Silicon N-metal-oxide-semiconductor (NMOS) and P-metal-oxide-semiconductor (PMOS) band edge effective work functions and the correspondingly low threshold voltages (Vt) are demonstrated using standard fab materials and processes in a gate-last scheme employing low-temperature anneals and selective cladding layers. Al diffusion from the cladding to the TiN/HfO2 interface during forming gas anneal together with low O concentration in the TiN enables low NMOS Vt. The use of non-migrating W cladding along with experimentally detected N-induced dipoles, produced by increased oxygen in the TiN, facilitates low PMOS Vt.
REFERENCES
1.
H. J.
Li
and M. I.
Gardner
, IEEE Electron Device Lett.
26
, 441
(2005
).2.
J. K.
Schaeffer
, L. R. C.
Fonseca
, S. B.
Samavedam
, Y.
Liang
, P. J.
Tobin
, and B. E.
White
, Appl. Phys. Lett.
85
, 1826
(2004
).3.
E.
Cartier
, F. R.
McFeely
, V.
Narayanan
, P.
Jamison
, B. P.
Linder
, M.
Copel
, V. K.
Paruchuri
, V. S.
Basker
, R.
Haight
, D.
Lim
, R.
Carruthers
, T.
Shaw
, M.
Steen
, J.
Sleight
, J.
Rubino
, H.
Deligianni
, S.
Guha
, R.
Jammy
, and G.
Shahidi
, Dig. Tech. Pap. – Symp. VLSI Technol.
2005
, 230
.4.
B.
Chen
, R.
Jha
, H.
Lazar
, N.
Biswas
, J.
Lee
, B.
Lee
, L.
Wielunski
, E.
Garfunkel
, and V.
Misra
, IEEE Electron Device Lett.
27
, 228
(2006
).5.
J.
Lee
, H.
Park
, H.
Choi
, M.
Hasan
, M.
Jo
, M.
Chang
, B. H.
Lee
, C. S.
Park
, C. Y.
Kang
, and H.
Hwang
, Appl. Phys. Lett.
92
, 263505
(2008
).6.
E.
Cartier
, M.
Steen
, B. P.
Linder
, T.
Ando
, R.
Iijima
, M.
Frank
, J. S.
Newbury
, Y. H.
Kim
, F. R.
McFeely
, M.
Copel
, R.
Haight
, C.
Choi
, A.
Callegari
, V. K.
Paruchuri
, and V.
Narayanan
, Dig. Tech. Pap. – Symp. VLSI Technol.
2009
, 42
.7.
W.
Mizubayashi
, K.
Akiyama
, W.
Wang
, M.
Ikeda
, K.
Iwamoto
, Y.
Kamimuta
, A.
Hirano
, H.
Ota
, T.
Nabatame
, and A.
Toriumi
, Dig. Tech. Pap. – Symp. VLSI Technol.
2008
, 42
.8.
E.
Cartier
, M.
Hopstaken
, and M.
Copel
, Appl. Phys. Lett.
95
, 042901
(2009
).9.
M.
Chudzik
, B.
Doris
, R.
Mo
, J.
Sleight
, E.
Cartier
, C.
Dewan
, D.
Park
, H.
Bu
, W.
Natzle
, W.
Yan
, C.
Ouyang
, K.
Henson
, D.
Boyd
, S.
Callegari
, R.
Carter
, D.
Casarotto
, M.
Gribelyuk
, M.
Hargrove
, W.
He
, Y.
Kim
, B.
Linder
, N.
Moumen
, V. K.
Paruchuri
, J.
Stathis
, M.
Steen
, A.
Vayshenker
, X.
Wang
, S.
Zafar
, T.
Ando
, R.
Iijima
, M.
Takayanagi
, V.
Narayanan
, R.
Wise
, Y.
Zhang
, R.
Divakaruni
, M.
Khare
, and T. C.
Chen
, Dig. Tech. Pap. – Symp. VLSI Technol.
2007
, 194
.10.
X.
Chen
, S.
Samavedam
, V.
Narayanan
, K.
Stein
, C.
Hobbs
, C.
Baiocco
, W.
Li
, D.
Jaeger
, M.
Zaleski
, S.
Yang
, N.
Kim
, Y.
Lee
, D.
Zhang
, L.
Kang
, J.
Chen
, H.
Zhuang
, A.
Sheikh
, J.
Wallner
, M.
Aquilino
, J.
Han
, Z.
Jin
, J.
Li
, G.
Massey
, S.
Kalpat
, R.
Jha
, N.
Moumen
, R.
Mo
, S.
Kershnan
, X.
Wang
, M.
Chudzik
, M.
Chowdhury
, D.
Nair
, C.
Reddy
, Y. W.
Teh
, C.
Kothandaraman
, D.
Coolbaugh
, S.
Pandey
, D.
Tekleab
, A.
Thean
, M.
Sherony
, C.
Lage
, J.
Sudijono
, R.
Lindsay
, J.-H.
Ku
, M.
Khare
, and A.
Steegen
, Dig. Tech. Pap. – Symp. VLSI Technol.
2008
, 88
.11.
H. N.
Alshareef
, H. R.
Harris
, H. C.
Wen
, C. S.
Park
, C.
Huffmann
, K.
Choi
, H. F.
Luan
, P.
Majhi
, B. H.
Lee
, R.
Jammy
, D. J.
Lichtenwalner
, J. S.
Jur
, and A. I.
Kingon
, Dig. Tech. Pap. – Symp. VLSI Technol.
2006
, 7
.12.
K.
Tatsumura
, T.
Ishihara
, S.
Inumiya
, K.
Nakajima
, A.
Kaneko
, M.
Goto
, S.
Kawanaka
, and A.
Kinoshita
, Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2008
, 25
.13.
K.
Mistry
, C.
Allen
, C.
Auth
, B.
Beattie
, D.
Bergstrom
, M.
Bost
, M.
Brazier
, M.
Buehler
, A.
Cappellani
, R.
Chau
, C. H.
Choi
, G.
Ding
, K.
Fischer
, T.
Ghani
, R.
Grover
, W.
Han
, D.
Hanken
, M.
Hattendorf
, J.
He
, J.
Hicks
, R.
Huessner
, D.
Ingerly
, P.
Jain
, R.
James
, L.
Jong
, S.
Joshi
, C.
Kenyon
, K.
Kuhn
, K.
Lee
, H.
Liu
, J.
Maiz
, B.
McIntyre
, P.
Moon
, J.
Neirynck
, S.
Pae
, C.
Parker
, D.
Parsons
, C.
Prasad
, L.
Pipes
, M.
Prince
, P.
Ranade
, T.
Reynolds
, J.
Sandford
, L.
Shifren
, J.
Sebastian
, J.
Seiple
, D.
Simon
, S.
Sivakumar
, P.
Smith
, C.
Thomas
, T.
Troeger
, P.
Vandervoorn
, S.
Williams
, and K.
Zawadzki
, Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2007
, 247
.14.
P.
Packan
, S.
Akbar
, M.
Armstrong
, D.
Bergstrom
, M.
Brazier
, H.
Deshpande
, K.
Dev
, G.
Ding
, T.
Ghani
, O.
Golonzka
, W.
Han
, J.
He
, R.
Heussner
, R.
James
, J.
Jopling
, C.
Kenyon
, S.-H.
Lee
, M.
Liu
, S.
Lodha
, B.
Mattis
, A.
Murthy
, L.
Neiberg
, J.
Neirynck
, S.
Pae
, C.
Parker
, L.
Pipes
, J.
Sebastian
, J.
Seiple
, B.
Sell
, A.
Sharma
, S.
Sivakumar
, B.
Song
, A.
St. Amour
, K.
Tone
, T.
Troeger
, C.
Weber
, K.
Zhang
, Y.
Luo
, and S.
Natarajan
, Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2009
, 659
.15.
C.-H.
Jan
, M.
Agostinelli
, M.
Buehler
, Z.-P.
Chen
, S.-J.
Choi
, G.
Curello
, H.
Deshpande
, S.
Gannavaram
, W.
Hafez
, U.
Jalan
, M.
Kang
, P.
Kolar
, K.
Komeyli
, N.
Lazo
, T.
Leo
, J.
Lin
, N.
Lindert
, S.
Ma
, L.
McGill
, C.
Meining
, A.
Paliwal
, J.
Park
, K.
Phoa
, I.
Post
, N.
Pradhan
, M.
Prince
, A.
Rahman
, J.
Rizk
, L.
Rockford
, G.
Sacks
, H.
Tashiro
, C.
Tsai
, P.
Vandervoorn
, J.
Xu
, L.
Yang
, J.-Y.
Yeh
, J.
Yip
, K.
Zhang
, and P.
Bai
, Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2009
, 647
.16.
C. L.
Hinkle
, R. V.
Galatage
, R. A.
Chapman
, E. M.
Vogel
, H. N.
Alshareef
, C.
Freeman
, E.
Wimmer
, H.
Niimi
, A.
Li-Fatou
, J. B.
Shaw
, and J. J.
Chambers
, Appl. Phys. Lett.
96
, 103501
(2010
).© 2012 American Institute of Physics.
2012
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.