon dioxide (SiO2) on a silicon on insulator substrate. The NCD film was deposited by microwave-plasma chemical vapor deposition at 400 °C, while the SiO2 film was deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition at 350 °C. The thickness of the NCD film was 600 nm, while that of the SiO2 film was 300 and 500 nm. The aluminium (Al) was deposited by sputtering and patterned on the top of the insulating-film. Heat was applied to the resistor by directly applying electricity to the resistor. The temperature of the Si resistor and Al was determined from the resistance change. It was found that the thermal resistance of NCD film was approximately 14 % less than that of SiO2 film, leading to the reduction of the thin-film Si temperature by 20 °C, even though it was thicker than 100 nm.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat O. Semenov, A. Vassighi, M. Sachdev, IEEE Trans. Device Mater. Reliab. 6, 17 (2006)CrossRef O. Semenov, A. Vassighi, M. Sachdev, IEEE Trans. Device Mater. Reliab. 6, 17 (2006)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat V. Singhal, T. Siegmund, S.V. Garimella, IEEE Trans. Compon. Package Technol. 27, 244 (2004)CrossRef V. Singhal, T. Siegmund, S.V. Garimella, IEEE Trans. Compon. Package Technol. 27, 244 (2004)CrossRef
3.
Zurück zum Zitat B. Dang, M.S. Bakir, J.D. Meindl, IEEE Electron Device Lett. 27, 117 (2006)CrossRef B. Dang, M.S. Bakir, J.D. Meindl, IEEE Electron Device Lett. 27, 117 (2006)CrossRef
4.
Zurück zum Zitat B. Dang, M.S. Bakir, D.C. Sekar, C.R. King Jr., J.D. Meindl, IEEE Trans. Adv. Package 33, 79 (2010)CrossRef B. Dang, M.S. Bakir, D.C. Sekar, C.R. King Jr., J.D. Meindl, IEEE Trans. Adv. Package 33, 79 (2010)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Y. Han, B.L. Lau, G. Tang, X. Zhang, IEEE Trans. Compon. Package Manuf. Technol. 5, 1740 (2015)CrossRef Y. Han, B.L. Lau, G. Tang, X. Zhang, IEEE Trans. Compon. Package Manuf. Technol. 5, 1740 (2015)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat M. Zhu, P.K. Chu, X. Shi, M. Wong, W. Liu, C. Lin, Appl. Phys. Lett. 85, 2532 (2004)CrossRef M. Zhu, P.K. Chu, X. Shi, M. Wong, W. Liu, C. Lin, Appl. Phys. Lett. 85, 2532 (2004)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat A. Aleksov, J.M. Gobien, X. Li, J.T. Prater, Z. Sitar, Diam. Relat. Mater. 15, 248 (2006)CrossRef A. Aleksov, J.M. Gobien, X. Li, J.T. Prater, Z. Sitar, Diam. Relat. Mater. 15, 248 (2006)CrossRef
8.
Zurück zum Zitat J. Widiez, M. Rabarot, S. Saada, J.-P. Mazellier, J. Dechamp, V. Delaye, J.-C. Roussin, F. Andrieu, O. Faynot, S. Deleonibus, P. Bergonzo, L. Clavelier, Solid State Electron. 54, 158 (2010)CrossRef J. Widiez, M. Rabarot, S. Saada, J.-P. Mazellier, J. Dechamp, V. Delaye, J.-C. Roussin, F. Andrieu, O. Faynot, S. Deleonibus, P. Bergonzo, L. Clavelier, Solid State Electron. 54, 158 (2010)CrossRef
9.
Zurück zum Zitat M. Rabarot, J. Widiez, S. Saada, J.-P. Mazellier, C. Lecouvey, J.-C. Roussin, J. Dechamp, P. Bergonzo, F. Andrieu, O. Faynot, S. Deleonibus, L. Clavelier, J.P. Roger, Diam. Relat. Mater. 19, 796 (2010)CrossRef M. Rabarot, J. Widiez, S. Saada, J.-P. Mazellier, C. Lecouvey, J.-C. Roussin, J. Dechamp, P. Bergonzo, F. Andrieu, O. Faynot, S. Deleonibus, L. Clavelier, J.P. Roger, Diam. Relat. Mater. 19, 796 (2010)CrossRef
10.
Zurück zum Zitat S. Duangchan, Y. Uchikawa, Y. Koishikawa, B. Akiyoshi, K. Nakagawa, S. Matsumoto, M. Hasegawa, S. Nishizawa, The 65th electronic components and technology conference (2015), p. 187 S. Duangchan, Y. Uchikawa, Y. Koishikawa, B. Akiyoshi, K. Nakagawa, S. Matsumoto, M. Hasegawa, S. Nishizawa, The 65th electronic components and technology conference (2015), p. 187
11.
Zurück zum Zitat G. Cha, R. Gafiteanu, U. Gosele, J. Microelectromech. Syst. 3, 29 (1994)CrossRef G. Cha, R. Gafiteanu, U. Gosele, J. Microelectromech. Syst. 3, 29 (1994)CrossRef
12.
Zurück zum Zitat R.C. Gui, M. Elwenspoek, N. Tas, J.G.E. Gardeniers, J. Appl. Phys. 85, 7448 (1999)CrossRef R.C. Gui, M. Elwenspoek, N. Tas, J.G.E. Gardeniers, J. Appl. Phys. 85, 7448 (1999)CrossRef
13.
Zurück zum Zitat G.N. Yushin, S.D. Wolter, A.V. Kvit, R. Collazo, B.R. Stoner, J.T. Prater, Z. Sitar, Appl. Phys. Lett. 81, 3275 (2002)CrossRef G.N. Yushin, S.D. Wolter, A.V. Kvit, R. Collazo, B.R. Stoner, J.T. Prater, Z. Sitar, Appl. Phys. Lett. 81, 3275 (2002)CrossRef
14.
Zurück zum Zitat S.D. Wolter, G.N. Yushin, F. Okuzumi, B.R. Stoner, J.T. Prater, Z. Sitar, Diam. Relat. Mater. 11, 482 (2002)CrossRef S.D. Wolter, G.N. Yushin, F. Okuzumi, B.R. Stoner, J.T. Prater, Z. Sitar, Diam. Relat. Mater. 11, 482 (2002)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat G. Liao, T. Shi, X. Lin, Z. Ma, Sens. Actuators A Phys. 158, 335 (2010)CrossRef G. Liao, T. Shi, X. Lin, Z. Ma, Sens. Actuators A Phys. 158, 335 (2010)CrossRef
17.
Zurück zum Zitat V. Masteika, J. Kowal, N.S.J. Braithwaite, T. Rogers, ECS J. Solid State Sci. Technol. 3, Q42 (2014)CrossRef V. Masteika, J. Kowal, N.S.J. Braithwaite, T. Rogers, ECS J. Solid State Sci. Technol. 3, Q42 (2014)CrossRef
18.
Zurück zum Zitat R. Shirahama, S. Duangchan, Y. Koishikawa, A. Baba, The 3D systems integration conference (2015), p. TS8.16.1 R. Shirahama, S. Duangchan, Y. Koishikawa, A. Baba, The 3D systems integration conference (2015), p. TS8.16.1
19.
Zurück zum Zitat M. Kaviany, Essentials of Heat Transfer: Principles, Materials, and Applications (Cambridge University Press, Cambridge, 2011)CrossRef M. Kaviany, Essentials of Heat Transfer: Principles, Materials, and Applications (Cambridge University Press, Cambridge, 2011)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat S. Uma, A.D. McConnell, M. Asheghi, K. Kurabayashi, K.E. Goodson, Int. J. Thermophys. 22, 605 (2001)CrossRef S. Uma, A.D. McConnell, M. Asheghi, K. Kurabayashi, K.E. Goodson, Int. J. Thermophys. 22, 605 (2001)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat M. Wijesundara, R. Azevedo, Silicon Carbide Microsystems for Harsh Environments (Springer, New York, 2011)CrossRef M. Wijesundara, R. Azevedo, Silicon Carbide Microsystems for Harsh Environments (Springer, New York, 2011)CrossRef
22.
Zurück zum Zitat K. Nakagawa, T. Kodama, S. Matsumoto, T. Yamada, M. Hasegawa, S. Nishizawa, Jpn. J. Appl. Phys. 53, 04EP16 (2014)CrossRef K. Nakagawa, T. Kodama, S. Matsumoto, T. Yamada, M. Hasegawa, S. Nishizawa, Jpn. J. Appl. Phys. 53, 04EP16 (2014)CrossRef
23.
Zurück zum Zitat S.M. Sze, K.K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, 3rd edn. (Wiley, Hoboken, 2007) S.M. Sze, K.K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, 3rd edn. (Wiley, Hoboken, 2007)
25.
Zurück zum Zitat C.J. Chu, R.H. Hauge, J.L. Margrave, M.P. D’Evelyn, Appl. Phys. Lett. 61, 1393 (1992)CrossRef C.J. Chu, R.H. Hauge, J.L. Margrave, M.P. D’Evelyn, Appl. Phys. Lett. 61, 1393 (1992)CrossRef
26.
Zurück zum Zitat J.G. Buijnsters, P. Shankar, J.J. Ter Meulen, Surf. Coat. Technol. 201, 8955 (2007)CrossRef J.G. Buijnsters, P. Shankar, J.J. Ter Meulen, Surf. Coat. Technol. 201, 8955 (2007)CrossRef
27.
Zurück zum Zitat T. Schuelke, T.A. Grotjohn, Diamond polishing. Diam. Relat. Mater. 32, 17 (2013)CrossRef T. Schuelke, T.A. Grotjohn, Diamond polishing. Diam. Relat. Mater. 32, 17 (2013)CrossRef
28.
Zurück zum Zitat E.E. Ashkihazi, E.V. Zavedeev, A.P. Bolshakov, V.G. Ralchenko, S.G. Ryzhkov, A.V. Polsky, N.I. Kuznetsov, G.V. Sharonov, V.N. Tkach, V.I. Konov, Inorg. Mater. Appl. Res. 5, 230 (2014)CrossRef E.E. Ashkihazi, E.V. Zavedeev, A.P. Bolshakov, V.G. Ralchenko, S.G. Ryzhkov, A.V. Polsky, N.I. Kuznetsov, G.V. Sharonov, V.N. Tkach, V.I. Konov, Inorg. Mater. Appl. Res. 5, 230 (2014)CrossRef
29.
Zurück zum Zitat T. Yara, H. Makita, A. Hatta, T. Ito, A. Hiraki, Jpn. J. Appl. Phys. 34, L312 (1995)CrossRef T. Yara, H. Makita, A. Hatta, T. Ito, A. Hiraki, Jpn. J. Appl. Phys. 34, L312 (1995)CrossRef
30.
31.
Zurück zum Zitat S. Potocky, A. Kromka, J. Potmesil, Z. Remes, V. Vorlicek, M. Vanecek, M. Michalka, Diam. Relat. Mater. 16, 744 (2007)CrossRef S. Potocky, A. Kromka, J. Potmesil, Z. Remes, V. Vorlicek, M. Vanecek, M. Michalka, Diam. Relat. Mater. 16, 744 (2007)CrossRef
32.
Zurück zum Zitat K. Tsugawa, M. Ishihara, J. Kim, Y. Koga, M. Hasegawa, Phys. Rev. B 82, 125460 (2010)CrossRef K. Tsugawa, M. Ishihara, J. Kim, Y. Koga, M. Hasegawa, Phys. Rev. B 82, 125460 (2010)CrossRef
34.
Zurück zum Zitat S. Sze, M. Lee, Semiconductor Devices: Physics and Technology, 3rd edn. (Wiley, Singapore, 2013) S. Sze, M. Lee, Semiconductor Devices: Physics and Technology, 3rd edn. (Wiley, Singapore, 2013)
Metadaten
Titel
Reduced operating temperature of active layer Si covered by nanocrystalline diamond film
verfasst von
Sethavut Duangchan
Yusuke Koishikawa
Ryouya Shirahama
Koichiro Oishi
Akiyoshi Baba
Satoshi Matsumoto
Masataka Hasegawa
Publikationsdatum
23.08.2016
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 1/2017
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-016-5566-2

Weitere Artikel der Ausgabe 1/2017

Journal of Materials Science: Materials in Electronics 1/2017 Zur Ausgabe

Neuer Inhalt